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自润滑塑料齿轮挑战金属齿轮自润滑塑料齿轮挑战金属齿轮, a' r4 j% B/ u- \+ t
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作者：Gordon Graff
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前言
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在所有的标准齿轮应用中，塑料齿轮正在快速的取代金属齿轮，主要应用在汽车、家用器械、工业机械、电脑和电气及医疗设备。这是因为相比较于金属器件，塑料齿轮的成本更低、重量较轻、加工设计灵活等优点。
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第一代生产的塑料出轮必须使用润滑剂，如油和油脂，减少磨损，延长使用的寿命；但现在应用的许多塑料齿轮不需要润滑剂，原因是树脂本身具有润滑性，或者添加填料来降低其与其他齿轮接触时的摩擦系数。
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5 `" B% N8 Y" ]# V! C. D, t自润滑或者非自润滑的塑料齿轮并没有减低取代金属齿轮。当在高温、压力和其它应力环境下，塑料与金属具有不同的表现；这些差异是设计者为了避免塑料件的过早失效。 9 \' k+ |0 P" m; @
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应用及特性
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在汽车业中塑料齿轮用于动力座椅、自动升降窗、点火系统、汽车刹车、各种各样的关闭和门闩系统；齿轮的器械应用包含吸尘器、洗衣机传送系统、食物加工器、HVAC驱动器和手动混合器；在工业中，塑料齿轮应用在装配线滚筒、电动工具、水表和煤气表中；在电气设备中，塑料齿轮用作打印机、复印机、扫瞄仪、音频信号和图像装备中；在医雪上的应用，塑料齿轮用作药物自动输送装置；塑料齿轮还用作表、钟、和遮光窗帘的运动部分；户外用的齿轮包括割草机、树叶吸收工具、喷洒器和游泳池设备。+ v1 }" W p3 d& Z5 N
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图 1: 自润滑塑料齿轮可制成不同尺寸和结构的齿轮
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* N9 c0 l6 o3 L* M% \, m自润滑塑料齿轮减少了油脂或油的应用，从而节省了成本，降低了维修费用；考虑拼装成箱的可能性，塑料齿轮相比较于金属齿轮的装配更便宜；模塑塑料齿轮的尺寸可以比金属齿轮尺寸更小，因此使用塑料齿轮的机器和装备的尺寸也可以相应的减小。
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& {* k% u1 x- }5 n! o8 x7 N设计考虑 5 r, e0 Q E3 ~9 ^% T$ H" B& \
4 S# ^5 D( g g8 X8 L2 T塑料的粘弹性大于金属，所以蠕变和变形成为塑料齿轮应用的主要问题。塑料在高温损失的强度大于金属，但是塑料高温性能的变化随树脂及增强剂的类型及用量的变化而变化。塑料的热导率只相当于金属的1-2%,当他们温度升高时，塑料齿轮维持高温的时间大于金属。一些塑料如尼龙可吸收大量的水份，易引起加工困难除非在模塑前进行干燥。一方面，尼龙齿轮吸收水份溶张，工程师在齿轮设计中必须考虑此因素；另一方面，水份降低了尼龙的拉伸强度，提高了冲击强度。! h: `9 p4 L; X M. ^- v0 Z$ C
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图 2: 两相互啮合齿轮的磨耗率和材料的类型、
. E- z$ q. G# x" D0 o- h, l载重量、填料和添加剂的量相关
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可采用不同的方法避免材料过热，一些塑料齿轮当摩擦严重时，需要外来的润滑油；当采用自润滑塑料作为齿轮时，设计者常常通过匹配相异的材料，如缩醛醇和尼龙66来减少其摩擦系数。相异材料的混合相比较于相同材料的混合可以减少生热。另一种控制摩擦热产生的方法是添加低摩擦系数的物质如聚四氟乙烯(PTFE)、硅氧烷或者石墨等。 [. j$ f+ d$ S- L
- l" X* U% A' u: D. R& s3 }- I大家都了解塑料作为齿轮的行为特性，因此工程师也知道，当金属变换成塑料时，什么样的调整可以使设计正常运作。 X. M+ K. S$ q3 ]: g: `& C0 @
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$ n; A8 j4 H4 N# V. B[ 本帖最后由 江边 于 2007-4-23 13:12 编辑 ] |
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发表于 2007-4-23 11:32:58
