Основой выбора материала для пластиковых шестерен является соответствие требованиям к нагрузке, температуре и износостойкости в зависимости от сценария применения. В основном они делятся на три категории: пластмассы общего-назначения, инженерные пластмассы и специальные пластмассы,-высокотемпературные. Пластмассы общего-назначения, такие как нейлон (ПА) и полипропилен (ПП), имеют низкую-стоимость и легко поддаются формованию, но их прочность и износостойкость обычно средние. Они подходят для применений с низкой-нагрузкой и коротким-сроком службы, например, для игрушечных передач и вспомогательных передач в простых бытовых приборах. Конструкционные пластики, такие как полиоксиметилен (ПОМ), поликарбонат (ПК) и АБС-смола, обладают высокой прочностью, превосходной износостойкостью и термостойкостью. Они являются основными материалами для изготовления пластиковых шестерен и подходят для обычных сценариев передачи, требующих долговечности и стабильности, таких как принтеры, автомобильные салоны и основные передаточные механизмы в бытовой технике. Специальные пластмассы,-высокотемпературные, такие как полиэфирэфиркетон (PEEK), полифениленсульфид (PPS) и полиимид (PI), обладают высокой прочностью и устойчивостью к высоким температурам, способны выдерживать средние и высокие нагрузки и суровые условия окружающей среды. Однако они дороги и сложны в обработке, что делает их пригодными для применений с особыми требованиями, таких как компоненты автомобильных двигателей, промышленное оборудование и медицинское оборудование.
Этапы проектирования пластиковых зубчатых передач включают: понимание рабочей задачи и условий окружающей среды поезда; составление эскизной схемы и определение основных параметров зубьев шестерни; выполнение расчетов параметров поезда; выбор уровня точности пластиковой зубчатой передачи; выполнение расчетов во избежание подреза корня и заточки кончика; регулировка межосевого расстояния для удовлетворения требований к минимальному люфту; проверка коэффициента контакта поезда; оценка несущей-несущей способности поезда; создание таблицы параметров зубчатой передачи; и, наконец, рисование чертежа зубчатого колеса в соответствии с рекомендациями DFM по проектированию деталей для литья под давлением.
Ключевые соображения при проектировании пластиковых конструкций зубчатых колес включают равномерную толщину стенок, отсутствие острых углов, правильную установку ребер жесткости и конструкцию фланца-ступицы. Обычно толщина стенок пластиковых деталей составляет около 3 мм. Диапазон изменения толщины стенки должен составлять менее 25 % для материалов с низкой-усадкой и менее 15 % для материалов с высокой-усадкой. Следует избегать острых углов на стыке двух стен; должны быть предусмотрены закругленные углы. Размер закругленного угла обычно составляет 0,25-0,75 толщины стенки, но предпочтительно больше 0,5 мм. Ребра жесткости повышают жесткость шестерни. Их высота обычно в 2,5-3 раза превышает толщину стены, а толщина — в 0,5–0,75 раза толщины основной стены. Расстояние между ребрами должно быть больше толщины основной стенки более чем в два раза. Если передача имеет пластинчатую конструкцию толщиной более 4,5 мм, ее следует проектировать в виде стенки и фланцевой ступицы. Толщина полки и перемычки должна быть в 1,25-3 раза больше толщины зуба. Толщина полотна может быть немного больше толщины кромки, поэтому следует соблюдать осторожность, чтобы не просверлить отверстия в переплете.
При проектировании формы для пластиковых шестерен необходимо учитывать несколько ключевых моментов, чтобы обеспечить точность формования. Полость и сердцевина должны быть точно позиционированы с помощью цилиндрических конических вставок. Ворота должны быть точечными, расположенными близко к центру шестерни. Использование нечетного количества вентилей (3, 5, 7 и т. д.) может улучшить соосность. Выталкивающие штифты должны быть равномерно распределены во время выброса. Для опорных поверхностей рекомендуется прямой выброс нажимной трубки. Кроме того, необходимо установить подходящий угол уклона, правильно разместить вентиляционные отверстия в месте окончательной заливки смолы и контролировать количество полостей, обычно 1, 2 или 4 полости. Слишком большое количество полостей может привести к отклонениям в точности.
Что касается точности, то из-за влияния различных факторов, таких как усадка материала и процесс литья под давлением, точность пластмассовых шестерен, отлитых под давлением-, относительно низкая, обычно на уровне 9 или ниже уровня 9-10 национального стандарта, в то время как точность зубофрезерных пластиковых шестерен находится на уровне 7–8 уровня национального стандарта или ниже. Эталонные стандарты включают стандарт AGMA PT (пластмассовый профиль зуба шестерни), представленный ANSI/AGMA 1106-A97.
