CN101413939B - 滑动特性值估计方法、材料选择方法及机构部设计方法 - Google Patents

Abstract

一种滑动特性值估计方法、材料选择方法及机构部设计方法，根据用中空圆筒测试片的组合测量得到的两侧连续滑动的临界PV值估计单侧间断性滑动的临界滑移速度和临界PV值。在作为滑动的一种方式的单侧间断性滑动中，在估计装载负载W_i、接触面积S_i、表面压力P_i下的单侧间断性滑动的临界滑移速度V_i和临界PV值Pv_i构成的滑动特性值时，算出：用特定式根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_t算出的、装载负载W_i时接触面积S_t的两侧连续滑动的临界滑移速度V_t；及用特定式根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_w算出表面压力为P_i的装载负载W时的单侧间断性滑动临界滑移速度V_i，根据需要用特定式算出单侧间断性滑动的临界PV值Pv_i。

Description

滑动特性值估计方法、材料选择方法及机构部设计方法

技术领域

本发明涉及一种树脂滑动部件的临界滑移速度和临界PV值的估计方法以及以估计值为指标的树脂滑动构件的材料选择方法、滑动部件的机构部设计方法。

背景技术

树脂在机构部件中的应用从替代金属开始，采用了聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚苯硫醚等。目前，在替代金属以外还可以预见独立的发展，数十种塑料发挥各自的特长而被活用于各种用途。

替代金属的重要原因之一是能够不对滑动部位注油而进行使用，但是，目前随着扩大用途和性能要求的提高，材料本身发生了进步，能够实现更大范围的条件/环境下的“不注油”。作为树脂滑动部件，可以举出齿轮、轴承、凸轮、离合器、垫圈、滚轴等所有的种类，不进行一一列举。

当将树脂用于滑动部件时，必要条件是预先预测与部件形状、使用材质对应的临界滑移速度、临界PV值、磨损等。尤其是，临界滑移速度、临界PV值成为表示可使用上限条件的指标，当在超过该值的条件下使用部件时，滑动面温度超过树脂的熔点，树脂在短期内从滑动面熔化流出，部件变得无法使用，在设计时掌握与部件形状、使用材质对应的临界滑移速度、临界PV值是极其有用的。

在株式会社养贤堂发行的“社团法人日本トライボロジ—学会/トライボロジ—ハンドブック”(社团法人日本摩擦学学会/摩擦学手册)P23中如下定义临界PV值。即，“由于温度上升而引起材料软化，被认为达到重度磨损状态的PV值。P表示表面压力，V表示滑移速度。关于以聚缩醛、聚苯硫醚、聚酯树脂、聚酰胺树脂为代表的晶体性树脂，临界PV值与宏观上的滑动面温度达到树脂的熔点的条件一致。也就是说，当达到临界PV值时，成为重度磨损状态，滑动面的树脂在极短期内从滑动面熔化流出。临界滑移速度表示使负载和表面压力条件恒定时成为重度磨损的滑移速度。在设计时掌握临界滑移速度、临界PV值是极其有用的。”

另一方面，几乎都通过单一形状的测试片来对塑料的临界滑移速度、临界PV值进行测量，无法应用于具有不同形状的市面上的部件。特别是以往没有根据单一的滑动方式下的滑动特性值来简单地预测其他滑动方式的滑动特性的临界滑移速度、临界PV值的方法。在本发明中如下那样分为三种滑动方式(图1)。

(1)两侧连续滑动方式，

(2)单侧间断性滑动方式，

(3)两侧间断性滑动方式。

(1)中的两侧连续滑动方式以在JIS K7218/A法中指定的测试方式为代表例，指滑动接触面是面与面、相互滑动的部件的全部滑动面看起来总是滑动接触的方式。平板摩擦离合器、燃料叶轮等相当于该方式。(2)的单侧间断性滑动方式以在JISK7218/B法中指定的测试方式为代表例，组合而成的一侧的部件的全部滑动面总是与对方部件滑动接触，而另一侧的部件的全部滑动面中的滑动的部位随着时间发生变化，不是全部滑动面与另一侧部件同时滑动接触。凸轮机构等相当于该方式。(3)的两侧间断性滑动方式是组合而成的各个部件的滑动的部位随着时间而相互变化，双方的全部滑动面不同时进行滑动接触。齿轮等相当于该方式。

在社团法人摩擦学学会学会志“トライボロジスト/VOL.52/No.3/2007”的p223-228中示出了临界PV值随着形状的不同而不同。但是，在该研究中，是根据两侧连续滑动的临界PV值来估算形状不同的部件的相同的两侧连续滑动的临界PV值的研究，没有对根据两侧连续滑动来估计单侧间断性滑动的临界PV值的方法进行研究。

另外，由于测试方法简单的缘故，在大部分情况下都采用两侧连续滑动方式来对树脂的临界PV值进行测量。另一方面，在市面上实际使用的滑动部件很多采用单侧间断性滑动方式。

根据这种状况，在要得到单侧间断性滑动的临界PV值、临界滑移速度的情况下，只能不局限于实际使用的部件而制作形状接近的测试片来进行测量。因此，需要较多工夫和时间，为了在短期内对树脂滑动部件进行开发，需要简单的临界PV值估计方法。

发明内容

本发明解决上述以往的技术问题，提出了如下方法：根据用中空圆筒测试片之间的组合来进行测量得到的两侧连续滑动的临界PV值，来简便地估计对单侧间断性滑动的临界滑移速度和临界PV值的方法，和将估计值作为指标来选择由摩擦导致产生问题的危险性较低的树脂滑动构件的材料的方法、以及设计滑动部件的机构部的方法。

本发明者找到根据在两侧连续滑动方式下测量得到的临界PV值来估计单侧间断性滑动的临界滑移速度和临界PV值的方法，并完成了本发明。

即，本发明是一种滑动特性值估计方法，在作为滑动的一种方式的单侧间断性滑动中，在估计作为装载有负载W_i、接触面积S_i、表面压力P_i下的由单侧间断性滑动的临界滑移速度V_i和临界PV值Pv_i构成的滑动特性值时，算出作为滑动的另一种方式的两侧连续滑动中的如下值：

用式1根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_t而算出的、在装载有负载W_i的情况下接触面积为S_t的两侧连续滑动的临界滑移速度V_t；以及

用式2根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_w来算出在表面压力为P_i的装载有负载W的情况下的单侧间断性滑动临界滑移速度V_i，

并且，根据需要，用式3来算出单侧间断性滑动的临界PV值Pv_i。

V_t＝Pv_t/W_i×S_i......式1

......式2

Pv_i＝V_i×P_i......式3

本发明的另一个侧面是一种磨损较小的树脂滑动构件的材料选择方法，将根据上述滑动特性估计方法而得到的滑动特性值作为指标。

本发明的另一个侧面是一种磨损较小的滑动部件的机构部设计方法，将根据上述滑动特性估计方法而得到的滑动特性值作为指标。

根据本发明，在设计构想被具体地图纸化的阶段，能够根据用单一的测试片形状组合进行测量得到的临界PV值算出其它测试片形状组合的临界滑移速度或者临界PV值，提取危险位置，改变成不容易发生异常磨损的形状，或者选择适当的材料。另外，能够省略需要大量时间和实物的实验实施成本的测试，从而大幅缩短树脂滑动部件的开发期间。

附图说明

图1是表示三种滑动方式(两侧连续滑动方式、单侧间断性滑动方式、两侧间断性滑动方式)的图。

图2是表示作为两侧连续滑动方式的中空圆筒测试片的图。

图3是表示小型圆筒型固定侧测试片的图。

图4是表示对小型圆筒型固定侧测试片与中空圆筒测试片进行组合的状态的图。

图5是表示聚缩醛之间的临界PV值受表面压力影响性的测量结果的表。

图6是表示除去了中空圆筒测试片的滑动部的半周而成的测试片的图。

图7是表示平板测试片的图。

图8是表示测试片的组合方法的例子的图。

具体实施方式

下面举例来详细说明估计过程。

晶体性树脂的临界滑移速度和临界PV值是宏观上的滑动面温度达到树脂的熔点的值。宏观上的滑动面温度由发热、放热的平衡来决定。但是，即使由滑动而产生的总发热量相同，如果每单位面积的发热量不同，则也认为滑动面温度不同。在如图2所示的作为两侧连续滑动方式的中空圆筒测试片的情况下，单侧的滑动面面积大约为200mm²。由此，滑动产生的总发热量流入上下组合测试片中合计400mm²的面积。另一方面，在如图4那样将图2的中空圆筒测试片与图3的小型圆筒测试片组合得到的单侧间断性滑动方式的情况下，滑动热量流入中空圆筒测试片的大约200mm²和进行赫兹接触的小型圆筒测试片的曲面微小接触面积，但是可以看作总计大约200mm²。即，如果设为滑动发热相同，则可以认为与中空圆筒测试片之间相比较，能够概算为中空圆筒测试片与小型圆筒测试片的组合的温度上升量大约成为两倍。发热与功率等价，因此能够用下面的关系式来表示。

发热(J/s)＝摩擦系数×对滑动面的装载负载(N)×滑移速度(m/s)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　......式4

因此，如果设为摩擦系数与对滑动面的负载相同，则能够估算为中空圆筒测试片与小型圆筒测试片的组合的临界滑移速度成为中空圆筒测试片之间的一半左右。

但是，通常几乎没有大范围的负载条件/速度条件下的摩擦系数作为数据而存在的情况。另一方面，用作为两侧连续滑动方式的中空圆筒测试片之间的组合进行测量而得到的临界PV值的数据很多被记载在材料厂商的商品目录、主页上。因此，提供根据用作为两侧连续滑动方式的中空圆筒测试片之间的组合进行测量而得到的临界PV值的数据来估计单侧间断性滑动方式的临界滑移速度和临界PV值的方法。

特别是，在塑料制造公司的商品目录、主页上经常登载有用作为两侧连续滑动方式的中空圆筒测试片之间的组合进行测量而得到的临界PV值的数据。有时只要直接咨询厂商就能得到各种驱动条件下的临界PV值。在图5中示出了聚缩醛之间的临界PV值受表面压力影响性的测量结果。在晶体性树脂的情况下，临界PV值是宏观的滑动面温度达到熔点的条件。因此，在测试片相同的情况下，根据(式4)，在临界PV条件下的摩擦系数对临界PV值具有影响。另外，只要表面压力相同，在相同滑动面温度下摩擦系数就相同。因此，在本发明中如下设计临界滑移速度、临界PV值的估算过程。

用式1根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_t来算出装载有负载W_i的情况下的、接触面积S_t的两侧连续滑动的临界滑移速度V_t；以及

用式2根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_w来算出表面压力为P_i、装载有负载W的情况下的单侧间断性滑动临界滑移速度V_i。

并且，在还要求出临界PV值的情况下，如式3所示，将通过本方法求得的临界滑移速度V_i乘以表面压力P_i即可。

V_t＝Pv_t/W_i×S_t......式1

Pv_i＝V_i×P_i......式3

当然，也可以对式1与式2进行组合来简化为如下公式：

以上是本发明的临界滑移速度和临界PV值的估计过程，可以根据用单一测试方法测量得到的临界PV值来估算所有的形状、滑动方式的临界滑移速度、临界PV值，因此，能够在短期内开发滑动部件，对产业带来的影响巨大。

实施例

下面，说明实施例，但是，本发明并不限于此。

将JISK7218/A法指定的中空圆筒测试片(图2)作为转动侧滑动测试片。如图8所示，作为对方侧部件(固定侧)，对与转动侧相同的中空圆筒测试片除去本中空圆筒测试片的滑动部的半周而加工成仅接触半周的测试片(图6)、各种形状的平板测试片(图7)、小型圆筒测试片(图3)进行了组合。转动侧测试片和固定侧测试片的材质都选用非强化聚缩醛。聚缩醛是宝理塑料株式会社制造的DuraconM90。

通过下面的方法测量临界滑移速度和临界PV值。在所有组合中都使负载恒定为19.6N来进行滑动，将30分钟内树脂未从滑动部熔化流出的最大滑移速度定义为临界滑移速度。考虑各测试片的接触面积而分别算出表面压力，将该表面压力与通过实验得到的临界滑移速度的积定义为临界PV值。在30分钟的测试中树脂未从滑动部熔化流出的情况下，交换测试片，在滑移速度增加1cm/s的条件下进行测试。将测试时的环境设为23℃、50％RH。

在表1中显示结果。可知由于测试片形状不同而临界PV值有较大差异。

[表1]

 

固定侧测试片形状	接触面积(mm2)	表面压力(MPa)	临界滑移速度(cm/s)	临界PV值(MPa·cm/s)
					10φ小型圆筒	约0	25.5	23	586.5
1.6t平板	4.5	4.4	22	96.8
					3.2t平板	9	2.2	23	50.6
6.4t平板	18	1.1	24	26.4
					18mmt平板	50	0.4	55	22
除去半圆周的中空圆筒	100	0.2	55	11
					中空圆筒	200	0.1	55	5.5

10φ圆筒的表面压力根据赫兹的接触式来进行计算

(实施例1)

按照本发明，根据作为连续滑动方式的中空圆筒测试片之间的临界PV值受表面压力影响性(图5)估算临界滑移速度。在表2中示出了结果。在表面压力超过图5的最大表面压力值的情况下，代用图5的最大表面压力值来进行计算。如表2所示，示出了实际测量与估算的临界滑移速度非常一致。

(比较例1)

设为即使测试片形状发生变化临界PV也相同，根据图5的临界PV值受表面压力影响性对临界滑移速度进行了估算。在表面压力与实施例1同样超过图5的最大表面压力值的情况下，代用图5的最大表面压力值来进行计算。用下面的计算公式来算出临界滑移速度。

临界滑移速度＝临界PV值(MPa·cm/s)÷表面压力(MPa)

　　　　　＝临界PV值(MPa·cm/s)÷负载(19.6N)×接触面积(mm²)

在表2中示出了结果。结果是实际测量与估算的临界滑移速度具有较大的偏离。

[表2]

临界滑移速度实测值与临界PV值估计值的比较

Claims (4)

1.一种滑动部件的滑动特性值估计方法，其特征在于，

用于估计该滑动部件在作为滑动的一种方式的单侧间断性滑动中的滑动特性值，其中该滑动特性值由装载负载W_i、接触面积S_i、表面压力P_i下的单侧间断性滑动的临界滑移速度V_i和临界PV值Pv_i构成，该滑动部件的滑动特性值估计方法包括：

用式1根据用中空圆筒测试片测试得到的、该滑动部件在作为滑动的另一种方式的两侧连续滑动中的临界PV值Pv_t算出在装载有负载W_i的情况下接触面积为S_t时的该滑动部件的两侧连续滑动的临界滑移速度V_t；以及

用式2根据两侧连续滑动的临界PV值Pv_w来算出表面压力为P_i的装载有负载W的情况下的该滑动部件的单侧间断性滑动临界滑移速度V_i，

并且，根据需要，用式3来算出该滑动部件的单侧间断性滑动的临界PV值Pv_i，

V_t=Pv_t/W_i×S_t……式1，

……式2，

Pv_i=V_i×P_i……式3。

2.根据权利要求1所述的滑动部件的滑动特性值估计方法，其特征在于，

根据预先测量的表面压力-临界PV值的图表或公式求出两侧连续滑动的临界PV值Pv_t以及/或者Pv_w。

3.一种树脂滑动构件的材料选择方法，其特征在于，

将根据权利要求1或2所述的滑动部件的滑动特性估计方法而得到的滑动特性值作为指标。

4.一种滑动部件的机构部设计方法，其特征在于，

将根据权利要求1或2所述的滑动部件的滑动特性估计方法而得到的滑动特性值作为指标。

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