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許多齒輪都可以使用塑料作為原材料來加工,包括:正齒,傘齒和蝸輪
在確定塑料齒輪是否適合特定應(yīng)用時,關(guān)鍵的因素是環(huán)境。塑料的尺寸穩(wěn)定性不及金屬,它們的強度和剛性的特性嚴重依賴于溫度,并可能因暴露于水或化學(xué)物質(zhì)中而改變(水分會導(dǎo)致許多塑料材料膨脹,化學(xué)暴露可能導(dǎo)致它們收縮或膨脹,這取決于化學(xué)物質(zhì)和塑料。)
塑料齒輪和金屬齒輪在負載下其接觸類型也是不同的。金屬齒輪主要是線接觸,一次嚙合一個齒。但塑料輪齒具有在負載下變形的漸開線表面,將接觸壓力分布在較大表面上并允許相鄰齒之間的接觸。這提供了齒輪之間的負載分配,并且有助于在某些應(yīng)用中改進塑料齒輪的使用壽命,特別是那些具有高沖擊載荷和相對較低連續(xù)載荷的應(yīng)用。
較輕質(zhì)量的塑料齒輪意味著它們的慣性比與其相對的金屬齒輪要低,這對于航空航天和一些軍事應(yīng)用是必不可少的。大多數(shù)塑料齒輪不需要潤滑即可運行,或者僅需要嵌入潤滑材料(如石墨,硅樹脂或PTFE)。但是,一些操作條件仍需要考慮潤滑的影響因素。在選擇塑料齒輪潤滑劑時,應(yīng)考慮到齒輪所處的工作環(huán)境,負載和速度等條件。如果潤滑劑與塑料材料不兼容,則會影響塑料的性能和壽命。
(1)制造誤差
制造齒輪時通常會產(chǎn)生偏心、周節(jié)誤差,基節(jié)誤差、齒形誤差等幾種典型誤差。產(chǎn)生這些誤差的原因很多,有來自機床運動的誤差,切削刀具的誤差,刀具、工件、機床系統(tǒng)安裝調(diào)試不當(dāng)?shù)恼`差,夾具的誤差和熱處理內(nèi)應(yīng)力引起的齒輪變形等。當(dāng)齒輪的這些誤差較大時,會引起齒輪傳動忽慢忽快的微慣性干擾轉(zhuǎn)動,使齒輪副嚙合時產(chǎn)生沖擊、振動,引起較大噪聲。
(2)裝配誤差
由于裝配技術(shù)和裝配方法等原因,通常在裝配齒輪時會造成“一端接觸、一端懸空”的裝配誤差;齒輪軸的直線性偏差(同軸度、對中性誤差)及齒輪的不平衡等。一端接觸或齒輪軸的直線性偏差會造成齒輪承受負荷不均,造成個別輪齒負荷過重引起局部早期磨損,嚴重時甚至引起輪齒斷裂。齒輪的不平衡,將引起沖擊振動和噪聲。
(3)運行中產(chǎn)生的故障
1>齒面塑性變形。當(dāng)齒輪材料較軟而傳遞載荷較大時,易產(chǎn)生齒面塑性變形。在齒面間過大的摩擦力作用下,齒面接觸應(yīng)力會超過材料抗擠壓屈服極限,齒面材料進入塑性狀態(tài),造成齒面金屬的塑性流動。導(dǎo)致主動齒輪在節(jié)線附近的齒面形成凹溝,而從動齒輪在節(jié)線附近的齒面形成凸棱,從而使齒形破壞。有時還可在某些類型齒輪的從動齒面上出現(xiàn)“飛邊毛刺”。嚴重時擠出的金屬金屬充滿頂隙,會引起劇烈振動,甚至發(fā)生彎曲或斷裂,影響齒輪正常嚙合傳動。
2>輪齒的斷裂。齒輪傳動時,主動齒輪的作用力和從動齒輪的反作用力都通過接觸點分別作用在對方輪齒上,危險的情況是某一瞬間接觸點位于輪齒的齒頂部;此時,輪齒如同一個懸臂梁,受載后輪齒根部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為,若因突然過載或沖擊過載,很容易在齒根處產(chǎn)生過負荷斷裂。即使不存在沖擊過載的受力工況,當(dāng)輪齒在交變載荷作用下產(chǎn)生的交變應(yīng)力集中現(xiàn)象,也易產(chǎn)生疲勞裂紋;逐步擴展,致使輪齒在齒根處產(chǎn)生疲勞斷裂。另外由于制造、安裝的誤差,淬火裂紋、磨削裂紋的損傷和嚴重磨損后齒厚過分減薄時,在輪齒的任意部位也可能會產(chǎn)生斷裂。