專利名稱：：滑動(dòng)特性值估計(jì)方法、材料選擇方法及機(jī)構(gòu)部設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種樹脂滑動(dòng)部件的臨界滑移速度和臨界PV值的估計(jì)方法以及以估計(jì)值為指標(biāo)的樹脂滑動(dòng)構(gòu)件的材料選擇方法、滑動(dòng)部件的機(jī)構(gòu)部設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：樹脂在機(jī)構(gòu)部件中的應(yīng)用從替代金屬開始，采用了聚縮醛、聚對(duì)苯二曱酸丁二酯、聚酰胺、聚苯疏醚等。目前，在替代金屬以外還可以預(yù)見獨(dú)立的發(fā)展，數(shù)十種塑料發(fā)揮各自的特長(zhǎng)而被活用于各種用途。替代金屬的重要原因之一是能夠不對(duì)滑動(dòng)部位注油而進(jìn)行使用，但是，目前隨著擴(kuò)大用途和性能要求的提高，材料本身發(fā)生了進(jìn)步，能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的條件/環(huán)境下的"不注油"。作為樹脂滑動(dòng)部件，可以舉出齒輪、軸承、凸輪、離合器、墊圏、滾軸等所有的種類，不進(jìn)行——列舉。當(dāng)將樹脂用于滑動(dòng)部件時(shí)，必要條件是預(yù)先預(yù)測(cè)與部件形狀、使用材質(zhì)對(duì)應(yīng)的臨界滑移速度、臨界PV值、磨損等。尤其是，臨界滑移速度、臨界PV值成為表示可使用上限條件的指標(biāo)，當(dāng)在超過該值的條件下使用部件時(shí)，滑動(dòng)面溫度超過樹脂的熔點(diǎn)，樹脂在短期內(nèi)從滑動(dòng)面熔化流出，部件變得無法使用，在設(shè)計(jì)時(shí)掌握與部件形狀、使用材質(zhì)對(duì)應(yīng)的臨界滑移速度、臨界PV值是極其有用的。在林式會(huì)社養(yǎng)賢堂發(fā)行的"社団法人日本卜，^求口y—學(xué)會(huì)/卜，<求口-一八yF，:y夕，，(社團(tuán)法人日本摩擦學(xué)學(xué)會(huì)/摩擦學(xué)手冊(cè))P23中如下定義臨界PV值。即，"由于溫度上升而引起材料軟化，被認(rèn)為達(dá)到重度磨損狀態(tài)的PV值。P表示表面壓力，v表示滑移速度。關(guān)于以聚縮醛、聚苯疏醚、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂為代表的晶體性樹脂，臨界PV值與宏觀上的滑動(dòng)面溫度達(dá)到樹脂的熔點(diǎn)的條件一致。也就是說，當(dāng)達(dá)到臨界PV值時(shí)，成為重度磨損狀態(tài)，滑動(dòng)面的樹脂在極短期內(nèi)從滑動(dòng)面熔化流出。臨界滑移速度表示使負(fù)載和表面壓力條件恒定時(shí)成為重度磨損的滑移速度。在設(shè)計(jì)時(shí)掌握臨界滑移速度、臨界PV值是極其有用的。"另一方面，幾乎都通過單一形狀的測(cè)試片來對(duì)塑料的臨界滑移速度、臨界PV值進(jìn)行測(cè)量，無法應(yīng)用于具有不同形狀的市面上的部件。特別是以往沒有根據(jù)單一的滑動(dòng)方式下的滑動(dòng)特性值來簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)其他滑動(dòng)方式的滑動(dòng)特性的臨界滑移速度、臨界PV值的方法。在本發(fā)明中如下那樣分為三種滑動(dòng)方式(圖1)。(1)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式，(2)單側(cè)間斷性滑動(dòng)方式，(3)兩側(cè)間斷性滑動(dòng)方式。(l)中的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式以在JISK7218/A法中指定的測(cè)試方式為代表例，指滑動(dòng)接觸面是面與面、相互滑動(dòng)的部件的全部滑動(dòng)面看起來總是滑動(dòng)接觸的方式。平板摩擦離合器、燃料葉輪等相當(dāng)于該方式。(2)的單側(cè)間斷性滑動(dòng)方式以在JISK7218/B法中指定的測(cè)試方式為代表例，組合而成的一側(cè)的部件的全部滑動(dòng)面總是與對(duì)方部件滑動(dòng)接觸，而另一側(cè)的部件的全部滑動(dòng)面中的滑動(dòng)的部位隨著時(shí)間發(fā)生變化，不是全部滑動(dòng)面與另一側(cè)部件同時(shí)滑動(dòng)接觸。凸輪機(jī)構(gòu)等相當(dāng)于該方式。(3)的兩側(cè)間斷性滑動(dòng)方式是組合而成的各個(gè)部件的滑動(dòng)的部位隨著時(shí)間而相互變化，雙方的全部滑動(dòng)面不同時(shí)進(jìn)行滑動(dòng)接觸。齒4侖等相當(dāng)于該方式。在社團(tuán)法人摩擦學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)會(huì)志"卜，Y求口^只卜/VOL.52/No.3/2007"的p223-228中示出了臨界PV值隨著形狀的不同而不同。但是，在該研究中，是根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值來估算形狀不同的部件的相同的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值的研究，沒有對(duì)根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)來估計(jì)單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界PV值的方法進(jìn)行研究。另外，由于測(cè)試方法簡(jiǎn)單的緣故，在大部分情況下都采用兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式來對(duì)樹脂的臨界PV值進(jìn)行測(cè)量。另一方面，在市面上實(shí)際使用的滑動(dòng)部件很多采用單側(cè)間斷性滑動(dòng)方式。根據(jù)這種狀況，在要得到單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界PV值、臨界滑移速度的情況下，只能不局限于實(shí)際使用的部件而制作形狀接近的測(cè)試片來進(jìn)行測(cè)量。因此，需要較多工夫和時(shí)間，為了在短期內(nèi)對(duì)樹脂滑動(dòng)部件進(jìn)行開發(fā)，需要筒單的臨界PV值估計(jì)方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決上述以往的技術(shù)問題，提出了如下方法根據(jù)用中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間的組合來進(jìn)行測(cè)量得到的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值，來簡(jiǎn)便地估計(jì)對(duì)單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界滑移速度和臨界PV值的方法，和將估計(jì)值作為指標(biāo)來選擇由摩擦導(dǎo)致產(chǎn)生問題的危險(xiǎn)性較低的樹脂滑動(dòng)構(gòu)件的材料的方法、以及設(shè)計(jì)滑動(dòng)部件的才幾構(gòu)部的方法。本發(fā)明者找到根據(jù)在兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式下測(cè)量得到的臨界PV值來估計(jì)單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界滑移速度和臨界PV值的方法，并完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明是一種滑動(dòng)特性值估計(jì)方法，在作為滑動(dòng)的一種方式的單側(cè)間斷性滑動(dòng)中，在估計(jì)作為裝載有負(fù)載Wi、接觸面積Si、表面壓力Pi下的由單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界滑移速度Vi和臨界PV值Pvi構(gòu)成的滑動(dòng)特性值時(shí)，算出作為滑動(dòng)的另一種方式的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)中的如下值用式l根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvt而算出的、在裝載有負(fù)載Wi的情況下接觸面積為St的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界滑移速度Vt;以及用式2才艮據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvw來算出在表面壓力為Pi的裝載有負(fù)載W的情況下的單側(cè)間斷性滑動(dòng)臨界滑移速度Vi，并且，根據(jù)需要，用式3來算出單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界PV值PVj。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式iT,V尸、單側(cè)間斷性m動(dòng)w總、m云力m積、禾口<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>……式3<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式2本發(fā)明的另一個(gè)側(cè)面是一種磨損較小的樹脂滑動(dòng)構(gòu)件的材料選擇方法，將根據(jù)上述滑動(dòng)特性估計(jì)方法而得到的滑動(dòng)特性值作為指標(biāo)。本發(fā)明的另一個(gè)側(cè)面是一種磨損較小的滑動(dòng)部件的機(jī)構(gòu)部設(shè)計(jì)方法，將根據(jù)上述滑動(dòng)特性估計(jì)方法而得到的滑動(dòng)特性值作為指標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)計(jì)構(gòu)想被具體地圖紙化的階段，能夠根據(jù)用單一的測(cè)試片形狀組合進(jìn)行測(cè)量得到的臨界PV值算出其它測(cè)試片形狀組合的臨界滑移速度或者臨界PV值，提取危險(xiǎn)位置，改變成不容易發(fā)生異常磨損的形狀，或者選擇適當(dāng)?shù)牟牧?。另外，能夠省略需要大量時(shí)間和實(shí)物的實(shí)驗(yàn)實(shí)施成本的測(cè)試，從而大幅縮短樹脂滑動(dòng)部件的開發(fā)期間。圖1是表示三種滑動(dòng)方式(兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式、單側(cè)間斷性滑動(dòng)方式、兩側(cè)間斷性滑動(dòng)方式)的圖。圖2是表示作為兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式的中空?qǐng)A筒測(cè)試片的圖。圖3是表示小型圓筒型固定側(cè)測(cè)試片的圖。圖4是表示對(duì)小型圓筒型固定側(cè)測(cè)試片與中空?qǐng)A筒測(cè)試片進(jìn)行組合的狀態(tài)的圖。圖5是表示聚縮醛之間的臨界PV值受表面壓力影響性的測(cè)量結(jié)果的表。圖6是表示除去了中空?qǐng)A筒測(cè)試片的滑動(dòng)部的半周而成的測(cè)試片的圖。圖7是表示平板測(cè)試片的圖。圖8是表示測(cè)試片的組合方法的例子的圖。具體實(shí)施例方式下面舉例來詳細(xì)說明估計(jì)過程。晶體性樹脂的臨界滑移速度和臨界PV值是宏觀上的滑動(dòng)面溫度達(dá)到樹脂的熔點(diǎn)的值。宏觀上的滑動(dòng)面溫度由發(fā)熱、放熱的平衡來決定。但是，即使由滑動(dòng)而產(chǎn)生的總發(fā)熱量相同，如果每單位面積的發(fā)熱量不同，則也認(rèn)為滑動(dòng)面溫度不同。在如圖2所示的作為兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式的中空?qǐng)A筒測(cè)試片的情況下，單側(cè)的滑動(dòng)面面積大約為200mm2。由此，滑動(dòng)產(chǎn)生的總發(fā)熱量流入上下組合測(cè)試片中合計(jì)400mm2的面積。另一方面，在如圖4那樣將圖2的中空?qǐng)A筒測(cè)試片與圖3的小型圓筒測(cè)試片組合得到的單側(cè)間斷性滑動(dòng)方式的情況下，滑動(dòng)熱量流入中空?qǐng)A筒測(cè)試片的大約200mn^和進(jìn)行赫茲接觸的小型圓筒測(cè)試片的曲面微小接觸面積，但是可以看作總計(jì)大約200mm2。即，如果設(shè)為滑動(dòng)發(fā)熱相同，則可以認(rèn)為與中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間相比較，能夠概算為中空?qǐng)A筒測(cè)試片與小型圓筒測(cè)試片的組合的溫度上升量大約成為兩倍。發(fā)熱與功率等價(jià)，因此能夠用下面的關(guān)系式來表示。發(fā)熱(J/s)=#擦系數(shù)x對(duì)滑動(dòng)面的裝載負(fù)載(N)x滑移速度(m/s)......式4因此，如果設(shè)為摩擦系數(shù)與對(duì)滑動(dòng)面的負(fù)載相同，則能夠估算為中空?qǐng)A筒測(cè)試片與小型圓筒測(cè)試片的組合的臨界滑移速度成為中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間的一半左右。但是，通常幾乎沒有大范圍的負(fù)載條件/速度條件下的摩擦系數(shù)作為數(shù)據(jù)而存在的情況。另一方面，用作為兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式的中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間的組合進(jìn)行測(cè)量而得到的臨界PV值的數(shù)據(jù)很多被記載在材料廠商的商品目錄、主頁上。因此，提供根據(jù)用作為兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式的中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間的組合進(jìn)行測(cè)量而得到的臨界PV值的數(shù)據(jù)來估計(jì)單側(cè)間斷性滑動(dòng)方式的臨界滑移速度和臨界PV值的方法。特別是，在塑料制造公司的商品目錄、主頁上經(jīng)常登載有用作為兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)方式的中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間的組合進(jìn)行測(cè)量而得到的臨界Pv值的數(shù)據(jù)。有時(shí)只要直接咨詢廠商就能得到各種驅(qū)動(dòng)條件下的臨界PV值。在圖5中示出了聚縮醛之間的臨界PV值受表面壓力影響性的測(cè)量結(jié)果。在晶體性樹脂的情況下，臨界PV值是宏觀的滑動(dòng)面溫度達(dá)到熔點(diǎn)的條件。因此，在測(cè)試片相同的情況下，根據(jù)(式4)，在臨界PV條件下的摩擦系數(shù)對(duì)臨界PV值具有影響。另外，只要表面壓力相同，在相同滑動(dòng)面溫度下摩擦系數(shù)就相同。因此，在本發(fā)明中如下設(shè)計(jì)臨界滑移速度、臨界PV值的估算過程。用式1根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvt來算出裝載有負(fù)栽Wi的情況下的、接觸面積St的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界滑移速度Vt;以及用式2根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvw來算出表面壓力為Pi、裝載有負(fù)載W的情況下的單側(cè)間斷性滑動(dòng)臨界滑移速度Vi。并且，在還要求出臨界PV值的情況下，如式3所示，將通過本方法求得的臨界滑移速度Vi乘以表面壓力Pi即可。^=i/^x《……式iT,T,單側(cè)間斷性滑動(dòng)的總滑動(dòng)面積和'尸v,2《……式2—式3當(dāng)然，也可以對(duì)式1與式2進(jìn)行組合來簡(jiǎn)化為如下公式「=px單側(cè)間斷性滑動(dòng)的總滑動(dòng)面積和'.—"iTX^以上是本發(fā)明的臨界滑移速度和臨界PV值的估計(jì)過程，可以根據(jù)用單一測(cè)試方法測(cè)量得到的臨界PV值來估算所有的形狀、滑動(dòng)方式的臨界滑移速度、臨界PV值，因此，能夠在短期內(nèi)開發(fā)滑動(dòng)部件，對(duì)產(chǎn)業(yè)帶來的影響巨大。實(shí)施例下面，說明實(shí)施例，但是，本發(fā)明并不限于此。將JISK7218/A法指定的中空?qǐng)A筒測(cè)試片(圖2)作為轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)滑動(dòng)測(cè)試片。如圖8所示，作為對(duì)方側(cè)部件(固定側(cè))，對(duì)與轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)相同的中空?qǐng)A筒測(cè)試片除去本中空?qǐng)A筒測(cè)試片的滑動(dòng)部的半周而加工成僅接觸半周的測(cè)試片(圖6)、各種形狀的平板測(cè)試片(圖7)、小型圓筒測(cè)試片(圖3)進(jìn)行了組合。轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)測(cè)試片和固定側(cè)測(cè)試片的材質(zhì)都選用非強(qiáng)化聚縮醛。聚縮醛是寶理塑料株式會(huì)社制造的DuraconM90。通過下面的方法測(cè)量臨界滑移速度和臨界PV值。在所有組合中都使負(fù)栽恒定為19.6N來進(jìn)行滑動(dòng)，將30分鐘內(nèi)樹脂未從滑動(dòng)部熔化流出的最大滑移速度定義為臨界滑移速度?？紤]各測(cè)試片的4妄觸面積而分別算出表面壓力，將該表面壓力與通過實(shí)驗(yàn)得到的臨界滑移速度的積定義為臨界PV值。在30分鐘的測(cè)試中樹脂未從滑動(dòng)部熔化流出的情況下，交換測(cè)試片，在滑移速度增加lcm/s的條件下進(jìn)行測(cè)試。將測(cè)試時(shí)的環(huán)境設(shè)為23°C、50%RH。在表l中顯示結(jié)果?？芍捎跍y(cè)試片形狀不同而臨界PV值有較大差異。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>104圓筒的表面壓力根據(jù)赫茲的接觸式來進(jìn)行計(jì)算(實(shí)施例1)按照本發(fā)明，根據(jù)作為連續(xù)滑動(dòng)方式的中空?qǐng)A筒測(cè)試片之間的臨界PV值受表面壓力影響性(圖5)估算臨界滑移速度。在表2中示出了結(jié)果。在表面壓力超過圖5的最大表面壓力值的情況下，代用圖5的最大表面壓力值來進(jìn)行計(jì)算。如表2所示，示出了實(shí)際測(cè)量與估算的臨界滑移速度非常一致。(比較例1)設(shè)為即使測(cè)試片形狀發(fā)生變化臨界PV也相同，根據(jù)圖5的臨界PV值受表面壓力影響性對(duì)臨界滑移速度進(jìn)行了估算。在表面壓力與實(shí)施例1同樣超過圖5的最大表面壓力值的情況下，代用圖5的最大表面壓力值來進(jìn)行計(jì)算。用下面的計(jì)算公式來算出臨界滑移速度。臨界滑移速度=臨界PV值(MPa.cm/s)+表面壓力(MPa)二臨界PV值(MPa.cm/s)+負(fù)載(19.6N)x接觸面積(mm2)在表2中示出了結(jié)果。結(jié)果是實(shí)際測(cè)量與估算的臨界滑移速度具有較大的偏離。[表2〗臨界滑移速度實(shí)測(cè)值與臨界pv值估計(jì)值的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種滑動(dòng)特性值估計(jì)方法，其特征在于，在作為滑動(dòng)的一種方式的單側(cè)間斷性滑動(dòng)中，在估計(jì)裝載負(fù)載Wi、接觸面積Si、表面壓力Pi下的由單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界滑移速度Vi和臨界PV值Pvi構(gòu)成的滑動(dòng)特性值時(shí)，算出作為滑動(dòng)的另一種方式的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)中的如下值用式1根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvt而算出的、在裝載有負(fù)載Wi的情況下接觸面積為St的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界滑移速度Vt；以及用式2根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvw來算出表面壓力為Pi的裝載有負(fù)載W的情況下的單側(cè)間斷性滑動(dòng)臨界滑移速度Vi，并且，根據(jù)需要，用式3來算出單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界PV值Pvi，Vt＝Pvt/Wi×St......式1，Pvi＝Vi×Pi......式3。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的滑動(dòng)特性值估計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)先測(cè)量的表面壓力-臨界PV值的圖表或公式求出兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pvt以及/或者Pvw。3.—種樹脂滑動(dòng)構(gòu)件的材料選擇方法，其特征在于，將根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動(dòng)特性估計(jì)方法而得到的滑動(dòng)特性值作為指標(biāo)。4.一種滑動(dòng)部件的機(jī)構(gòu)部設(shè)計(jì)方法，其特征在于，將根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑動(dòng)特性估計(jì)方法而得到的滑動(dòng)特性值作為指標(biāo)。全文摘要一種滑動(dòng)特性值估計(jì)方法、材料選擇方法及機(jī)構(gòu)部設(shè)計(jì)方法，根據(jù)用中空?qǐng)A筒測(cè)試片的組合測(cè)量得到的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值估計(jì)單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界滑移速度和臨界PV值。在作為滑動(dòng)的一種方式的單側(cè)間斷性滑動(dòng)中，在估計(jì)裝載負(fù)載W<sub>i</sub>、接觸面積S<sub>i</sub>、表面壓力P<sub>i</sub>下的單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界滑移速度V<sub>i</sub>和臨界PV值Pv<sub>i</sub>構(gòu)成的滑動(dòng)特性值時(shí)，算出用特定式根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pv<sub>t</sub>算出的、裝載負(fù)載W<sub>i</sub>時(shí)接觸面積S<sub>t</sub>的兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界滑移速度V<sub>t</sub>；及用特定式根據(jù)兩側(cè)連續(xù)滑動(dòng)的臨界PV值Pv<sub>w</sub>算出表面壓力為P<sub>i</sub>的裝載負(fù)載W時(shí)的單側(cè)間斷性滑動(dòng)臨界滑移速度V<sub>i</sub>，根據(jù)需要用特定式算出單側(cè)間斷性滑動(dòng)的臨界PV值Pv<sub>i</sub>。文檔編號(hào)G01P3/00GK101413939SQ20081017150公開日2009年4月22日申請(qǐng)日期2008年10月15日優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日發(fā)明者加田雅博申請(qǐng)人:寶理塑料株式會(huì)社