聚甲醛在某些機械傳動中應(yīng)用的優(yōu)越性分析

摘要：機械傳動中多數(shù)零部件都是金屬材料，這些材料憑借著強度高和剛性好的優(yōu)勢，適合用于大型機械設(shè)備的機械傳動設(shè)計中。但在小型儀器和精密儀器中，可使用聚甲醛等非金屬材料，以此降低設(shè)備種類，強化機械設(shè)備傳動性能，從而降低制造成本。本文以聚甲醛即POM材料為研究對象，分析其在精密或微型儀器中的應(yīng)用，突出聚甲醛在機械傳動中應(yīng)用的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：聚甲醛;機械傳動;優(yōu)越性;精密儀器;非金屬材料

引言：工業(yè)生產(chǎn)期間，需要用到的機械設(shè)備種類較多，且設(shè)備在性能方面存在差異，但設(shè)備的基本構(gòu)成大致相同，比如傳動系統(tǒng)。系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，設(shè)備功能也會受到影響，機械傳動比其他傳動方式更容易控制，且對精確度有著較高的要求。利用非金屬材料設(shè)計傳動系統(tǒng)的傳動零件，將會給系統(tǒng)運行帶來較好的效果。

聚甲醛的使用性能分析

聚甲醛作為一種高分子材料，對潤滑油有著較強的吸附能力，且聚甲醛和潤滑油、鋼材料之間關(guān)系緊密，能夠與鋼之間產(chǎn)生油膜，使聚甲醛和鋼在滑動的過程中產(chǎn)生一層牢固的油膜，減少摩擦?xí)r對結(jié)構(gòu)表面的磨損。目前聚甲醛材料制作的零部件可作為傳動系統(tǒng)中的重要軸承材料。與金屬材料不同，聚甲醛在設(shè)計的初期階段需要考慮其工作環(huán)境以及生產(chǎn)工藝性，還要結(jié)合傳動系統(tǒng)零部件的受力情況，滿足力學(xué)性能，確立聚甲醛材料性能指標(biāo)體系。以聚甲醛為代表的非金屬材料不僅化學(xué)穩(wěn)定好、機械強度高，且線性膨脹系數(shù)低，使用期間摩擦噪聲小，在絕緣性能方面有著較強的優(yōu)越性，用于傳動系統(tǒng)中生產(chǎn)成本更低，適合用在齒輪、軸承等滑動機械和滾動機械部件當(dāng)中[1]。

聚甲醛在機械傳動中應(yīng)用的優(yōu)越性分析

2.1設(shè)計要求

以微型手動前照燈檢測儀作為案例，傳動機構(gòu)主要包含上下傳動和左右傳動兩個部分。對左右旋轉(zhuǎn)手輪進(jìn)行操作，能夠讓光接收板沿著左右水平的方向移動;對上下旋轉(zhuǎn)手輪進(jìn)行操作，能夠讓光接收板沿著上下垂直方向移動。這類儀器屬于微型檢測儀，不僅要操作簡單，且儀器在使用過程中會受光路系統(tǒng)尺寸的約束。因此，有必要保證檢測儀傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，外形尺寸小且結(jié)構(gòu)簡單。為了防止傳動結(jié)構(gòu)質(zhì)量過重而造成檢測誤差，有必要選擇輕便的材料，合理控制傳動機構(gòu)的質(zhì)量[2]。

2.2設(shè)計方案

設(shè)計方案中，微型手動前照燈檢測儀的上下傳動機構(gòu)螺旋器原本使用的是錫青銅材料，裝配之后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)操作不便，旋轉(zhuǎn)手輪需要較大的力，且光接收屏幕板無法確保勻速運動，有時會超出極限位。此外，屏幕板和螺旋器之間的接觸部位存在比較明顯的磨損，運動期間伴隨著金屬摩擦噪聲，即使在結(jié)構(gòu)中加入潤滑脂，金屬摩擦噪聲和磨損依然存在。左右傳動機構(gòu)內(nèi)，滑塊材料使用的是灰鑄鐵材料，但該材料應(yīng)用下手輪的旋轉(zhuǎn)比較吃力，旋轉(zhuǎn)時存在一定阻力，且會降低傳動機構(gòu)耐久度，不利于使用壽命的延長，甚至?xí)z測儀的測量精度造成影響。經(jīng)過研究得知，出現(xiàn)以上問題可能與螺旋器重量偏重有關(guān)，且螺旋器需要和光接收屏幕采用線接觸的方式，導(dǎo)致整個傳動系統(tǒng)摩擦力偏大，操作時遇到困難。左右傳動系統(tǒng)中，滑塊內(nèi)螺紋使用的是矩形螺紋，加工面很粗糙，如果對傳動表面進(jìn)行粗糙度的加工，則需要較高的成本，且技術(shù)和設(shè)施方面難以達(dá)到預(yù)期要求。

為了達(dá)到方案設(shè)計的有效調(diào)整，決定使用聚甲醛材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料。聚甲醛是高結(jié)晶線性塑料聚合物，在工程機械方面有著較高的硬度，且抗拉伸，抗沖擊能力強，無論如何使用，聚甲醛的幾何尺寸都不會發(fā)生改變，可用于各種溫度環(huán)境下，彈性模量較好。聚甲醛材料在力學(xué)性能方面接近于金屬材料，強度在50MPa以上，剛度最高可以達(dá)到2600MPa，且聚甲醛的抗沖擊強度較高，不會受到溫度變化的影響，在常溫和20MPa的壓力作用下經(jīng)過3000h的使用，聚甲醛的蠕變性只有2.3%。傳動機構(gòu)中，聚甲醛的加工樣表面十分光滑，且摩擦系數(shù)很小，材料有著較強的自潤滑性，工作時不會產(chǎn)生金屬摩擦噪音。為了解決檢測儀過去的傳動機構(gòu)摩擦磨損與噪音的問題，決定使用聚甲醛材料代替錫青銅材料。

將檢測儀螺旋器材料從錫青銅更改為聚甲醛，在螺旋器和光接收屏幕的運動副面位置涂抹少量的硅脂，旋轉(zhuǎn)螺旋器的手輪，會發(fā)現(xiàn)受阻明顯變小，比之前更加輕松。光接收屏幕板沒有任何的磨損現(xiàn)象，且噪音明顯消除。經(jīng)過螺旋器的一段時間磨合應(yīng)用，最終螺旋器和光接收屏幕間原本的線接觸模式被改成面接觸模式，在一定程度上減少了金屬結(jié)構(gòu)的摩擦阻力。左右傳動方面，將滑塊材料從灰鑄鐵改成了聚甲醛，加工性更加優(yōu)越，加工面質(zhì)量提升。聚甲醛自身有著較好的潤滑和耐磨性能，可直接取消以往的潤滑零件。更改零件材料，提升傳動系統(tǒng)操作性能。此外，聚甲醛加入適量聚四氟乙烯、碳纖維以及鉛等材料，可更好的提升機械強度，強化材料的物理性能，提升材料抗蠕變性和自潤滑性。聚四氟乙烯作為摩擦系數(shù)最小的固態(tài)物質(zhì)，將帶有聚四氟乙烯的聚甲醛與軸承摩擦?xí)r，表面溫度上升。這一過程中，內(nèi)聚能逐漸下降，聚甲醛將會沿著滑動的方向逐步將內(nèi)聚能分散到金屬表面，使微觀凹坑被填平。這時摩擦節(jié)點的破壞主要發(fā)生在聚甲醛黏性膜中，從而有效的保護(hù)了金屬軸承結(jié)構(gòu)。

總結(jié)：總而言之，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)離不開機械設(shè)備的應(yīng)用，這是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要工具。機械設(shè)備以傳動系統(tǒng)為支撐，且機械傳動技術(shù)有著較大的發(fā)展?jié)摿?，使用聚甲醛材料改進(jìn)傳動方案，降低設(shè)備操作強度，減輕儀器重量，發(fā)揮聚甲醛的應(yīng)用優(yōu)勢，降低現(xiàn)代工業(yè)制造成本，突出聚甲醛等非金屬耐磨材料的使用性能，強化耐磨受力傳動零件的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳威，康飛宇.石墨烯/聚甲醛復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能[J/OL].高分子材料科學(xué)與工程：1-9[2022-03-16].

[2]梁正晨，駱華君，王選倫.超潤滑聚甲醛復(fù)合材料的制備與性能研究[J].橡塑技術(shù)與裝備，2021，47（24）：1-6.

作者簡介：劉海為（1986年3月——），男，漢族，籍貫：河北武安市，大學(xué)本科畢業(yè)，化工工程師，研究方向：聚甲醛，甲醛。