基于KISSsoft的塑料齒輪傳動設計探究

黃潮生

（京信通信系統（廣州）有限公司，廣東 廣州 510000）

1 塑料齒輪傳動系統

齒輪的應用具有非常久遠的歷史，而隨著技術的發展，齒輪的材料也不在局限于金屬，塑料齒輪的應用越來越多，塑料齒輪于金屬齒輪相比在成本、設計、加工和性能等多方面都具有明顯的優勢，目前塑料齒輪的應用越來越廣泛，尤其是在一些對精密等級要求較高的領域，如空調系統的減震驅動器、天線傳動和監控傳動等領域。氣輔法和注射壓縮模塑法等新工藝和縮醛類、PBT和聚酰胺新材料的出現，使塑料齒輪的性能還在不斷的提升，將會在社會生產生活的眾多領域有更加重要的應用。

隨著齒輪傳動系統運行速度的不斷發展，進行具有優異性能的齒輪傳動系統的設計工作變得十分重要，在齒輪的設計過程中計算量非常龐大，應用傳統的計算方法難以滿足運算的要求，因此需要借助計算機軟件來進行計算。Kisssoft軟件是一種具有強大功能的專業傳動系統的設計軟件，其不僅擁有十分強大的設計計算功能，而且在計算分析能力、界面優化等方面也十分的出色，因為具有這些特點也使其具有十分廣泛的應用。其中，在齒輪傳動系統的設計過程中，應用 KISSsys 模塊能夠為設計工作提供便捷的建模以及計算方法，從而能夠極大的提升計算的精度，減少設計人員的工作量，從而促進整體的設計效率的提升。

2 齒輪傳動系統設計

齒輪傳動系統的設計是一項十分復雜的過程，為了提升系統的性能，就需要保證設計方案具有非常高的精確性，使得傳動參數得到最優的設計。為了實現上述的要求，采用一種高效并且簡便的設計方法來進行系統的設計工作十分有必要，這不僅能夠保證系統的性能，還能夠促進設計工作效率的提升。Kisssoft軟件是一種十分強大的專業設計軟件，對于提升齒輪傳動系統的設計工作具有重要的作用。

2.1 塑料齒輪傳動模擬建模

在天線傳動系統中，塑料齒輪的材料多元用聚甲醛（POM）和尼龍（PA66），這是由于這兩種材料具有高強度、高耐磨性和良好的抗疲勞性。這兩者材料相比，PA66具有較強的吸濕性，會引起塑料件性能和尺寸的變化，因此本文設計過程中采用吸濕性較小并且性能穩定的POM作為塑料齒輪的材料。

通過初步的設計確定了齒輪基本參數，并且在這些參數的基礎之上進行了計算，獲得齒輪強度的計算結果，上述參數和結果的數據如表1所示。齒輪的設計過程中，首先要滿足的條件是齒輪的強度，在滿足了這一條件的基礎之上，才能夠進行下一步的軸結構設計以及后續的強度校核的計算工作。

本文應用了 Kisssoft 軟件進行了齒輪傳動系統的建模工作，在建模過程中應用了 KISSsys 模塊建立了具體的模型，在整個齒輪傳動模型中設計了3個平行軸，并且包含了2組能夠互相配合的齒輪以及6個軸承。基于了 KISSsys 模塊所建立的齒輪傳動模型分別如圖1、圖2所示。其中圖1中所表示的是齒輪箱的模型，而圖2中則展示了齒輪箱的模型樹。

通過應用KISSsys 模塊能夠建立起齒輪傳動的三維仿真模型，具體的生成方式是先在軟件中輸入相應的參數，包括軸、齒輪的相關參數，以及確定選擇的軸承以及所應用的數據參數等信息，通過這些信息可以在 KISSsys 中生成相應的齒輪傳動的三維模型。在本文的齒輪設計過程中所選用的軸的參數如下；一軸的軸徑為 4 mm、二軸的軸徑為6 mm、三軸的軸徑為5 mm。

表1 齒輪的相關參數以及強度的計算結果

圖1 齒輪箱模型

圖2 齒輪箱模型樹

2.2 軸強度以及軸承壽命的計算

在應用 KISSsys 模塊建立了齒輪傳動的三維模型之后，需要對該設計中軸的強度以及軸承壽命等進行計算，該計算也是通過 KISSsys 模塊來完成的，通過 KISSsys模塊的計算可以得到上述設計中軸承的壽命和軸承的強度。具體的參數如表2中所示。

表2 軸承強度和壽命參數

在這三個軸承之中，三軸是作為輸出軸使用的，也正因為如此其具有更大的扭矩。在這樣的情況下不僅僅需要關心其最大應力處的位置，還需要對其危險截面的情況進行計算。通過分析可知軸承三的危險截面包括A-A、B-B、C-C和D-D四處，具體的位置如圖3中所示，通過這四個界面的進行結算可以獲取其靜態安全系數，最終的計算結果這四個界面的靜安全系數分別為3.18、5.09、3.42、2.69。通過對上述的系數進行對比可以發現，該軸的D-D、A-A兩處截面的強度較弱。

圖3 三軸的模型以及其界面示意圖

通過使用 KISSsys 模塊對設計進行計算獲得了此傳動系統各方面的參數，其中其最大的位移量和應力值分別為5.44 μm和10.82 MPa；最小的軸承壽命為1875 h。

本文通過應用 KISSsoft 軟件針對塑料齒輪傳動設計進行了塑料齒輪強度的校核以及軸的強度和軸承壽命等方面的計算，通過這樣的方式可大提升工作的效率，為進一步的優化設計提供了理論的依據。

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