Der Kern der Materialauswahl für Kunststoffzahnräder besteht in der Anpassung an die Belastungs-, Temperatur- und Verschleißfestigkeitsanforderungen des Anwendungsszenarios. Sie sind hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Allzweckkunststoffe, technische Kunststoffe und Hochtemperatur-Spezialkunststoffe. Allzweckkunststoffe wie Nylon (PA) und Polypropylen (PP) sind kostengünstig und leicht zu formen, ihre Festigkeit und Verschleißfestigkeit sind jedoch im Allgemeinen durchschnittlich. Sie eignen sich für Anwendungen mit geringer-Belastung und kurzer-Lebensdauer, beispielsweise für Spielzeuggetriebe und Hilfsgetriebe in einfachen Haushaltsgeräten. Technische Kunststoffe wie Polyoxymethylen (POM), Polycarbonat (PC) und ABS-Harz weisen eine hohe Festigkeit, hervorragende Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit auf. Sie sind die Hauptmaterialien für Kunststoffzahnräder und eignen sich für herkömmliche Getriebeszenarien, die Langlebigkeit und Stabilität erfordern, wie z. B. Drucker, Fahrzeuginnenräume und Kerngetriebe in Haushaltsgeräten. Hochtemperatur-Spezialkunststoffe wie Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyimid (PI) weisen eine hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit auf und halten mittleren bis hohen Belastungen und rauen Umgebungen stand. Allerdings sind sie teuer und schwer zu verarbeiten, sodass sie sich für Anwendungen mit besonderen Anforderungen eignen, beispielsweise für Komponenten von Automobilmotoren, Industrieanlagen und medizinische Geräte.
Zu den Entwurfsschritten für Kunststoffgetriebe gehören: Verständnis der Arbeitsaufgabe und der Umgebungsbedingungen des Getriebes; Ausarbeitung eines vorläufigen Entwurfsplans und Festlegung der Hauptparameter der Zahnradzähne; Durchführen von Entwurfsberechnungen für die Zugparameter; Auswahl der Präzisionsstufe des Kunststoffgetriebes; Durchführung von Berechnungen zur Vermeidung von Wurzelunterschnitten und Spitzenschärfungen; Anpassen des Achsabstands, um die Mindestspielanforderungen zu erfüllen; Überprüfen des Kontaktverhältnisses des Zuges; Bewertung der Tragfähigkeit des Zuges; Erstellen einer Getriebeparametertabelle; und schließlich das Zeichnen der Getriebeproduktzeichnung gemäß den DFM-Richtlinien für die Konstruktion von Spritzgussteilen.
Zu den wichtigsten Designüberlegungen für Getriebestrukturen aus Kunststoff gehören eine gleichmäßige Wandstärke, die Vermeidung scharfer Ecken, die richtige Einstellung der Verstärkungsrippen und die Gestaltung der Flanschnabenstruktur. Im Allgemeinen wird die Wandstärke von Kunststoffteilen auf etwa 3 mm kontrolliert. Der Variationsbereich für die Wandstärke sollte bei Materialien mit geringer -Schrumpfung weniger als 25 % und bei Materialien mit hoher -Schrumpfung weniger als 15 % betragen. Scharfe Ecken sollten an der Verbindungsstelle zweier Wände vermieden werden; Es sollten abgerundete Ecken vorgesehen werden. Die Größe der abgerundeten Ecken beträgt im Allgemeinen das 0,25--0,75-fache der Wandstärke, vorzugsweise jedoch mehr als 0,5 mm. Verstärkungsrippen erhöhen die Steifigkeit des Getriebes. Ihre Höhe beträgt typischerweise das 2,5-{20}}-fache der Wandstärke und ihre Dicke beträgt das 0,5- bis 0,75-fache der Hauptwandstärke. Der Abstand zwischen den Rippen sollte mehr als das Doppelte der Hauptwandstärke betragen. Wenn das Zahnrad eine plattenartige Struktur mit einer Dicke von mehr als 4,5 mm aufweist, sollte es als Steg- und Flansch-Naben-Struktur ausgeführt sein. Die Dicke von Flansch und Steg sollte das 1,25- bis 3-fache der Zahndicke betragen. Die Stegdicke kann etwas größer sein als die Kantendicke und es sollte darauf geachtet werden, keine Löcher in den Steg zu bohren.
Beim Formdesign für Kunststoffzahnräder müssen mehrere wichtige Punkte berücksichtigt werden, um die Formgenauigkeit sicherzustellen. Die Kavität und der Kern sollten mit zylindrischen, konischen Einsätzen präzise positioniert werden. Das Tor sollte ein Punkttor sein, das nahe der Mitte des Getriebes positioniert ist. Die Verwendung einer ungeraden Anzahl von Gates (3, 5, 7 usw.) kann die Koaxialität verbessern. Die Auswerferstifte sollten beim Auswerfen gleichmäßig verteilt sein. Für Lagerbereiche empfiehlt sich ein gerader Schubrohrauswurf. Darüber hinaus ist es notwendig, einen geeigneten Entformungswinkel einzustellen, Entlüftungsöffnungen an der endgültigen Harzfüllstelle richtig zu platzieren und die Anzahl der Hohlräume zu kontrollieren, üblicherweise 1, 2 oder 4 Hohlräume. Zu viele Kavitäten können zu Genauigkeitsabweichungen führen.
Was die Genauigkeit betrifft, so ist die Genauigkeit von spritzgegossenen Kunststoffzahnrädern aufgrund des Einflusses verschiedener Faktoren wie Materialschrumpfung und Spritzgussverfahren relativ gering und liegt im Allgemeinen bei oder unter der Klasse 9-10 der nationalen Norm, während die Genauigkeit von wälzgefrästen Kunststoffzahnrädern bei oder unter der Klasse 7–8 der nationalen Norm liegt. Zu den Referenzstandards gehört der AGMA PT-Standard (Plastic Gear Tooth Profile), der durch ANSI/AGMA 1106-A97 eingeführt wurde.
