本章目的：了解塑料齒輪設計常用知識
要學習設計塑料齒輪，就需要先了解齒輪。因為塑料齒輪是齒輪中之一，其材質為塑料。
需要學習的齒輪知識包括：齒輪的定義，齒輪輪系的作用，齒輪的分類等。
齒輪是指輪緣上有齒的連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件。
在實際機械中，少有使用單個齒輪，往往要採用一系列相互嚙合的齒輪來滿足工作要求。這種由一系列的齒輪組成的傳動系統稱為輪系。
齒輪輪系的作用一般有：
電機的扭矩是有限的，在尺寸重量規定的情況下，我們就算選用最大扭矩的電機也常常不符而設計要求。所以輪系的最大作用就是大幅度增加電機的扭矩。
同理，電機的轉速通常非常快，輪系的另乙個作用就是大幅度減少電機的轉速。
當然，降低電機轉速的方法不只是一種，比如步進電機的細分驅動器就能提供降低轉速作用，還有改變電機控制電流等。
如果設計中電機的方向位置是固定且設計要求改變轉動方向，則需要用到蝸輪蝸桿等齒輪。反之，可以直接更改電機位置。
齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和製造方法等分類。
齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位等引數。
漸開線齒輪比較容易製造，因此現代使用的齒輪中 ，漸開線齒輪佔絕對多數，而擺線齒輪和圓弧齒輪應用較少。
在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較小；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉矩相同的情況下軸承的負荷增大，因此僅用於特殊情況。
而齒輪的齒高已標準化，一般均採用標準齒高。
變位齒輪的優點較多，已遍及各類機械裝置中。
另外，齒輪還可按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪；
按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪；
按輪齒所在的表面分為外齒輪、內齒輪；
按製造方法可分為鑄造齒輪、切製齒輪、軋制齒輪、燒結齒輪、注塑齒輪等。
齒輪的製造材料和熱處理過程對齒輪的承載能力和尺寸重量有很大的影響。20世紀50年代前，齒輪多用碳鋼，60年代改用合金鋼，而70年代多用表面硬化鋼。按硬度 ，齒面可區分為軟齒面和硬齒面兩種。
軟齒面的齒輪承載能力較低，但製造比較容易，跑合性好， 多用於傳動尺寸和重量無嚴格限制，以及小量生產的一般機械中。因為配對的齒輪中，小輪負擔較重，因此為使大小齒輪工作壽命大致相等，小輪齒面硬度一般要比大輪的高。
硬齒面齒輪的承載能力高，它是在齒輪精切之後 ，再進行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理，以提高硬度。但在熱處理中，齒輪不可避免地會產生變形，因此在熱處理之後須進行磨削、研磨或精切 ，以消除因變形產生的誤差，提高齒輪的精度。
基本齒條確定齒輪齒少數幾項原始資料即可計算出來。
齒輪模數是否越高越好？——不是。在齒輪直徑一定的情況下，模數越大齒數越少，齒數越少，齒輪嚙合時重合係數就小，就是同時參與嚙合的齒數少，這是不利於齒輪傳動的。
設計齒輪的原則是，只要模數滿足強度要求即可，通過增加齒數，提高重合係數，改善輪齒的工作條件。
3.1 塑料齒輪的定義
塑料齒輪對比金屬齒輪的優點，主要體現在噪音小、輕量化、耐腐蝕、無潤滑執行等幾點，如下所述：
塑料齒輪的應用,是一種滿足低雜訊執行要求的重要途徑。這就要求有高精度、新型齒形和潤滑性與柔韌性兼優的材料出現。同時,塑料齒輪在傳動過程中,通過輪齒的彈性傾斜來吸收衝擊載荷,能較好地分散安裝軸的不平行度,齒輪徑向跳動及齒距誤差所造成的區域性負荷變化,具有較好的吸振降噪作用。
塑料齒輪自身具有一定的自潤效能,如果是採用新增有ptfe、矽油等的複合材料,齒輪即可在沒有潤滑的條件下長期工作。這類自潤性塑料齒輪更是印表機、傳真機和相機等產品的最佳選擇。因為這些齒輪不需要外加潤滑油劑,不會對工作環境和使用者造成汙染。
與金屬齒輪相比,塑料還可以釆用色母或色粉進行著色處理,使模塑齒輪具有各種各樣鮮豔美麗的色彩。在電動玩具、石英鐘錶等產品中裝配這類五顏六色的齒輪,既顯得美觀大方,又方便裝配操作。
與金屬齒輪相比,塑料齒輪還比金屬齒輪輕、惰性好,可用在金屬齒輪易腐蝕、退化的環境中,例如水表和化學裝置的控制。
但就作者看來，本質上，塑料齒輪能代替金屬齒輪的根本原因，還是因為其製造成本低和時間短（注塑工藝代替機械加工），也就是「以塑代鋼」大趨勢的作用。
與金屬齒輪相比,當前塑料齒輪的最大弱點在於它的彈性模量較小,其輪齒的彎曲強度、齒形和尺寸精度較低。齒輪用熱塑性材料種類繁多,其發展由於缺乏有關這類齒輪強度、磨損、磨耗和使用壽命等可靠的計算方法和可靠資料而受到限制。
因此,在動力傳動中,設計人員提出塑料齒輪的「以塑代鋼」方案備受質疑的現象時有發生。對於汽車動力傳動等用塑料齒輪,通常要求按產品設計特性規範,通過對樣機特性和壽命的型式試驗來驗證輪系的設計和材料選擇的可行性。
與塑料齒輪相比,金屬齒輪的機械強度高、剛性好、溫度和濕度變化對尺寸穩定性的影響小。而塑料齒輪則有較大的線脹係數,沒有玻纖增強的工程塑料,如尼龍(pa66)和聚甲醛(pom)的線脹係數是碳素鋼(q235)的8~9倍左右。因此,一對齒輪在高溫下工作,設計人員必須對這種熱膨脹情況予以充分的考慮,否則會因為在高溫下輪系的頂隙或側隙過小而發生「膠合」,而在低溫時又出現嚙合重合度過小等問題。
3.4 塑料齒輪成型工藝
7 標準庫檔案樹
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