聚甲醛在某些機械傳動中應用的優越性分析

摘要：機械傳動中多數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勢，適合用于大型機械設備的機械傳動設計中。但在小型儀器和精密儀器中，可使用聚甲醛等非金屬材料，以此降低設備種類，強化機械設備傳動性能，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用，突出聚甲醛在機械傳動中應用的優越性。

關鍵詞：聚甲醛;機械傳動;優越性;精密儀器;非金屬材料

引言：工業生產期間，需要用到的機械設備種類較多，且設備在性能方面存在差異，但設備的基本構成大致相同，比如傳動系統。系統出現問題后，設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。利用非金屬材料設計傳動系統的傳動零件，將會給系統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、鋼材料之間關系緊密，能夠與鋼之間產生油膜，使聚甲醛和鋼在滑動的過程中產生一層牢固的油膜，減少摩擦時對結構表面的磨損。目前聚甲醛材料制作的零部件可作為傳動系統中的重要軸承材料。與金屬材料不同，聚甲醛在設計的初期階段需要考慮其工作環境以及生產工藝性，還要結合傳動系統零部件的受力情況，滿足力學性能，確立聚甲醛材料性能指標體系。以聚甲醛為代表的非金屬材料不僅化學穩定好、機械強度高，且線性膨脹系數低，使用期間摩擦噪聲小，在絕緣性能方面有著較強的優越性，用于傳動系統中生產成本更低，適合用在齒輪、軸承等滑動機械和滾動機械部件當中[1]。

聚甲醛在機械傳動中應用的優越性分析

2.1設計要求

以微型手動前照燈檢測儀作為案例，傳動機構主要包含上下傳動和左右傳動兩個部分。對左右旋轉手輪進行操作，能夠讓光接收板沿著左右水平的方向移動;對上下旋轉手輪進行操作，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尺寸的約束。因此，有必要保證檢測儀傳動系統的穩定可靠，外形尺寸小且結構簡單。為了防止傳動結構質量過重而造成檢測誤差，有必要選擇輕便的材料，合理控制傳動機構的質量[2]。

2.2設計方案

設計方案中，微型手動前照燈檢測儀的上下傳動機構螺旋器原本使用的是錫青銅材料，裝配之后發現結構操作不便，旋轉手輪需要較大的力，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，即使在結構中加入潤滑脂，金屬摩擦噪聲和磨損依然存在。左右傳動機構內，滑塊材料使用的是灰鑄鐵材料，但該材料應用下手輪的旋轉比較吃力，旋轉時存在一定阻力，且會降低傳動機構耐久度，不利于使用壽命的延長，甚至會對檢測儀的測量精度造成影響。經過研究得知，出現以上問題可能與螺旋器重量偏重有關，且螺旋器需要和光接收屏幕采用線接觸的方式，導致整個傳動系統摩擦力偏大，操作時遇到困難。左右傳動系統中，滑塊內螺紋使用的是矩形螺紋，加工面很粗糙，如果對傳動表面進行粗糙度的加工，則需要較高的成本，且技術和設施方面難以達到預期要求。

為了達到方案設計的有效調整，決定使用聚甲醛材料代替傳統的金屬材料。聚甲醛是高結晶線性塑料聚合物，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生改變，可用于各種溫度環境下，彈性模量較好。聚甲醛材料在力學性能方面接近于金屬材料，強度在50MPa以上，剛度最高可以達到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的壓力作用下經過3000h的使用，聚甲醛的蠕變性只有2.3%。傳動機構中，聚甲醛的加工樣表面十分光滑，且摩擦系數很小，材料有著較強的自潤滑性，工作時不會產生金屬摩擦噪音。為了解決檢測儀過去的傳動機構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，旋轉螺旋器的手輪，會發現受阻明顯變小，比之前更加輕松。光接收屏幕板沒有任何的磨損現象，且噪音明顯消除。經過螺旋器的一段時間磨合應用，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構的摩擦阻力。左右傳動方面，將滑塊材料從灰鑄鐵改成了聚甲醛，加工性更加優越，加工面質量提升。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最小的固態物質，將帶有聚四氟乙烯的聚甲醛與軸承摩擦時，表面溫度上升。這一過程中，內聚能逐漸下降，聚甲醛將會沿著滑動的方向逐步將內聚能分散到金屬表面，使微觀凹坑被填平。這時摩擦節點的破壞主要發生在聚甲醛黏性膜中，從而有效的保護了金屬軸承結構。

總結：總而言之，現代化工業生產離不開機械設備的應用，這是生產環節的重要工具。機械設備以傳動系統為支撐，且機械傳動技術有著較大的發展潛力，使用聚甲醛材料改進傳動方案，降低設備操作強度，減輕儀器重量，發揮聚甲醛的應用優勢，降低現代工業制造成本，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濟效益。

參考文獻：

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

[2]梁正晨，駱華君，王選倫.超潤滑聚甲醛復合材料的制備與性能研究[J].橡塑技術與裝備，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，大學本科畢業，化工工程師，研究方向：聚甲醛，甲醛。