早在二战前,国外就已采用帆布填充酚醛树脂压制成多层板,通过机械加工制成大型传动齿轮,达到减振降噪目的。20世纪60年代初,美国宣称开发成功塑料齿轮。1968年,中国邯郸汉光厂在极其简陋的条件下试制出小批量军用塑料齿轮。1976年,浙江奉化万竹村,开发成功水表计数用塑料齿轮。30多年前,塑料齿轮适用于玩具、石英闹钟、水电气三表计数器。进入90年代,塑料齿轮在汽车电装、家用电器、食品机械和办公文仪等产业中获得广泛应用。在小模数(毫米)齿轮领域中,“以塑代钢”早已成为世界性的潮流。在当代齿轮制造业中,塑料齿轮已成为开发应用最快、最具活力和发展潜质的齿轮产业。
塑料齿轮与金属齿轮的主要区别是材料和工艺。当前塑料齿轮材料是热塑性塑料,通过模具采用注射成型工艺获得制品。常用材料有聚甲醛(POM)、尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)等。采用注射成型工艺可实现低成本、高效率、大批量生产等目的。早期塑料齿轮主要适用于小载荷的“运动型”传动;随着聚苯硫醚(PPS)和聚醚醚酮(PEEK 450G)等高性能工程塑料聚合物和复合物的开发成功,适用于较大载荷的“动力型”传动的塑料齿轮,已在汽车雨刮、摇窗、启动、座椅电机驱动器中获得广泛应用。塑料齿轮具有重量轻、噪声低、振动小、耐磨损、耐腐蚀、自润性、价格低廉等特点,深受用户青睐。
塑料齿轮几何参数的设计计算与金属齿轮大同小异。塑料齿轮的优势之一,在于齿轮结构设计的自由度。许多被原金属齿轮设计师所不看好和难以采纳的某些传统结构和几何形状,均可轻而易举地通过注射成型工艺获得各种结构复杂的塑料齿轮组件,如图所示。图a结构紧凑分流式行星传动轮系齿轮;图b计时机构传动轮系中的齿轴组件;图c蜗杆-斜齿轮双联齿轮组件;图d多功能件组合的计数器组件;图e薄壳型的异型齿轮;图f直齿轮-斜齿轮双联齿轮组件。
塑料齿轮受材料特性(收缩率大、各向异性收缩等),注塑工艺(注塑压力、温度等),模具特点(浇口数量和位置、模温等)和齿轮结构(加强筋,嵌件和齿宽等)的影响,注射成型塑料齿轮精度较低,经济精度为GB/T 10095—2008 9~12级。采用齿轮测量中心在齿宽不同位置所测量的结果会出现差异。根据注射成型塑料齿轮的误差特征,选择合适的检测方法是必要的。对与蜗杆啮合的斜齿轮可以选用齿轮测量中心在齿宽中部进行测量。平行轴系传动齿轮可采用双啮仪进行径向综合误差测量,其测量结果能真实反映塑料齿轮的综合质量。微小模数(毫米)塑料齿轮,可采用光学投影或影像检测方法进行测量。