尼龙齿轮强度到底够不够用？我这边有个工况拿不准
我们厂最近在试一批尼龙齿轮，材料是PA66+30%玻纤，注塑成型的，模数1.5，齿数24，传动比大概1:3。配套的是个小功率减速机，电机750W，转速1400r/min经过一级皮带减速到齿轮这边大概460r/min，负载侧是间歇性工作，一个循环里满载跑大概8秒停12秒，扭矩估计在12Nm左右。中心距60多，润滑靠齿轮箱里的稀油飞溅。
现在争议在强度上：工艺那边说玻纤增强的PA66弯曲强度能到200MPa以上，齿面接触应力算下来也就30-40MPa应该没问题；但设计那边坚持要用金属的，说尼龙齿轮跑长了会蠕变、磨损快，之前别的项目出过齿面点蚀。我们自己没做过尼龙齿轮的长期跑合，想问下有经验的师傅，这个工况尼龙齿轮撑得住吗？玻纤含量、含油率这些到底影响多大？要不要加点二硫化钼？
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你这工况我做过类似的，PA66+30%GF跑间歇负载、转速不高、扭矩也不算大，理论上是没问题的。接触应力30-40MPa对玻纤增强尼龙来说真的很轻松，材料弯曲强度180-220MPa、拉伸150MPa左右，齿根弯曲应力也就50-60MPa，富余量足够。关键是几个点要注意：第一、含水率，PA66吸湿后尺寸会变、性能会降，刚注塑出来一定要做调湿处理，沸水煮几小时或者自然放置一周以上；第二、模具设计齿形要饱满，齿根圆角尽量大、避免尖角应力集中，这点比材料本身还重要；第三、跑合前别上满负载，先空跑30-50分钟让齿面贴合，玻纤含量上去之后磨合期会比较糙，上来就满载容易拉毛。
关于二硫化钼和含油，我们试过加5%二硫化钼，摩擦系数能降一截，PV值有改善，但冲击韧性会下降，对小模数齿轮意义不大，不如直接选含油PA66（油尼龙）来得方便。蠕变这事儿你放心，30%玻纤填进去之后蠕变已经很轻微了，在你这个温度（齿轮箱里估计50-60度）下基本可忽略。设计那边怕的是低转速+重载+长时间连续运转的工况，你这里是间歇8秒停12秒，热量散得开，不是一回事。
建议先小批量做2-3对，装上去跑个1000小时拆下来看齿面状况，重点看齿根有没有裂纹、齿面有没有塑性变形或者异常磨损。齿轮箱里的油别用太稠的，ISO VG46或者68就行，粘度过高反而搅油发热把尼龙软化了。
先问个细节——你们这个齿轮是单独替换原来金属件，还是整套重新设计匹配的？齿厚、压力角、中心距这些是不是完全按原金属齿轮1:1复刻过来的？尼龙齿轮因为弹性变形大、齿侧隙会偏小，如果直接按金属齿轮参数做，啮合干涉的风险比金属件高得多。还有，模数1.5算小模数了，玻纤增强尼龙在齿根薄的情况下冲裁/成型时玻纤取向不均匀，力学性能离散性会比较大，批次之间强度能差10%-15%甚至更多，你们来料有做抽检吗？
不太赞同上面直接上30%GF的说法。30%玻纤PA66做齿轮有个坑很多人没注意到：玻纤含量高刚性是上去了，但缺口敏感性也跟着上去，齿根一旦有微小缺陷（成型时产生的银纹、熔接线）就会在循环载荷下扩展。我们厂之前用30%GF的做过一款类似工况的齿轮，跑了大半年齿根直接脆断，换成15%玻纤+15%碳纤维的反而韧性更好、寿命翻倍。另外尼龙齿轮的强度真不能光看弯曲强度数据，实际工况下吸湿、温度、啮合冲击都吃强度，建议你们真要上还是先做台架疲劳试验，几百小时的数据出来再下结论比啥都靠谱。
你问的玻纤含量和含油率哪个影响大——这么说吧，玻纤主要影响刚性和抗蠕变，含油（油尼龙那种）主要改善自润滑和摩擦磨损。两者加一起理论上能互补但工艺上不好做，玻纤加多了油加不进去。我们这边的做法是：需要刚性强的部位（结构件、齿轮本体）用30%玻纤PA66，需要自润滑的滑动面用油尼龙。你这种单件齿轮直接30%GF就行，润滑靠齿轮箱里的稀油飞溅完全够。