塑料齒輪的蠕變設計
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- 塑料齒輪的蠕變設計 塑料齒輪設計及相關資料和想法
| 塑料齒輪的蠕變設計（一）－－－－蠕變的定義
標簽： 蠕變 塑料 齒輪
塑料齒輪的蠕變設計是一個非常困難的工作，它涉及到材料學中材料的蠕變性能（難測定）和塑料齒輪的應力值計算（沒有準確的模型進行計算），因此，往往在設計的過程中非常被動，常常要等樣品試驗以后才能估計蠕變性能的好壞。本日志試圖綜合各個方面的信息，對齒輪蠕變進行分析。我預計可以在十到十五個日志內可以把內容闡述清楚。
下面準備的幾個主題是：
1)蠕變的定義及其相關
2)塑料蠕變的相關公式
3)典型材料的蠕變曲線
4)典型應用的蠕變計算方法
5)哪些塑料齒輪需要進行蠕變設計
6)塑料齒輪蠕變設計的要點
7)蠕變的測試方法
8)蠕變的快速測試及其測試理論
9)其它。。。。。。
（一）蠕變的定義：
蠕變指的是固體材料在保持應力不變的情況下，應變隨時間緩慢增長的現象。金屬、高分子材料和巖石等在一定條件下都具有蠕變性質。蠕變材料的瞬時應力狀態不僅與瞬時變形有關，而且與該瞬時以前的變形過程有關。瞬時響應后隨時間發展的蠕變一般可分成 3個階段：
第一階段是衰減蠕變，應變率（應變的時間變化率）隨時間增加而逐漸減小；
第二階段是定常蠕變，應變率近似為常值；
第三階段是加速蠕變，應變率隨時間逐漸增加，最后導致蠕變斷裂。
同一材料在不同的應力水平或不同溫度下，可處在不同的蠕變階段。通常溫度升高或應力增大會使蠕變加快。不同材料的蠕變微觀機制不同。蠕變機制有擴散和滑移兩種。在外力作用下，質點穿過晶體內部空穴擴散而產生的蠕變稱為納巴羅－赫林蠕變；質點沿晶體邊界擴散而產生的蠕變稱為柯勃爾蠕變。由晶內滑移或者由位錯促進滑移引起的蠕變稱為滑移蠕變，也稱魏特曼蠕變。引起多晶體材料蠕變的原因是原子晶間位錯引起的點陣滑移以及晶界擴散等；而聚合物的蠕變機理則是高聚物分子在外力長時間作用下發生的構形和位移變化。研究材料的蠕變性質對安全而經濟地設計結構和機械零件具有重要意義。
（二）松弛
松弛與蠕變的區別在于：在蠕變中，應力是常數，應變是隨時間變化的可變量；而在松弛中，應變是常數，應力是隨時間變化的可變量。塑料之所以產生這兩種現象，是由于它是既具有彈性又具有塑性的黏彈性材料。
（三）蠕變激活能
對鉻鉬和鉻鉬釩低合金鋼主蒸汽管運行中蠕變激活能和相應的持久強度的變化動態進行研究.結果表明,主蒸汽管金屬的蠕變激活能和持久強度都隨運行時間增加呈下降趨勢,兩者在變化程度上存在較明顯的對應關系.蠕變激活能的數值大小可反映出主蒸汽管在使用壽命過程中所處的階段,對部分主蒸汽管應用蠕變激活能等蠕變參量得出的蠕變速率推算的剩余使用壽命期限與其它傳統方法得出的壽命分析結果一致.
（四）蠕變疲勞有何特征？
蠕變斷裂斷口的宏觀特征：
1、斷口附近產生塑性變形，在變形區域附近有很多裂紋，使斷裂機件表面出現龜裂現象；
2、又于高溫氧化，斷口表面往往被一層氧化膜所覆蓋。
（五）蠕變測試的相關標準
（1)GB 11546-89; 塑料拉伸蠕變測定方法。
（2)ISO 899-1 -2003 塑料.蠕變性能的測定.第1部分:拉伸蠕變。
（3)ISO 899-2 -2003 塑料.蠕變性能的測定.第2部分:用三點負載測定撓曲蠕變
| 塑料齒輪的蠕變設計（二）－－－－蠕變相關公式
1. 基于蠕變考慮的變形量計算
在工程設計和計算中，有時需要求出在某個部分施加一定負荷時所產生的變形量，有時則需要求出為產生一定的變形量而需要的負荷。
在這種情況下，雖說基本的物性都是彈性模量，但由于塑料與金屬不同，因此在用塑料的彈性模量進行計算時需要注意下列幾點：
1）溫度依存性
即使在實用溫度范圍內，彈性模量也會隨溫度變化。
2）時間依存性
負荷時間持續很長時會出現蠕變現象，因此應使用蠕變彈性模量。
3）應力依存性
嚴格而言，塑料的應力－應變關系中通常幾乎沒有虎克定律成立的部分（即正比例的區域）。
因此，各應力水平上的彈性模量便是正割彈性模量（Es），該值甚至小于初始彈性模量（Eo）。
雖然這里的目的是為了結合這些條件來推算出DURACON部件的變形量，但基本思路則是在一定的低應力水平下首先求出基于溫度及時間依存性考慮的表觀彈性模量，進而根據應力水平來不斷修正該表觀彈性模量。
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