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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(shí),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(qiáng)度和剛性的特性嚴(yán)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(huì)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(fù)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(gè)齒。但塑料輪齒具有在負(fù)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(fù)載分配,并且有助于在某些應(yīng)用中改進(jìn)塑料齒輪的使用壽命,特別是那些具有高沖擊載荷和相對(duì)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(duì)的金屬齒輪要低,這對(duì)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(rùn)滑即可運(yùn)行,或者僅需要嵌入潤(rùn)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(rùn)滑的影響因素。在選擇塑料齒輪潤(rùn)滑劑時(shí),應(yīng)考慮到齒輪所處的工作環(huán)境,負(fù)載和速度等條件。如果潤(rùn)滑劑與塑料材料不兼容,則會(huì)影響塑料的性能和壽命。
(1)制造誤差
制造齒輪時(shí)通常會(huì)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(jī)床運(yùn)動(dòng)的誤差,切削刀具的誤差,刀具、工件、機(jī)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(shí),會(huì)引起齒輪傳動(dòng)忽慢忽快的微慣性干擾轉(zhuǎn)動(dòng),使齒輪副嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊、振動(dòng),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(shí)會(huì)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(duì)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(huì)造成齒輪承受負(fù)荷不均,造成個(gè)別輪齒負(fù)荷過重引起局部早期磨損,嚴(yán)重時(shí)甚至引起輪齒斷裂。齒輪的不平衡,將引起沖擊振動(dòng)和噪聲。
(3)運(yùn)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(shí),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(huì)超過材料抗擠壓屈服極限,齒面材料進(jìn)入塑性狀態(tài),造成齒面金屬的塑性流動(dòng)。導(dǎo)致主動(dòng)齒輪在節(jié)線附近的齒面形成凹溝,而從動(dòng)齒輪在節(jié)線附近的齒面形成凸棱,從而使齒形破壞。有時(shí)還可在某些類型齒輪的從動(dòng)齒面上出現(xiàn)“飛邊毛刺”。嚴(yán)重時(shí)擠出的金屬金屬充滿頂隙,會(huì)引起劇烈振動(dòng),甚至發(fā)生彎曲或斷裂,影響齒輪正常嚙合傳動(dòng)。
2>輪齒的斷裂。齒輪傳動(dòng)時(shí),主動(dòng)齒輪的作用力和從動(dòng)齒輪的反作用力都通過接觸點(diǎn)分別作用在對(duì)方輪齒上,危險(xiǎn)的情況是某一瞬間接觸點(diǎn)位于輪齒的齒頂部;此時(shí),輪齒如同一個(gè)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(fù)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(kuò)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(yán)重磨損后齒厚過分減薄時(shí),在輪齒的任意部位也可能會(huì)產(chǎn)生斷裂。