塑料齒輪具有許多金屬齒輪所沒有的優點。與金屬齒輪相比,它們重量更 輕、慣性更小、運轉時噪音更低。塑料通常齒輪不需要潤滑,或者可以添 加PTFE或硅油這樣的內部潤滑劑。塑料齒輪通常比金屬齒輪的單位成本更 低,而且在設計時可以結合考慮其他組裝性能。此外,這些齒輪還能運用 于許多腐蝕性環境。
塑料齒輪已在范圍廣泛的應用中確立了傳統金屬齒輪的重要替代品的地位。塑料齒輪的用途已經從低功率低精度傳動發展到要求更高的動力傳輸領域。隨著設計師們不斷拓展塑料齒輪的應用范圍,人們對于塑料在齒輪設計中的表現和如何利用塑料的獨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,但強度計算要以輪齒的 中部截面為依據。
Z簡單的錐齒輪的類型是傘形齒輪(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 何角度下運轉。這樣的齒輪既施加推力負載,又施 加軸向負載,必須安裝得很準確才能正常工作。雖 然塑料的錐齒輪并不很常見,但是設計師們已開始 研究其用途。其他類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,兩個齒輪的軸必須交叉, 軸的角度通常是90°。
有三種類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Z常見的排列是非 交叉、成90°的軸。蝸輪的特征是其中一個部件有 螺紋。這個部件稱為蝸桿(圖7)。與蝸桿配合的齒輪 稱為蝸輪。
在塑料齒輪設計中,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。這種排列實際上 被稱為非包絡蝸輪或相錯軸斜齒輪。相錯軸斜齒輪 安裝在彼此不交叉但成一個角度(通常是90°)的兩 根軸上。相錯軸斜齒輪對它們的軸承既產生軸向負 載,又產生推力負載。
可惜的是,相錯軸斜齒輪只有點接觸,因此不能承 受很高的負載。然而,如果齒輪能夠磨合一段時間 而不失效,點接觸變成了線接觸,這就更像單包絡 蝸輪,這時承載能力會增大。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,然后變成一個標準的蝸輪。把金屬蝸桿與塑料蝸輪 或塑料斜齒輪配合使用的另一個原因,是有助于消 除蝸輪組可能產生的大量熱量。塑料蝸輪由于與熱 有關的因素而失效的情況并不罕見。
相錯軸斜齒輪組能夠經受中心距和軸間角的小變動 而不會影響齒輪的精度。這個特點使它成為Z容易 安裝的齒輪之一。
真正的蝸輪組可分為單包絡或雙包絡蝸輪。在單包 絡蝸輪組中,蝸輪有一個帶喉齒廓,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(交錯軸螺旋齒輪)的組 合Z為常用。