【摘 要】
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聚甲醛是五大通用工程塑料之一,被誉为“赛钢”,聚甲醛齿轮质量轻、噪音小、可加工性好,被广泛应用于各种精密传动系统。然而,聚甲醛的高结晶性导致齿轮易收缩变形。此外,导热性能差、强度低也是聚甲醛齿轮亟待解决的问题。本文以提高齿根弯曲强度为目标开展实验研究与理论分析,提出了齿轮弯曲强度测试新方法,设计加工了聚甲醛齿轮测试专用夹具,通过正交试验优化了工艺参数,并实验验证了优化设计结果,分析了影响聚甲醛齿轮
【基金项目】
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国家自然科学基金（11672271）； 深圳市兆威机电股份有限公司（20210034A）；
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聚甲醛是五大通用工程塑料之一,被誉为“赛钢”,聚甲醛齿轮质量轻、噪音小、可加工性好,被广泛应用于各种精密传动系统。然而,聚甲醛的高结晶性导致齿轮易收缩变形。此外,导热性能差、强度低也是聚甲醛齿轮亟待解决的问题。本文以提高齿根弯曲强度为目标开展实验研究与理论分析,提出了齿轮弯曲强度测试新方法,设计加工了聚甲醛齿轮测试专用夹具,通过正交试验优化了工艺参数,并实验验证了优化设计结果,分析了影响聚甲醛齿轮弯曲强度的微观机理。本文主要的工作如下:（1）针对齿轮结构的特殊性,使用自主研发的齿形设计软件和UG软件设计了齿轮强度测试专用夹具,提高了强度测试的准确性,同时简化了测试过程。针对聚甲醛齿轮齿根折断的失效形式,采用齿根弯曲强度作为力学性能指标,基于“30°切线法”优化了齿根断裂截面位置的确定方法,得到了准确的断裂位置处齿厚和力矩,提高了齿轮弯曲强度计算的准确性。（2）以聚甲醛齿轮齿根弯曲强度为目标,设计、开展了齿轮工艺实验和强度测试,实验表明影响程度大小依次为模具温度、熔体温度、保压压力、注射速度、冷却时间、保压速度。根据弯曲强度的极差和方差分析结果,应用正交试验原理得到一组最优工艺参数。实验证明该参数组合成型的齿轮弯曲强度最高。（3）在断裂位置处对正交试验工艺组合齿轮样品进行结晶度测试、晶体结构和断面形貌观测,实验结果表明聚甲醛齿轮的结晶度越大,齿根弯曲强度越高;较高结晶度的聚甲醛齿轮的芯层厚度更大,在芯层存在生长完全的球晶,这些尺寸较大的球晶会提高齿轮的强度;球晶之间会形成微米级的微孔,微孔在受力时起到分散应力的作用,也提高了齿轮的弯曲强度。
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