چرخ دنده های پلاستیکی با کارایی بالا به دلیل مزایای بسیاری که نشان می دهند ، به طور فزاینده ای چرخ دنده های فلزی را در چندین برنامه جایگزین می کنند. موارد اصلی وزن کمتری ، بدون نیاز به روغن کاری ، تولید جرم ارزان تر ، رفتار به طور قابل توجهی بهتر ، لرزش و سخت گیری رفتار (NVH) و مقاومت شیمیایی/خوردگی است. بیشتر چرخ دنده های پلاستیکی توسط قالب تزریق تولید می شوند ، که امکان انعطاف پذیری طراحی عالی را فراهم می کند ، به عنوان مثال ، پیوستن به چندین عنصر دستگاه به یک قسمت قالب ریزی شده ، در حالی که تغییرات هندسه دنده مانند گرد شدن ریشه بزرگ یا شکل مشخصات تغییر یافته نیز امکان پذیر است (Ref 1).

از چرخ دنده های پلاستیکی از دهه 1960 استفاده شده است ، هنگامی که در ابتدا برای برنامه های انتقال حرکت ساده استفاده می شد. با گذشت سالها ، با توسعه مواد پلاستیکی جدید و بهبود یافته ، فناوری شروع به کار خود در برنامه های انتقال نیرو کرد. تا همین اواخر ، درایوهای دنده پلاستیکی برای برنامه های کاربردی با قدرت تا 1 کیلو وات استفاده می شدند. با این حال ، اخیراً ، تلاش هایی برای استفاده از پلاستیک های با کارایی بالا در درایوهای دنده ای که بیش از علامت {3}} kw است ، استفاده شده است.

همراه با نیازهای روزافزون مشتری ، رفتار NVH چرخ دنده های پلیمری نیز از اهمیت برخوردار است. یکی از مطالعات اولیه در مورد عملکرد آکوستیک چرخ دنده های پلیمری توسط هوسکینز و همکاران انجام شد. (Ref. 2) ، که در آن محققان تأثیر مواد متنوع مورد استفاده در چرخ دنده های پلیمری و شرایط عملیاتی مختلف را در طیف فرکانس های صدا بررسی کردند. پارامترهایی مانند بافت سطح ، سایش و دما ، ناشی از تعامل بین سطوح دندان ، به عنوان عوامل مؤثر بر شدت انرژی صدا شناخته شدند. Trobentar و همکاران. (Ref. 3) رفتار آکوستیک چرخ دنده های پلیمری را با پروفایل های مختلف دندان ، IE ، درگیر و S-Hears مقایسه کرد. مشخصات دندان S-Gears دارای یک ضمیمه محدب و dedendum مقعر بود که منجر به یک مسیر تماس به تدریج خمیده (به شکل حرف) شد. نویسندگان دریافتند که S-Gears نویز کمتری نسبت به چرخ دنده های درگیر نشان می دهد ، که می تواند به شرایط تماس مطلوب تر نسبت داده شود. Polanec و همکاران. (Ref. 4) سر و صدای چرخ دنده های پلیمری روکش شده POM را مورد مطالعه قرار داد. سه پوشش بخار فیزیکی (PVD) مورد بررسی قرار گرفت ، یعنی ، آلومینیوم ، کروم و کروم نیتریت. این مطالعه نشان داد که چرخ دنده های پلیمری بدون پوشش کمترین میزان فشار صدا را به نمایش می گذارند و از این رو هیچ تأثیر مثبت از پوشش بر سر و صدای کاهش یافته قابل تأیید نیست. علاوه بر این ، این پوشش در حین کار شروع به پوست کرد و باعث افزایش اصطکاک و اختلالات مش کرد و این منجر به افزایش سطح فشار صدا شد.

در صورت ایجاد روشهای طراحی استاندارد شده و اطلاعات مربوط به مواد مرتبط ، پذیرش گسترده تر چرخ دنده های پلیمری می تواند تسهیل شود. در حال حاضر ، فقدان یک هنجار جهانی وجود دارد که محاسبات ، اصول طراحی و توصیه های خاص برای چرخ دنده های پلیمری را رسمی می کند. به عنوان مثال ، برخی از استانداردهای ملی در مورد این موضوع وجود دارد ، به عنوان مثال ، BS 6168: 1987 (Ref. 5) ، و همچنین استاندارد ژاپنی JIS B 1759: 2013 (Ref. 6). مورد دوم از ISO 6336: 2006 (Ref. 7) با برخی از اقتباس ها که در مطالعه موریواکی و همکاران به تفصیل شرح داده شده است (Ref. 8). علاوه بر این ، دستورالعمل های انجمن های مهندسی متنوع در اختیار شخص است. VDI 2376: 2014 (Ref. 9) ، جانشین VDI 2545 (Ref. 10) ، در سال 2014 منتشر شد ، به عنوان جامع ترین و متداول ترین چارچوب برای طراحی دنده پلیمری است. این شامل تکنیک های ارزیابی برای مکرر ترین حالت های خرابی در چرخ دنده های پلیمری است. داده های اساسی مواد برای موادی مانند POM و PA 66 نیز شامل می شوند. Agma (Refs. 11،12) همچنین دستورالعمل های طراحی را صادر کرده است ، اگرچه اینها صرفاً بر روی مواد بالقوه و تنظیمات دنده ، غفلت از مدل های طراحی و داده های مواد ضروری برای طراحی دنده پلیمری متمرکز شده اند. Tavčar و همکاران. (Ref. 13) بهینه سازی طراحی جامع برای چرخ دنده های پلیمری که شامل تمام حالت های خرابی قابل قبول است ، معرفی کرد. همچنین تلاش شده است تا الگوریتم های یادگیری ماشین در طراحی دنده (Ref. 14،15) ، که برای ارزیابی طرح های دنده غیر استاندارد مفید بوده اند ، استفاده شود. با این وجود ، یک بانک اطلاعاتی قابل توجه از موارد موجود برای آموزش مناسب چنین مدل هایی ضروری است.

در مقایسه با چرخ دنده های فولادی ، آنهایی که پلیمری نیز دارای معایب هستند. مهمترین آنها ظرفیت تحمل بار کمتر ، هدایت حرارتی ضعیف تر ، پایداری دما کمتر و دقت تولید ضعیف تر است. در حالی که ظرفیت بارگذاری بار مهمترین خاصیت است ، مطالعات متعددی انجام شده است که مربوط به بهبود آن است ، یا با طراحی دنده ویژه (Refs. 1،16،17) یا مواد بهبود یافته (Refs 18،19،20). گمانه زنی می شود که سهم قابل توجهی در ظرفیت بارگذاری نیز می تواند با کیفیت کافی چرخ دنده های قالب دار اعمال شود. در حالی که مطالعاتی در مورد تأثیرات پارامترهای پردازش (Ref. 21) و طراحی ابزار بر کیفیت هندسی چرخ دنده های تزریق شده وجود دارد ، وجود ندارد ، فقدان مطالعات سیستماتیک وجود دارد که این اثرات را در پاسخ های مکانیکی و حرارتی چرخ دنده های پلیمری می پردازد.

انتخاب بسیار گسترده ای از مواد پلاستیکی مختلف در حال حاضر در بازار موجود است. با این حال ، یک محدودیت عمده ، شکاف بزرگی در داده های مواد دنده خاص در مورد این مواد است که مشکلی است که اکنون ده ها سال است که ادامه دارد. ارائه گامی به سمت راه حل ، راهنمای آلمانی VDI 2736 است که روش های رتبه بندی طراحی (Ref. 9) را به همراه روش های آزمایش (Ref 22) پیشنهاد می کند تا برای تولید داده های قابل اعتماد مورد نیاز در فرآیند رتبه بندی دنده دنبال شود. این مقاله به وضعیت فعلی ART در تست دنده های پلاستیکی می پردازد و یک مرور کلی از روشهای آزمایش را ارائه می دهد و با مطالعات موردی تکمیل می شود.