Розмір шрифту: 

Для зубчатых колес из неметаллических материалов свойственно уменьшение шума, самосмазывание, низкий вес. Это обуславливает тенденцию к замене металлических колес полимерными. Главным недостатком зубчатых колес на полимерной основе является низкая прочность. Применение композиционных материалов может существенно увеличить прочность зубчатых колес при сохранении их низкого веса.     Целью данного исследования является оценка нагрузочной способности шестерен, выполненных из углепластика.     Существует несколько способов изготовления зубчатых колес из полимерных материалов. Это литье шестерен под давлением, формирование механической обработкой и методами быстрого прототипирования. Первый способ имеет низкую стоимость, позволяет получить изделия высокой прочности при средней размерной точности. Зубчатые колеса, полученные вторым способом, обладают высокой размерной точностью, но возможен брак, связанный со сложностью процесса. Зубчатые колеса из полиуретанов, изготовленные методом быстрого прототипирования, характеризуются низкой прочностью и ненадёжностью в эксплуатации.     Для повышения прочности зубчатых колес практикуется несколько способов комбинирования металлических материалов с полимерами при изготовлении зубчатых колес, в зависимости от предъявляемых к конструкции требований. Зубчатый венец, диск и ступицу исполняют полностью из композита или пластмассы, зубчатый венец изготовляют из неметаллов, а диск и ступицу из металлов и их сплавов, зубчатый венец из металла, а другие элементы зубчатого колеса в различных комбинациях (сочетаниях) из пластмасс и композитов. Армирование полимеров, например, углеродными волокнами, является одним из современных способов повышения прочности зубчатых колес. Основным способом изготовления зубчатых колес из углепластика является формование. Применяются разные способы комбинирования металлической и композитной части колеса, также разнообразные конструктивные решения для пресс-форм. Для проверки нагрузочной способности зубчатых передач применяют статический и динамический методы испытаний. Статические испытания позволяют оценить максимальный крутящий момент, который может передать зубчатая пара. Динамический метод позволяет оценить долговечность зубчатой передачи.      Кроме зубчатых колес из углепластика, проводились испытания шестерен, выполненных из полиамида, полиоксиметилена, и флубона. Зубчатая передача состояла из одной стальной шестерни и одной неметаллической шестерни. Модуль передачи 2 мм. Число зубьев шестерни 30. Испытания проводились путем приложения кутящего момента рычагом к валу, на котором закреплялась стальная шестерня, в то время как испытуемая неметаллическая шестерня жестко закреплялась к корпусу приспособления.     Испытания показали, что низкие показатели углепластиковых шестерен обусловлены пористостью заготовки, что значительно снижает ее прочностные характеристики. Наблюдается также, что предельная нагрузка, которую выдержала углепластиковая шестерня, подданная механической обработке, практически равна нагрузке, приложенной к шестерне с полностью формованным венцом. Это дает возможность говорить о том, что открытость или закрытость волокон незначительно влияет на несущую способность венца.     Таким образом, направление армирования в углепластике играет решающую роль при программировании несущих свойств готовой детали. Шестерни, изготовленные из углепластика, по своим характеристикам потенциально позволяют заменить шестерни из других полимерных материалов и, возможно, из стали. Вместе с тем для того, чтобы воспользоваться этим потенциалом, необходимо усовершенствовать технологию изготовления зубчатых шестерен так, чтобы обеспечить эффективное расположение волокон и исключить дефекты матрицы, возникающие в процессе изготовления.