塑料齿轮分类、特点、比较和发展概况

分

类

名  称

特  点

发 展 概 况

运动型塑料齿轮

传递载荷轻微的仪器、仪表及钟表用的齿轮

目前我国对这类齿轮已有相当开发生产实力，如深圳某企业生产的产品，已出口欧、美、日

动力型塑料齿轮

传递载荷较大的汽车(雨刮、摇窗、启动电机等)及减速器用齿轮

对高性能动力齿轮的开发比较滞后，与发达国家相比，有一定差距

热塑性塑料齿轮

主要用于功率较小的传动齿轮，模数较小，仍多为m≤1.5mm

热固性增强塑料齿轮

主要用于模数较大，强度较高的动力传动齿轮

与

金

属

齿

轮

比

较

性

能

特

点

与塑料齿轮相比，金属齿轮的机械强度高、刚性好、温度和湿度变化对尺寸稳定性的影响小。而塑料齿轮则有较大的线胀系数，没有玻纤增强的工程塑料，如聚甲醛其线胀系数是钢的4.5倍左右、尼龙更大到7.5倍左右。因此，一对齿轮在高温下工作，设计人员必须对这种热膨胀情况予以充分的考虑，否则会因为在高温下轮系的顶隙或侧隙过小而发生“胶合”，而在低温时又出现啮合重合度过小等问题

塑料齿轮的应用，同时也是一种满足低噪声运行要求的重要途径。这就要求有高精度、新型齿形和润滑性与柔韧性兼优的材料出现。塑料齿轮自身具有一定的自润性能，如果是采用添加有PTFE、硅油等的复合材料，齿轮即可在没有润滑条件下长期工作。这类自润性塑料齿轮更是打印机、传真机和相机等产品的最佳选择。因为这些齿轮不需要外加润滑油剂，不会对工作环境和使用者造成污染

与金属齿轮相比，塑料还可以采用色母或色粉进行着色处理，使模塑齿轮具有各种各样鲜艳美丽的色彩。在电动玩具、石英钟表等产品中装配这类五颜六色的齿轮，既显得美观大方、又方便装配操作

与金属齿轮相比，当前塑料齿轮的最大弱点在于它的弹性模量较小，其轮齿的弯曲强度、齿形和尺寸精度较低。齿轮用热塑性材料种类繁多，其发展由于缺乏有关这类齿轮强度、磨损、磨耗和使用寿命等可靠的计算方法和可靠数据而受到限制。因此，在动力传动中，设计人员提出塑料齿轮的“以塑代钢”方案备受质疑的现象时有发生。对于汽车动力传动等用塑料齿轮，通常要求按产品设计特性规范，通过对样机特性和寿命的型式试验来验证轮系的设计和材料选择可行性

成

型

工

艺

与金属齿轮相比，模塑成型工艺的固有特点大大提高了设计上的自由度，确保了齿轮制造的高效率、低成本。可以用一次模塑成型内齿轮、齿轮组件、蜗杆和蜗轮等产品。这类产品如果采用金属制造，则加工工序长、技术难度大、生产成本高。因此，如图a~f所示各种复杂塑料齿轮组件已在汽车、仪表等产品中获得广泛应用

模塑直齿轮型腔一般可采用EDM电火花线切割成型工艺加工，其原理是采用一根通电的金属丝，按事先编制的程序进行切割成型。这种线切割成型方法，除了要详尽了解齿轮渐开线和齿根的准确形状之外，再没有其他要求。此法不采用基本齿条按展成原理来确定轮齿的几何尺寸和齿根，而是通过一配对齿轮按展成原理来创成最大实体齿廓齿轮，并确定齿轮几何尺寸。这种现代制模先进工艺也大大扩展了轮系齿形设计上的自由度，设计者可以不再受基本齿条概念的约束，通过CAD等电算软件对齿轮轮系进行优化设计和校核

塑

料

齿

轮

设

计

、

应

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、

发

展

概

况

由于塑件在成型工艺上的优势，以及可以模塑成型更大、更精密和更高强度的齿轮，从而促进塑料齿轮得以快速发展。早期塑料齿轮发展趋势一般是直径不大于25mm，传输功率不超过0.2kW的直齿轮。现在可以做成许多不同类型和结构，传输动力可达1.5kW，直径范围已达100~150mm的模塑齿轮。有人预测几年后，塑料齿轮成型直径可望达到450mm，传输功率可提升到7.5kW以上

《塑料齿轮齿形尺寸》美国国家标准(ANSI/AGMA 1006-A97米制单位版)，为动力传动用塑料齿轮设计推出了一种新版本的基本齿条AGMAPT。此基本齿条的最大特点是齿根采用全圆弧，可以在塑料齿轮设计的许多应用场合中优先选用。该标准还阐述了采用基本齿条展成渐开线齿廓的一般概念，包括任何以齿轮齿厚和少数几个数据，推算出圆柱直齿和斜齿齿轮尺寸的说明，并附有公式和示范计算；公式和计算采用ISO规定的符号和公制单位。还编写有几个附录，详细介绍了所推荐的几种试验性基本齿条参数；另外还提出了一种不用基本齿条和模数等概念来确定齿轮几何参数的新途径

在我国，塑料齿轮起步于20世纪70年代初。模塑齿轮的开发应用大致经历了以下三个阶段：①水、电、气三表计数齿轮、各种机械或电动玩具齿轮；②洗衣机定时器、石英闹钟和全塑石英手表、相机、家用电器、文仪办公设备等齿轮；③汽车雨刮、摇窗、启动电机和电动座椅驱动器(HDM、VDM等)中的斜齿轮、蜗轮和蜗杆等。当前我国塑料齿轮制造业主要集中在浙、粤、闽等沿海地区，塑料齿轮的产量和质量均能基本满足国内目前包括汽车工业在内的产品需求

今天，塑料齿轮已经深入到许多不同的应用领域，如家用电器、玩具、仪器仪表、钟表、文仪办公设备、结构控制设施、汽车和导弹等，成为完成机械运动和动力传递等的重要基础零件