机械设计优秀案例分享——〖案例2〗适合做齿轮的非金属材料

六月飘雪

〖案例2〗适合做齿轮的非金属材料     在一些特殊场合，使用非金属材料有许多优点，比如低噪声，低振动，自润滑等等，但它相对金属材料也有不足之处。怎样权衡并选择，是一个不好处理的事。 1.问题描述     客户希望设计一对非金属材料的啮合齿轮，直径200mm，厚度6mm，齿数78。要求强度，硬度要好，不易变形；之前使用的材料为尼龙，但希望可以进行改善，而改用其他的材料。 2.讨论    甲说，如果是单件或数量不多的话，建议采用环氧玻纤板，型号为3240，这是一种电工常用的材料，机械性能接近中碳钢，6毫米厚的板材也容易买到。并提出相应的工艺：下料切割后车外圆内孔，然后叠起来铣齿或滚齿；注意机加工时要使用夹板，防止材料分层。    乙说，曾使用过以下了两种材料制作零件：       1.聚甲醛，简称POM。其抗拉强度、冲击韧性、刚性、疲劳强度、抗蠕变性等性能都很高，吸水性小，尺寸稳定性高，耐磨性好，很多塑胶齿轮都是用此种材料。加工时要注意低转速，吃刀量和近刀量都要小，刃口锋利，夹紧力也要小，使用压缩空气冷却较好。             2.聚苯硫醚，简称PPS。这是一种具有优良的特种工程塑料，耐热性能好，短期耐热性和长期连续使用的热稳定性均优于目前所有的工程塑料。其线膨胀系数低，尺寸稳定性十分良好。机械性能优异，其刚性极强，表面硬度高，强度极好，并具有优异的耐蠕变性和耐疲劳性。而且通过填充氟树脂和碳纤维等润滑剂，可大幅度提高其耐磨性，摩擦系数在0.01-0.02。    丙提出了几种材料：      1.聚醚醚酮，简称PEEK，有耐高温、耐腐蚀、不蠕变、自润滑、易加工和机械强度高等优异性能。      2.聚酰亚胺，简称PI，具有优良的综合性能，以及目前已经工业化的高分子材料中最高的耐热性；还有人建议不必彻底抛弃尼龙，可以用各种经过改性，具有较高机械性能的品种等等。    丁说，以上材料做齿轮都比较适合，但除此之外，还有利用纳米技术开发的纳米复合聚酯新材料和纳米热塑件等等；选用何种材料，要适合工况，除开在强度、弹性模量、抗冲击强度等力学性能方面的要求之外，还需要在很宽的温度范围内具有出色的耐磨性、耐热性。而落实到具体应该怎么选，就见仁见智了。 3.结论    一般情况下，齿轮通常是由金属材料制成，但由于金属齿轮的制造工序繁多，导致成本效益低。而非金属制造的齿轮由于其成形加工性，成本效益相对较高；加上耐腐蚀、重量轻、转动平稳、无噪声，一些纳米材料在低温下不老化，有较好的韧性，所制造的零件表面光滑等特点，在轻载、高精密及化学仪器等领域中有广泛应用。