齿轮是动力传输元件。齿轮决定了所有被驱动机器元件的扭矩、速度和旋转方向。制作齿轮的材料主要分为金属和非金属两类。那么相对于金属齿轮,塑料齿轮有哪些优缺点,主要应用在什么场合?
塑料齿轮是一种在工程领域中广泛使用的传动元件,具有许多独特的优点,因此在多个应用领域中得到了广泛应用,尽管一些人可能认为塑料齿轮相对于金属齿轮来说有一些限制,但实际上它们在许多方面具有明显的优势。塑料齿轮相比金属齿轮而言具有较低的成本,与传统的金属齿轮相比,塑料齿轮的制造成本更低,这主要归因于塑料材料的便宜和加工过程的简化,塑料齿轮的生产速度相对较快,可以大规模生产,从而进一步降低成本。
塑料齿轮具有较低的噪音水平,由于塑料材料的良好减震性能,塑料齿轮在工作时产生的噪音要比金属齿轮低得多,这使得塑料齿轮成为一些要求低噪音操作的应用场景的理想选择,办公设备、家用电器等。以及较好的自润滑性能,塑料材料的自润滑特性使得塑料齿轮在摩擦过程中减少了能量损耗,并且能够降低齿轮磨损和热量产生,这使得塑料齿轮适用于一些高速、高温或润滑条件较差的环境下的应用,如汽车、机械设备等。
同时还具有较低的重量和较高的设计自由度,相比于金属齿轮,塑料齿轮的密度更低,因此重量更轻,这使得塑料齿轮成为一些对重量要求较低的应用场景的理想选择,航空航天、船舶等。而且塑料齿轮的可塑性强,可以通过成型工艺制造出各种形状和尺寸的齿轮,提供了更大的设计自由度,满足不同应用的需求。塑料齿轮具有低成本、低噪音、良好的自润滑性能、较低的重量和较高的设计自由度等优点,塑料齿轮在家用电器、办公设备、汽车、机械设备、航空航天等多个应用领域都得到了广泛应用。
PPS塑料具有优异的机械强度和硬度。齿轮作为传动装置的重要组成部分,需要具备较高的强度和硬度。PPS塑料具有优异的抗拉、抗压和抗磨损性能,能够承受高强度的载荷和频繁的摩擦。这使得PPS塑料齿轮具有出色的耐用性,能够长时间稳定运转而不易损坏。
其次,PPS塑料还具有优异的耐化学性能。它能够抵抗各种化学物质的腐蚀和溶解,不易受到酸、碱等环境的侵蚀。在一些工业领域,齿轮可能会接触到一些腐蚀性液体或气体,而PPS塑料的优异耐化学性能可以保护齿轮免受腐蚀的影响,延长齿轮的使用寿命。
此外,PPS塑料还具有较低的摩擦系数和良好的自润滑性能。这使得PPS塑料齿轮能够有效减少摩擦和磨损,降低能量消耗和噪音产生。在需要降低摩擦和噪音的机械设备中,PPS塑料齿轮的应用能够提高整体工作效率和舒适性。
PPS自润滑系列材料兼具自润滑性与高韧性,在改善噪音污染的同时提高零部件的耐久性,耐磨性能优于其他工程塑料材料,成本更只有金属齿轮的三分之一,使得成为制作齿轮可靠的材料之选。
赢创开发了一种用特种工程塑料PEEK制作的塑料齿轮,引起行业内外人注意,大家都在想是怎样的一个塑料齿轮凭什么可以代替金属齿轮,更能适应内燃机内苛刻的环境,而且比金属齿轮,更加耐高温、耐磨及降噪。
据了解,在内燃机中有一个部件叫测量平衡器,它通过减少活塞在周围结构上引起的振动来确保内燃机的平稳运行,而这平衡器齿轮由于经常与发动机油接触,需要长期暴露在高达130 摄氏度的高温下运作,而PEEK虽然是塑料,但它具有优异的耐高温性,长期使用的温度高达260°C,而且其化学性能非常稳定,在300°C下的高温下,还可以保持其尺寸的稳定性。
PEEK材质还拥有优良的耐磨性,表面光滑,摩擦系数小,梅赛德斯奔驰公司更是用于制造质量平衡器中的塑料齿轮的低磨损外齿圈,而且该系列组件被于各种车型中,采用它制成的塑料齿轮,与金属齿轮相比,具有更低的摩擦损失并且在运行时非常安静。这些塑料齿轮由于重量较轻,还可节约能耗,并且可通过注塑成型实现高效低成本的生产制造,还可以制作相对复杂,精密规格的部件。
可以说PEEK塑料齿轮相对于金属齿轮更加耐高温、耐磨及降噪,PEEK材质也符合未来汽性能研究创新的方向——走向汽车轻量化,高性能的环保之路,在汽车领域,PEEK以它优异的性能,将会有越来越多的PEEK制品出现在汽车上。
尽管塑料齿轮在某些应用领域中具有一定的优点,但是它们也面临着一些限制和挑战,塑料齿轮的强度和刚度相对较低,与金属齿轮相比,塑料材料的强度通常较小。
这意味着塑料齿轮在承受高负载时容易发生变形或损坏,塑料的刚度也较低,导致塑料齿轮在高速运转或受到冲击载荷时容易产生振动和噪音。
塑料齿轮的热稳定性和耐磨性相对较差,塑料材料往往具有较低的耐热性,当塑料齿轮在高温环境下工作时,可能会发生软化或失去强度,从而导致齿轮性能下降甚至失效。
而且塑料的耐磨性也较低,尤其在高负载和高速摩擦条件下,塑料齿轮的齿面容易磨损,影响其使用寿命和传动效率。
另外塑料齿轮还面临着尺寸稳定性和加工难度的挑战,塑料材料在受热时往往会发生膨胀或收缩,这使得塑料齿轮在温度变化时很难保持稳定的尺寸。
而这对于一些对尺寸精度要求较高的应用来说是一个重要的限制,此外,塑料材料的加工性能也相对较差,塑料齿轮的制造过程更加复杂且成本较高。
虽然塑料齿轮存在这些限制和挑战,但是在一些特定的应用场景下仍然具有广泛的应用前景,只要在设计和制造过程中合理考虑这些因素,选择合适的材料和工艺,并进行充分的仿真和测试,就可以最大程度地克服这些问题。
而且随着塑料材料科学的不断进步和技术的发展,相信将来会有更先进的塑料材料和工艺涌现,进一步提高塑料齿轮的性能和应用范围。