與傳統(tǒng)的金屬材料相比，碳纖維復(fù)合材料用于齒輪制作時(shí)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

　　一是碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度高，高強(qiáng)型碳纖維強(qiáng)度甚至能達(dá)到2000－4000MPa，通常，齒輪在施加于齒面的壓力作用下，齒根會(huì)受到拉伸應(yīng)力，使用碳纖維復(fù)合材料制作齒輪可以有效減弱這種應(yīng)力，延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。

　　二是碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具備質(zhì)量輕的特點(diǎn)，以這種齒輪替代汽車等配備的傳統(tǒng)金屬齒輪，有利于實(shí)現(xiàn)輕量化、高效率的生產(chǎn)目標(biāo)。

　　三是由于碳纖維復(fù)合材料的流變特性和塑化性能優(yōu)越，由其制成的齒輪在外觀上顯得更加光潔，尺寸規(guī)則、重量偏差小，齒輪的精度相比更高。在應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備安裝時(shí)不僅能做到嚴(yán)絲合縫，更能有效保護(hù)齒輪傳動(dòng)軸，使設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定和精確，為產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了基礎(chǔ)保障。

　　四是碳纖維復(fù)合材料還有耐磨損、耐腐蝕的優(yōu)勢(shì)。碳纖維復(fù)合材料齒輪的磨損速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)齒輪，使用壽命是原齒輪的四倍以上。齒輪的長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，有效節(jié)省了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。

 

　　據(jù)測(cè)試，用碳纖維復(fù)合材料制成的齒輪在拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度方面都有顯著的提高。這種高強(qiáng)度確保了齒輪在使用過(guò)程中減少了變形、斷齒、缺齒的發(fā)生幾率，也能更好地應(yīng)對(duì)設(shè)備過(guò)載、機(jī)械損傷等問(wèn)題。因?yàn)闈M足了設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，所以有效減少了設(shè)備非計(jì)劃的停機(jī)次數(shù)，從整體上提高了生產(chǎn)效率。但是由于加工難度較大，該方面的實(shí)際應(yīng)用舉步維艱。早在2015年，日本岐阜大學(xué)模具創(chuàng)成技術(shù)研究中心就開(kāi)始和Central FineTool公司共同開(kāi)發(fā)出利用碳纖維材料強(qiáng)化的樹(shù)脂齒輪，預(yù)計(jì)在2017年年中投入批量生產(chǎn)，這種新開(kāi)發(fā)出的齒輪生產(chǎn)工藝一旦正式投如使用，將用于機(jī)械部件的大量生產(chǎn)，比如替代汽車等配備的金屬齒輪。國(guó)內(nèi)的碳纖維復(fù)合材料齒輪研發(fā)還處在初始階段，并且只局限于個(gè)別行業(yè)中。如上海石化采用碳纖維及復(fù)合材料經(jīng)注塑、模壓成型后制成從直徑3.5cm的“克”級(jí)到直徑達(dá)20cm的“公斤”級(jí)碳尼齒輪，這種復(fù)合材質(zhì)的齒輪具有高強(qiáng)度、高精度、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。兩年來(lái)，“克”級(jí)碳尼材料齒輪已在生產(chǎn)線上逐步替代傳統(tǒng)純尼龍齒輪，齒輪的使用壽命得到了成倍的增加。

 

　　與碳纖維復(fù)合材料齒輪相比，將碳纖維復(fù)合材料用于齒輪箱制作的可能性也引起了行業(yè)內(nèi)的重視，比如高鐵齒輪箱的應(yīng)用。高鐵齒輪箱是由齒輪、箱體、軸承及潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)等組成，電機(jī)的動(dòng)力就是由這個(gè)裝置傳送到列車上的。因而，該裝置屬于高鐵列車的核心部件之一。

　　當(dāng)列車時(shí)速?gòu)?00公里提升至380公里時(shí)，從動(dòng)齒輪的線速度將從每秒35米躍升至每秒70米。如此高的轉(zhuǎn)速，對(duì)齒輪本身的性能、齒輪間的嚙合、箱體的密封可靠性等都提出了極大的挑戰(zhàn)。另外，高速鐵路在途徑高寒地區(qū)時(shí)，還需應(yīng)對(duì)零下幾十?dāng)z氏度的低溫、高達(dá)幾十厘米的積雪、深達(dá)數(shù)百厘米的凍結(jié)土壤，這種惡劣的運(yùn)營(yíng)環(huán)境對(duì)高速列車的正常行駛同樣是艱巨的難題。綜上所述，制作齒輪箱必須選擇強(qiáng)度高、重量輕、較大溫差下蠕變性小、加工精度高的材料。