齒輪和齒進行現場維修(gator)
塑料齒輪和增材製造背景
齒輪是各種機械應用中最重要和最常用的元件之一。最近，由於復合塑料齒輪的成本低，重量輕，並且能夠滿足齒輪箱或動力傳動裝置的機械要求，所以復合塑料齒輪傳動裝置在各種應用中的使用已經增加。在齒輪使用過程中，齒輪齒的底部會產生較大的力，從而導致磨損和磨損。事實上，超過85%的齒輪故障直接與牙齒解體有關。由於塑料齒輪目前是通過傳統的成型和加工工藝製造的，所以即使是一顆牙齒失效，也必須更換整個齒輪。因此，維護用於太空或海上應用的齒輪元件可能是昂貴的。
增材製造(am)，特別是熔融沉積造型(fdm)式3d列印，是一種有前途的技術，能夠在使用點生產零件，極大地降低了物流成本，減少了對維修零件庫存的需求。然而，am中使用的大多數聚合物具有相對較低的熔點和較差的火，煙和毒性等級，這是空間和海上應用的關鍵特徵。結果，沒有開發一種用於am製造的齒輪的穩健的先前設計。
一種新穎的塑料齒輪方法
gator gear設計中結合了兩個新穎的概念。首先，齒輪轂與各個齒分開(見圖1)。其次，齒輪齒通過fdm產生，使用具有適合空間和海上應用的合適機械效能的令人興奮的新材料。此外，該設計還提供與現場am相關的物流優勢。
3d在空間和海上列印
我們的設計採用了創新的奈米複合材料碳粉和芳香族熱固性聚酯(atsp)型絲，這是首款3d列印的atsp複合材料。因此，我們的齒輪保持了與傳統加工尼龍6/6齒輪相比的機械效能。此外，我們的齒輪具有優異的耐化學性和高熱撓曲溫度和阻燃性，這對空間和海上應用具有吸引力的特性。
未來的機會
am在齒輪傳動中的應用提供了通過物聯網(iot)嵌入感測和監控機械狀態的機會。此外，與傳統的監控系統相比，將感測器嵌入齒輪齒中會顯著減少感測器的體積並提高資訊質量。使用嵌入式感測，可以獲得和分析裝置的振動模式，以識別需要維護的機械部件。
結論
通過使用可現場製造的模組化和可替換的齒，gator gear有利於創新和可持續的齒輪維護和操作。有缺陷的牙齒可以在現場**，使得設計在幾個磨損週期內持續下去。這極大地減輕了海上和航天應用中機械維護的後勤和經濟需求。
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