錦綸納米復(fù)合材料的傳動(dòng)效率摘要：由錦綸及其復(fù)合材料構(gòu)成的齒輪由于其卓越的性能而得到越來越廣泛的應(yīng)用。這篇論文研究報(bào)告了PA6（原始錦綸材料）和PNC（黏土結(jié)合錦綸材料）直齒輪的傳動(dòng)效率。做了大量的實(shí)驗(yàn)來預(yù)測(cè)摩擦和磁滯造成的能量損失。一個(gè)在內(nèi)部開發(fā)的功率吸收式齒輪試驗(yàn)臺(tái)被用來確定轉(zhuǎn)換過程中的能量損失。應(yīng)用扭矩在PA6和PNC直齒輪轉(zhuǎn)換效率中發(fā)揮的作用被報(bào)告出來。納米黏土的應(yīng)用提升了剛度并且抑制了polymide6的粘彈性的本性。輪齒溫度的上升（由于磁滯和摩擦造成）顯著影響了齒型，因而影響了齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)械特性得到強(qiáng)化的齒輪即加入了錦綸納米復(fù)合材料的齒輪比原始的錦綸齒輪有更高的傳動(dòng)效率。一：介紹：齒輪用來傳遞運(yùn)動(dòng)或能量。近年來，聚合物在輕載應(yīng)用中正在取代金屬材料，比如說測(cè)量設(shè)備，醫(yī)療設(shè)備，電腦外設(shè)，辦公打印機(jī)器以及自動(dòng)取款機(jī)。因?yàn)樗哂兄亓枯p，防腐蝕，易制造和能在干燥環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)金屬齒輪的表現(xiàn)進(jìn)行過很多理論和實(shí)驗(yàn)研究。然而幾乎沒有關(guān)于錦綸齒輪表現(xiàn)的論文。對(duì)金屬齒輪來說，齒輪模塊是高速或大扭矩運(yùn)行條件下齒輪嚙合機(jī)械效率最重要的參數(shù)，緊接著是齒面粗糙度和潤滑油粘度。齒輪之間的滑動(dòng)摩擦被認(rèn)為是齒輪傳動(dòng)過程中能量損失的主要形式之一，也被認(rèn)為是振動(dòng)和噪音的主要來源。Diab等。已經(jīng)使用彈流潤滑模擬器研究了齒輪在多種滾動(dòng)及滑動(dòng)情況下的摩擦力情況并且提出了新的牽引法則。徐等。為平行軸齒輪副與摩擦相關(guān)的機(jī)械效率損失的預(yù)言提出了一個(gè)計(jì)算模型。這個(gè)模型將一個(gè)齒輪負(fù)載分配模型，一個(gè)摩擦模型和一個(gè)機(jī)械效率公式結(jié)合在一起來預(yù)測(cè)一個(gè)齒輪副在典型的工作條件，表面，及潤滑條件下的瞬時(shí)的機(jī)械效率。據(jù)報(bào)告這個(gè)模型更加精確，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有0.1%的偏差。徐和Kahraman也對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪副提出了相似的模型。附錄和無線電廣播對(duì)齒輪強(qiáng)度和基本性能參數(shù)的影響在他處得到解釋。金屬齒輪的表現(xiàn)取決于接觸齒輪之間的摩擦損失因?yàn)檩嘄X撓度再高的彈性模量下是可以忽略的。Walton等人已經(jīng)實(shí)驗(yàn)性的研究和報(bào)告了輪齒材料和齒面幾何形狀對(duì)塑料齒輪效率和摩擦的影響。對(duì)一些材料來說齒輪效率受到負(fù)載和其他因素比如說速度的顯著影響。將潤滑脂作為潤滑物應(yīng)用于聚合物齒輪上顯著提高了效率并且減少了載荷和速度的關(guān)系。聚合物齒輪的效率隨著越來越高的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間而降低但減少輪齒大小會(huì)提高效率。聚合物齒輪因?yàn)閺椥阅Ａ康停ū蠕摰纳僖话俦叮┖驼硰椥缘谋拘詴?huì)產(chǎn)生更多的熱。聚合物熱傳導(dǎo)性的不足導(dǎo)致產(chǎn)生的熱在齒輪內(nèi)部積累。輪齒溫度的升高降解了聚合物使齒輪副的表現(xiàn)降低。數(shù)學(xué)模型被提出和發(fā)展用來報(bào)告聚合物齒輪在嚙合過程中因?yàn)槟Σ梁痛艤p失產(chǎn)生的熱量的數(shù)量。直齒圓柱齒輪的旋轉(zhuǎn)速度影響了無筋和玻璃纖維增強(qiáng)直齒輪的表現(xiàn)。初始潤滑脂的應(yīng)用顯著減少了碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮齒輪和碳纖維增強(qiáng)聚酰胺12齒輪的磨損。一個(gè)基于齒輪磨損速度和他的表面溫度之間聯(lián)系的新的設(shè)計(jì)方法因?yàn)榭s醛齒輪被發(fā)展起來。研究人員企圖通過在單齒接觸區(qū)增加輪齒寬度來降低輪齒表面溫度。通過在輪齒上鉆一個(gè)空來降低表面溫度而且插入鋼釘之后得到了進(jìn)一步降低。在輪齒上鉆孔降低了輪齒剛度并導(dǎo)致了大幅度的輪齒偏轉(zhuǎn)。只要正確選擇孔的大小和位置就能有效地實(shí)現(xiàn)通過這個(gè)孔的熱量耗散。通過鉆很多徑向和軸向的冷卻孔就能有效減少表面溫度和磨損。齒輪副的表現(xiàn)依賴于材料，幾何形狀，速度，負(fù)載情況和摩擦力。聚合物齒輪的力轉(zhuǎn)換效率可以通過加入短纖維增強(qiáng)基質(zhì)強(qiáng)度而得到提升。成型表面的強(qiáng)纖維的出現(xiàn)降低了表面粗糙度。而且，纖維的方向控制著齒輪剛度，很難使纖維方向在整個(gè)輪齒上保持有效的方向。因此，只有一部分短纖維被有效地用來增強(qiáng)聚合物齒輪的剛度。聚合物納米復(fù)合材料是新出現(xiàn)的使用納米大小的粒子作為增強(qiáng)物的材料。納米大小的粒子有大的比表面和與兼容的聚合物好的接觸表面平均粘附度。納米大小的增強(qiáng)材料和和聚合物之間分子水平的相互作用提高了很多機(jī)械特性，尤其是剛度和強(qiáng)度。納米水平的增強(qiáng)提高了聚合物的結(jié)晶度降低了聚合物鏈流動(dòng)性。納米大小的增強(qiáng)也增加了玻璃化轉(zhuǎn)化溫度和聚合物的阻隔性。本文描述了用數(shù)值分析估計(jì)的PA6和PNC齒輪之間的載荷分擔(dān)。實(shí)驗(yàn)研究被用來解釋力矩對(duì)齒輪表現(xiàn)的影響。摩擦和磁滯造成的能量損失也被討論。二：數(shù)值研究：為了保證平穩(wěn)持續(xù)的運(yùn)行，齒輪組是由接觸比大于一的齒輪構(gòu)成。嚙合過程中，相鄰的齒在嚙入過程的開始和嚙出過程的末尾開始接觸。因?yàn)椴恢挂粋€(gè)齒在接觸，在相鄰的齒之間存在一個(gè)載荷分配，一個(gè)齒在嚙合周期的一部分時(shí)間里承擔(dān)載荷。由于金屬齒輪具有高的剛度，所以輪齒偏轉(zhuǎn)很小，因此，和理想齒輪副相比在負(fù)載分配方面幾乎沒有差別。對(duì)聚合物齒輪而言，由于其剛度低，輪齒偏轉(zhuǎn)十分顯著，因此，和理想齒輪副相比在負(fù)載分配方面有很大不同。為了理解聚合物齒輪輪齒偏轉(zhuǎn)對(duì)負(fù)載分配的影響，用商用軟件包ANSYS進(jìn)行了一項(xiàng)分析FEA。FE模型用每個(gè)齒輪上的三個(gè)齒來捕捉相鄰的齒在輪齒偏轉(zhuǎn)中的作用。因?yàn)楸砻纨X寬和輪齒接觸寬度相比很大，三角形平面應(yīng)變單元被用來嚙合齒型。齒輪輪齒的接觸情況對(duì)接觸面幾何形狀很敏感，因此，良好的嚙合應(yīng)該在接觸區(qū)域附近。齒輪有限元網(wǎng)格的詳細(xì)圖片見圖一。對(duì)所有材料的線彈性變形行為進(jìn)行了評(píng)估，這次分析