塑料齿轮具有许多金属齿轮所没有的优点。与金属齿轮相比,它们重量更 轻、惯性更小、运转时噪音更低。塑料通常齿轮不需要润滑,或者可以添 加PTFE或硅油这样的内部润滑剂。塑料齿轮通常比金属齿轮的单位成本更 低,而且在设计时可以结合考虑其他组装性能。此外,这些齿轮还能运用 于许多腐蚀性环境。
塑料齿轮已在范围广泛的应用中确立了传统金属齿轮的重要替代品的地位。塑料齿轮的用途已经从低功率低精度传动发展到要求更高的动力传输领域。随着设计师们不断拓展塑料齿轮的应用范围,人们对于塑料在齿轮设计中的表现和如何利用塑料的独特性能也有了更多的了解。
锥齿轮呈圆锥状,在齿的厚度和高度方向都是锥形 的。轮齿的一端大,另一端小。虽然轮齿的尺寸是 按照齿的较大一端列出的,但强度计算要以轮齿的 中部截面为依据。
Z简单的锥齿轮的类型是伞形齿轮(图5)。这些齿 轮通常用于成90°相交的轴上,但是可以在几乎任 何角度下运转。这样的齿轮既施加推力负载,又施 加轴向负载,必须安装得很准确才能正常工作。虽 然塑料的锥齿轮并不很常见,但是设计师们已开始 研究其用途。其他类型的锥齿轮还有螺旋锥齿轮和 零度锥齿轮。
端面齿轮是一种特殊类型的齿轮,它的轮齿镶嵌在 齿轮的端面上(图6)。在端面齿轮上,轮齿与齿轮 的轴指向同一方向。端面齿轮可以同正齿轮或斜齿 轮啮合。像锥齿轮一样,两个齿轮的轴必须交叉, 轴的角度通常是90°。
有三种类型的齿轮通常被称为蜗轮。蜗轮可以安装 在非交叉、非平行的轴上;然而Z常见的排列是非 交叉、成90°的轴。蜗轮的特征是其中一个部件有 螺纹。这个部件称为蜗杆(图7)。与蜗杆配合的齿轮 称为蜗轮。
在塑料齿轮设计中,金属(或偶尔是塑料)蜗杆与 塑料斜齿轮相配合是十分普遍的。这种排列实际上 被称为非包络蜗轮或相错轴斜齿轮。相错轴斜齿轮 安装在彼此不交叉但成一个角度(通常是90°)的两 根轴上。相错轴斜齿轮对它们的轴承既产生轴向负 载,又产生推力负载。
可惜的是,相错轴斜齿轮只有点接触,因此不能承 受很高的负载。然而,如果齿轮能够磨合一段时间 而不失效,点接触变成了线接触,这就更像单包络 蜗轮,这时承载能力会增大。这是将金属蜗杆与塑 料斜齿轮配合使用的原因之一。斜齿轮首先磨损,然后变成一个标准的蜗轮。把金属蜗杆与塑料蜗轮 或塑料斜齿轮配合使用的另一个原因,是有助于消 除蜗轮组可能产生的大量热量。塑料蜗轮由于与热 有关的因素而失效的情况并不罕见。
相错轴斜齿轮组能够经受中心距和轴间角的小变动 而不会影响齿轮的精度。这个特点使它成为Z容易 安装的齿轮之一。
真正的蜗轮组可分为单包络或双包络蜗轮。在单包 络蜗轮组中,蜗轮有一个带喉齿廓,它包围着蜗 杆,就像螺母包围着螺纹一样(图8)。这就比类似 的斜齿轮有更大的接触面,从而把承载能力增大 了2–3倍。在双包络蜗轮中,蜗杆(图9)和蜗轮都带 喉,并且互相包围。模塑带喉的蜗杆或蜗轮是很困 难的,因此,蜗杆和斜齿轮(交错轴螺旋齿轮)的组 合Z为常用。