CN100354552C - 树脂齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种与由金属制成的齿轮或类似物啮合的树脂齿轮，更具体地涉及一种树脂齿轮，其中将结晶树脂用于基底材料并加入作为加入基底材料的添加剂的增强纤维和另外的结晶成核剂。

Description

树脂齿轮
发明领域
本发明涉及一种树脂齿轮，其啮合物是由金属制成，更具体地涉及一种树脂齿轮，其包括添加到其基底材料的树脂中的添加剂以便改善树脂齿轮的强度和用于其它目的。
背景技术
当啮合物是由金属制成的滚珠丝杠或齿轮时使用一种树脂齿轮，例如，以便控制由啮合产生的噪声。当甚至在-40℃至120℃的温度范围内的恶劣环境中使用树脂齿轮时，必须确保它的强度，耐久性，耐磨性，和另外的与其啮合物啮合的高精度等。因为这些要求，将增强纤维如玻璃纤维加入树脂，其是树脂齿轮的基底材料。
然而，因为树脂齿轮是在注射成型步骤中形成的，当流动的溶解的树脂的边缘从两个方向彼此合并时，由于焊缝存在导致的热冲击使得树脂齿轮被消弱。在那之上，为了确保树脂齿轮本身的强度，耐久性和耐磨性的最初目的而加入的玻璃纤维被暴露在齿轮表面以外，其很可能导致由金属制成的啮合物的破裂或磨损。
发明内容
按照本发明的树脂齿轮是与金属构件啮合的树脂齿轮，其中将结晶树脂用于基底材料并且加入基底材料的添加剂除了一种或多种选自碳纤维(CF)，玻璃纤维(GF)和芳族聚酰胺纤维(AF)的增强纤维以外，还包括一种或多种选自滑石，碳化硅，炭黑和二氧化硅的结晶成核剂。
结晶成核剂优选选择滑石，其加入基底材料的量是0.05-0.2重量％。
按照本发明的树脂齿轮，其中将结晶树脂用于基底材料并且加入基底材料的添加剂不仅包括增强纤维而且包括结晶成核剂，因为在树脂模塑时出现的焊缝更强固而成功地具有改善的耐热冲击性，此外，尽管玻璃纤维被加入其中作为增强纤维，树脂齿轮的金属啮合物也未经受破裂或磨损。
附图说明
图1显示已经使用按照本发明的树脂齿轮的齿轮装置的透视图。
图2是显示用于树脂齿轮断裂试验的试件的侧视图。
优选实施方案的描述
参照其中图解按照本发明的优选实施方案的附图，图1显示已经使用按照本发明的树脂齿轮的齿轮装置。该齿轮装置包含以轴向定位的方式支撑的金属齿轮1和与金属齿轮1啮合并以轴向可移置的方式支撑的树脂齿轮2。树脂齿轮2的啮合物不限于金属齿轮1。
树脂齿轮2特征在于将结晶树脂用于其基底材料并且加入基底材料的添加剂不仅包括增强纤维而且包括结晶成核剂和另外优选固体润滑剂。树脂齿轮2，其中将结晶树脂用于基底材料并且加入基底材料的添加剂不仅包括增强纤维而且包括结晶成核剂，因为在树脂模塑时出现的焊缝更强固而具有改善的耐热冲击性。另外，树脂齿轮2是有优势的，因为尽管玻璃纤维被其中加入作为增强纤维，其金属啮合物也未经受破裂或磨损，因为其中加入了结晶成核剂。因此，可以提供树脂齿轮2，当在-40℃至120℃的温度范围内的恶劣环境中使用时，其能够满足这些要求如改善它的强度，保持它的耐久性，确保它的耐磨性和另外确保与其啮合物啮合的高精度。
对于用于基底材料的结晶树脂，一种或多种选自基于聚酰胺的树脂如PA(聚酰胺)6，PA66，PA46，PA12，PA11，PA6T，PA9T等和PPS(聚苯硫)，PPA(聚邻苯二酰胺)，PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)，PET(聚对苯二甲酸乙二酯)，PEEK(聚醚醚酮)，PP(聚丙烯)。
对于增强纤维，一种或多种选自碳纤维(CF)，玻璃纤维(GF)和芳族聚酰胺纤维(AF)。
当选择碳纤维(CF)时所用增强纤维的量为5-30重量％，当选择玻璃纤维时为5-40重量％和当选择芳族聚酰胺纤维(AF)时5-20重量％。
当以低于各自下限的量使用增强纤维的任何一种时，不能在预期水平上强固焊缝，当以高于各自上限的量使用时，焊缝被强固到它的峰值程度，并且由于其它组分的量比相对减小，对于焊缝的强固产生反作用。
结晶成核剂是一种用于促进结晶树脂结晶的添加剂，对于其一种或多种选自滑石[Mg3Si4O10(OH)2]，碳化硅(SiC)，炭黑(C)和二氧化硅(SiO2)。
当选择滑石[Mg3Si4O10(OH)2]时，所用结晶成核剂的量为0.05-0.2重量％，当选择碳化硅(SiC)时为0.05-1.0重量％，当选择炭黑(C)时为0.2重量％至0.25重量％和当选择二氧化硅(SiO2)时为0.05-1.0重量％
当以低于各自下限的量使用结晶成核剂的任何一种时，不能在预期水平上强固焊缝，当以高于各自上限的量使用时，焊缝被强固到它的峰值程度，并且由于其它组分的量比相对减小，对于焊缝的强固产生反作用。
对于固体润滑剂，一种或多种选自高密度聚乙烯(HDPE)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，和聚四氟乙烯(PTFE)。
当选择高密度聚乙烯(HDPE)时所用固体润滑剂的量为1-15重量％，当选择超高分子量聚乙烯(UHMWPE)时为1-15重量％和当选择聚四氟乙烯(PTFE)时为5-30重量％。
当以低于各自下限的量使用固体润滑剂的任何一种时，润滑剂不能达到预期水平，当以高于各自上限的量使用时，润滑剂达到它的峰值程度，并且由于其它组分的量比相对减小，对于强度导致反作用。
描述了树脂齿轮2的断裂试验。将图2所示的试件用于断裂试验。按照本发明的试件和用于与本发明比较的试件都包含：作为基底材料的聚酰胺66，5重量％的作为固体润滑剂的高密度聚乙烯(HDPE)和30重量％的作为增强纤维的玻璃纤维(GF)。应当指出按照本发明的试件包含0.1重量％的作为结晶成核剂的滑石，而比较试件不包含它。为了试验评估，在两种试件中有意产生焊缝3，其在图2的虚线中表示。
在-40℃至120℃的温度之间将在图2所示箭头方向的拉伸载荷重复施加在两种试件上，计算施加了拉伸载荷多少次直至试件最终断裂。试验结果是对于比较试件拉伸载荷施加了200次和对于按照本发明的试件施加了600次。
进一步对另外的按照本发明的试件进行树脂齿轮2的断裂试验，其中关于固体润滑剂和增强纤维采用与前面所述相同的条件，而单独不同地安排结晶成核剂。所有的所用试件形状与前述(如图2所示)相同。结果，直至按照本发明的试件最终断裂，当作为结晶成核剂使用1.0重量％的碳化硅时向其重复施加拉伸载荷450次，当使用0.2重量％的炭黑时400次和当使用1.0重量％二氧化硅时450次。当使用前述结晶成核剂中任何一种时，在试件断裂之前拉伸载荷施加的重复次数导致超过200次，其是在不含有其中包含的结晶成核剂的比较试件断裂之前的重复次数。
本发明包括树脂齿轮，其不含向其加入的固体润滑剂。基于碳纤维可以起增强纤维和固体润滑剂的作用的认识，为断裂试验制作下列试件。将聚酰胺66用于试件的基底材料，向其加入30重量％的碳纤维和0.1重量％滑石。将拉伸载荷重复施加到该试件550次直至最终断裂。
试验的结果显示当将适当量的结晶成核剂加入结晶树脂的基底材料时，可以促进作为基底材料的结晶树脂的结晶，并且可以更强固焊缝，其是试件最薄弱的部分，以由此控制由于焊缝导致的热冲击的可能的断裂。
当应用于装置时本发明是有效的，在所述装置中树脂齿轮2具有90mm或更大的直径尺寸，并且在夹物模压的步骤中在内周形成80mm或更大直径尺寸的金属环形套管，因为有效抑制了焊缝断裂。
按照本发明的树脂齿轮在形状和结构方面不受任何具体限制并可应用于其中已经采用所述树脂齿轮的装置或机器。
工业适用性
可以将按照本发明的树脂齿轮应用于与金属制成的啮合构件啮合的齿轮。例如，树脂齿轮可以与CVT变速齿轮的滚珠丝杠啮合以由此驱动滚珠丝杠。

Claims (9)

1.一种树脂齿轮，其啮合物是由金属制成，其中
将结晶树脂用于基底材料和
将一种或多种增强纤维和另外一种或多种结晶成核剂用作加入所述基底材料的添加剂，所述增强纤维选自碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)和芳族聚酰胺纤维(AF)，所述结晶成核剂选自碳化硅、炭黑和二氧化硅。
2.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中所选结晶成核剂是碳化硅并且加入所述基底材料的碳化硅的量是0.05重量％至1.0重量％。
3.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中所选结晶成核剂是炭黑并且加入所述基底材料的炭黑的量是0.2重量％至0.25重量％。
4.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中所选结晶成核剂是二氧化硅并且加入所述基底材料的二氧化硅的量是0.05重量％至1.0重量％。
5.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中所选增强纤维是碳纤维(CF)并且加入所述基底材料的碳纤维的量为5重量％至30重量％。
6.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中所选增强纤维是玻璃纤维(GF)并且加入所述基底材料的玻璃纤维的量为5重量％至40重量％。
7.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中所选增强纤维是芳族聚酰胺纤维(AF)并且加入所述基底材料的芳族聚酰胺纤维的量为5重量％至20重量％。
8.如权利要求1所要求的树脂齿轮，其中一种或多种选自高密度聚乙烯(HDPE)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚四氟乙烯(PTFE)的固体润滑剂被另外用作加入所述基底材料的添加剂。
9.一种树脂齿轮，其啮合物是由金属制成，其中
将结晶树脂用于基底材料，
将结晶成核剂，增强纤维和固体润滑剂用作加入所述基底材料的添加剂，和
将碳纤维用来起增强纤维和固体润滑剂的作用，
其中所述结晶成核剂选自碳化硅、炭黑和二氧化硅。
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