聚甲醛在某些机械传动中应用的优越性分析

摘要：机械传动中多数零部件都是金属材料，这些材料凭借着强度高和刚性好的优势，适合用于大型机械设备的机械传动设计中。但在小型仪器和精密仪器中，可使用聚甲醛等非金属材料，以此降低設备种类，强化机械设备传动性能，从而降低制造成本。本文以聚甲醛即POM材料为研究对象，分析其在精密或微型仪器中的应用，突出聚甲醛在机械传动中应用的优越性。

关键词：聚甲醛;机械传动;优越性;精密仪器;非金属材料

引言：工业生产期间，需要用到的机械设备种类较多，且设备在性能方面存在差异，但设备的基本构成大致相同，比如传动系统。系统出现问题后，设备功能也会受到影响，机械传动比其他传动方式更容易控制，且对精确度有着较高的要求。利用非金属材料设计传动系统的传动零件，将会给系统运行带来较好的效果。

聚甲醛的使用性能分析

聚甲醛作为一种高分子材料，对润滑油有着较强的吸附能力，且聚甲醛和润滑油、钢材料之间关系紧密，能够与钢之间产生油膜，使聚甲醛和钢在滑动的过程中产生一层牢固的油膜，减少摩擦时对结构表面的磨损。目前聚甲醛材料制作的零部件可作为传动系统中的重要轴承材料。与金属材料不同，聚甲醛在设计的初期阶段需要考虑其工作环境以及生产工艺性，还要结合传动系统零部件的受力情况，满足力学性能，确立聚甲醛材料性能指标体系。以聚甲醛为代表的非金属材料不仅化学稳定好、机械强度高，且线性膨胀系数低，使用期间摩擦噪声小，在绝缘性能方面有着较强的优越性，用于传动系统中生产成本更低，适合用在齿轮、轴承等滑动机械和滚动机械部件当中[1]。

聚甲醛在机械传动中应用的优越性分析

2.1设计要求

以微型手动前照灯检测仪作为案例，传动机构主要包含上下传动和左右传动两个部分。对左右旋转手轮进行操作，能够让光接收板沿着左右水平的方向移动;对上下旋转手轮进行操作，能够让光接收板沿着上下垂直方向移动。这类仪器属于微型检测仪，不仅要操作简单，且仪器在使用过程中会受光路系统尺寸的约束。因此，有必要保证检测仪传动系统的稳定可靠，外形尺寸小且结构简单。为了防止传动结构质量过重而造成检测误差，有必要选择轻便的材料，合理控制传动机构的质量[2]。

2.2设计方案

设计方案中，微型手动前照灯检测仪的上下传动机构螺旋器原本使用的是锡青铜材料，装配之后发现结构操作不便，旋转手轮需要较大的力，且光接收屏幕板无法确保匀速运动，有时会超出极限位。此外，屏幕板和螺旋器之间的接触部位存在比较明显的磨损，运动期间伴随着金属摩擦噪声，即使在结构中加入润滑脂，金属摩擦噪声和磨损依然存在。左右传动机构内，滑块材料使用的是灰铸铁材料，但该材料应用下手轮的旋转比较吃力，旋转时存在一定阻力，且会降低传动机构耐久度，不利于使用寿命的延长，甚至会对检测仪的测量精度造成影响。经过研究得知，出现以上问题可能与螺旋器重量偏重有关，且螺旋器需要和光接收屏幕采用线接触的方式，导致整个传动系统摩擦力偏大，操作时遇到困难。左右传动系统中，滑块内螺纹使用的是矩形螺纹，加工面很粗糙，如果对传动表面进行粗糙度的加工，则需要较高的成本，且技术和设施方面难以达到预期要求。

为了达到方案设计的有效调整，决定使用聚甲醛材料代替传统的金属材料。聚甲醛是高结晶线性塑料聚合物，在工程机械方面有着较高的硬度，且抗拉伸，抗冲击能力强，无论如何使用，聚甲醛的几何尺寸都不会发生改变，可用于各种温度环境下，弹性模量较好。聚甲醛材料在力学性能方面接近于金属材料，强度在50MPa以上，刚度最高可以达到2600MPa，且聚甲醛的抗冲击强度较高，不会受到温度变化的影响，在常温和20MPa的压力作用下经过3000h的使用，聚甲醛的蠕变性只有2.3%。传动机构中，聚甲醛的加工样表面十分光滑，且摩擦系数很小，材料有着较强的自润滑性，工作时不会产生金属摩擦噪音。为了解决检测仪过去的传动机构摩擦磨损与噪音的问题，决定使用聚甲醛材料代替锡青铜材料。

将检测仪螺旋器材料从锡青铜更改为聚甲醛，在螺旋器和光接收屏幕的运动副面位置涂抹少量的硅脂，旋转螺旋器的手轮，会发现受阻明显变小，比之前更加轻松。光接收屏幕板没有任何的磨损现象，且噪音明显消除。经过螺旋器的一段时间磨合应用，最终螺旋器和光接收屏幕间原本的线接触模式被改成面接触模式，在一定程度上减少了金属结构的摩擦阻力。左右传动方面，将滑块材料从灰铸铁改成了聚甲醛，加工性更加优越，加工面质量提升。聚甲醛自身有着较好的润滑和耐磨性能，可直接取消以往的润滑零件。更改零件材料，提升传动系统操作性能。此外，聚甲醛加入适量聚四氟乙烯、碳纤维以及铅等材料，可更好的提升机械强度，强化材料的物理性能，提升材料抗蠕变性和自润滑性。聚四氟乙烯作为摩擦系数最小的固态物质，将带有聚四氟乙烯的聚甲醛与轴承摩擦时，表面温度上升。这一过程中，内聚能逐渐下降，聚甲醛将会沿着滑动的方向逐步将内聚能分散到金属表面，使微观凹坑被填平。这时摩擦节点的破坏主要发生在聚甲醛黏性膜中，从而有效的保护了金属轴承结构。

总结：总而言之，现代化工业生产离不开机械设备的应用，这是生产环节的重要工具。机械设备以传动系统为支撑，且机械传动技术有着较大的发展潜力，使用聚甲醛材料改进传动方案，降低设备操作强度，减轻仪器重量，发挥聚甲醛的应用优势，降低现代工业制造成本，突出聚甲醛等非金属耐磨材料的使用性能，强化耐磨受力传动零件的经济效益。

参考文献：

[1]陈威，康飞宇.石墨烯/聚甲醛复合材料的摩擦学性能[J/OL].高分子材料科学与工程：1-9[2022-03-16].

[2]梁正晨，骆华君，王选伦.超润滑聚甲醛复合材料的制备与性能研究[J].橡塑技术与装备，2021，47（24）：1-6.

作者简介：刘海为（1986年3月——），男，汉族，籍贯：河北武安市，大学本科毕业，化工工程师，研究方向：聚甲醛，甲醛。