在这个论坛里看到大家都是讨论金属齿轮的设计制造技术，但是对于塑料齿轮好像没有多少人研究。其实在汽车中应用塑料齿轮已经很多了，比如汽车空调、雨刮、座椅等都用塑料齿轮减速器实现运动的传动。因此，研究塑料齿轮的设计制造方法也是非常有必要的。
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这个讨论已经在中国齿轮论坛（http://www.gearbbs.cn）和机械CAD论坛讨论(http://www.jxcad.com.cn)了一年多了，为了支持本论坛，我将本讨论同时在本论坛发布，希望高手们多出来指点一下！

现在塑胶齿轮已经在很多的场合中使用了，但是到现在为止还没有见到一本关于塑胶齿轮设计的图书。现在的塑胶齿轮很多都是借鉴金属齿轮的设计思路，但是很多时候金属的设计思路难以符合塑胶齿轮的设计。本人先列举一下问题，希望高手能参加讨论： 1 关于根切：塑胶齿轮都是用模具注塑而成，在加工过程中依然在根切，虽然线割是根据齿形加工的，是仿形的加工方法，与金属滚齿加工是有差异的。 2 关于模数：金属齿轮形成了一整套的模数系列成为标准模数，而这个标准模数的建立是以方便加工提出的，就是想用一把刀具尽可能加工多种齿轮而已。但对于塑胶模具而言，一套齿轮模只能注塑一种齿轮，加工过程是线割的，因此模数可以随便设置，只要绘出齿形就可以作出，根本不用考虑模数是否标准。 3 变位：金属齿轮的变位是从安装的角度提出的，是根据渐开线的可分性提出齿轮的变位思想的。这种变位思想从而引申出齿轮变位后强度、根切等其他的问题。这种思想的建立是以金属简化为刚体为模型的，但是现在塑胶齿轮的各种性能和金属根本是不同的，塑胶齿轮的变位对齿轮的影响主要是安装，其次才是强度。 4 压力角：现在一般的压力角都是20或者14.5或22.5等。但是考虑塑胶的变形比较大，即使是设计压力角为20，但是实际的塑胶齿轮的啮合压力角也不会就是20，变形的影响对压力角的影响应该是很大的，此时不用简单的把塑胶齿轮简化为刚体模型进行分析了。因此，如何考虑实际的压力角才是最有实际意义的。 5 内齿参数计算：金属齿轮内齿的参数计算是根据刀具参数来定的。但是如果是塑胶齿轮的内齿，根本不会涉及刀具的问题，也是线割的，此时的计算公式与金属的根本不同。但是到目前未知本人还没有找到一个可以参考的计算方法，如果有那位仁兄知道望不吝赐教！ 先写这些了，望高手之处不当之处！欢迎大家提出自己的见解！
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更正了关于根切的说法！

6 对于塑胶蜗轮蜗杆副，一般都是用塑胶斜齿轮代替实际的蜗轮进行设计，斜齿轮的螺旋角就是蜗杆的导程角。其力学校核的方法也与金属的差别很大。金属是基于刚体模型进行的力学校核，但是塑胶的校核应考虑到塑胶受热时温度上升导致的强度等力学指标下降。详细的校核方法可以参考“塑胶齿轮设计精要”。

7 关于塑胶齿轮非标准化设计的分析
目前，金属齿轮已经实现模数和压力角的标准化，其标准化的依据是便于加工。但是根据齿轮正确啮合的条件：m1*cosα1=m2*cosα2可以知道，只要满足这个等式就可以设计出正确啮合的两个齿轮。塑胶齿轮是通过模具注塑而成，因此不存在加工的难易，故可以将塑胶齿轮设计成非标准的齿轮，而且这样设计有意向不到的好处，分析如下：
考察cosa函数：在（0，π/2）的区间内，余弦函数是减函数，即a越大cosa越小。如果m1和a1取标准的，例m1=1,a1=20，这时可以设计出一个很理想的非标准的配对齿轮，而且这个齿轮的模数和压力角都变大了。在齿轮设计时压力角和模数增大都能提高齿轮的综合强度，这样对于需要输出动力的齿轮而言综合强度的提高是益处多多的。
因此，塑胶齿轮的设计思路可以变得更加开阔也更有实际的使用价值。

其实即使是塑胶齿轮和金属齿轮的啮合也不一定设计成标准的，其实应该这么说比较合适：对于滚齿和插齿的成型方式的齿轮啮合采用标准的设计是为了提供刀具的利用率；如果我的金属齿轮是压铸的或者是粉末冶金的，那我也没有不要设计成标准的。
其实齿轮的标准设计的出发点就是考虑刀具也就是考虑加工的方便而已，如果我们现在是不用刀具了，那这一个设计标准的出发点也就不存在了。
因此，齿轮设计是否标准要根据齿轮的加工方式而定，而不是不管什么方式一定要做成标准的！
根据一些经验看，塑胶齿轮的压力角取大一些，比如22.5，25等要比20度的压力角好很多的！

8关于齿轮成型方式的思考
对于齿轮这一研究了上百年的机械产品，其加工方式主要是成形法和范成法，这两种加工齿轮的方式都基于齿轮刀具的运动实现对齿形的加工的，为了便于提供齿轮加工的效率，于是提出了齿轮的设计标准，而且引伸出一系列的理论分析和加工方法。这一点尤其是在内齿的设计中体现的非常明显，只要是变位的内齿，设计参数一定要考虑刀具的参数，因为刀具是变位的，变位的刀具加工变位的内齿对内齿的齿形的影响是非常明显的。
但是随着加工技术的发展，注塑、压铸和粉末冶金技术的出现改变的齿轮的加工方式，这些加工方式都是以模具或模型的形式实现齿轮的成型的，整个加工过程中只需要绘制出齿轮的齿形图，然后通过线割等形式加工出模具就可以加工出齿轮的。在这些加工方式中，没有齿轮刀具完全可以加工出齿轮。这一齿轮的成型方法显然有别于前文叙述的两种成型方法，为了有别于前两种方法，我暂且称这种成行方式为：模塑法。
模塑法成型齿轮的最大有点就是一次加工模型可实现大批量的生产，而且生产效率高，尤其是对注塑和压铸而言，此方法更加显出其生产的优势。

塑料齿轮模数结构化设计
塑料齿轮的模数很多时候可以参考金属齿轮的模数标准，但是在实际应用过程中，由于模具齿形加工要考虑收缩率对齿形的影响，所以即使是设计为标准的模数也不可能用标准的刀具来加工齿形，而且塑料齿轮的应用环境多为小功率多传动，故模数设计可以采用结构化的设计方法；
计算公式为：
m=2a/(z1+z2)
这个公式也是金属小模数齿轮设计推荐应用的，不过对金属而言还是最好采用标准的，这样子就利于加工和检测了
而对塑料的齿轮就可以完全采用这个计算方法，这样还可以和变位系数综合考虑，是齿形不至于因选用标准模数时变位太大而使齿形变形太大了

金属齿轮采用切齿加工，其理论相对较成熟，这些理论应用到塑料齿轮中只能说是相对合适的，但是并不都是适用的。不同的加工方法决定不同的设计理念。塑料齿轮采用模塑法加工，其齿形涉及收缩和线割的间隙，这些对于金属齿轮而言是不考虑的！
另外，金属齿轮采用刀具切齿是一种模拟齿轮副的啮合运动，这种运动的结果是切出齿形，而这个齿形严格说是刀具切割后的包络线，故而产生了根切、顶切等不利因素。而塑料齿轮就不同了，模具型腔的形状决定了塑料齿轮的齿形，这是一种收缩后的仿形，不用刀具，更不会有根切和顶切。只要你绘制的模具型腔的齿形没有干涉则注塑出的塑料齿轮也就不会有干涉。
还有就是加工的优劣：刀具加工只能单件加工，而模具注塑则可以实现大批量快速的生产，相对成本降低很多。
其实模塑法加工齿轮并不局限于塑料齿轮的，还有压铸齿轮、粉末冶金齿轮、射流齿轮等涉及模具的齿轮加工方法就都可以归于该类齿轮加工方法中。
总而言之，模塑法——模具是关键；切齿法——刀具是关键。不同的加工方法决定不同的设计理念。

金属齿轮与塑料齿轮设计理念辨析
金属齿轮采用切齿加工，其理论相对较成熟，这些理论应用到塑料齿轮中只能说是相对合适的，但是并不都是适用的。不同的加工方法决定不同的设计理念。塑料齿轮采用模塑法加工，其齿形涉及收缩和线割的间隙，这些对于金属齿轮而言是不考虑的！
另外，金属齿轮采用刀具切齿是一种模拟齿轮副的啮合运动，这种运动的结果是切出齿形，而这个齿形严格说是刀具切割后的包络线，故而产生了根切、顶切等不利因素。而塑料齿轮就不同了，模具型腔的形状决定了塑料齿轮的齿形，这是一种收缩后的仿形，不用刀具，更不会有根切和顶切。只要你绘制的模具型腔的齿形没有干涉则注塑出的塑料齿轮也就不会有干涉。
还有就是加工的优劣：刀具加工只能单件加工，而模具注塑则可以实现大批量快速的生产，相对成本降低很多。
其实模塑法加工齿轮并不局限于塑料齿轮的，还有压铸齿轮、粉末冶金齿轮、射流齿轮等涉及模具的齿轮加工方法就都可以归于该类齿轮加工方法中。
总而言之，模塑法——模具是关键；切齿法——刀具是关键。不同的加工方法决定不同的设计理念。
这个针对一个网友的提问的进行的回答！

关于塑料齿轮模具型腔的设计方法思考：
塑料齿轮的制造关键是模具的型腔，这个型腔的形状和精度直接决定了齿轮的外形和精度。对模具型腔的设计是整个塑料齿轮设计制造过程中最关键的一部。对型腔的设计方法，目前以经验为主。主要考虑三个方面的因素：一是理论齿形，二是收缩率，三是线割时的放电间隙。理论齿形是整个齿轮的理论外轮廓，必须保证设计的齿轮轮廓具有完好的啮合效果，一定要避免干涉问题。收缩率是型腔设计的关键。由于齿形的不均匀性，采用均匀放缩肯定是不行的，这时可采用变模数法进行设计齿轮型腔的外轮廓。最后一步是加工，线割加工要放电，放电间隙也是必须要考虑的问题。综合考虑这三个因素，然后根据一些经验进行齿形的最后修正。这样可以一次成功设计出完好的塑料齿轮的模具型腔了~！！
这可是整个塑料齿轮设计的核心技术了！

塑料齿轮设计制造包括四步：第一步：齿轮参数理论计算；第二步：齿轮模具型腔设计；第三步：齿轮模具设计；第四步：注塑。
在这四步中，模具型腔设计是整个塑料齿轮设计制造的关键，它直接关系到塑料齿轮的齿形；第一步是基础，是保证设计齿形的正确啮合的前提；齿轮模具结构其实比较简单，都是三板模，只有出模的方法需要根据不同齿轮的有一点设计难度。注塑是生产方面的，只要你的模具设计合理，通过调整注塑参数就可以注塑出合理的齿轮了。注塑要的是注塑参数。这些参数是可调的，所以其重要性是最次的。

简单介绍一下这些齿轮：
（1）直齿轮，比较长，长度为：长度有77.26mm。这对于注塑而言有较高的要求。
（2）双联的斜齿轮；
（3）内齿圈，但是内齿是斜齿的
（4）齿条了
（5）中间隔断的双联斜齿轮，两个齿的齿向相反，和人字齿差不多的样子
（6）椭圆齿轮，这个是非圆齿轮
（7）局部齿
（8）带二次注塑的局部齿
（9）带喉圆的蜗轮，真正的蜗轮，喉圆对出模方法有影响；
（10）4头的蜗杆

推荐大家用一个专门的塑料齿轮设计软件，这个软件不是我的，是一个齿轮高手niuershiye老师编写的
写的，我验证过了，是一个很好的软件。
niuershiye 老师 的联系方式：

Email: niuershiye@126.com

MSN: guoyongn@msn.com

塑料齿形的绘制是整个塑料齿形设计制造过程中的最关键的一个环节。他之所以重要就是因为：一是齿形绘制可以很好验证设计是否合理，理论齿形是否有干涉；二是塑料齿形是制造模具型腔的最重要的依据，只有绘制好齿形才能将齿轮模具设计的更好

转一片论文
塑料齿轮模具：重要突显需求

来源：中国机电企业网

   目前在中国齿轮行业，基于模具生产的齿轮所占的比例不到5％。然而，在机械工业快速发展以及材料研究成果凸现的形势下，作为运动和动力传递者的齿轮，正扮演着越来越重要的角色，不久的将来，采用模具生产的齿轮在整个齿轮产业中所占的比例有望上升到10％以上。”这是北京工业大学博士生导师、中国齿轮专业协会副秘书长石照耀教授，在前不久召开的“2006中国齿轮专业协会（上海）年会”上向与会者透露的重要信息。

　　就在这次会议上，“小模数齿轮专业委员会”正式成立，这为深化研究齿轮尤其是小齿轮构建了交流平台，同时也开启了齿轮模具尤其是塑料小齿轮模具的研究平台。

　　齿轮模具现状喜忧参半

　　齿轮模具的应用范围大致可分为三个方面：塑料齿轮用模具、粉末冶金齿轮用模具和精锻锥齿轮用模具。其中，塑料齿轮用模具的需求量比较大。 · 中国建材网-建材一点通
　　石照耀教授说：“齿轮的主要用处有两个，一个是传递运动，另一个是传递动力。目前国内塑料齿轮主要被用来传递运动，而美国现在在传递动力的选择上，也越来越多地采用塑料齿轮。这是因为塑料齿轮有很多优点，比如传动噪声低、能够吸振、自润滑等等，而且塑料齿轮可以开模加工，生产效率高。应该说，塑料齿轮在齿轮行业的应用会越来越多，这是一个世界性趋势。”

　　石教授表示，目前中低档的齿轮模具在国内都能生产，高档的齿轮模具多依靠进口。国内专门做齿轮模具的工厂不多，大都由齿轮厂自己做齿轮模具，齿轮厂往往设一个工段或一个车间来承担这项工作。在精锻锥齿轮方面，株齿、江苏飞船、太平洋精锻等企业制造的锥齿轮模具在齿轮模具行业里是比较好的，其精锻锥齿轮的质量也较高。在塑料齿轮方面，总体来说，塑料齿轮及其模具主要分布在两个区域，一是浙江宁波，这里有340多家塑料齿轮厂，也是我国最大的塑料齿轮模具生产基地；另一个就是深圳宝安，以港资企业为主，产品精度较高，主要用来外销。

　　纵观我国齿轮模具现状，可谓喜忧参半。

  喜的是齿轮模具生产已有一定基础，且塑料齿轮发展的大趋势会给齿轮模具带来更大的市场空间；忧的是国内生产齿轮模具的水平与世界先进水平还有一段距离，而且在齿轮行业尤其是塑料齿轮行业大发展的趋势下，国内对市场变化的反应不够敏锐，配套研究难以跟上市场需求。

　　标准缺失亟待建立

　　目前国内齿轮模具还处于初级阶段，一般都是中小模数的塑料齿轮使用模具进行加工，但因为塑料齿轮加工过程中会出现变形与收缩，而收缩之后的精度变化规律，目前国内的研究还不深入，石照耀认为这是制约塑料齿轮模具发展的重要原因之一。

　　模具是齿轮注塑加工中最关键的部分。齿轮是较为精密的零件，一点小小的偏差可能会影响整个齿轮的性能。塑料齿轮模具看起来简单，其实是最复杂的，比如齿轮模数、螺旋角大小、孔位的确定等因素都影响齿轮模具的设计。“精度问题、寿命问题是齿轮模具研究的重中之重，目前国内在这方面做的还非常有限。最近几年参观一些齿轮厂时，看到齿轮模具出现的问题超乎想象。”石教授忧心忡忡地说。

　　目前，齿轮模具的加工既没有国家标准，也没有现成的产业标准，特别是在塑料齿轮模具方面。石教授认为，目前最重要的是要把标准建立起来，行业协会责无旁贷。成立“小模数齿轮工作委员会”就是为了集中探讨并解决小模数齿轮生产中存在的问题。如今，世界上最先进最完备的齿轮模具标准当数美国，中国齿轮模具应该借鉴美国的标准，并根据发展的需要，逐步建立起自己的产业标准和国家标准。具体来说，就是要把一些做得较好的企业的厂标进行提升，结合国外的先进标准，变成我国的产业标准。这样通过标准来规范市场，将能较好地促进行业发展。

　　从标准的实质来讲，应该分为技术标准和产品标准两种，技术标准是一种较为公开的标准，而产品标准做起来却很困难，要考虑齿轮模具的实验标准、精度标准、试验装置的标准等多个方面。所以，标准的制订非一日之功，它必须建立在行业扩大、经济实力雄厚的基础之上，条件成熟之时，将是标准出台之日。

　　在全国模具标准化技术委员会下面，尚没有专门针对齿轮模具的标准。这是因为对于模具标准研究者来说，他们关心的大都是模具的状况，而齿轮并非他们的关注重点。齿轮研究者与模具研究者属于两个学科系统，这给相关标准的制订带来一定难度，所以考虑行业协会之间的合作也是制订齿轮模具标准的有效途径之一。

  相关研究机构任重道远

　　石教授认为，从整个行业来讲，齿轮模具的声音很小，而且处于自发状态，而相关专业协会的成立正是为改变这种状况。但成立协会仅仅是第一步，接下来就要对行业里的一些基本情况进行统计分析，制订规范，并依实际情况做出规划，把行业的呼声反映给相关部门，促进国家相关产业政策的调整，从而促进国内精密齿轮模具行业的发展。

　　石教授强调说，“齿轮模具，尤其是塑料齿轮模具的研究目前还存在一定困难，其中最突出的问题是：模具从业者不懂齿轮，齿轮从业者又不懂模具，两者之间缺乏有效的沟通，专业背景知识的鸿沟是齿轮模具行业发展的桎梏。以前，往往是搞材料学的把齿轮模具当做材料的一种应用来研究，或者是搞模具的把齿轮当做一个小的方向加以探讨。”

　　除大连理工、华南理工等几所大学在研究齿轮模具之外，如今已没有专门的研究所在做这项工作。“集中齿轮行业以及一些大学研究机构的力量，做些工艺装备、塑料内在变形规律等方面的集成研究及合作，是相关协会与部门当前迫切需要做的工作。”石教授说。

　　总之，齿轮行业的大发展，使齿轮模具面临重要发展机遇，加快齿轮模具研究步伐，这是市场的呼唤。