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엔지니어와 설계자는 플라스틱 재질 기어를 열가소성 수지로 주조 된 금속 기어로 볼 수 없습니다. 그들은 필요 플라스틱 소재 기어 고유의 특별한 문제와 고려 사항에 중점을 둡니다. 사실, 플라스틱 기어 스타일은 히스테리시스로 인한 열 축적과 같이 금속 기어에 영향을 미치지 않는 세부 사항에주의를 기울여야합니다.

금속 기어와 플라스틱 기어 간의 설계 철학의 근본적인 차이점은 금속 기어 설계는 단일 톱니의 강도를 기반으로하는 반면 플라스틱 기어 설계는 톱니 간의 부하 공유를 인식한다는 것입니다. 간단히 말해, 플라스틱 치아는 하중이 가해지면 더 많이 편향되고 더 많은 치아에 변형을 전달합니다. 일반적으로 대부분의 응용 분야에서 부하 공유는 플라스틱 기어의 부하 용량을 증가시킵니다. 결과적으로 톱니 크기가 약 48 피치로 감소함에 따라 특정 고장주기 횟수에 허용되는 장력이 증가합니다. 크기 효과 및 기타 다양한 문제로 인해 48 피치 이상에서는 거의 증가하지 않는 경우가 있습니다.

일반적으로 다음과 같은 단계별 절차는 우수한 열가소성 기어를 생성합니다.

열 범위, 부하, 속도, 공간 및 환경과 같은 애플리케이션의 경계 조건을 결정합니다.
단기 재료 특성을 조사하여 초기 성능 수준이 응용 분야에 적합한 지 확인합니다.
지정된 환경에서 플라스틱의 장기 주택 보유를 검토하여 부품 수명 동안 성능 수준이 유지되는지 여부를 결정합니다.
물리적 거주 데이터를 사용하여 다양한 하중과 속도로 인해 발생하는 응력 양을 계산합니다.
계산 된 값을 허용 가능한 압력 수준과 비교 한 다음 충분한 안전 계수를 제공하기 위해 필요한 경우 재 설계하십시오.
플라스틱 기어는 마모, 스코어링, 플라스틱 흐름, 구멍, 파단 및 피로를 포함하여 금속 유형과 동일한 대부분의 이유로 실패합니다. 이러한 실패의 이유도 본질적으로 동일합니다.

하중을받는 회전 기어의 톱니는 톱니의 메인과 접촉면에서 응력의 영향을받습니다. 기어가 확실히 윤활되면 굽힘 응력이 가장 중요한 매개 변수입니다. 반면에 윤활되지 않은 기어는 톱니가 파손되기 전에 성능이 저하 될 수 있습니다. 따라서 접촉 응력은 이러한 기어 설계의 주요 요소입니다. 플라스틱 기어는 일반적으로 톱니 루트에서 전체 필렛 반경을 갖습니다. 따라서 금속 기어만큼 응력 집중이 발생하지 않습니다.

엔지니어링 열가소성 수지에 대한 굽힘 응력 데이터는 특정 피치 라인 속도에서 작동하는 피로 테스트를 기반으로합니다. 결과적으로 속도가 테스트 속도를 초과하는 경우 피치 시리즈에서 속도 계수를 사용해야합니다. 연속 윤활은 허용 장력을 1.5 배 이상 높일 수 있습니다. 굽힘 응력과 마찬가지로 표면 접촉 응력의 계산에는 여러 보정 요소가 필요합니다.

예를 들어, 속도 측면은 피치 라인 속도가 체크 속도를 초과 할 때 사용됩니다. 또한 작동 온도, 기어 구성 요소 및 압력 각도의 변화를 고려하기 위해 계수를 사용할 수 있습니다. 스톨 토크는 열가소성 기어 설계의 또 다른 요소입니다. 종종 기어는 표준보다 상당히 높은 스톨 토크를받습니다. 로딩 토크. 플라스틱 재질의 기어가 고속으로 작동하면 히스테리시스 발열에 취약 해져 기어가 녹을 수 있습니다.

이러한 종류의 가열을 줄이는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 선호되는 방법은 필수 토크 전달에 사용할 수있는 이뿌 리 영역을 늘려 피크 장력을 줄이는 것입니다. 또 다른 접근법은 장치 직경을 늘려 치아의 응력을 줄이는 것입니다.

히스테리시스가 적은 더 단단한 재료를 사용하면 플라스틱 재료 기어의 작동 라이프 스타일을 확장 할 수도 있습니다. 에 감속기 플라스틱의 강성을 향상시키는 경우, 예를 들어 아세탈 및 나일론과 같은 결정 성 플라스틱의 결정도 수준은 플라스틱의 강성을 25 ~ 50 % 높이는 기술을 소화하여 증가시킬 수 있습니다.

강성을 개선하는 가장 효과적인 방법은 필러, 특히 유리 섬유를 적용하는 것입니다. 유리 섬유를 추가하면 강성이 500 %에서 1 %까지 향상됩니다. 하지만 필러를 사용하면 단점이 있습니다. 충전되지 않은 플라스틱은 금속보다 피로 내구성이 훨씬 더 큽니다. 필러를 추가하면 이러한 이점이 줄어 듭니다. 따라서 필러를 사용하려는 엔지니어는 피로 수명과 최소 온도 축적 사이의 균형을 고려해야합니다.

그러나 필러의 성능은 플라스틱 재료 기어가 히스테리시스 실패에 저항 할 수있는 또 다른 이점을 제공합니다. 필러는 온기 전도성을 높일 수 있습니다. 이는 기어 톱니 바닥의 피크 장력 영역에서 열을 제거하는 데 도움이되고 고온을 분산시키는 데 도움이됩니다. 열 제거는 히스테리시스 실패에 대한 저항 수준을 향상시킬 수있는 추가 제어 가능한 일반 측면입니다.

공기이든 액체이든 주변 매체는 플라스틱 기어의 냉각 가격에 상당한 영향을 미칩니다. 에센셜 오일 배스와 같은 유체가 공기 대신 기어를 둘러싼 경우 장치에서 오일로의 온도 전달은 일반적으로 플라스틱 기어에서 주변으로의 열 전달의 10 가지 상황입니다. 에센셜 오일이나 공기를 교반하면 열 전달이 10 배 향상됩니다. 냉각 매체가 다시 온도 교환 기나 스타일을 통해 냉각되면 열 전달이 더욱 증가합니다.