مروری بر روش‌های بررسی و عملکرد چرخ‌دنده‌های پلیمری
محورهای موضوعی : آموزش پلیمرها: وضعیت کنونی و آیندهرسول محسن زاده 1 , احسان نوزاد بناب 2
1 - دانشگاه تبریز
2 - گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران.
کلید واژه: چرخ‌دنده پلیمری, عملکرد چرخ‌دنده, واماندگی ,
چکیده مقاله :
چرخ‌دنده‌ها در مقایسه با سایر دستگاه‌های انتقال قدرت می‌توانند گشتاورهای متنوعی را با نسبت سرعتِ ثابت منتقل کنند. چرخ‌دنده‌های فلزی علی‌رغم استحکام بالا دارای معایبی مانند خوردگی شیمیایی، نیاز به روان‌کاری مستمر، هزینه راه‌اندازی و تعمیرات زیاد و ایجاد آلودگی صوتی و محیطی هستند. در سال‌های اخیر، پلیمرها به دلیل سبک بودن، مقاومت خوردگی بالا، تولید آسان و کار در شرایط خشک، در کاربردهای زیادی مانند تجهیزات اندازه‌گیری و دارویی، لوازم جانبیِ رایانه‌ها، چاپگرهای اداری و خودپردازها، جایگزین مواد فلزی شده‌اند. کمبود استانداردهای مربوط به عملکرد چرخ‌دنده‌های پلیمری باعث شد تا محققان برای بررسی رفتار چرخ‌دنده‌ای پلیمرها از آزمون چرخ‌دنده استفاده کنند. در بین تحقیقات انجام گرفته، تمرکز محققان در بخش‌های متفاوت از جمله تعیین گشتاور بحرانی یا به تعریفی دیگر، ظرفیت تحمل بار، رفتار چرخ‌دنده در گشتاورهای پایین‌تر و بالاتر از گشتاور بحرانی، مقاومت خستگی چرخ‌دنده، رفتار سایشی چرخ‌دنده در مقیاس میکرو و ماکرو و همچنین مقاومت حرارتی چرخ‌دنده جلب شده است. علاوه‌براین، اختلاف روش و ارائه روش‌های نوین برای بررسی عوامل اشاره شده به منظور بررسی عملکرد چرخ‌دنده در تحقیقات صورت گرفته، قابل مشاهده است. به طور کلی، جنس پلیمر، گشتاور و دور کاری از عوامل تأثیرگذار بر واماندگی چرخ‌دنده‌های پلیمری تشخیص داده شده‌اند. در این پژوهش، روش و نتایج تحقیقات انجام شده بر روی انواع چرخ‌دنده‌های ساخته شده با مواد پلیمری پرکاربرد ارائه شده است. به گونه‌ای که تلاش شده با مقایسه عملکرد انواع چرخ‌دنده‌ها، بتوان به یک جمع‌بندی کلی در مورد کاربرد آن‌ها رسید.
Plastic gears are widely used in various industries. The advantages of these gears include their lightness, automation, low noise, easy production and low cost. However, the high wear rate, limited working temperature and low mechanical strength in polymer gears, compared to metal types, limit their application. Therefore, extensive research has been done on the performance of polymer gears in order to identify the failure mechanisms. Among the conducted researches, the researchers focus on different parts such as determining the critical torque or in other words, load bearing capacity, gear behavior at lower and higher torques than the critical torque, gear fatigue resistance, gear wear behavior on a micro and macro scale, as well as The thermal resistance of the gear is drawn. In addition, the difference in methods and the provision of new methods for checking the mentioned factors in order to check the performance of the gear can be seen in the research. In general, the type of polymer, torque and work cycle have been recognized as factors influencing the wear of polymer gears. In this research, the method and results of the research conducted on various types of gears made with commonly used polymer materials are presented. In such a way that by comparing the performance of all types of gears, it is possible to reach a general conclusion about their use.
1. Juvinall R.C. and Marshek K.M., Fundamentals of Machine Component design, John Wiley & Sons New York, 2006.
2. Davis J.R., Gear Materials, Properties, and Manufacture. ASM International, 2005.
3. Kirupasankar S., Gurunathan C., and Gnanamoorthy R., Transmission Efficiency of Polyamide Nanocomposite Spur Gears, Materials & Design, 39, 338-343, 2012.
4. Mohsenzadeh R., Soudmand B., and Shelesh-Nezhad K., Failure Analysis of POM Ternary Nanocomposites for Gear Applications: Experimental and Finite Element Study, Engineering Failure Analysis, 140, 106606, 2022.
5. Mohsenzadeh R., Soudmand B., and Shelesh-Nezhad K., A Combined Experimental-numerical Approach for Life Analysis and Modeling of Polymer-based Ternary Nanocomposite Gears, Tribology International, 107654, 2022.
6. Kim C.H., Durability Improvement Method for Plastic Spur Gears, Tribology International, 39, 11, 1454-1461, 2006.
7. Pogačnik A. and Tavčar J., An Accelerated Multilevel Test and Design Procedure for Polymer Gears, Materials & Design, 65, 961-973, 2015.
8. Zhang Y., A Physical Investigation of Wear and Thermal Characteristics of 3D Printed Nylon Spur Gears, Tribology International, 141, 105953, 2020.
9. Li W., An Investigation on the Wear Behaviour of Dissimilar Polymer Gear Engagements, Wear, 271, 9-10, 2176-2183, 2011.
10. Mao K., The Wear and Thermal Mechanical Contact Behaviour of Machine Cut Polymer Gears, Wear, 332, 822-826, 2015.
11. Singh P.K. and A.K. Singh, An Investigation on the Thermal and Wear Behavior of Polymer Based Spur Gears, Tribology International, 118, 264-272, 2018.
12. Sarita B. and Senthilvelan S., Effects of Lubricant on the Surface Durability of an Injection Molded Polyamide 66 Spur Gear Paired with a Steel Gear, Tribology International, 137, 193-211, 2019.