塑料3K-II型微行星齒輪減速器設(shè)計(jì)方法與注塑成型技術(shù)的研究

1、 畢業(yè)課程設(shè)計(jì)畢業(yè)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：塑料 3K-II 型微行星齒輪減速器設(shè)計(jì)方法與注塑成型技術(shù)的研究學(xué) 校：專 業(yè)：姓 名： 指導(dǎo)老師： 1目目 錄錄摘要.11 緒論.21.1 工程背景.21.2 微注塑成型技術(shù)的特點(diǎn).21.2.1 微型注塑機(jī).31.2.2 微注射成型技術(shù)與工藝控制.31.2.3 微型模具制造技術(shù).41.3 微注塑成型技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.41.3.1 國外研究現(xiàn)狀.51.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀.51.4 微注塑成型技術(shù)中存在的問題.61.5 課題研究的主要內(nèi)容.62 微行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).82.1 行星齒輪傳動簡介.82.1.1 行星齒輪傳動的特點(diǎn).82.1.2 3K

2、 型行星齒輪傳動的分類.102.2 3K-II 型行星齒輪減速器的組成與工作原理.102.2.1 3K-II 型行星齒輪減速器的組成.102.2.2 3K-II 型行星齒輪減速器的運(yùn)行原理.102.3 3K-II 型微行星齒輪減速器的設(shè)計(jì).113.塑料微行星齒輪減速器的強(qiáng)度分析.123.1 材料選擇.123.2 塑料齒輪的失效形式.134 塑料微行星齒輪減速器的內(nèi)齒輪注塑模具研制.154.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì).154.1.1 主流道的設(shè)計(jì).154.1.2 分流道的設(shè)計(jì).154.1.3 澆口的設(shè)計(jì).164.2 型腔鑲塊的設(shè)計(jì).164.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì).1624.4 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).17結(jié)論.19

3、參考文獻(xiàn).20致謝.210塑料 3K-II 型微行星齒輪減速器設(shè)計(jì)方法與注塑成型技術(shù)的研究摘要摘要 微機(jī)械是面向 21 世紀(jì)的新科技,對人類未來社會具有重要影響。微行星齒輪減速器是微機(jī)械驅(qū)動器的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)械的輕量化以及促進(jìn)微行星齒輪減速器的批量生產(chǎn),本文以塑料微行星齒輪減速器為研究對象,對3K-n 型微行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)行原理以及設(shè)計(jì)依據(jù)與方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析,對其可能工作條件下的力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算,并設(shè)計(jì)制造了該微行星齒輪減速器中固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪的注塑成型模具,最后對固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪的注塑成型工藝參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了預(yù)測。論文的主要內(nèi)容如下: (1)以角度變位

4、的方法設(shè)計(jì)了模數(shù) 0.2mm、機(jī)構(gòu)外形尺寸 1Omm 的塑料微行星齒輪減速器。借鑒己有的金屬微行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)方法,對其進(jìn)行了驗(yàn)證并加以改進(jìn),引入合理的齒形修正方法,構(gòu)建了塑料微行星齒輪減速器的立體裝配模型。 (2)選用聚甲醛作為塑料微行星齒輪減速器的制造材料,應(yīng)用修正公式計(jì)算了塑料微行星齒輪減速器中轉(zhuǎn)速最高的太陽輪的強(qiáng)度,并使用 Ansys 軟件對組成塑料微行星齒輪減速器的各齒輪進(jìn)行力學(xué)性能分析,研究所設(shè)計(jì)的塑料微行星齒輪減速器所能承受的極限工作條件和使用壽命,為塑料微行星齒輪減速器以后的應(yīng)用場合提供相應(yīng)的理論依據(jù)。 (3)對于該微行星齒輪減速器中的固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪,設(shè)計(jì)制造了其注

5、塑成型模具。模具型腔設(shè)計(jì)采用鑲拼的方式。為了使塑料微行星齒輪減速器具有足夠的強(qiáng)度,塑料齒輪的厚度大于 lrnm,因此注塑成型模具的型腔鑲塊沒有采用光刻技術(shù)進(jìn)行加工,而是使用放電加工中的線切割加工方式。 (4)使用 Muldflow 軟件對塑料微行星齒輪減速器中的內(nèi)齒輪的微注塑成型過程進(jìn)行模擬,以對微注塑成型過程中可能產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行預(yù)測,分析其產(chǎn)生條件與形成機(jī)理,找出影響制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素及其作用關(guān)系。關(guān)鍵詞:微行星齒輪減速器;3K-II 型;注塑成型塑料11 緒論1.1 工程背景 微機(jī)械是一門節(jié)能、低耗和技術(shù)密集型的高新技術(shù)。由于微機(jī)械具有微小外形及其操作尺度極小的特點(diǎn),受到工業(yè)發(fā)達(dá)國家的科技

6、界、產(chǎn)業(yè)界和政府部門的高度重視,且投入較大的人力和物力進(jìn)行研究和開發(fā)。早在 70 年代,隨著集成電路刻蝕技術(shù)的發(fā)展,人們開始在一片很小的硅片上制造出新型的微機(jī)械,例如各種微傳感器等。此后,科研工作者們又相繼制造出微電動機(jī)、微型齒輪、微型彈簧、微型渦輪、微型連桿機(jī)械以及微型滑塊機(jī)構(gòu)等各種微機(jī)械。微機(jī)械是當(dāng)今社會生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物,將在國民經(jīng)濟(jì)、國防和科學(xué)技術(shù)等許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 機(jī)器通常是由原動機(jī)、工作機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)三部分組成的。微型機(jī)器的組成也是如此。實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器的重要課題之一便是如何使原動機(jī)之一的電動機(jī)和動力傳遞機(jī)構(gòu)等部件更加微型化。換言之,微型電動機(jī)和微型齒輪機(jī)構(gòu)的出現(xiàn),為微型機(jī)

7、器的研制與實(shí)現(xiàn)奠定了重要的基礎(chǔ)。 行星齒輪機(jī)構(gòu)是一種己獲得日益廣泛使用的動力傳遞機(jī)構(gòu)。該齒輪機(jī)構(gòu)使用多個行星輪來進(jìn)行功率分流,從而有效地提高了承載能力。行星齒輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、且能傳遞較大扭距的特點(diǎn),因此微行星齒輪減速器在微機(jī)械領(lǐng)域?qū)⑹艿綇V泛的應(yīng)用,不少工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視其研究和開發(fā)。 微齒輪的制造材料以往多采用金屬或硅。但微小機(jī)構(gòu)在真空或沒有潤滑油的條件下運(yùn)行時,金屬材料或硅基材料的微小構(gòu)件會很快磨損或因滑動接觸表面間的摩擦而出現(xiàn)粘結(jié)失效;聚合物材料則由于具有自潤滑的特性,摩擦系數(shù)小并且耐磨損,非常適合于無潤滑油的工作場合,是理想的抗磨減摩材料。而且采用聚合物材料制作的微

8、小機(jī)構(gòu)能夠在降低摩擦能耗的同時大幅度地減輕機(jī)構(gòu)的重量,這正是微機(jī)械所希望具有的特點(diǎn)。因此本文將塑料材質(zhì)的微行星齒輪減速器的研究作為課題的主體內(nèi)容。1.2 微注塑成型技術(shù)的特點(diǎn)聚合物材料的自潤滑、耐磨損、耐腐蝕、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),使得具有高效、批量制造優(yōu)勢的注射成型技術(shù)成為微成形技術(shù)的主要分支,在微型醫(yī)療儀器、微型光學(xué)儀器、微型傳感器、磁盤讀寫裝置、噴墨打印等微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。自 80 年代末以來,微注射成型技術(shù)在現(xiàn)代加工技術(shù),尤其是微細(xì)加工技術(shù)的基礎(chǔ)上快速發(fā)展起來。微注射成型制件在醫(yī)療、信息、汽車工程、自動化、環(huán)境與安全和日常生活等領(lǐng)域的應(yīng)用每年以 20%的速度增長。目前已商品

9、化的微2型注射制品主要有微流控生物分析芯片、手機(jī)導(dǎo)光板、插頭式光纖連接器、微型齒輪、微泵、硬盤的讀寫磁頭、溫度壓力傳感器、CD 盤等。 應(yīng)用微注射成型技術(shù)模塑的制品可以分為以下三類:(l)微注射模塑的制品;(2)帶有微結(jié)構(gòu)部分的注塑制品;(3)具有微米精度的制品。其中,微注射模塑制品是指尺寸為微米級、質(zhì)量為毫克級的注塑制品;帶有微結(jié)構(gòu)的注射制品則指制品的外形尺寸為常規(guī)尺寸,但局部結(jié)構(gòu)的尺寸達(dá)到微米級;而具有微米精度的制品則沒有尺寸方面的限制,但有嚴(yán)格的制造公差。以下從微型注塑機(jī)、微注射工藝、微型模具制造技術(shù)和應(yīng)用方面對微注塑成型技術(shù)的特點(diǎn)做簡要介紹。1.2.1 微型注塑機(jī) 與傳動注塑成型技術(shù)相

10、比,微注射成型技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備有許多特殊要求,主要表現(xiàn)在以下幾個方面: (l)高注射速率。微注射成型零件質(zhì)量輕、體積微小,注射過程要求在短時間內(nèi)完成,以防止熔料凝固而導(dǎo)致零件欠注,因此成型時要求注射速度高。傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動式注塑機(jī)的注射速度為 200mm/s,電氣伺服馬達(dá)驅(qū)動式注塑機(jī)的注射速度為 600mn/s,而微注射成型工藝通常要求聚合物熔體的注射速度達(dá)到800mm/s 以上,利用聚合物熔體的剪切變稀原理,以高注射速度降低熔體的粘度,使其順利充填微尺度型腔。 (2)精密注射量計(jì)量。微注射成型零件的質(zhì)量僅以毫克計(jì)量,因此微型注塑機(jī)需要具備精密計(jì)量注射過程中 1 次注射的控制單元,其質(zhì)量控制精度要

11、求達(dá)到毫克級,螺桿行程精度要達(dá)到微米級。 (3)快速反應(yīng)能力。微注射成型過程中注射量相當(dāng)微小,相應(yīng)注射設(shè)備的螺桿/柱塞的移動行程也相當(dāng)微小,因此要求微型注射機(jī)的驅(qū)動單元必須具備相當(dāng)快的反應(yīng)速度,從而保證設(shè)備能在瞬間達(dá)到所需注射壓力。1.2.2 微注射成型技術(shù)與工藝控制 由于微注射成型的是質(zhì)量為毫克級的制品,如果采用普通澆注系統(tǒng)來注塑制品,即使是作了最優(yōu)化改進(jìn)后,澆注系統(tǒng)所用的物料質(zhì)量與制品質(zhì)量相比仍然很大,造成原材料的浪費(fèi),所以宜采用熱流道澆注系統(tǒng)。 目前,微注射成型技術(shù)與工藝具有如下特征: (l)安裝變溫系統(tǒng)。在微注射成型過程中,模具溫度直接影響到注塑制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對于不同的塑料,模

12、具的溫度有不同的要求。安裝變溫系統(tǒng)即是使模具在注射成型前被加熱到塑料的熔融溫度,在模具型腔被塑料熔體充滿后,迅速使模具冷卻到塑料制品的脫模溫度。變溫系統(tǒng)由外部和內(nèi)部兩個部分組成,外部一般用水循環(huán)冷卻系統(tǒng)使整個模具保持恒定溫度;內(nèi)部可以用電加熱元件使模具溫度快速被加熱至塑料的融融溫度以上。模具溫度的變化通常采用熱電偶來3檢測。 (2)安裝抽真空裝置。排空型腔附近的空氣,可以避免型腔盲孔處的燃燒室效應(yīng),有利于塑料熔體的填充。當(dāng)采用抽真空裝置時,如果模具的澆注系統(tǒng)使用了熱流道結(jié)構(gòu),則由于抽真空,塑料熔體會發(fā)生在注射之前被拖曳的現(xiàn)象,因此模具需要設(shè)置一個對熱流道澆口進(jìn)行定時開閉的控制裝置。 (3)模具

13、制造精度要求高。如模具鑲件、推桿、密封連接件等的制造公差都需要很高的精度要求。模具的制造精度要求高達(dá) 1.0um 一 0.1um。1.2.3 微型模具制造技術(shù) 微型模具制造難點(diǎn)在于微小型腔或微小凸凹結(jié)構(gòu)的加工。目前用于微型模具型腔制造的相關(guān)技術(shù),按其加工方式的不同可分為 3 種類型。 (l)光制作技術(shù)。如 LIGA 技術(shù),x 射線光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)、激光加工技術(shù)和蝕刻技術(shù)等。目前光制作技術(shù)中應(yīng)用比較廣泛的是 LIGA 技術(shù),UGA 取自德文縮寫:LI(LithograPhy)光刻,G(Galvanik)電鑄,A(Abformung)模鑄。應(yīng)用 UGA 技術(shù)可加工出具有高深寬比(縱橫比)和

14、高精度的微結(jié)構(gòu)零件,且加工溫度較低。它不僅可成型納米級尺度的微小結(jié)構(gòu),而且還能制造大到毫米級尺寸的微型結(jié)構(gòu),因此非常適用于微型模具制造。 (2)微機(jī)械加工技術(shù)。如微車削、磨削和銑削加工等。微機(jī)械加工技術(shù)一般用于毫米量級零件的加工,其加工精度可達(dá) 0.1pm 以下。微機(jī)械加工零件的幾何結(jié)構(gòu)通常都是回轉(zhuǎn)體或平面等比較簡單的形體。用于車削、磨削和銑削的刀具通常是單晶體鉆石,其切削刃可以被磨得非常鋒利,圓度誤差小于 0.02um?；蛘哂梅叫?、梯形及半圓的鉆石刀具。目前研究最多、最成熟的是超精車削。 (3)微細(xì)放電加工。例如電火花加工(EDM)、電火花線切割加工(wEDM)、線電極電火花磨削(WEDG)

15、等。對于原材料不適合傳統(tǒng)機(jī)械加工或者只允許在工件上施加非常小的工作壓力時,可以用微細(xì)放電加工的方法來成型。微細(xì)放電加工的基本過程是用一個微小工具電極沿著零件的被加工外形移動,利用微細(xì)火花放電將工件加工成所需形狀的一種特種加工方法。1.3 微注塑成型技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著微機(jī)電的發(fā)展,國內(nèi)外學(xué)者專家針對微注塑成型技術(shù)進(jìn)行了大量的理論分析和試驗(yàn)研究。國外學(xué)者將研究重點(diǎn)放在微注塑成型的實(shí)驗(yàn)研究上,通過對帶有微結(jié)構(gòu)的零件或微小零件的注塑成型進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn),總結(jié)出微注塑成型技術(shù)中影響制品質(zhì)量的各個關(guān)鍵因素及它們的對制品質(zhì)量的影響,從制品的材料、成型參數(shù)、模具的設(shè)計(jì)、模具內(nèi)型腔表面粗糙度等方面進(jìn)行了細(xì)

16、致地分析。相比國外學(xué)者,國內(nèi)學(xué)者的研究重點(diǎn)主要放在對微注塑成型的理論分析上,對于微注塑成型技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究則不夠深入,需要針對微注射成型的工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步4系統(tǒng)地研究,以獲得影響微塑件成型質(zhì)量的工藝參數(shù)主次順序和最優(yōu)水平組合,從而為提高微塑件的成型質(zhì)量和微塑件的實(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。1.3.1 國外研究現(xiàn)狀 美國的 DespaMs 等6,!針對具有高深寬比的微結(jié)構(gòu)塑件成型工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究,提出模具溫度是影響微結(jié)構(gòu)填充率的重要工藝參數(shù),注射速度是次要工藝參數(shù);在模具溫度升高到材料熔點(diǎn)時,微結(jié)構(gòu)的填充率與注射速度無關(guān);提高注射速度有利于提高填充率和減小收縮。 美國的 YuLY 等8研究了具有微小

17、結(jié)構(gòu)的塑件成型過程,獲得了模具溫度、注射速度、材料特性和微通道位置與微通道中熔體填充距離之間的影響關(guān)系;指出分別提高注射速度和模具溫度,微通道中熔體填充距離均呈增加趨勢;聚丙烯(PP)材料的填充長度明顯大于聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)材料。 德國的 LeiXie9對微注塑成型過程中產(chǎn)生的熔接痕進(jìn)行了試驗(yàn)研究,以找出熔接痕對于塑件的機(jī)械性能的影響。采用帶有紅外熱成像測溫系統(tǒng)的可視化模具,改變注塑成型參數(shù),進(jìn)行多組試驗(yàn),結(jié)果表明,模具溫度是影響充模的最重要因素,當(dāng)模具溫度低于熔體材料的玻璃體轉(zhuǎn)變溫度時,熔體無法充滿型腔。 新加坡的 H.L.zhang 等”對微注塑成型時模具型腔表面粗糙度對充模的影

18、響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,模具型腔表面粗糙度能夠阻礙注射成型時熔體的充模,改變注射速度粗糙度對于充模的影響沒有明顯變化,而提高模具溫度可以降低表面粗糙度對于充模的影響,改變?nèi)垠w溫度不能降低型腔表面粗糙度對于充模的影響。塑料 3K-II 型微行星齒輪減速器設(shè)計(jì)方法與注塑成型技術(shù)的研究1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 清華大學(xué)的吳英等人基于深刻蝕技術(shù)和金屬電鍍技術(shù),利用感應(yīng)藕合等離子體刻蝕設(shè)備進(jìn)行硅刻蝕,將刻蝕后的高深寬比圖形作為模具進(jìn)行電鍍,然后選用XeF2 刻蝕技術(shù)去除硅,從而得到具有深寬比為 6、厚度為 200um、寬度為 30um的三維螺旋微結(jié)構(gòu)金屬模具。 大連理工大學(xué)的于同敏等人對微注塑成型過

19、程中塑料熔體的流變特性與傳熱行為、模具微型腔的準(zhǔn) LIGA 加工技術(shù)、微型注塑模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)以及微注塑成型技術(shù)進(jìn)行了研究。 江蘇大學(xué)的王雷剛等人對微孔塑料注塑工藝過程及設(shè)備進(jìn)行了簡要介紹,重點(diǎn)分析比較了微孔注塑工藝與傳統(tǒng)注塑工藝的特點(diǎn)和適應(yīng)性,闡述了微孔注塑計(jì)算機(jī)輔助工程分析模型與分析過程。 中原大學(xué)的陳夏宗等人利用電磁感應(yīng)加熱技術(shù)結(jié)合水冷卻以達(dá)到微結(jié)構(gòu)注塑成型中的快速模具溫度控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果成功利用快速模具溫度控制技術(shù)將模具溫度從 60提高至 140僅需 3 秒。51.4 微注塑成型技術(shù)中存在的問題 微注塑成型技術(shù)是當(dāng)前塑料成型技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。作為一門新興的精細(xì)微零件制造技術(shù),微注塑成型

20、技術(shù)己經(jīng)受到各國政府和研究部門的高度重視,并投入了大量的人力、物力,取得了一定的研究成果。然而,微注塑成型技術(shù)還存在著以下啞待解決的諸多技術(shù)問題: (l)在微注塑成型過程數(shù)值分析和成型工藝參數(shù)設(shè)置時,仍然采用傳統(tǒng)粘度模型,尚沒有能夠準(zhǔn)確表征微尺度下熔體流變特性的粘度模型及數(shù)據(jù),從而使數(shù)值模擬得出的速度場、溫度場及應(yīng)力場等的準(zhǔn)確性不高,從而影響微塑件質(zhì)量預(yù)測精度。微尺度下熔體粘度模型的研究還未見報(bào)道。 (2)微注塑成型中通常采用較高的注射壓力,這將導(dǎo)致在型腔壁面處熔體的剪切應(yīng)力將遠(yuǎn)高于聚合物材料發(fā)生壁面滑移的臨界剪切應(yīng)力,目前缺乏對微尺度下熔體壁面滑移現(xiàn)象的系統(tǒng)分析,因此微尺度下熔體壁面滑移問題

21、有待深入研究。 (3)微注塑成型熔體充模流動分析時,聚合物熔體與型腔壁面間的對流換熱系數(shù)計(jì)算不夠準(zhǔn)確,通常將對流換熱系數(shù)設(shè)為常數(shù),這會導(dǎo)致分析結(jié)果誤差較大,而這一問題尚未很好地解決。深入研究微尺度下熔體與壁面間的對流換熱,對提高微注塑成型過程中熱傳遞分析的準(zhǔn)確性非常重要。 (4)現(xiàn)有的材料流變性能測量技術(shù)還很難滿足微尺度下的測量要求,導(dǎo)致微尺度下聚合物熔體流變數(shù)據(jù)的相對缺乏。這一問題不僅關(guān)系到微塑件的質(zhì)量預(yù)測精度,而且影響到微注塑模具的設(shè)計(jì)優(yōu)化和成型工藝參數(shù)的合理設(shè)置。 (5)傳統(tǒng)的注塑成型商業(yè)模擬軟件是基于傳統(tǒng)注塑成型基本理論開發(fā)的,在其模擬過程中通常忽略壁面滑移、非等溫特性等因素的影響。在

22、微尺度范圍內(nèi),這些因素的作用程度將發(fā)生變化。如果直接采用這些商業(yè)軟件進(jìn)行微注塑成型過程模擬及微塑件的質(zhì)量預(yù)測,可能會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。1.5 課題研究的主要內(nèi)容 本文以微行星齒輪減速器為研究對象,對其結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)行原理以及設(shè)計(jì)依據(jù)與方法進(jìn)行了詳細(xì)地論述;并對其可能工作條件下的力學(xué)性能進(jìn)行了分析;設(shè)計(jì)制造了該微行星齒輪減速器中固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪的注塑成型模具;最后對固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪的注塑成型過程進(jìn)行了軟件模擬,以期做為微小塑件設(shè)計(jì)制造的一個基礎(chǔ)研究。主要內(nèi)容與方法如下: (l)以角度變位的方法設(shè)計(jì)了微行星齒輪減速器。借鑒己有的金屬微行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)方法,對其進(jìn)行了驗(yàn)證并加以改進(jìn),

23、引入合理的齒形修正方法,構(gòu)建了塑料微行星齒輪減速器的立體裝配模型,得出其齒輪間的嚙合原理。 (2)使用 Ansys 軟件對組成塑料微行星齒輪減速器的各齒輪進(jìn)行力學(xué)性能分6析,研究所設(shè)計(jì)的塑料微行星齒輪減速器所能承受的極限工作條件和使用壽命,為塑料微行星齒輪減速器以后的應(yīng)用場合提供相應(yīng)的理論依據(jù)。 (3)對于該微行星齒輪減速器中的固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪,設(shè)計(jì)制造了其注塑成型模具。模具型腔設(shè)計(jì)采用鑲拼的方式。因?yàn)?UV 一 UGA 工藝或 UGA 工藝所加工出的型腔微結(jié)構(gòu)厚度小于 1mrn,這樣所注塑成型的齒輪厚度太小,所得的齒輪強(qiáng)度低,無法滿足工作要求,所以型腔鑲塊沒有采用光刻技術(shù)進(jìn)行加工,而是

24、使用放電加工中的線切割加工方式。(4)使用 Moldnow 軟件對微行星齒輪減速器中的固定內(nèi)齒輪與輸出內(nèi)齒輪的微注塑成型過程進(jìn)行模擬,以對微注塑成型過程中可能產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行預(yù)測,分析其產(chǎn)生條件與形成機(jī)理,找出影響制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素及其作用關(guān)系。72 微行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是當(dāng)今世界日益興盛的高技術(shù)領(lǐng)域,而微減速器是微機(jī)電系統(tǒng)中的重要器件。微減速器與微馬達(dá)共同組成微驅(qū)動器,為微機(jī)械提供運(yùn)轉(zhuǎn)動力。日本的 Suz 切 rnori 等人所設(shè)計(jì)的微型行星齒輪減速器用來驅(qū)動機(jī)械手前進(jìn)或后退,減速器的加工采用微細(xì)線切割的方式。 上海交通大學(xué)的陳佳品等人設(shè)計(jì)制造了一種基于 4微型馬

25、達(dá)的微小機(jī)器人系統(tǒng)。該微機(jī)器人具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力和一定的負(fù)載能力,采用了最大方向尺寸僅 5mm 的微馬達(dá)做為其驅(qū)動裝置,微馬達(dá)采用微行星齒輪減速器進(jìn)行減速,從而滿足機(jī)器人的運(yùn)動要求。 可見,微行星齒輪減速器多用在微型機(jī)械的驅(qū)動單元處減速以對微機(jī)械提供動力源,而且加工方式多采用線切割方式或微細(xì)線切割方式。為了使微行星齒輪減速器在各類微型機(jī)器中獲得廣泛使用,要使它能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。目前加工微型齒輪的加工方法雖然能夠加工金屬齒輪和獲得較高精度的微小零件,但所需的加工時間較長。通常加工一個金屬微型齒輪約需一小時,一臺放電加工機(jī)床一天約能加工一個微型減速器所需的齒輪。顯然,這樣的加工能力將會使微型行星減

26、速器的制造成本較高,也不利于進(jìn)行更大批量的生產(chǎn)。為了使微型減速機(jī)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn),考慮采用塑料制成的微型齒輪。首先用線切割和電火花加工方法制作微齒輪注塑成型模具的型腔嵌件,然后使用注塑成型模具大批量地生產(chǎn)塑料微型齒輪。盡管這種塑料齒輪強(qiáng)度比金屬齒輪的差些,但其精度等級和表面粗糙度均合格,其價(jià)格比金屬齒輪要低得多。2.1 行星齒輪傳動簡介 齒輪傳動是機(jī)器設(shè)備、軍事武器、儀器和儀表等工業(yè)設(shè)施中應(yīng)用最廣泛的機(jī)械傳動形式之一。為了實(shí)現(xiàn)減速、增速、變速、換向以及其他特殊用途,經(jīng)常采用一系列互相嚙合著的齒輪組成傳動系統(tǒng),稱為齒輪系,或稱為齒輪機(jī)構(gòu)。根據(jù)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時其各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動,齒輪機(jī)

27、構(gòu)可分為兩大類型,普通齒輪機(jī)構(gòu)(定軸輪系)和行星齒輪機(jī)構(gòu)(行星輪系)。 1.普通齒輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時,如果組成該齒輪系得所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不變的,則稱為普通齒輪機(jī)構(gòu),或稱定軸輪系。在普通齒輪機(jī)構(gòu)中,如果各齒輪副的軸線均互相平行,則稱為平行軸齒輪機(jī)構(gòu);如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副,則稱為不平行軸齒輪機(jī)構(gòu),或稱空間齒輪機(jī)構(gòu)。 2.行星齒輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時,如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位8置不固定并繞著其他齒輪的幾何軸線回轉(zhuǎn),則在該齒輪系中,至少具有一個作行星運(yùn)動的齒輪,2.1.1 行星齒輪傳動的特點(diǎn) 與定軸輪系傳動相比,當(dāng)零件材料、制造

28、精度和工作環(huán)境等條件均相同時,行星輪系具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動現(xiàn)己被人們用來代替普通齒輪傳動,而作為各種機(jī)械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高的航空機(jī)械、起重運(yùn)輸和兵器的傳動裝置,以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的傳動裝置,行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 行星齒輪傳動的主要特點(diǎn)如下: (1)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。由于行星齒輪傳動具有功率分流和動軸線的運(yùn)動特性,而且各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動,以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合。因此,可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。由于在中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個行星輪來共同分擔(dān)載荷,故使得每個齒輪所承受的負(fù)

29、荷較小,所以,可采用較小的模數(shù)。此外,在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積,從而有利于縮小其外廓尺寸,使其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,而承載能力卻很大。一般,行星齒輪傳動的外廓尺寸和重量約為普通齒輪傳動的 1/2l/6。 (2)傳動比較大。只需要適當(dāng)選擇行星傳動的類型及配齒方案,便可以用少數(shù)幾個齒輪而得到較大的傳動比。在僅作為傳遞運(yùn)動的行星傳動機(jī)構(gòu)中,其傳動比可達(dá)到幾千。應(yīng)該指出,即使在其傳動比很大時,仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。而且,它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的合成與分解,以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運(yùn)動。 (3)傳動效率高。由于行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)的對稱性,即它具有數(shù)個均勻分布的行星輪,使得

30、作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡,從而有利于達(dá)到提高傳動效率的作用。在傳動類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下,其效率值可達(dá) 0.970.99。 (4)運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強(qiáng)。由于采用了數(shù)個相同的行星輪,均勻地分布于中心輪的周圍,從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時,也使參與嚙合的齒數(shù)增多,故行星齒輪傳動的運(yùn)動平穩(wěn),抵抗沖擊和振動的能力較強(qiáng),工作較可靠。 總之,行星齒輪傳動具有重量輕、體積小、傳動比大和效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此,在汽車、船艦、航空器里所使用的要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高的機(jī)械傳動裝置,行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而微行星齒輪減速器的研制

31、,則對于機(jī)器人、微型飛行器、微機(jī)電設(shè)備等的開發(fā)具有十分重要的意義。92.1.1 3K 型行星齒輪傳動的分類 行星齒輪傳動的類型很多,根據(jù)蘇聯(lián) B.H.庫德略夫采夫提出的按照行星傳動機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)件的不同進(jìn)行分類。在庫氏的分類方法中,行星齒輪傳動的基本代號為:K 一中心輪,H 一轉(zhuǎn)臂,V 一輸出軸。根據(jù)其基本代號來命名,行星齒輪傳動可分為:2K-H、3K 和 K-H-V 三種基本類型;其他結(jié)構(gòu)型式的行星齒輪傳動大都是它們的演化型式或組合型式。本文著重設(shè)計(jì) 3K 型行星齒輪傳動,故對 3K 型行星齒輪傳動的類型進(jìn)行詳細(xì)介紹。 在 3K 型行星傳動中,較常見的傳動方案有三種: (1)3K-I 型具有雙

32、齒圈行星輪的 3K 型行星傳動。在機(jī)械傳動中,它已獲得了較廣泛的應(yīng)用。3K-I 型合理的傳動比范圍為 20 一 500,其傳動效率為 0.8一 0.9。 (2)3K-II 型具有單齒圈行星輪的 3K 型行星傳動。當(dāng)前在機(jī)械傳動中,它也得到日益廣泛的應(yīng)用。3K 一 n 型合理的傳動比范圍為 40 一 500,其傳動效率為 0.7 一0.84。 (3)3K-III 型具有雙齒圈行星輪的 3K 型行星傳動。它的傳動比范圍和傳動效率與 3K-I 型基本相同。實(shí)際上,在機(jī)械傳動中很少采用 3K-III 型行星傳動。 3K 型傳動的特點(diǎn)是制造和安裝比較復(fù)雜,并且當(dāng)以中心輪 a 為輸出時,傳動比大于某個值后

33、,該行星機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生自鎖。3K 型行星傳動用于短期間斷工作的機(jī)械傳動最為合理,它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大以及傳動效率較高等特點(diǎn)。其中,3K 一 H 型傳動的結(jié)構(gòu)更加緊湊,制造安裝較 3K-I 型的簡單。本文以 3K-II 型行星齒輪傳動為研究對象,從其組成、工作原理和設(shè)計(jì)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。2.2 3K-II 型行星齒輪減速器的組成與工作原理2.2.1 3K-II 型行星齒輪減速器的組成 3K-II 型行星齒輪減速器的基本構(gòu)件包括太陽輪 a、行星輪 g、固定內(nèi)齒輪b 及輸出內(nèi)齒輪 e。3K-II 型行星齒輪減速器是由 3K-I 型行星齒輪減速器演變而來。在 3K 一 I 型行星齒輪傳動中,行星輪為一

34、個雙聯(lián)齒輪,兩個齒圈分別與固定內(nèi)齒輪 b 及輸出內(nèi)齒輪 e 相嚙合,因其兩個齒圈的齒數(shù)不相等,所以行星輪的制造較為復(fù)雜。而 3K-II 型行星齒輪傳動中,行星輪為單齒圈,同時與固定內(nèi)齒輪 b 和輸出內(nèi)齒輪 e 相嚙合,因此降低了行星輪的制造難度。尤其是當(dāng)行星齒輪10減速器體積微小的時候,更能體現(xiàn)出 3K-II 型結(jié)構(gòu)在制造方面的優(yōu)勢。2.2.2 3K-II 型行星齒輪減速器的運(yùn)行原理 3K-II 型減速器是一種較新型的行星齒輪減速器,目前在機(jī)械傳動中正得到日益廣泛的應(yīng)用。其運(yùn)行原理為:當(dāng)輸入軸帶動太陽輪 a 高速轉(zhuǎn)動時,由于固定內(nèi)齒輪 b 與輸出內(nèi)齒輪 e 的齒數(shù)不相等,所以太陽輪 a 的運(yùn)動

35、可以經(jīng)行星輪 g 傳遞給輸出內(nèi)齒輪 e,再由降低了轉(zhuǎn)速的輸出內(nèi)齒輪 e 帶動輸出軸轉(zhuǎn)動,將增大了的轉(zhuǎn)矩輸出。2.3 3K-II 型微行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 行星輪系是一種共軸式傳動裝置。為了使慣性力互相平衡以減小主軸承內(nèi)的作用力和減輕輪齒上的載荷,再加上行星輪系是一種對稱的結(jié)構(gòu),即幾個完全相同的行星輪均布在中心輪的周圍,因此在設(shè)計(jì)行星輪系時,各輪的齒數(shù)以及行星輪數(shù)的選擇必須滿足下列四個條件,才能順利裝配起來,并按給定的傳動比正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 (l)傳動比條件:要求所設(shè)計(jì)的行星輪系能實(shí)現(xiàn)給定的傳動比。 (2)同心條件:要求各對相互嚙合的齒輪的中心距必須保證各基本構(gòu)件的軸線重合。 (3)裝配條件:要求各行

36、星輪均勻地分布在中心輪的周圍。 (4)鄰接條件:是指相鄰兩行星輪的齒頂不應(yīng)相互碰撞。 條件(1)、(3)均與輪系各齒輪的齒數(shù)有關(guān),各齒輪只要選擇正確的齒數(shù)即可滿足傳動比條件和裝配條件。本文所設(shè)計(jì)的行星齒輪減速器各輪齒數(shù)的選擇是按照已有的齒數(shù)配比表選擇,故可以滿足傳動比條件與裝配條件,因此只需驗(yàn)證是否滿足同心條件與鄰接條件。 為滿足同心條件,即三個中心輪 a、b、e 的旋轉(zhuǎn)軸線重合,需要太陽輪 a、固定內(nèi)齒輪 b 以及輸出內(nèi)齒輪 e 此三者至行星輪 g 的中心距相等。但由于固定內(nèi)齒輪 b 與輸出內(nèi)齒輪 e 的齒數(shù)不相等,所以固定內(nèi)齒輪 b 與行星輪 g 的標(biāo)準(zhǔn)中心距不會等于輸出內(nèi)齒輪 e 與行星

37、輪 g 的標(biāo)準(zhǔn)中心距。而行星輪 g 既要與太陽輪 a 相嚙合,又要同時與固定內(nèi)齒輪 b 和輸出內(nèi)齒輪 e 相嚙合,故該型行星齒輪傳動必須采用變位設(shè)計(jì)。113.塑料微行星齒輪減速器的強(qiáng)度分析3.1 材料選擇 本文選用聚甲醛(POM)進(jìn)行塑料微行星齒輪減速器的制造。聚甲醛是指大分子鏈中含有氧化亞甲基重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物,學(xué)名為“聚氧化亞甲基”,英文簡稱 POM。POM 為第三大通用工程塑料。POM 廣泛用于電子電器、機(jī)械、汽車、儀器儀表、建筑和日用品領(lǐng)域。日本 40%用于電子電器、27%用于汽車;美國 45%用于電子電器、17.5%用于汽車;西歐 39%用于汽車。 POM 的突出特點(diǎn)為:力學(xué)性

38、能和剛性好,接近金屬材料,是替代銅、鑄鋅、鋁等金屬材料的理想材料;耐疲勞性和耐蠕變性極好;耐磨損、自潤性和摩擦性好;熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高,電絕緣性優(yōu)良。POM 的缺點(diǎn)為密度大,耐酸及耐燃性不好,后收縮大且不穩(wěn)定,尺寸穩(wěn)定性差,耐候性不高。 POM 依結(jié)構(gòu)不同可分為“均聚 POM”和“共聚 POM”兩種。均聚 POM 的密度、結(jié)晶度和力學(xué)性能稍高一些,而共聚 POM 的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及加工性較好。共聚 POM 的用途較均聚 POM 廣泛。一、聚甲醛塑料的性能 1.一般性能 POM 的外觀為淡黃色或白色半透明或不透明的粉狀或粒狀,制品表面光滑并有光澤,硬而質(zhì)密,與象牙相似。成型收縮率高達(dá)

39、3.5%。易燃,其氧指數(shù)僅為 1416,火焰上端為黃色、下端為藍(lán)色,熔融滴落,有刺激性甲醛味和魚腥味。POM 透氣性小,僅為 PE 的幾分之一。 2.力學(xué)性能 POM 的力學(xué)性能優(yōu)異,L 匕強(qiáng)度可達(dá) 50.SMPa,比剛度達(dá) 2650MPa,與金屬十分接近。POM 的力學(xué)性能隨溫度變化小,共聚比均聚稍大一些。POM 的沖擊強(qiáng)度較高,但常規(guī)沖擊不及 ABS 和 PC;POM 對缺口敏感,有缺口可使沖擊強(qiáng)度下降 90%。POM 的疲勞強(qiáng)度十分突出,而且自潤滑性好,摩擦系數(shù)小,耐磨性好(POMPA66PA6PCABSHPCPs),適用于受力摩擦制品如齒輪和軸承的生產(chǎn)。采用玻璃纖維增強(qiáng)后的 POM 力

40、學(xué)性能可提高 23 倍,熱變形溫度提高 50以上。 3.熱學(xué)性能 POM 的長期耐熱性不高,但短期可耐 160,均聚 POM 短期耐熱比共聚高 10以上,共聚 POM 的長期耐熱反而比均聚 POM 高 10左右。 4.電學(xué)性能 POM 的電絕緣性較好,幾乎不受溫度和濕度的影響;介電常數(shù)和介電損耗角正切值在很寬的溫度、濕度和頻率范圍內(nèi)變化很小;耐電弧性極好,12并可在高溫下保持。POM 的介電強(qiáng)度與厚度有關(guān),厚度 0.127mm 為 82.7K/mm 厚度 1.88mm 為 23.6K/mm。 5.環(huán)境性能 POM 不耐強(qiáng)酸和氧化劑,對稀酸及弱酸有一定的穩(wěn)定性。POM 的耐溶劑性良好,可耐烴類、

41、醇類、醛類、醚類、汽油、潤滑油及弱堿等,并可在高溫下保持相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性能。POM 的耐候性不好,長期在紫外光作用下,力學(xué)性能下降,表面發(fā)生粉化和龜裂。二.聚甲醛塑料的成型加工 POM 可用注塑、擠出、吹塑及二次成型等方法加工,并以注塑加工為主。POM 熔體的流變性呈非牛頓型,其熔體的粘度對溫度不敏感;對注塑而言,要增加流動性,可以從增加注塑速率、減小噴嘴尺寸等方面入手。 POM 結(jié)晶度大,熔程窄,成型收縮大(可達(dá) 3.5%)。對注塑厚制品,要注意保壓和補(bǔ)料,以免造成收縮孔太大而報(bào)廢。 POM 的熱穩(wěn)定性差,溫度過高或時間過長均會引起分解。特別是溫度超過250,分解速度會加快,并溢出強(qiáng)烈刺激眼睛的

42、甲醛氣體,嚴(yán)重時制品會產(chǎn)生氣泡或變色,甚至引起爆炸。因此,必須嚴(yán)格控制加工溫度和停留時間,另外,還需加入抗氧化劑和雙氰胺甲醛吸收劑。 POM 的冷凝速度快,制品易產(chǎn)生表面缺陷如折皺、斑紋及熔接痕等。為此可用提高注射速度和提高模具溫度等方法解決。制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,收縮也較大,需進(jìn)行后處理。后處理的條件為:厚度 6mm 以下,溫度 100,時間 0.25lh;厚度6mm 以上,溫度 120 一 130,46h。 POM 吸水率不高,但干燥處理可提高制品表面的光澤度。干燥的條件為:溫度 110 一 120,時間 35h。3.2 塑料齒輪的失效形式 根據(jù)塑料齒輪的材料特性,在正常的工作中損壞的情況主要

43、是以下三種: (l)齒根彎曲疲勞破壞 塑料輪齒受到作用于齒頂?shù)姆ㄏ蜃饔昧Φ闹芷谛缘膹澢d荷,在齒根的危險(xiǎn)截面上,彎曲應(yīng)力超過彎曲疲勞的最大應(yīng)力而折斷破壞。 塑料的疲勞試驗(yàn)說明在周期載荷下,比恒定載荷更容易在沒有可察覺的塑性變形下,引起脆性斷裂。雖然許多塑料的疲勞曲線的形狀與金屬相類似,但推斷塑料也存在一個疲勞極限應(yīng)力,還有待足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于塑料存在“熱軟化”現(xiàn)象,疲勞試驗(yàn)必須在低頻條件下進(jìn)行,試驗(yàn)時間很長。 (2)齒面的接觸疲勞點(diǎn)蝕破壞塑料斷面之間的磨損與金屬齒面相比,其剪切粘合、磨蝕和腐蝕的磨耗并不嚴(yán)重,但塑料齒面的疲勞卻尤其突出。在周期性的赫茲接觸應(yīng)力下,在節(jié)線附近出現(xiàn)疲勞13點(diǎn)蝕,這

44、種表面剝落的小坑將破壞正常的嚙合。用鋼做小齒輪與塑料齒輪嚙合,由于塑料的粘彈性和柔軟性,其摩擦性能趨近于塑料齒輪之間的表面性能,與金屬齒輪相配的塑料齒輪并不能得到改善,但金屬齒輪有助于改善塑料齒輪的散熱條件。用潤滑方法改進(jìn)相嚙合塑料齒輪的摩擦性能,其效果不如金屬齒輪那樣顯著。 (3)輪齒的“熱軟化”破壞 塑料齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時,塑料輪齒內(nèi)部材料在變形時的內(nèi)摩擦而生成的熱量如果超過了通過熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流所散出的熱量,齒輪溫度將明顯上升,使之變形、斷裂甚至熔融。隨著高速的印刷機(jī),電子計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中塑料齒輪使用,這種現(xiàn)象已經(jīng)常能觀察到。鑒于各品種塑料齒輪的每次循環(huán)后所產(chǎn)生熱量的數(shù)據(jù)很難得到,目

45、前只能進(jìn)行散熱條件的改善,而齒輪的強(qiáng)度校核仍然是以彎曲和接觸強(qiáng)度為主。144 塑料微行星齒輪減速器的內(nèi)齒輪注塑模具研制4.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1.1 主流道的設(shè)計(jì) 一、主流道及其襯套的設(shè)計(jì)由于注塑成型時主流道要與高溫塑料熔體和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以將它單獨(dú)開設(shè)在一個襯套中，再將此襯套嵌入定模內(nèi)，該襯套稱為主流道襯套(或稱澆口套)。采用主流道襯套以后，不僅對主流道的加工和熱處理以及襯套本身的選材等帶來很大方便，而且在主流道損壞后也便于修磨或更換。設(shè)計(jì)主流道襯套時應(yīng)注意以下事項(xiàng):(1)主流道進(jìn)口端與噴嘴頭部接觸應(yīng)做成凹下的球面，以便與噴嘴頭部的球面半徑匹配，否則容易造成漏料，給脫卸主流道

46、凝料造成困難。 (2)為便于取出主流道凝料，主流道應(yīng)呈圓錐形，錐角約取 20 40。 (3)在保證制品成型的條件下，主流道長度應(yīng)盡量短，以減小壓力損失和廢料量。 (4)主流道襯套應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材，熱處理后硬度為 53 -57HRC o (5)主流道襯套與定模之間的配合采用 H7/m6. 本注塑模具的主流道襯套的材料選用 P20。二.定位環(huán)的設(shè)計(jì) 定位環(huán)與注塑機(jī)定模固定板中心的定位孔相配合,其作用是為了使主流道與噴嘴和料筒對中。設(shè)計(jì)定位環(huán)時應(yīng)注意以下事項(xiàng): (l)定位環(huán)與注塑機(jī)定模固定板上的定位孔之間采取較松的間隙配合。 (2)對于小型模具,定位環(huán)與定位孔的配合長度可取 810mm,對于大型模具則

47、可取 1015mm。三.冷料井的設(shè)計(jì) 冷料井位于主流道出口端。因?yàn)橹髁鞯涝诙Ｒ粋?cè),模具打開時,為了將主流道凝料能夠拉向動模一側(cè),并在頂出行程中將它脫出模外,動模一側(cè)應(yīng)設(shè)有拉料桿。應(yīng)根據(jù)脫模機(jī)構(gòu)的不同,正確選取冷料井與拉料桿的匹配方式。 將冷料井設(shè)計(jì)為帶有錐度,動、定模打開時冷料本身可將主流道凝料拉向動模一側(cè),冷料井之下的圓桿在頂出行程中將凝料推出模外。154.1.2 分流道的設(shè)計(jì) 單腔注塑模通常不用分流道,但多腔注塑模必須開設(shè)分流道。要求熔體通過分流道時的溫度下降和壓力損失都應(yīng)盡可能小,而且要求分流道能平穩(wěn)均衡地將熔體分配到各個模腔。設(shè)計(jì)分流道時應(yīng)注意以下事項(xiàng): (l)設(shè)計(jì)分流道時應(yīng)將熱量損

48、失和流動阻力作為主要矛盾進(jìn)行考慮,只有在保證塑料熔體能夠在足夠的壓力和合理的溫度下充滿模腔時,才能盡量減小分流道截面積和長度以便降低原材料消耗。 (2)當(dāng)分流道較長時,其末端應(yīng)留有冷料穴,以防前鋒冷料堵塞澆口或進(jìn)入模腔,造成充模不足或影響制品的熔接強(qiáng)度。塑料 3K 一 H 型微行星齒輪減速器設(shè)計(jì)方法與注塑成型技術(shù)的研究4.1.3 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是流道和型腔之間的連接部分,也是注塑模進(jìn)料系統(tǒng)的最后部分,其基本作用: (1)使從流道來的熔融塑料以最快的速度進(jìn)入并充滿型腔。 (2)型腔充滿后,澆口能迅速冷卻封閉,防止型腔內(nèi)還未冷卻的熱料回流。 澆口的設(shè)計(jì)采用測澆口,設(shè)置在模具的分型面處,截面為矩形

49、。4.2 型腔鑲塊的設(shè)計(jì) 由于所成型的內(nèi)齒輪在動模內(nèi),所以動模設(shè)計(jì)成鑲拼結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn): (1)動模的強(qiáng)度和剛度因此有所削弱,故?？虬鍛?yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 (2)鑲件之間、鑲件與?？蛑g應(yīng)盡量采用凹凸槽相互扣鎖,以減小整體動模在高壓下的變形和鑲件的位移。 (3)鑲拼件的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于加工、裝配和調(diào)換。 型腔鑲件的設(shè)計(jì)分為型腔嵌套的設(shè)計(jì)和型腔嵌件的設(shè)計(jì),二者之間采用甲 2.5銷連接。提高塑料齒輪的厚度將明顯提高塑料微行星齒輪減速器的承載能力,因此將塑料齒輪的厚度從原設(shè)計(jì)的 3mm 提高到 6mm。 型腔嵌套和型腔嵌件的材料均為 P20,硬度為 HRC38 一 40。目前受線切割加工設(shè)

50、備的限制,所切割的金屬齒形嵌件的齒槽寬不能小于 0.15mm,由此限制了齒輪模數(shù)的縮小。為了進(jìn)一步縮減微行星齒輪減速器的外形尺寸,需要研究線絲直徑小于 0.1的微細(xì)線切割方法。4.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則: (l)在保證模具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的前提下,冷卻水道盡可能靠近型腔。 (2)冷卻水道的直徑應(yīng)優(yōu)先采用大于 Slnm,并且各個水道的直徑應(yīng)盡量相同,避16免由于水道直徑不同而造成的冷卻液流速不均。 (3)對于中、大型模具,由于冷卻水道很長,會造成較大的溫度梯度變化,導(dǎo)致在冷卻水道末端(出口處)溫度上升很高,從而影響冷卻效果。因此對于中、大型模具,可將冷卻水道分成幾個獨(dú)立的回路來增

51、大冷卻液的流量,減少壓力損失,提高傳熱效率。4.4 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在注塑成型的每一循環(huán)中,塑件必須由模具型腔中取出。完成取出塑件這個動作的機(jī)構(gòu)就是頂出機(jī)構(gòu),也稱脫模機(jī)構(gòu)。一、頂出機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式 1.手動脫模 手動脫模是指當(dāng)模具分型后,用人工操縱頂出機(jī)構(gòu)(如手動杠桿)取出塑件。對一些不帶孔的扁平塑件,由于它與模具的粘附力不大,在模具結(jié)構(gòu)上可不設(shè)頂出機(jī)構(gòu),而直接用手或鉗子夾出塑件。使用這種脫模方式時,工人的勞動強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低,在大批量生產(chǎn)中不宜采用這種脫模方式。 2.機(jī)動脫模 開模分型后,利用注塑機(jī)的頂桿推動注塑模具的脫模機(jī)構(gòu),把塑件從模具型腔上脫下來。這種頂出方式具有生產(chǎn)效率高,工人勞動強(qiáng)

52、度低且頂出力大等優(yōu)點(diǎn)。 3.液壓或氣動頂出 在注塑機(jī)上專門設(shè)有頂出油缸,由它帶動頂出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)脫模;或設(shè)有專門的氣源和氣路,通過型腔里微小的頂出氣孔,靠壓縮空氣吹出塑件。這兩種頂出方式的頂出力可以控制,氣動頂出時塑件上不會留下頂出痕跡,但需要增設(shè)專門的液動或氣動裝置。二、頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1.頂桿脫模機(jī)構(gòu)的組成模具的頂出機(jī)構(gòu)使用頂桿脫模機(jī)構(gòu),它結(jié)構(gòu)簡單,制造容易而且維修方便。頂桿、拉料桿、復(fù)位桿都安裝在頂桿固定板上,用螺釘將頂桿固定板和頂桿墊板連接成一個整體。當(dāng)模具打開并達(dá)到一定距離后,注塑機(jī)上的機(jī)床頂桿推動模具頂出機(jī)構(gòu)將塑件連同澆注系統(tǒng)一起從動模中脫出。合模時,復(fù)位桿首先與定模分型面相接觸,使頂

53、桿與動模產(chǎn)生相反方向的相對移動。模具完全閉合后,頂出機(jī)構(gòu)便回復(fù)到了初始的位置。2 頂桿的設(shè)計(jì) 由于注塑成型的內(nèi)齒輪塑件壁厚較小,頂桿設(shè)計(jì)成階梯形頂桿,頂端的頂出部分直徑為 0.5mm。頂桿與型腔嵌套的頂桿孔之間為滑動配合,選用 H7/f6,其配17合間隙兼有排氣作用。頂桿端面精細(xì)拋光,因其已構(gòu)成型腔的一部分。 3.頂桿的固定頂桿固定板的尺寸設(shè)計(jì),頂桿與固定孔間留有一定間隙,裝配時頂桿軸線可作少許移動,以保證頂桿與動模墊板上的頂桿孔之間的同心度。4 塑料微行星齒輪減速器的內(nèi)齒輪注塑成型過程模擬 本章主要對微行星齒輪減速器中固定內(nèi)齒輪 b 和輸出內(nèi)齒輪 e 的注塑成型過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,使用的軟件為 moldnow6.1。由于微小齒輪加工難點(diǎn)主要是在填充上,所以主要對填充過程進(jìn)行模擬,以期通過模擬結(jié)果對成型過程有更直觀地理解并對注塑成型工藝參數(shù)的合理設(shè)置提供參考。 18結(jié)論 本課題的研究內(nèi)容是塑料微行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)制造。通過理論分析以及利用 Pro 一 E、ANSYS 等軟件分別對塑料微行星齒輪減