塑料齿轮的热分析.doc

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1、塑料塑料齿轮的热分析2003年32卷第5期聚合物研究塑料齿轮的热分析陆松，孟惠荣100083)(中国矿业大学北京校区机械电子工程系，北京不但有摩擦生热，而且还有粘弹性滞后能耗生热，而齿轮的寿命受温度影响很大。综合分析摩擦生热、粘弹性滞后能耗生热和齿轮温度的关系，以探索一种合适的齿轮温度计算方法，为防止塑料齿轮热失效提供帮助。关键词：塑料齿轮;摩擦生热；滞后能耗生热；中图分类号:TQ320.73文献标识码:A摘要：塑料是一种高粘弹体聚合物，用作齿轮材料在工作过程中时，温度文章编号：1001-9456(2003)05-()05

2、8-()3ThermalAnalysisofPlasticGearsLUSong,MENGHurongi(ChinaUniversityofMining&TechnologyBeijingSchool,Beijng100083,China)Abstract:Plasticisakindofhighviscoelasticpolymer.Whenusedasgearmaterial,itwillproduceheatnotonlybywear,butalsobyviscoelastichysteresisofene

3、rgyloss.Moreover,thelifetimeofplasticgearsdependsmuchontemperature.Therelationshipsbetweenheatproducedbywearorbyviscoelastichysteresisandgeartemperaturearesyntheticallyanalyzedinordertoexploreasuitablemeansforcalculatinggeartemperature,andprovidingassistancefbravo

4、idingthermalfailureofgears.Keywords:plasticgear;heatfromwear;heatfromhysteresisofenergyloss;temperature齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动方式，随着新材料的发展，制作齿轮的材料已不再局限于金属材料，塑料齿轮已得到很大发展。作为机械设计领域内的一种重要原材料，工程塑料以其质量轻、耐磨、耐腐蚀、振动小、无噪声等特点，成为各行各业不可缺少的世纪材料。以其为原料制作的齿轮和金属齿轮相比，具有质量轻、噪声小、不锈蚀、易于保养等

5、特点，而且加工成本低，可以成型复杂形状的零件，并且可以在不需要润滑的条件下工作，因此具有金属材料不可比拟的优点。目前，用于塑料齿轮的材料主要是尼龙、2］酚醛树脂、聚甲醛、乙缩醛等［1、，它们在日常的经济生活中已得到很广泛的应用。金属材料制作的齿轮失效形式主要有两种：(1)由于弯曲应力引起的轮齿疲劳破坏；(2)由接触应力引起的轮齿表面破坏。而对于塑料齿轮，由于材料性能上的差异，其失效形式已发生改变。与金属齿轮相比，塑料齿轮具有强度低、易变形、导热、耐热性差、热膨胀因数大等缺点，并且容易受到温度、湿度、加载方式等外部环境的影响

6、。其失效形式主要有以下儿种：(1)由于摩擦磨损引起的轮齿表面磨损失效;(2)热失效，即塑料齿轮在工作过程中温度过高，引起轮齿软化，或者产生齿轮表面烧伤等，导致齿轮破坏失效;(3)齿轮在工作时承受过大的载荷，或长时间在周期载荷作用下引起的轮齿折断破坏。由于塑料齿轮经常用于无润滑场合，且塑料的导热性能乂较差，产生的热量不易排除，所以温度在塑料齿轮的失效影响因素中占主导地位。塑料齿轮在工作过程中热量的产生主要有两个来源:(1)摩擦产生的热量;(2)滞后能耗产生的热量，其中载荷大小、工作速度、周围环境温度对其都有影响。收稿日期:2

7、003-05-09基金项目：国家自然科学基金资助(59975084)作者简介：陆松(1970-),男，安徽蚌埠，在读博士，专业方向为机械设计，研究课题为UHMWPE材料。58塑塑料齿轮的热分析2003年料32卷第5期1摩擦生热为研究齿轮工作时的摩擦磨损情况，很多研究者主要和载荷有关，而速度对它影响并不大。2滞后能耗生热采用销、盘对磨的方式来模拟齿轮的工作状况，实际上齿轮在工作时既有滚动摩擦，也有滑动摩擦，和销、盘工作方式有很大不同。对于塑料齿轮，其弹性模量E只有钢材的百分之一，而热导率也只有钢材的百分之一左右，热膨胀因数却

8、要高得多，所以塑料齿轮在工作时，温度对于其寿命长短起到决定性作用。对塑料齿轮的本体温度和表面最高温度计算对准确估计塑料齿轮的寿命具有重要意义。塑料齿轮在工作时很难运用试验的手段对其温度进行实时测量，但鉴于塑料的热传导I天I数很低，散热主要靠周围空气的对流完成，其啮合点附近空气的温度和齿轮表面温度应该很接