塑料齒輪及其傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)途徑與金屬齒輪傳動不同，塑料齒輪傳動可以采用不同的方法來進(jìn)行優(yōu)化，檢測和測試的需求也不同。下面將對塑料齒輪及其傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、模具制造及檢測方面的新技術(shù)作一介紹。

    模制塑料齒輪和金屬齒輪的不同點(diǎn)

    （1）模制塑料齒輪和金屬齒輪的一個根本不同點(diǎn)在于制造方法的不同。幾乎所有的金屬齒輪都是切削、磨削加工而成的，而模制塑料齒輪是由模具加工而成的。采用線切割加工，可使直齒輪模腔達(dá)到2.5μm的精度，但由于該方法不是展成加工，其切割誤差在任何位置都可能發(fā)生，因此必須對整個內(nèi)齒輪模腔進(jìn)行檢測，不象切削加工的金屬齒輪只需檢測幾個代表齒。另一方面，由于模制塑料齒輪各部分的收縮率不同且任何部位都可能發(fā)生模值異常，因此也需對齒輪各部分進(jìn)行檢測。模制塑料齒輪的優(yōu)點(diǎn)在于，任何特殊齒輪只要能用CAD畫出來，通常就能模制出來。具有挑戰(zhàn)意義的是如何丈量和調(diào)整模制塑料齒輪的收縮異常和模制異常。在全齒廓檢測技術(shù)的應(yīng)用以及與展成法相比的優(yōu)點(diǎn)方面，金屬齒輪也許還能受益于模制塑料齒輪。
    （2）塑料齒輪和金屬齒輪由于加工方法不同存在的差異。金屬齒輪是切削或磨削而成的，是回轉(zhuǎn)加工，因此具有很高的同軸度，直徑精度也較易保證，在制造中不需考慮收縮補(bǔ)償。塑料齒輪是模制的，同軸度較難保證，但齒形比金屬齒輪更精確，由于線切割加工的齒輪模腔精度比用滾制電極加工的齒輪模腔精度高。
    （3）塑料齒輪比金屬齒輪強(qiáng)度差，但是具有金屬齒輪所缺乏的自潤滑、重量輕、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。工程塑料在模腔中大而連續(xù)且可重復(fù)的收縮特性需在模制加工齒輪時加以考慮并補(bǔ)償。一般情況下，塑料齒輪的直徑公差比金屬齒輪的大。
    塑料齒輪的公差和傳動比等都是根據(jù)金屬齒輪的結(jié)構(gòu)制定、推薦的，但這些標(biāo)準(zhǔn)對于塑料齒輪是不公道的，因其并不能精確猜測塑料齒輪的功能和壽命，即使是根據(jù)樹脂材料經(jīng)銷商所提供的塑料特性，也不能精確確定塑料齒輪在高速進(jìn)進(jìn)或退出嚙合時材料的真實(shí)參數(shù)。傳統(tǒng)塑料的特性是在長期實(shí)踐中得到的。

    塑料齒輪的設(shè)計(jì)

    通常金屬齒輪是按基本齒條原理進(jìn)行切削加工的過程來設(shè)計(jì)的，很多塑料齒輪的設(shè)計(jì)者采用類似的方法。金屬齒輪定義的節(jié)圓描述了齒輪與其切削刀具間的安裝間隔，而齒頂修形是指切齒刀具附加的裝調(diào)特性，以便加工出所需的齒形，齒輪的全切深實(shí)際上指刀具進(jìn)進(jìn)齒輪毛坯的多少。然而，對于塑料齒輪而言就不需要這些概念，它們往往還會引起混淆和誤解。
    基本齒條方法的最大好處是答應(yīng)被切制的齒輪相互之間可以任意配對正常嚙合，而塑料齒輪通常針對大批量應(yīng)用而設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能使齒輪副裝置更結(jié)實(shí)、堅(jiān)固，而不是使齒輪能夠適應(yīng)一定的應(yīng)用范圍。下面列出的途徑方法，是實(shí)現(xiàn)特定傳動要求并使齒輪功能達(dá)到最大、最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法。
    目前幾乎所有的直齒塑料齒輪都是模制加工，其模腔是用線切割加工的。設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)完全理想化的數(shù)字化齒輪，然后通過線切割加工成實(shí)體齒輪。
    漸開線齒輪傳動本質(zhì)上等同于交叉皮帶傳動。輪齒利用相同的傳動路徑產(chǎn)生相同的回轉(zhuǎn)效果，主動輪通過傳動路徑推動被動輪，路徑由通過節(jié)點(diǎn)的皮帶從一個基圓輪離開移向另一個基圓輪。交叉皮帶傳動的很多參數(shù)和齒輪傳動完全一致，如基圓、節(jié)圓、壓力角和基圓切線長度等。
    通過運(yùn)動幾何學(xué)及漸開線原理，可根據(jù)所需齒輪副的減速比相對確定基圓輪的大小。在此階段盡對尺寸是不重要的，由于最后齒輪可以做到所需的尺寸大小。然后，選擇一個基圓齒厚并在一個齒輪上畫出漸開線齒形以及與齒輪的間隔，確定其工作壓力角。齒輪外徑可以不考慮。至此齒輪已經(jīng)確定，其它部分可以自行展成。部分結(jié)構(gòu)齒輪沿其配對齒輪的節(jié)圓回轉(zhuǎn)，形成配對齒輪的齒形輪廓。齒頂在公道的直徑處被切除，第二個齒輪沿第一個齒輪的節(jié)圓回轉(zhuǎn)形成齒根部分。這就是按最大實(shí)體條件設(shè)計(jì)齒輪。考慮到偏心和模制公差，輪齒需減薄或略微向外拉開以便有足夠的間隙，齒輪外徑公差比最大實(shí)體小，避免干涉。
    這種自展成構(gòu)建技術(shù)使設(shè)計(jì)者能在塑料齒輪嚙合時最大限度的發(fā)揮齒輪的作用和性能。輪齒可以做得更長以增加嚙合工作區(qū)，或加大齒厚以增加齒的強(qiáng)度。仍需留意的是傳統(tǒng)齒輪所涉及的接觸比和齒輪強(qiáng)度等題目。
    這種設(shè)計(jì)方法的另一個優(yōu)點(diǎn)是，CAD繪制的幾何圖形可用來與模制齒輪進(jìn)行比較——采用光學(xué)方法或掃描式坐標(biāo)丈量機(jī)進(jìn)行對比丈量。
    塑料齒輪制造中的下一個關(guān)鍵步驟是模具設(shè)計(jì)。此階段需預(yù)估塑料齒輪幾何外形的收縮情況，否則將造成很多已檢測合格的齒輪傳動不正常或根本不能正常工作。
    塑料齒輪的收縮很復(fù)雜，大致可分為兩個方面：宏觀的和局部的。齒輪基體和簡單對稱的齒輪其主要參數(shù)的收縮量基本相同，包括齒輪外徑、齒根圓直徑、基圓和節(jié)圓等。單個輪齒的局部收縮量則完全不同，齒厚和其它參數(shù)幾乎不收縮。在有些情況下，由于局部作用還可能膨脹，這種情況在空心結(jié)晶材料（如尼龍和乙縮醛）中尤為明顯。

    塑料齒輪的檢測

    由于存在非均勻收縮現(xiàn)象，因而不能只是簡單丈量齒輪的中徑來決定收縮率，或進(jìn)一步與標(biāo)準(zhǔn)齒輪（丈量齒輪）進(jìn)行嚙合來確定齒輪的外形誤差，而必須對整個齒輪進(jìn)行檢測。一個可能的方法是將所有齒的漸開線齒形進(jìn)行掃描丈量，并以理想齒形為基準(zhǔn)對該齒形進(jìn)行最佳擬合。擬合圖中的跡線代表相對于理論齒形的齒形誤差，沿著齒輪圓周齒形誤差跡線的傾斜變動，表示齒輪的偏心。經(jīng)過偏心補(bǔ)償后的結(jié)果表明，齒輪因收縮達(dá)到每10mm上0.09mm的誤差，造成了很大的徑向跳動，被測齒輪的齒厚比規(guī)定值大了很多。
    塑料齒輪用戶可采用CAD圖形與模制齒輪外形進(jìn)行比較的方法進(jìn)行檢測。當(dāng)正確考慮收縮量后，用基準(zhǔn)齒輪進(jìn)行簡單的齒輪對滾檢測，可用于批量生產(chǎn)。

    塑料齒輪的設(shè)計(jì)驗(yàn)證

    不管塑料齒輪傳動中元件的設(shè)計(jì)和檢測做得多好（包括箱體、齒輪、軸等），對塑料齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行傳動試驗(yàn)是很必要的，否則，就不可能猜測塑料齒輪傳動系統(tǒng)的傳動扭矩能力、平穩(wěn)性、噪音和壽命。進(jìn)行這些功能試驗(yàn)的最好方法是使用傳動測力儀直接丈量輸進(jìn)、輸出扭矩和角位移/角速度，最好在傳動箱上再安裝一個加速度計(jì)。輸進(jìn)和輸出扭矩和/或速度的頻譜分析將發(fā)現(xiàn)不正確的輪齒幾何外形；而加速度計(jì)的頻譜分析，不僅可發(fā)現(xiàn)不良齒形，還可顯示生產(chǎn)生噪音的振動功率。比較輸進(jìn)輸出功率（傳動效率）將會發(fā)現(xiàn)軸系平行精度不好、尺寸太大或齒根未切到尺寸造成卡阻以及其它缺陷。
    塑料零件的尺寸在加工過程中極易產(chǎn)生變化，如模具的清潔、重新加工、模制復(fù)合物的改變、加工過程的變動等都能造成尺寸的變化。
    定期用測力儀（功率儀）檢測產(chǎn)品，通過將產(chǎn)品和樣機(jī)的測力儀信號進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)在檢測幾何外形時被遺漏的分歧格零件。
    傳動測力儀的結(jié)構(gòu)有簡單的也有復(fù)雜的。很多傳動系統(tǒng)是由直流電機(jī)驅(qū)動的。直流電機(jī)的電流是一個很好的扭矩指示儀，EMF波形能指示速度。在輸出端連上第二個電機(jī)就構(gòu)成了一個完整而簡單的扭力測試系統(tǒng)。