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エンジニアや設計者は、プラスチック歯車を熱可塑性プラスチックで鋳造された単なる金属歯車と見なすことはできません。 彼らは、プラスチック歯車に特有の特別な問題や考慮事項に注意を払う必要があります。 実際、プラスチック歯車のスタイルでは、ヒステリシスによる熱の蓄積など、鋼歯車に影響を与えない細部に焦点を当てる必要があります。

金属歯車とプラスチック歯車の設計哲学の本質的な違いは、金属歯車の設計は単一の歯の強度に基づいているのに対し、プラスチック歯車の設計は歯間の負荷分散を認識することです。 非常に簡単に言えば、プラスチックの歯は荷重がかかるとさらにたわみ、荷重がより多くの歯に伝わります。 ほとんどのアプリケーションでは、負荷分散によりプラスチック歯車の耐荷重能力が向上します。 その結果、歯のサイズが約48ピッチに減少すると、指定された破損サイクル数の許容張力が増加します。サイズの影響やその他の問題により、48ピッチを超えるとほとんど増加しない場合があります。

一般に、次のステップバイステップの手順で、優れた熱可塑性プラスチックギアが生成されます。

熱、負荷、速度、空間、環境など、アプリケーションの境界条件を決定します。
短期間の材料特性を調べて、初期の性能レベルがアプリケーションに適しているかどうかを判断します。
指定された環境でのプラスチックの長期的な家の保持を確認して、部品の寿命の間、性能量が処理されるかどうかを判断します。
物理的な家のデータを使用して、さまざまな負荷と速度によって引き起こされるストレスレベルを計算します。
許容ひずみ量で計算値を評価し、必要に応じて再設計します 温室還元剤 十分な安全率を提供します。
プラスチック材料の歯車は、摩耗、スコアリング、プラスチック材料の流れ、ピッチング、破壊、疲労など、金属製の歯車と同じ理由で故障します。 これらの失敗の原因も本質的に同じです。

負荷のかかった回転歯車の歯は、歯の根元と接触表面積で応力を受けます。 ギアが確実に潤滑されている場合、曲げ張力が最も重要なパラメータです。 一方、無潤滑歯車は、歯が破損する前に劣化する可能性があります。 したがって、接触応力は歯車の設計における主要な側面です。 プラスチック歯車は、多くの場合、歯の根元に完全なフィレット半径があります。 したがって、彼らはそうではありません 金属歯車のように応力集中しやすい。

エンジニアリング熱可塑性プラスチックの曲げ張力データは、特定のピッチ系列速度での疲労試験に基づいています。 したがって、速度がチェック速度を超える場合は、ピッチ範囲で速度係数を使用する必要があります。 継続的な注油により、許容張力が少なくとも1.5倍に増加する可能性があります。 曲げ応力と同様に、表面接触応力の計算にはいくつかの補正要素が必要です。

たとえば、ピッチ範囲の速度がチェック速度を超える場合、速度アスペクトが使用されます。 さらに、係数は、動作温度、ギアコンポーネント、および圧力位置の変化を考慮に入れるために使用されます。 ストールトルクは、熱可塑性歯車の外観のもうXNUMXつの要因です。。 多くの場合、ギアは、標準の負荷トルクよりもかなり高いストールトルクに翻弄されます。 プラスチック材料の歯車を高速で運転すると、ヒステリシス加熱の影響を受けやすくなり、歯車が溶けるほど激しくなる可能性があります。

この種の加熱を減らすにはいくつかのアプローチがあります。 好ましい方法は、必要なトルク伝達に利用できる歯根面積を増やすことによってピーク張力を下げることです。 別のアプローチは、装置の直径を大きくすることによって歯の応力を減らすことです。

ヒステリシスの少ない、より硬い材料を使用することで、プラスチックタイプの材料歯車の動作寿命を延ばすこともできます。 プラスチックの剛性を高めるために、アセタールやナイロンなどの結晶性プラスチックの結晶化度は、プラスチックの剛性を25〜50%高める処理技術によって高めることができます。

剛性を向上させる最も効果的な方法は、フィラー、特にガラス繊維を塗布することです。 ガラス繊維を追加すると、剛性が500%から1 1,000%向上します。 ただし、フィラーを使用することには欠点があります。 未充填のプラスチックは、金属よりもXNUMX桁高い耐疲労性を備えています。 フィラーを追加すると、この利点が減少します。 したがって、フィラーの使用を希望するエンジニアは、疲労の存在と最小限の温度上昇の間のトレードオフを考慮に入れる必要があります。

ただし、フィラーは、プラスチック歯車がヒステリシス破壊に耐える能力に別の利点をもたらします。 フィラーは熱伝導率を高めることができます。 これは、歯車の歯の付け根のピーク応力領域から高温を取り除くのに役立ち、高温を放散するのに役立ちます。 熱除去は、ヒステリシス障害に対する耐性のレベルを向上させることができる他の制御可能な一般的な要因です。

周囲の媒体は、空気であろうと液体であろうと、プラスチック歯車の冷却価格に大きな影響を及ぼします。 オイルバスなどの液体が空気の代わりにギアを囲んでいる場合、ギアからオイルへの高温伝達は、通常、プラスチック材料ギアから周囲への熱伝達の10倍です。 オイルまたは空気を攪拌すると、熱伝達も10倍に増加します。冷却媒体(空気の流れまたはオイル)が温熱交換器またはスタイルによって確実に冷却される場合、熱伝達はさらに増加し​​ます。