塑料齒輪具有許多金屬齒輪所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。與金屬齒輪相比，它們重量更 輕、慣性更小、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音更低。塑料通常齒輪不需要潤(rùn)滑，或者可以添 加PTFE或硅油這樣的內(nèi)部潤(rùn)滑劑。塑料齒輪通常比金屬齒輪的單位成本更 低，而且在設(shè)計(jì)時(shí)可以結(jié)合考慮其他組裝性能。此外，這些齒輪還能運(yùn)用 于許多腐蝕性環(huán)境。 

   塑料齒輪已在范圍廣泛的應(yīng)用中確立了傳統(tǒng)金屬齒輪的重要替代品的地位。塑料齒輪的用途已經(jīng)從低功率低精度傳動(dòng)發(fā)展到要求更高的動(dòng)力傳輸領(lǐng)域。隨著設(shè)計(jì)師們不斷拓展塑料齒輪的應(yīng)用范圍，人們對(duì)于塑料在齒輪設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)和如何利用塑料的獨(dú)特性能也有了更多的了解。

    錐齒輪呈圓錐狀，在齒的厚度和高度方向都是錐形 的。輪齒的一端大，另一端小。雖然輪齒的尺寸是 按照齒的較大一端列出的，但強(qiáng)度計(jì)算要以輪齒的 中部截面為依據(jù)。

    最簡(jiǎn)單的錐齒輪的類(lèi)型是傘形齒輪(圖5)。這些齒 輪通常用于成90°相交的軸上，但是可以在幾乎任 何角度下運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣的齒輪既施加推力負(fù)載，又施 加軸向負(fù)載，必須安裝得很準(zhǔn)確才能正常工作。雖 然塑料的錐齒輪并不很常見(jiàn)，但是設(shè)計(jì)師們已開(kāi)始 研究其用途。其他類(lèi)型的錐齒輪還有螺旋錐齒輪和 零度錐齒輪。

    端面齒輪是一種特殊類(lèi)型的齒輪，它的輪齒鑲嵌在 齒輪的端面上(圖6)。在端面齒輪上，輪齒與齒輪 的軸指向同一方向。端面齒輪可以同正齒輪或斜齒 輪嚙合。像錐齒輪一樣，兩個(gè)齒輪的軸必須交叉， 軸的角度通常是90°。

   有三種類(lèi)型的齒輪通常被稱為蝸輪。蝸輪可以安裝 在非交叉、非平行的軸上;然而最常見(jiàn)的排列是非 交叉、成90°的軸。蝸輪的特征是其中一個(gè)部件有 螺紋。這個(gè)部件稱為蝸桿(圖7)。與蝸桿配合的齒輪 稱為蝸輪。

   在塑料齒輪設(shè)計(jì)中，金屬(或偶爾是塑料)蝸桿與 塑料斜齒輪相配合是十分普遍的。這種排列實(shí)際上 被稱為非包絡(luò)蝸輪或相錯(cuò)軸斜齒輪。相錯(cuò)軸斜齒輪 安裝在彼此不交叉但成一個(gè)角度(通常是90°)的兩 根軸上。相錯(cuò)軸斜齒輪對(duì)它們的軸承既產(chǎn)生軸向負(fù) 載，又產(chǎn)生推力負(fù)載。

   可惜的是，相錯(cuò)軸斜齒輪只有點(diǎn)接觸，因此不能承 受很高的負(fù)載。然而，如果齒輪能夠磨合一段時(shí)間 而不失效，點(diǎn)接觸變成了線接觸，這就更像單包絡(luò) 蝸輪，這時(shí)承載能力會(huì)增大。這是將金屬蝸桿與塑 料斜齒輪配合使用的原因之一。斜齒輪首先磨損,然后變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的蝸輪。把金屬蝸桿與塑料蝸輪 或塑料斜齒輪配合使用的另一個(gè)原因，是有助于消 除蝸輪組可能產(chǎn)生的大量熱量。塑料蝸輪由于與熱 有關(guān)的因素而失效的情況并不罕見(jiàn)。

相錯(cuò)軸斜齒輪組能夠經(jīng)受中心距和軸間角的小變動(dòng) 而不會(huì)影響齒輪的精度。這個(gè)特點(diǎn)使它成為最容易 安裝的齒輪之一。

   真正的蝸輪組可分為單包絡(luò)或雙包絡(luò)蝸輪。在單包 絡(luò)蝸輪組中，蝸輪有一個(gè)帶喉齒廓，它包圍著蝸 桿，就像螺母包圍著螺紋一樣(圖8)。這就比類(lèi)似 的斜齒輪有更大的接觸面，從而把承載能力增大 了2–3倍。在雙包絡(luò)蝸輪中，蝸桿(圖9)和蝸輪都帶 喉，并且互相包圍。模塑帶喉的蝸桿或蝸輪是很困 難的,因此，蝸桿和斜齒輪(交錯(cuò)軸螺旋齒輪)的組 合最為常用。

齒輪材料有一些基本要求。材料必須具有足夠強(qiáng)度 以傳遞齒輪輪齒負(fù)載，并對(duì)配合齒輪的材料具有良 好的耐磨損性和耐摩擦性。對(duì)于某些應(yīng)用，耐沖擊和耐腐蝕性能也至關(guān)重要。齒輪設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)評(píng)估齒輪需要滿足的要求(環(huán)境要求和力學(xué)要求)，并將這些要求與要使用的材料的相關(guān)性能進(jìn)行比較。

如前文所述，用于評(píng)估齒輪的值極少可在數(shù)據(jù)表中找到。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械性能和物理性能的評(píng)估條件極少會(huì)出現(xiàn)在齒輪的工作條件中。如果有各種溫度和疲勞 度下的工程性能(如應(yīng)力-應(yīng)變同步曲線、拉伸蠕 變或彎曲疲勞)數(shù)據(jù)，則可以更好地預(yù)測(cè)材料的行為。但即使有所需的數(shù)據(jù)，我們?nèi)詮?qiáng)烈建議進(jìn)行原型試驗(yàn)。

雖然大多數(shù)磨損數(shù)據(jù)并不直接適用于齒輪應(yīng)用，但通過(guò)圓盤(pán)、環(huán)-塊或盤(pán)-銷(xiāo)磨損數(shù)據(jù)仍可以對(duì)可能的 備選材料進(jìn)行比較分級(jí)。在熱塑性合成材料相對(duì)于 鋼和其他金屬(鋁、銅等)方面，以及熱塑性合成 材料在室溫和高溫方面，已經(jīng)得到了大量的圓盤(pán)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可用于篩選齒輪原型的潛在備選 材料。未填充的Nylon6/6的磨損系數(shù)200是用于確定某種合成材料是否具有合格磨損率的基準(zhǔn)。大于200的磨損系數(shù)表明材料具有不可接受的高磨損率，因此不適用于大多數(shù)齒輪應(yīng)用。低于200的磨損系數(shù)表明它是一種潛在可行的齒輪材料。

在選擇齒輪材料時(shí)應(yīng)使用的另一個(gè)數(shù)字是限定性PV(壓力-速度)值。這個(gè)數(shù)字表示一種合成材料 的負(fù)載或速度極限。在PV測(cè)試中，旋轉(zhuǎn)軸承上的負(fù) 載會(huì)逐漸遞增，直至失效。考慮到安全系數(shù)，通常 取PV極限值的50%作為最大值來(lái)選擇合成材料。有 關(guān)更完整的對(duì)圓盤(pán)和PV極限值測(cè)試的說(shuō)明，請(qǐng)參閱LNP*內(nèi)部潤(rùn)滑熱塑性塑料指南。未填充的聚甲醛和 未填充的Nylon6/6是最先在齒輪中普遍使用的兩種 熱塑性塑料。這些結(jié)晶樹(shù)脂具有良好的內(nèi)在耐磨損 性, 較低的摩擦系數(shù)和良好的耐化學(xué)腐蝕性。但是， 它們的成型收縮率高，速度/負(fù)載能力低，限制了潛 在的應(yīng)用范圍。如今，許多新的熱塑性樹(shù)脂已經(jīng)被 合成出來(lái)，它們帶有內(nèi)部潤(rùn)滑劑，可以提高耐磨損 性和降低摩擦，并且采用增強(qiáng)材料提高了強(qiáng)度。

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