塑料齿轮设计要点

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塑料齿轮注射模结构设计　

贾铁钢　大连职业技术学院机械工程技术系（辽宁大连１　１６０３７）　

【摘要】以减速器中斜齿结构的行星轮为例，提出了塑料斜齿轮或螺旋齿轮的脱模结构设　计要点，以及整体模具的结构设计，模具开模的工作过程。对模具开模的工作过程中可能　出现的问题，提出了解决方法。通过生产实践，对塑料齿轮的结构设计和脱模结构形式进　行了分析，提出了建议。　关键词：塑料齿轮；斜齿轮或螺旋齿轮；脱模结构；模具结构　中图分类号：ＴＱ３２０．６６　文献标识码：Ｂ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄ　ｆｏｒ　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｇｅａｒｓ　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｅｌｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｅｒ　ｐｌａｎｅｔａｒｙ　ｇｅａｒ，ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｍａｄｅ　ｏｆ　ｐｌａｓｔｉｃ　

ｈｅｌｉｃａｌ　ｏｒ　ｓｐｉｒａｌ　ｇｅａｒｓ　ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ，　ｍｏｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｍｏｌｄ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｍａｙ　ａｒｉｓｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　

ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ，Ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｇｅａｒｓ　ａｎｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒｍｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｖｉｅｗｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｌａｓｔｉｃ　ｇｅａｒ；ｈｅｌｉｃａｌ　ｏｒ　ｓｐｉｒａｌ　ｇｅａｒｓ；ｄｅｍｏｕｌｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｏｌｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

模具技术２０１Ｉ．Ｎｏ．５　３１　

文章编号：１００１－４９３４（２０１１）０５—００３１—０３　

渐开线塑料齿轮模具设计技术　

贾乃智　

（杭州合力电子有限公司，浙江杭州　３１１１２１）　

摘　要：介绍了渐开线塑料齿轮注塑模具设计的关键技术。着重对齿轮模具的型腔　

设计、浇口设计及材料选用等方面进行了详细阐述，对渐开线塑料齿轮的模具设计进　

行了分析。结果表明，齿轮精度高，啮合情况好。　

关键词：塑料齿轮；注塑模具；设计；技术　

中图分类号：ＴＧ　２４１　文献标识码：Ｂ　

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｕｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｖｏｌｕｔｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｇｅａｒ　

ＪＩＡ　Ｎａｉ－ｚｈｉ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｕｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｖｏｌｕｔｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｇｅａｒ　ｗｅｒｅ　

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｇｅａｒ　ｍｏｕｌｄ　ｃａｖｉｔｙ　ｄｅｓｉｇｎ，ｇａｔｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　

ｄｅｔａｉｌｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｕｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｖｏｌｕｔｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｇｅａｒ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　

ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇｅａｒ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅｓｈｅｓ　ｗｅｌ１．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｌａｓｔｉｃ　ｇｅａｒ；ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｕｌｄ；ｄｅｓｉｇｎ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

０　引言　

随着工程塑料的广泛应用和模具技术的发　

展，塑料齿轮被广泛应用于汽车、玩具、家电和　

办公等诸多领域中，并逐步替代了金属齿轮。　

塑料齿轮的优越性表现在原料和加工成本低　

廉，一般不需二次加工，．吸收冲击载荷性能优　

越，自润滑，可工作于干燥或易腐蚀的化学环境　

标准结构篇：7）塑料齿轮轮系设计总章

本章⽬的：了解塑料齿轮设计常⽤知识

1.塑料齿轮的前置知识

要学习设计塑料齿轮，就需要先了解齿轮。因为塑料齿轮是齿轮中之⼀，其材质为塑料。

需要学习的齿轮知识包括：齿轮的定义，齿轮轮系的作⽤，齿轮的分类等。

2.齿轮

2.1 齿轮定义齿轮是指轮缘上有齿的连续啮合传递运动和动⼒的机械元件。

2.2 齿轮轮系的作⽤

在实际机械中，少有使⽤单个齿轮，往往要采⽤⼀系列相互啮合的齿轮来满⾜⼯作要求。这种由⼀系列的齿轮组成的传动系统称为轮系。

齿轮轮系的作⽤⼀般有：

2.2.1 改变扭矩（⼀般⽤于增⼤电机扭矩）

电机的扭矩是有限的，在尺⼨重量规定的情况下，我们就算选⽤最⼤扭矩的电机也常常不符⽽设计要求。所以轮系的最⼤作

⽤就是⼤幅度增加电机的扭矩。

2.2.2 改变转速（⼀般⽤于降低电机转速）

同理，电机的转速通常⾮常快，轮系的另⼀个作⽤就是⼤幅度减少电机的转速。

当然，降低电机转速的⽅法不只是⼀种，⽐如步进电机的细分驱动器就能提供降低转速作⽤，还有改变电机控制电流等。

2.2.3 改变转动⽅向（⼀般⽤于垂直于电机旋转⽅向）

如果设计中电机的⽅向位置是固定且设计要求改变转动⽅向，则需要⽤到蜗轮蜗杆等齿轮。反之，可以直接更改电机位置。

2.3 齿轮的分类

齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表⾯和制造⽅法等分类。

2.3.1 齿轮齿形分类

齿轮的齿形包括齿廓曲线、压⼒⾓、齿⾼和变位等参数。

渐开线齿轮⽐较容易制造，因此现代使⽤的齿轮中 ，渐开线齿轮占绝对多数，⽽摆线齿轮和圆弧齿轮应⽤较少。

在压⼒⾓⽅⾯，⼩压⼒⾓齿轮的承载能⼒较⼩；⽽⼤压⼒⾓齿轮，虽然承载能⼒较⾼，但在传递转矩相同的情况下轴承的负

荷增⼤，因此仅⽤于特殊情况。

⽽齿轮的齿⾼已标准化，⼀般均采⽤标准齿⾼。

变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。

2.3.2 齿轮外形分类

另外，齿轮还可按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、⾮圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮；2.3.3 齿线形状分类

LNP*专科化合物

塑料齿轮设计指南

2 沙伯基础创新塑料 3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。

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。 目录

齿轮的类型和排列 4

齿轮的运动 5

塑料齿轮的设计应力分析 • 弯曲应力 • 安全系数 • 接触应力 7

整体塑料齿轮设计 • 轮齿设计 • 部件总体设计 • 齿轮的布局 • 组装 • 部件组合 8

测试15

齿轮失效机理16

材料 • 润滑添加剂 • 增强材料 • 齿轮副 • 塑料对塑料的磨损 • 高温齿轮17

加工制造 • 材料对齿轮精度的影响 • 模具设计和齿轮精度 • 模塑参数的影响21热塑性塑料齿轮的最早用途无疑是制造低负载低转

速的纯尼龙和乙缩醛齿轮。随着使用热塑性塑料齿

轮的优点日益明显以及性能更高的新材料的相继问

世，设计师们开始把塑料齿轮用于具有更高要求的

应用场合。而把增强材料和内部润滑剂复合到这些

材料中，则进一步扩大了塑料齿轮的应用范围。

由于缺乏系统的负载承受能力和磨损性能方面的数

据—至少同随处可得的金属齿轮/材料性能数据相比

情况如此，热塑性塑料在齿轮方面的应用遇到了阻

碍。金属材料的数据通过无数次成功的应用已经得

到积累和确认，并为大多数齿轮设计师所熟知。而

热塑性塑料用作齿轮材料的时间较晚，尚没有充分

的时间来整理大量的负载等级数据，并且热塑性塑

料的独特的机械和热学性能也使得那些尝试通过更

易于获得的信息来推导这些数据的人士无功而返。