玩具设计和齿轮箱结构设计

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本人之前是做玩具設計工作，現在做項目工程。先談一下牙箱方面我所知道的內容。
1、牙箱的组成
牙箱是通过马达和齿轮的配合实现各种功能的封闭式装置。它的基本结构是由马达、齿轮、轴及轴套、箱体组成。
2、玩具中常用牙箱类型：
1)        车类玩具：驱动牙箱、转向牙箱、差速牙箱、发射牙箱
2)        非车类玩具：升降牙箱、静音牙箱等特殊功能牙箱；
3)        Hobby类玩具：伺服牙箱；
3、齿轮的配合形式：1)直齿与直齿的配合　2)蜗轮蜗杆的配合　3)锥齿与锥齿的配合　4)直齿与齿条的配合
4、传动比的分配原则：
1)        各级传动的承载能力接近相等。
2)        使牙箱获得最小的外形尺寸和重量。
5、直齿与直齿配合的相关设计：
  5.1  直齿传动由于它的传动效率高（一对齿轮可达98%~99.5%），而且精度越高，效率越高；对中心距的敏感性较小，装配简单，因此在玩具设计中应用的最为广泛，
5.2、齿轮模数、齿厚、材料、传动比的选择:
1.        在选择齿轮模数时要考虑以下因素：
1)        速度(V)
2)        产品重量(M).
3)        功能要求
4)        场地.---如草地行驶的玩具车要比在轨道上行驶的玩具车的模数大。
5)        产品的外形尺寸---空间足够时可选大一些的模数，当空间太小时，要适当降低模数，但要保证产品功能和安全功能。
* 玩具中常用的模数有0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.5，2.0等。
2.        关于齿厚的选择是根据齿轮的受力情况以及产品的空间大小来定；
1)        常用传动齿轮的厚度2mm~6mm，特殊的如伺服盒中传动齿厚度有：0.8mm~2.5mm；1:10以上时速30km/H的以上遥控车传动齿厚度甚至超过10mm。
2)         但马达齿在牙箱中是一个例外，一般来说,马达齿较其它的从动齿都厚，常用马达齿的厚度5mm~10mm，特殊的如伺服盒中马达齿厚度：3mm~4mm；1:10以上时速30km/H的以上遥控车马达齿厚度甚至超过10mm。
3.        关于齿轮材料是要根据齿轮的受力情况、产品功能的要求以及成本来选择；
1)        常用传动齿的材料有：POM，PA，PA+GF
2)        常用马达齿的材料有：铜，Hytre， POM，PA
4.        关于牙箱传动比的选择：在确定了产品功能后，就要根据功能的要求确定马达的型号和传动比，这里重点介绍传动比的选用。
1）        传动比（i）的参考条件：1.功能要求：如速度（V）、爬坡角度，　2.产品的重量（M），3.马达的转速（n），4.马达的扭力(T)，5.轮胎的直径(D)
2）        齿数比（u）的近似计算方法：
u≈        k(n•60)• 3.14•D
        V
3）        确定了齿数比后再确定每级齿轮模数和齿数：
马达齿的齿数有－8，9，10，12，14，下划线的数定为优选级。可以的话尽量选用LC已开模的齿轮。
传动齿的齿数有－10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32…优先考虑选用偶数齿，只有在特殊情况下才考虑选用奇数齿。可以的话尽量选用LC已开模的齿轮。
4）        齿数比（u）确定后，一般都再要通过测试样板的数据来看是否符合要求。
  9.5.3、直齿齿轮的设计标准：
1)        因齿轮的齿形是渐开线轮廓，故当选择了模数与齿数后，其它一些尺寸均可通过公式计算出来：
名称        代号        公式
分度圆直径        d        d=zm
齿顶高        ha        ha= ha*m=(ha*=1)
齿根高        hf        hf= (ha*+c*)m=1.25m (ha*=1, c*=0.25)
全齿高        h        h= ha+ hf
齿顶圆直径        da        da=d+2ha=(z+2)m
齿根圆直径        df        df=d-2hf=(z-2.5)m
2)        直齿啮合的中心距：a= ½ m (Z1+Z2) +C式中：
注：a ----中心距   m---齿轮模数　　Z1---主动齿齿数
C---齿轮间隙（m<0.6时，c=0.1mm ,m>0.6时c=0.15mm）
*一级从动轮轮轴的位置（与马达齿啮合的齿轮为一级从动轮）一级从动轮的轮轴截面与马达截面不可以相交。
*如果条件允许。在设计牙箱时要尽可能保证支承轮轴的孔壁或支承齿轮的柱外圆面均无斜度（拔模角=0°）
*设计牙箱时，要充分考虑到产品外型及尺寸对牙箱的限制。
   3）由于玩具中常用的轴径的制造公差均为负公差（-0.01~-0.03）所以如下图示：(具体的公差配合请详细参见<轴与孔的配合>)

  9.6、蜗杆与蜗轮配合的相关设计：
9.6.1        蜗杆传动的特点是传动比大和可以自锁，在玩具齿轮箱设计中也会得到一定的应用，但由于它的传动效率低而使得它得不到广泛的应用。
9.6.2        蜗杆模数、材料、蜗杆的头数和蜗轮的齿数的选择:
1.        同样的在选择蜗杆模数时要考虑以下因素：
1）        速度(V)
2）        产品重量(M).
3）        功能要求
4）        场地.---如草地行驶的玩具车要比在轨道上行驶的玩具车的模数大。
5）        产品的外形尺寸---空间足够时可选大一些的模数，当空间太小时，要适当降低模数，但要保证产品功能和安全功能。
* 玩具中常用的模数有0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.5，2.0等。
2.        关于蜗杆材料是要根据受力情况、产品功能的要求以及成本来选择；
1)        常用的材料有：POM，PA，PA+GF
3.　关于蜗杆头数（z1）和蜗轮齿数（z2）的选择：
1）        蜗杆头数一般为z1=1~10，常用为1，2，4，6。传动比大时及要求自锁的蜗杆传动取z1=1。
2）        蜗轮齿数是根据传动比的要求而定，一般取值：10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32…优先考虑选用偶数齿，只有在特殊情况下才考虑选用奇数齿。可以的话尽量选用LC已开模的齿轮。
9.6.3        蜗杆传动的设计标准
1)        蜗杆传动的中心距: a= &frac12; (d1+d2+2x2m) +C
注：a－中心距   m－齿轮模数　　d1—蜗杆分度圆直径 　d2－蜗轮分度圆直径  x2－蜗轮变位系数
C---齿轮间隙（m<0.6时，c=0.1mm ,m>0.6时c=0.15mm）
*马达齿尽量不要使用蜗轮蜗杆结构。
  9.7、锥齿配合的相关设计：
9.7.1 差速牙箱：玩具车仔在转弯行驶时，左右两个驱动轮走过的路程是不同的，外侧驱动轮要比内侧驱动轮走过的路程长。如果两个驱动轮紧固在一根车轴上，由于它们具有相同转速，转弯行驶只能靠内侧驱动轮对地面打滑来实现。在车身较重的情况下，打滑现象不容易发生，车轴将要承受“麻花状”扭曲力矩，这对车辆模型高速行驶十分有害，为了解决这个矛盾，参考真实车辆的机构，需要在车辆模型中也安装差速器。差速器的结构很多，最常用的就是锥齿轮差速器，差速牙箱在结构上有如下特点：
1.        发动机的动力不再由传动机构直接传递给驱动轴和跟它紧固在一起的驱动轮；
2.        两个驱动轮不是安装在同一根车轴上，而是安装在同内、外伞齿轮紧固在一起的两根驱动轴上。
当车辆模型行驶时，左右驱动轮会受到地面反抗力矩的作用，这个力矩通过内、外伞齿轮作用在三个差速伞轮上。若车辆模型直线行驶，内、外伞齿轮作用在三个差速伞轮上的反抗力矩是相等的，不会引起差速伞轮“自转”，若车辆模型是转弯行驶，左、右驱动轮受到地面反抗力是不同的，内侧轮受到的反抗力矩大，外侧轮受到的反抗力矩小。大小不同的两个反抗力矩作用在三个差速伞齿轮上，产生麻花状的扭曲力矩，使差速伞齿随同过桥齿轮“公转”的同时发生“自转”。这种“自转”恰好使外侧轮的转速增加，内侧轮的转速减小，这样就达到了“差速”的目的。
9.8、牙箱噪音分析及改善措施：
产生噪音的原因        改善措施        备注
1. Motor 本身高速旋转产生的噪音和第一级齿轮啮合产生的噪音；        1.        Motor的良好固定；
2.        Motor加缓冲套；
3.        Motor齿用Hytre料；
4.        将第一级齿轮啮合改用皮带轮；
5.        选用静音马达；
6.        根据经验第一级的虚位可以稍稍比正常大0.05~0.1mm；(待定)       
不利于motor散热；
Hytre料在高速时易变形；
皮带易打滑传动效率低；
成本高，改善不明显；
齿轮间虚位大产生的噪音        在强度足够的情况下尽量选用较小模数齿轮        模数越大，承载能力越大
2. 不同齿轮材料所带来的噪音也不同        表面粗糙高，自润滑情能差的材料产生的噪音越大，例如加纤尼龙的齿轮产生的噪音就较大，相对POM则较小。       
3. 齿轮的齿形也是影响牙箱噪音的一个重要方面        尽量选用专业齿轮厂来做模及啤塑则可避免齿形不良带来的噪音       
        选择合理的润滑油可以减低噪音，对于高速运转的牙箱则要选用一些高粘度不容易甩掉的润滑油。       
        齿轮的中心距及预留的虚位是否合理也是影响噪声的重要因素。       
4. 牙箱的密封性也会影响牙箱噪音        在空间允许的情况下尽可能的将牙箱外壳密封。       
9.9 牙箱崩齿的原因及对策
1  中心距偏大
2  第一级MOTOR PININ 牙尽可能使用10T以上，10T以下容易产生根切，导致崩牙。 在必须使用10T以下齿轮时，我们可以做正变位齿轮来增强它。
3  齿轮牙形不良，厚度偏薄，也会导致崩牙。
4  选用齿轮材料不当也会导致崩牙，当牙箱运转速度高，输出扭力大时，我们就应该选用加纤尼龙或者POM100ST+100P之类高强度材料。
5  牙箱强度不够，不能固定好齿轮时也会产生崩牙。
當然，一個牙箱中是需要有离合器來保護牙箱齒輪及馬達，有時間再談談离合器的設計。

我成功，因为我志在成功

9# mas12355

好东东！我能看下吗？

我来顶，齿轮设计还没接触过呢

没搞过......捧场,顺便接受再教育.