摘 要：擒縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用在軍工產(chǎn)品中時(shí)，需經(jīng)歷苛刻的環(huán)境試驗(yàn)，其中，力學(xué)試驗(yàn)往往造成在擒縱機(jī)構(gòu)工作面磨損從而導(dǎo)致輪系卡滯。為了解決擒縱機(jī)構(gòu)在經(jīng)歷力學(xué)試驗(yàn)后的磨損問(wèn)題，文章提出將傳統(tǒng)擒縱輪金屬材料改為一種工程塑料-PEEK聚醚醚酮，通過(guò)計(jì)算分析及多次試驗(yàn)證明，該材料在擒縱機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用，在不影響其它功能性能的條件下，很大程度上降低了力學(xué)試驗(yàn)后工作面的磨損情況，解決了因擒縱機(jī)構(gòu)工作面磨損引起的輪系卡滯問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：擒縱機(jī)構(gòu)；擒縱輪材料；PEEK聚醚醚酮

在鐘表機(jī)構(gòu)中，擒縱機(jī)構(gòu)的作用是：把振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)次數(shù)傳遞給裝置，以達(dá)到計(jì)量時(shí)間的目的。根據(jù)所采用的振動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，擒縱機(jī)構(gòu)分為兩大類(lèi)：有固有振動(dòng)擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)和無(wú)固有振動(dòng)擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)。其中無(wú)固有擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠在外界動(dòng)力較大的使用條件下較為可靠地工作，抗外界干擾能力強(qiáng)、耐振、抗沖擊，周期較短，一般在0.005～0.05秒范圍內(nèi)。因此，在要求工作時(shí)段較短或使用時(shí)受到較大動(dòng)力作用的計(jì)時(shí)儀器中常被采用。

根據(jù)擒縱輪的機(jī)械性能和工藝性能的要求，一般選用不銹鋼制造。在產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)（振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)）時(shí)，擒縱輪與平衡擺銷(xiāo)會(huì)產(chǎn)生撞擊，降低了工作表面質(zhì)量，增加了平衡擺的運(yùn)動(dòng)阻力。由于機(jī)構(gòu)加速度小，作用在擒縱輪片的驅(qū)動(dòng)力約為0.4克，驅(qū)動(dòng)力矩約為3.9×10-5N·mm。當(dāng)阻力達(dá)到或超過(guò)驅(qū)動(dòng)力80%時(shí)，會(huì)影響擒縱輪的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成卡死現(xiàn)象。

擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)在進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)（振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)）后，不銹鋼材料的擒縱輪表面質(zhì)量下降，摩擦力增大，增加了平衡擺的阻力矩，易造成卡滯現(xiàn)象。文章提出將擒縱輪的材料改為一種具有耐高溫、自潤(rùn)滑、易加工和高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)異性能的特種工程塑料-PEEK聚醚醚酮。計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，材料的更改在未對(duì)其它功能性能造成影響的條件下，減小了擒縱調(diào)速機(jī)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)后的摩擦阻力，提高了機(jī)構(gòu)的工作可靠性。

顯微鏡下觀察不銹鋼材料和聚醚醚酮材料的擒縱輪工作面在力學(xué)實(shí)驗(yàn)前后的表面質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)圖1。由圖可見(jiàn)，不銹鋼材料的擒縱輪，經(jīng)歷力學(xué)試驗(yàn)后，工作面的表面質(zhì)量產(chǎn)生了非常明顯的變化（出現(xiàn)小凹坑及多余物）；聚醚醚酮材料工作表面質(zhì)量無(wú)明顯變化（只有些小附著物）

1 聚醚醚酮（PEEK）材料特性

聚醚醚酮是一種具有耐高溫、自潤(rùn)滑、易加工和高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)異性能的特種工程塑料，具有如下幾項(xiàng)顯著特征：

（1）溫度適應(yīng)性好：輕載荷條件下溫度范圍-40℃～260℃。

（2） 韌性、剛性好：韌性和剛性兼?zhèn)洳⑷〉闷胶獾乃芰?，可與合金材料媲美。

（3）具有自潤(rùn)滑性：在所有塑料中具有出眾的滑動(dòng)特性，適合于嚴(yán)格要求低摩擦系數(shù)和耐摩耗用途使用。

（4）耐化學(xué)藥品性好：具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性，在通常的化學(xué)藥品中，能溶解或者破壞它的只有濃硫酸，它的耐腐蝕性與鎳鋼相近。

（5）耐疲勞性強(qiáng)：在所有樹(shù)脂中具有最好的耐疲勞性。

（6）耐水解性良：不受水和高壓水蒸氣的化學(xué)影響。

（7）耐磨性優(yōu)：具有相當(dāng)于聚酰亞胺的良好耐磨性，與合金鋼材質(zhì)對(duì)磨的磨耗量為2.7×10-4克。

2 計(jì)算分析

聚醚醚酮（PEEK）是一種很好的工程塑料結(jié)構(gòu)材料，使用溫度-40℃～+250℃；線膨脹系數(shù)α=47·10-6/℃、彈性模量E=3600MPa、拉伸強(qiáng)度σb=97MPa；邵氏硬度90。

已知：高溫+55℃、低溫-30℃；聚醚醚酮線膨脹系數(shù)α1=47·10-6/℃；配合材料的金屬線膨脹系數(shù)α2=12·10-6/℃；正常裝配溫度+20℃。

計(jì)算結(jié)果證明：聚醚醚酮材料的擒縱輪的高低溫環(huán)境要求下，產(chǎn)生的熱變形不影響機(jī)構(gòu)可靠性。

計(jì)算分析證明：聚醚醚酮材料在高低溫環(huán)境下產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和熱變形不影響機(jī)擒縱構(gòu)的功能性能可靠性。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 力學(xué)試驗(yàn)

更改擒縱輪的材料為聚醚醚酮后，裝配20臺(tái)聚醚醚酮材料的擒縱輪的試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。試驗(yàn)后常溫測(cè)試樣機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)正常，輪系未發(fā)現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。測(cè)試結(jié)果表明，聚醚醚酮材料的擒縱輪經(jīng)受力學(xué)試驗(yàn)后不影響擒縱機(jī)構(gòu)的功能性能。

3.2 其它各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)歷10次試驗(yàn)條件為+80℃保溫2h～-70℃保溫2h的高低溫循環(huán)后，常溫測(cè)試樣機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)正常。

在經(jīng)歷3次試驗(yàn)條件為+95℃保溫20h的濕熱試驗(yàn)后，常溫測(cè)試樣機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)正常。測(cè)試結(jié)果表明，聚醚醚酮材料的擒縱輪經(jīng)受濕熱試驗(yàn)后不影響擒縱機(jī)構(gòu)的功能性能。

樣機(jī)在100℃沸水中放置1h，然后快速放入自來(lái)水中冷卻0.5h進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)。室溫放置晾干后進(jìn)行常溫測(cè)試，樣機(jī)各項(xiàng)功能性能指標(biāo)正常。

樣機(jī)放入密封的塑料袋中，放在太陽(yáng)光暴曬的空調(diào)室外機(jī)上進(jìn)行的擱置試驗(yàn)，15天后進(jìn)行室內(nèi)常溫測(cè)試，各項(xiàng)功能性能指標(biāo)正常。

各項(xiàng)試驗(yàn)證明，試驗(yàn)結(jié)果表明的擒縱輪材料改變?yōu)榫勖衙淹牧希行Ы档土搜訒r(shí)機(jī)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)后的摩擦阻力，提高了延時(shí)機(jī)構(gòu)的工作可靠性。

結(jié)論：根據(jù)計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，擒縱輪從不銹鋼換為聚醚醚酮材料后，提高了力學(xué)試驗(yàn)后擒縱機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活性，且不影響擒縱機(jī)構(gòu)功能性能。解決了經(jīng)受力學(xué)試驗(yàn)后因擒縱機(jī)構(gòu)工作面磨損導(dǎo)致的輪系卡滯。

參考文獻(xiàn)

[1]田景志.銷(xiāo)式平衡擺機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析[Z].輕工業(yè)鐘表研究所.

[2]北京飛色塑料有限公司.聚醚醚酮的應(yīng)用及研究[Z].

作者簡(jiǎn)介：楊陽(yáng)（1986，03-），女，漢族，籍貫：陜西省西安市長(zhǎng)安區(qū)，工作單位：輕工業(yè)鐘表研究所，學(xué)歷：本科，職稱(chēng)：助工，研究方向：精密計(jì)時(shí)儀器。

馬彪，工作單位：西安慶安電氣控制有限責(zé)任公司。

徐翼然，輕工業(yè)鐘表研究所。