塑料齒輪及其傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)途徑與金屬齒輪傳動不同，塑料齒輪傳動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。

 

    漸開線齒輪傳動本質(zhì)上等同于交叉皮帶傳動。輪齒利用相同的傳動路徑產(chǎn)生相同的回轉(zhuǎn)效果，主動輪通過傳動路徑推動被動輪，路徑由通過節(jié)點(diǎn)的皮帶從一個基圓輪離開移向另一個基圓輪。交叉皮帶傳動的很多參數(shù)和齒輪傳動完全一致，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，選擇一個基圓齒厚并在一個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，第二個齒輪沿第一個齒輪的節(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。