塑料齒輪正朝著更大的尺寸固逗、更復雜的幾何形狀区拳、更高強度的方向發(fā)展，同時高性能樹脂和長玻纖填充的復合材料起到了重要的推動作用意乓。

塑料齒輪在過去的50年里經(jīng)歷了從新型材料到重要的工業(yè)材料的一個變化歷程樱调。今天它們已經(jīng)深入到許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，如汽車届良、手表笆凌、縫紉機、結(jié)構(gòu)控制設(shè)施和導彈等士葫，起到傳遞扭矩和運動形式的作用乞而。除了現(xiàn)有的應(yīng)用領(lǐng)域以外，新的慢显、更難加工的齒輪應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗟某霈F(xiàn)爪模，這種趨勢還在深入發(fā)展中。

汽車工業(yè)已經(jīng)成為塑料齒輪發(fā)展最快的一大領(lǐng)域荚藻，這一成功的變化是令人鼓舞的叮褐。汽車制造廠商正努力尋找各種汽車驅(qū)動的輔助系統(tǒng)，他們需要的是馬達和齒輪等而不是功率估横、液壓或者電纜变钙。這種變化使得塑料齒輪深入應(yīng)用到很多應(yīng)用領(lǐng)域，從升降門台筷、座位挥棒、跟蹤前燈到剎車傳動器、電動節(jié)氣門段售微、渦輪調(diào)解裝置等芭惠。

塑料動力齒輪的應(yīng)用進一步拓寬。在一些大尺寸要求的應(yīng)用領(lǐng)域甩腻，塑料齒輪經(jīng)常用來替代金屬齒輪弦离，如使用塑料的洗衣機傳動裝置等，這改變著齒輪在尺寸上的應(yīng)用限度昭仲。

塑料齒輪也應(yīng)用到其它很多領(lǐng)域棵章，如通風和空調(diào)系統(tǒng)(HVAC) 的減振驅(qū)動器、流動設(shè)施中的閥門傳動枚冗、公共休息室中的自動沖掃器缓溅、小型航空器上用的控制表層穩(wěn)定的動力螺旋器、軍用領(lǐng)域中的螺砣儀以及操縱裝置赁温。

大尺寸坛怪、高強度的塑料齒輪

由于塑料齒輪成型上的優(yōu)勢以及可以成型更大、高精度和高強度的特征股囊，這是塑料齒輪得以發(fā)展的一個重要原因袜匿。

如何設(shè)計出一個齒輪構(gòu)型更啄，在傳送動力最大化的同時讓傳送錯誤和噪音最小化，還面臨著很多難題居灯。這就對齒輪的同心性祭务、齒形以及其它的特性提出了很高的加工精確要求。

某些斜齒輪穆壕，可能需要復雜的成型動作來制造最終的產(chǎn)品待牵，其它的齒輪在較厚部分需要使用芯齒來減少收縮。雖然很多成型專家使用了最新的聚合材料喇勋、設(shè)備和加工技術(shù)達到了生產(chǎn)新一代塑料齒輪的能力，但是對于所有的加工者來說偎行，將面臨的一個真正的挑戰(zhàn)是如何配合制造這種整個高精度產(chǎn)品判逊。

控制的難點

高精度齒輪允許的公差一般很難用美國塑料工業(yè)協(xié)會(SPI)所說明的“好”來形容。但是今天多數(shù)成型專家使用最新的配有加工控制單元的成型機器医狡，在一個復雜的窗口上殊纫，控制成型溫度的精度、注射壓力以及其它的變量來成型精密的齒輪肿车。一些齒輪成型專家使用更先進的方法厌哈，他們在型腔里安置溫度和壓力傳感器來提高成型的一致性和重復性。

精密齒輪的生產(chǎn)商也需要使用專業(yè)的檢測設(shè)備到讽，如用來控制齒輪質(zhì)量的雙齒側(cè)面的滾動檢測器钟肴、評估齒輪齒面以及其它特征的電腦控制檢測器。但是擁有正確的設(shè)備僅僅是個開始保媒。

那些試圖進入精度齒輪行業(yè)的成型商也必須調(diào)整他們的成型環(huán)境來確保他們生產(chǎn)的齒輪苏狠，在每一次注塑、每一次型腔都盡可能的一致辟昏。由于在生產(chǎn)精密齒輪的時候钻宠，技工的行為往往是決定性的因素，因此他們必須著力于對員工的培訓和操作過程的控制获列。

由于齒輪的尺寸容易受季節(jié)性溫度變換的影響谷市，甚至打開門讓一個叉車通過引起的溫度波動都能影響齒輪的尺寸精度，因此模塑廠商需要嚴格控制成型區(qū)的環(huán)境條件击孩。

其它需要考慮的因素還包括：一個穩(wěn)定的動力供給迫悠，可控制聚合物溫度和濕度的適宜干燥設(shè)備，配有恒定的氣流的冷卻單元溯壶。有些場合使用自動化技術(shù)及皂，通過一個反復的動作，將齒輪從成型的位置移開并放置在傳送單元上且改，達到冷卻方式的一致验烧。

重要的成型冷卻步驟

高精密零件的加工與一般成型加工的要求相比較板驳，需要注意更多的細節(jié)問題以及達到精確測量水平所要求的測量技術(shù)。這一工具必須確保每一次成型的腔內(nèi)成型溫度和冷卻速率相同碍拆。精密齒輪加工中最常見的問題是如何處理齒輪對稱性冷卻以及各模腔間一致性的問題若治。

精密齒輪的模具一般不超過4個型腔。由于第一代的模具只生產(chǎn)一個齒輪感混，很少有具體的說明端幼，輪齒嵌入物經(jīng)常用來減少二次切削的成本。

精密齒輪應(yīng)該從齒輪中心位置的一個澆口處注入憨箍。多澆口易形成熔合線王捧，改變壓力分布和收縮，影響齒輪公差遇娜。對于玻纖增強的材料匹忙，由于纖維沿著焊接線成放射狀排列，使用多澆口時易造成半徑的偏心的“碰撞”区呕。

一個成型專家能控制好齒槽處的變形绣峰，獲得可控的、一致性的海拾、均勻的收縮能力的產(chǎn)品是以良好的設(shè)備掩软、成型設(shè)計、所用的材料伸展能力以及加工條件為前提的眉脖。在成型時侮夸，要求精密控制成型表面的溫度、注射壓力和冷卻過程柱悬。

其它的重要因素還包括壁厚熙掺、澆口尺寸和位置、填料類型咕宿、用量和方向币绩、流速和成型內(nèi)應(yīng)力。

最常見的塑料齒輪是直齒府阀、圓柱形蝸輪和斜齒輪缆镣，幾乎所有用金屬制造的齒輪都可以用塑料來制造。齒輪常用分瓣模腔來成型试浙。斜齒輪加工時由于注射時必須讓齒輪或者形成齒的齒輪環(huán)進行旋轉(zhuǎn)董瞻，所以要求注意其細節(jié)。

蝸輪運行時產(chǎn)生的噪音比直齒小田巴，成型后通過旋出型腔或者用多個滑動機構(gòu)移出钠糊。如果使用滑動機構(gòu)，必須高精確操作壹哺，避免在齒輪上出現(xiàn)明顯的分縫線抄伍。

新工藝和新樹脂

更多的先進的塑料齒輪成型方法正在被開發(fā)出來艘刚。例如二次注射成型法，通過在輪軸和輪齒之間設(shè)計一個彈性體的方法截珍，使齒輪運行起來更安靜悲尝，在齒輪突然停止運轉(zhuǎn)時，能夠較好的吸收振動惰疯，避免輪齒損壞吐梗。

輪軸可以被重新模塑上其它材料，可以選擇柔韌性更好或者價值更高蔫横、自潤滑效果更好的復合材料桐赠。同時研究了氣輔法和注射壓縮模塑法，作為改善輪齒質(zhì)量刊濒、齒輪整體精度迎硼、減小內(nèi)應(yīng)力的一種方法。

除了齒輪本身以外闲窃，成型人員還需要注意齒輪的設(shè)計結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中齒輪軸的位置必須成線性排列才能保證齒輪成一直線運行效岂，即使在負荷和溫度改變的情況下骇诈，因此結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性和精度是非常重要的《钋埃考慮到這個因素浊洞，應(yīng)該使用玻纖增強材料或礦物填充的聚合物等材料做成具有一定剛性的齒輪結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在胡岔，在精密齒輪制造領(lǐng)域法希，一系列的工程性熱塑性塑料的出現(xiàn)給加工人員提供了比以前更多的選擇機會。乙縮醛類靶瘸、PBT和聚酰胺等最常用的材料苫亦，可以生產(chǎn)出優(yōu)良的耐疲勞、耐磨損怨咪、光滑性屋剑、耐高切線應(yīng)力強度性能，能承受諸如往復式馬達運轉(zhuǎn)等造成的振動負荷的齒輪設(shè)備诗眨。

對于結(jié)晶性的聚合物必須在足夠高的溫度下成型唉匾，保證材料的充分結(jié)晶，否則在使用時由于溫度升到成型溫度以上匠楚，材料發(fā)生二次結(jié)晶而導致齒輪尺寸變化巍膘。

乙縮醛作為一個重要的齒輪制造材料廣泛應(yīng)用于汽車、器具芋簿、辦公設(shè)備等領(lǐng)域修鲤，已有40多年的歷史穴眨。它的尺寸穩(wěn)定性能和高耐疲勞和抗化學性可承受溫度高達90 ℃以上。和金屬以及其它塑料材料相比囊喜，它具有優(yōu)異的潤滑性能蚜再。

PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不進行填充改性其最大工作溫度可達150℃汪具，玻纖增強后的產(chǎn)品工作溫度可達170℃率敞。與乙縮醛、其它類型塑料以及金屬材料的產(chǎn)品比較滞逼，它運行良好灯狠，經(jīng)常用于齒輪的結(jié)構(gòu)中。

聚酰胺材料泄肆，與其它的塑料材料和金屬材料比較黔晶，具有韌性好和經(jīng)久耐用的性質(zhì)，常用于渦輪傳動設(shè)計和齒輪框架等應(yīng)用領(lǐng)域鹤协。聚酰胺齒輪未填充時運行溫度可達150℃椎沟，玻纖增強后的產(chǎn)品工作溫度可達175℃。但是聚酰胺具有吸濕或潤滑劑而造成尺寸變化的特征味滞，使得它們不適合用于精密齒輪領(lǐng)域樱蛤。

聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸穩(wěn)定性剑鞍、耐疲勞和耐化學性能的溫度可達到200℃昨凡。它的應(yīng)用正深入到工作條件要求苛刻的應(yīng)用領(lǐng)域、汽車業(yè)以及其它終端用途等蚁署。

液晶聚合物(LCP)做成的精密齒輪尺寸穩(wěn)定性好便脊。它可以忍受高達220℃的溫度，具有高抗化學性能和低成型收縮變化光戈。使用該材料已經(jīng)做出齒厚約0.066 mm的成型齒輪哪痰，相當于人頭發(fā)直徑的2/3大小。

熱塑性彈性體能使齒輪運行更安靜田度，做成的齒輪柔韌性更好妒御，能夠很好的吸收沖擊負荷。例如镇饺，共聚酯類的熱塑性彈性體做成的一個低動力乎莉、高速的齒輪，當保證足夠的尺寸穩(wěn)定性和硬度的時候戏喊，運行時允許出現(xiàn)一些偏差炒圈，同時能夠降低運行噪音。這樣的一個應(yīng)用例子是窗簾傳動器中使用的齒輪。

在溫度相對較低蚕顷、腐蝕性化學環(huán)境或者高磨損環(huán)境中铜乱，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齒輪生產(chǎn)峰辣。也考慮了其它的聚合材料馏舰，但在齒輪應(yīng)用中受到了許多苛刻的限要求限制；

聚碳酸酯潤滑性能拓坠、耐化學性和耐疲勞性能不好便浮；ABS和LDPE材料通常不能滿足精密齒輪的潤滑性能、耐疲勞性能赎遗、尺寸穩(wěn)定性以及耐熱尤痒、抗蠕變等性能要求。這樣的聚合物大多數(shù)用于常規(guī)的峰孝、低負荷或者低速運轉(zhuǎn)的齒輪領(lǐng)域悔叽。

使用塑料齒輪的優(yōu)勢

與同等尺寸的塑料齒輪相比，金屬齒輪運行良好爵嗅，溫度和濕度變化時的尺寸穩(wěn)定性好娇澎。但是與金屬材料相比，塑料在成本睹晒、設(shè)計九火、加工和性能上具有很多優(yōu)勢。

與金屬成型相比册招，塑料成型的固有的設(shè)計自由度保證了更高效的齒輪制造±占可以用塑料成型內(nèi)齒輪是掰、齒輪組、蝸輪等產(chǎn)品辱匿，而這很難以一個合理的價格使用金屬材料來成型键痛。塑料齒輪應(yīng)用領(lǐng)域比金屬齒輪寬，因此它們推動了齒輪朝著承受更高負荷匾七、傳送更大動力的方向發(fā)展絮短。

塑料齒輪同時也是一種滿足低靜音運行要求的重要材料，這就要求有高精度污涤、新型齒形和潤滑性或柔韌性優(yōu)異的材料出現(xiàn)饶饿。

塑料制造的齒輪一般不需要二次加工，所以相對于沖壓件和機造件金屬齒輪狰娱，在成本上保證了50%到90%水平的降低湘涉。塑料齒輪比金屬齒輪輕、惰性好劈耽，可用在金屬齒輪易腐蝕若棒、退化的環(huán)境中照渴，例如水表和化學設(shè)備的控制。

和金屬齒輪相比的唆，塑料齒輪可以偏轉(zhuǎn)變形來吸收沖擊載荷的作用肩降，能較好的分散軸偏斜和錯齒造成的局部負荷變化。許多塑料固有的潤滑特征使得它們成了打印機求瞎、玩具和其它低負荷運轉(zhuǎn)機構(gòu)的理想齒輪材料屁样，這里不包括潤滑劑。除了運行在干燥的環(huán)境中洞枷，齒輪還可用油脂或油來潤滑诺舔。

材料的增強作用

齒輪和結(jié)構(gòu)材料的說明中，應(yīng)該考慮到纖維和填料對樹脂材料性能的重要作用备畦。例如當乙縮醛共聚物填充25%的短玻纖（2mm或更械挽）的填料后，它的拉伸強度在高溫下增大2倍懂盐，硬度升3倍褥赊。

使用長玻纖（10 mm或者更小）填料可提高強度莉恼、抗蠕變能力拌喉、尺寸穩(wěn)定性、韌性俐银、硬度尿背、磨損性能等以及其它的更多性能。因為可獲得需要的硬度捶惜、良好的可控熱膨脹性能田藐，在大尺寸齒輪和結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域，長玻纖增強材料正成為一種具有吸引力的備選材料吱七。