塑料齿轮的蠕变设计.doc

《塑料齿轮的蠕变设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、塑料齿轮设计及相关资料和想法

2、 塑料齿轮的蠕变设计（一）－－－－蠕变的定义标签：蠕变 塑料 齿轮 塑料齿轮的蠕变设计是一个非常困难的工作，它涉及到材料学中材料的蠕变性能（难测定）和塑料齿轮的应力值计算（没有准确的模型进行计算），因此，往往在设计的过程中非常被动，常常要等样品试验以后才能估计蠕变性能的好坏。本日志试图综合各个方面的信息，对齿轮蠕变进行分析。我预计可以在十到十五个日志内可以把内容阐述清楚。下面准备的几个主题是：1)蠕变的定义及其相关2)塑料蠕变的相关公式3)典型材料的蠕变曲线4)典型应用的蠕变计算方法5)哪些塑料齿轮需要进行蠕变设计6)塑料齿轮蠕变设计的要点7)蠕变的测

3、试方法8)蠕变的快速测试及其测试理论9)其它。。。。。。（一）蠕变的定义：蠕变指的是固体材料在保持应力不变的情况下，应变随时间缓慢增长的现象。金属、高分子材料和岩石等在一定条件下都具有蠕变性质。蠕变材料的瞬时应力状态不仅与瞬时变形有关，而且与该瞬时以前的变形过程有关。瞬时响应后随时间发展的蠕变一般可分成3个阶段：·第一阶段是衰减蠕变，应变率（应变的时间变化率）随时间增加而逐渐减小；·第二阶段是定常蠕变，应变率近似为常值；·第三阶段是加速蠕变，应变率随时间逐渐增加，最后导致蠕变断裂。同一材料在不同的应力水平或不同温度下，可处在不同的蠕变阶段。通常温度升高或应力增大会使蠕变加快。不同材

4、料的蠕变微观机制不同。蠕变机制有扩散和滑移两种。在外力作用下，质点穿过晶体内部空穴扩散而产生的蠕变称为纳巴罗－赫林蠕变；质点沿晶体边界扩散而产生的蠕变称为柯勃尔蠕变。由晶内滑移或者由位错促进滑移引起的蠕变称为滑移蠕变，也称魏特曼蠕变。引起多晶体材料蠕变的原因是原子晶间位错引起的点阵滑移以及晶界扩散等；而聚合物的蠕变机理则是高聚物分子在外力长时间作用下发生的构形和位移变化。研究材料的蠕变性质对安全而经济地设计结构和机械零件具有重要意义。（二）松弛松弛与蠕变的区别在于：在蠕变中，应力是常数，应变是随时间变化的可变量；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间变化的可变量。塑料之所以产生这两种

5、现象，是由于它是既具有弹性又具有塑性的黏弹性材料。（三）蠕变激活能对铬钼和铬钼钒低合金钢主蒸汽管运行中蠕变激活能和相应的持久强度的变化动态进行研究.结果表明,主蒸汽管金属的蠕变激活能和持久强度都随运行时间增加呈下降趋势,两者在变化程度上存在较明显的对应关系.蠕变激活能的数值大小可反映出主蒸汽管在使用寿命过程中所处的阶段,对部分主蒸汽管应用蠕变激活能等蠕变参量得出的蠕变速率推算的剩余使用寿命期限与其它传统方法得出的寿命分析结果一致.（四）蠕变疲劳有何特征？蠕变断裂断口的宏观特征：1、断口附近产生塑性变形，在变形区域附近有很多裂纹，使断裂机件表面出现龟裂现象；2、又于高温氧化，断口表面

6、往往被一层氧化膜所覆盖。（五）蠕变测试的相关标准（1)GB11546-89;塑料拉伸蠕变测定方法。（2)ISO899-1-2003  塑料.蠕变性能的测定.第1部分:拉伸蠕变。（3)ISO899-2-2003   塑料.蠕变性能的测定.第2部分:用三点负载测定挠曲蠕变

7、 塑料齿轮的蠕变设计（二）－－－－蠕变相关公式1.基于蠕变考虑的变形量计算   在工程设计和计算中，有时需要求出在某个部分施加一定负荷时所产生的变形量，有时则需要求出为产生一定的变形量而需要的负荷。 在这种情况下，虽说基本的物性都是弹性模量，但由于塑料与金属不同，因此在用塑料的弹性模量进行计算时需要注意下列几点：　1

8、）温度依存性 即使在实用温度范围内，弹性模量也会随温度变化。　2）时间依存性 负荷时间持续很长时会出现蠕变现象，因此应使用蠕变弹性模量。　3）应力依存性 严格而言，塑料的应力－应变关系中通常几乎没有虎克定律成立的部分（即正比例的区域）。　因此，各应力水平上的弹性模量便是正割弹性模量（Es），该值甚至小于初始弹性模量（Eo）。 虽然这里的目的是为了结合这些条件来推算出DURACON部件的变形量，但基本思路则是在一定的低应力水平下首先求出基于温度及时间依存性考虑的表观弹性模量，进而根据应力水平来不断修正该表观弹性模量。         

9、 塑料齿轮的蠕变设计（三）－－－－典型材料的蠕变

10、曲线一般来讲，塑料的低温抗蠕变能力比高温时塑料的抗蠕变能力要强，而且，蠕变所需的时间比较长，一般的设计都是以十年为限，如果按照正常的测试，一次至少需要十年，那么产品的开发周期就被被严重的耽搁。因此，在一般的测试中，都是以材料的高温情况下的抗蠕变能力来预测正常使用时的产品抗蠕变能力。下面给出最常用的POM－delrin100的材料在一定温度下的蠕变曲线：（1)材料在23°C下的蠕变曲线如右图所示： 从右图中可以看出，材料在变形较小的情况下，具有很高的抗蠕变强度。也就是说