塑料齒輪及其傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)途徑與金屬齒輪傳動(dòng)不同，塑料齒輪傳動(dòng)可以采用不同的方法來進(jìn)行優(yōu)化，檢測和測試的需求也不同。下面將對塑料齒輪及其傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、模具制造及檢測方面的新技術(shù)作一介紹。

    塑料齒輪的設(shè)計(jì)

 

    通常金屬齒輪是按基本齒條原理進(jìn)行切削加工的過程來設(shè)計(jì)的，很多塑料齒輪的設(shè)計(jì)者采用類似的方法。金屬齒輪定義的節(jié)圓描述了齒輪與其切削刀具間的安裝間隔，而齒頂修形是指切齒刀具附加的裝調(diào)特性，以便加工出所需的齒形，齒輪的全切深實(shí)際上指刀具進(jìn)進(jìn)齒輪毛坯的多少。然而，對于塑料齒輪而言就不需要這些概念，它們往往還會(huì)引起混淆和誤解。

 

    基本齒條方法的最大好處是答應(yīng)被切制的齒輪相互之間可以任意配對正常嚙合，而塑料齒輪通常針對大批量應(yīng)用而設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能使齒輪副裝置更結(jié)實(shí)、堅(jiān)固，而不是使齒輪能夠適應(yīng)一定的應(yīng)用范圍。下面列出的途徑方法，是實(shí)現(xiàn)特定傳動(dòng)要求并使齒輪功能達(dá)到最大、最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法。

    目前幾乎所有的直齒塑料齒輪都是模制加工，其模腔是用線切割加工的。設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)完全理想化的數(shù)字化齒輪，然后通過線切割加工成實(shí)體齒輪。

 

    漸開線齒輪傳動(dòng)本質(zhì)上等同于交叉皮帶傳動(dòng)。輪齒利用相同的傳動(dòng)路徑產(chǎn)生相同的回轉(zhuǎn)效果，主動(dòng)輪通過傳動(dòng)路徑推動(dòng)被動(dòng)輪，路徑由通過節(jié)點(diǎn)的皮帶從一個(gè)基圓輪離開移向另一個(gè)基圓輪。交叉皮帶傳動(dòng)的很多參數(shù)和齒輪傳動(dòng)完全一致，如基圓、節(jié)圓、壓力角和基圓切線長度等。

 

    通過運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)及漸開線原理，可根據(jù)所需齒輪副的減速比相對確定基圓輪的大小。在此階段盡對尺寸是不重要的，由于最后齒輪可以做到所需的尺寸大小。然后，選擇一個(gè)基圓齒厚并在一個(gè)齒輪上畫出漸開線齒形以及與齒輪的間隔，確定其工作壓力角。齒輪外徑可以不考慮。至此齒輪已經(jīng)確定，其它部分可以自行展成。部分結(jié)構(gòu)齒輪沿其配對齒輪的節(jié)圓回轉(zhuǎn)，形成配對齒輪的齒形輪廓。齒頂在公道的直徑處被切除，第二個(gè)齒輪沿第一個(gè)齒輪的節(jié)圓回轉(zhuǎn)形成齒根部分。這就是按最大實(shí)體條件設(shè)計(jì)齒輪。考慮到偏心和模制公差，輪齒需減薄或略微向外拉開以便有足夠的間隙，齒輪外徑公差比最大實(shí)體小，避免干涉。

 

    這種自展成構(gòu)建技術(shù)使設(shè)計(jì)者能在塑料齒輪嚙合時(shí)最大限度的發(fā)揮齒輪的作用和性能。輪齒可以做得更長以增加嚙合工作區(qū)，或加大齒厚以增加齒的強(qiáng)度。仍需留意的是傳統(tǒng)齒輪所涉及的接觸比和齒輪強(qiáng)度等題目。

    這種設(shè)計(jì)方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，CAD繪制的幾何圖形可用來與模制齒輪進(jìn)行比較——采用光學(xué)方法或掃描式坐標(biāo)丈量機(jī)進(jìn)行對比丈量。

 

    塑料齒輪制造中的下一個(gè)關(guān)鍵步驟是模具設(shè)計(jì)。此階段需預(yù)估塑料齒輪幾何外形的收縮情況，否則將造成很多已檢測合格的齒輪傳動(dòng)不正常或根本不能正常工作。

 

    塑料齒輪的收縮很復(fù)雜，大致可分為兩個(gè)方面：宏觀的和局部的。齒輪基體和簡單對稱的齒輪其主要參數(shù)的收縮量基本相同，包括齒輪外徑、齒根圓直徑、基圓和節(jié)圓等。單個(gè)輪齒的局部收縮量則完全不同，齒厚和其它參數(shù)幾乎不收縮。在有些情況下，由于局部作用還可能膨脹，這種情況在空心結(jié)晶材料（如尼龍和乙縮醛）中尤為明顯。