Mengintip menggantikan logam dan pertama kali digunakan dalam gear kotak gear Mercedes-Benz

Mengintip menggantikan logam dan pertama kali digunakan dalam gear kotak gear Mercedes-Benz

Plastik berprestasi tinggi seperti Polyetheretherketone (PEEK) menawarkan banyak peluang berguna untuk penambahbaikan gear. Mengintip gear digunakan untuk kali pertama di gearbox Mercedes-Benz.

Gear Balancer Massa yang diperbuat daripada Vestakeep 5000 g adalah gear plastik pertama yang akan digunakan dalam transmisi Mercedes-Benz. Ia menggantikan gear logam yang digunakan sebelum ini

Gear plastik secara beransur-ansur menggantikan gear logam tradisional dalam pelbagai aplikasi teknikal kerana ia lebih ringan, lebih tenang, mempunyai sifat kering yang baik, mempunyai geseran dan haus yang rendah, dan boleh dihasilkan dengan cekap. Produk yang diperbuat daripada plastik berprestasi tinggi seperti polyetheretherketone (PEEK) secara amnya lebih stabil secara mekanikal, termal dan kimia daripada gear yang diperbuat daripada plastik kejuruteraan dan dengan itu membolehkan nilai had beban lanjutan. Prasyarat penting untuk ini adalah penilaian kesesuaian dan reka bentuk komponen yang sesuai untuk jenis plastik.

Pada tahun 2018, pusat kecekapan tribologi ditubuhkan di Darmstadt, Jerman, untuk pembangunan plastik berprestasi tinggi untuk pengeluaran komponen yang tertakluk kepada tekanan geseran, seperti: Peek, Polyamide 12 (PA12) dan Polyimide (PI). Sebagai tambahan kepada kaedah konvensional seperti ujian pin-on-cakera dan bola-cakera (melalui traktor mini), mereka memasang jenis rig ujian baru (Rajah 1).

Rajah 1: Pusat Kompetensi Tribologi di Darmstadt, Jerman, telah memasang rig ujian gear untuk menguji gear plastik: ia membolehkan reka bentuk gear dengan menentukan nilai ciri khusus komponen

Ujian Bench untuk Penilaian Gear Plastik

Perilaku geseran dan haus gear adalah kompleks dan bergantung kepada tekanan tempatan tertentu yang bersentuhan dengan pinion keluli dan keadaan persekitaran semasa operasi. Sehingga kini, ujian model seperti ujian pin-on-cakera atau kombinasi tradisional ujian mekanikal statik dan dinamik pada spesimen standard telah dapat menilai tingkah laku gear plastik yang mencukupi kerana keadaan meshing khas gear. Sebaliknya, nilai ciri khusus komponen untuk reka bentuk boleh ditentukan pada gear plastik dalam ujian komponen pada rig ujian gear baru. Geseran dinamik dan beban bergantian mekanikal digunakan melalui pinion yang didorong logam ke gigi gear plastik di bawah beban tork, kelajuan dan suhu yang ditetapkan. Gear plastik yang dilincirkan dengan minyak atau gris dan lain -lain boleh dibandingkan dengan gear plastik yang kering.



Ujian ini dijalankan mengikut piawaian VDI 2736-4 Jerman ("Gear Thermoplastic: Penentuan Ciri-ciri Kapasiti Beban Gear") untuk menentukan kapasiti beban gigi dan memakai pekali set beban yang berbeza. Keputusan ini digunakan sebagai data mentah dalam program simulasi reka bentuk gear profesional untuk membantu pelanggan mengoptimumkan reka bentuk. Ujian biasanya berterusan sehingga gear gagal kerana memakai sayap atau patah tulang gigi. Suhu akar gigi mempengaruhi variasi beban yang dapat ditahan, jadi ia dapat diukur dan dikawal dengan sensor inframerah (IR) pada uji yang sedia ada.

Meyakinkan sifat mekanikal dan rintangan kimia mengintip

Apabila membangunkan polimer berprestasi tinggi untuk gear, keperluan mekanikal, terma dan tribologi yang berbeza perlu diselaraskan sebanyak mungkin mengikut tekanan yang terlibat. Pengubahsuaian bahan tertentu boleh menjejaskan prestasi gear. Sebagai contoh, aditif yang kadang-kadang digunakan untuk meningkatkan sifat anti-hear ).

Berbanding dengan plastik kejuruteraan seperti polyoxymethylene (POM), PA6 dan PA66, mengintip plastik berprestasi tinggi mempunyai banyak kelebihan apabila digunakan sebagai bahan gear. Khususnya, ia juga boleh memindahkan beban tinggi pada suhu tinggi. Oleh kerana penyerapan air yang tidak dapat dielakkan dan pengecutan rendah dan post-shrinkage, bahagian-bahagian yang dibentuk adalah stabil secara dimensi, dan berdasarkan struktur molekul bahan termoplastik, ia juga sangat tahan kimia. Ciri -ciri ini amat penting apabila gear dilincirkan dengan minyak motor atau cecair penghantaran, yang merupakan persekitaran yang menghakis bagi banyak plastik.

Penyimpanan minyak tetap tidak berubah

Mengambil kadar pemanjangan selepas penyimpanan sentuhan penuh dalam minyak gear sebagai contoh (Rajah 2), kita dapat melihat bahawa mengintip (jenama: Evonik Vestakeep 4000 g) lebih baik daripada polyphthalamide (PPA, Jenama: Vestamid HTPlus, memenangi model yang lebih tahan lama) adalah poliamida aromatik sebahagian dengan kestabilan suhu tinggi. Pemanjangan pada hasil mengintip tidak berubah, tetapi pemanjangan pada rehat PPA menurun dengan ketara selepas penyimpanan selama 500 jam. Ciri -ciri rapuh mengintip tercermin dalam pemanjangan pada hasil, manakala PPA tercermin dalam pemanjangan pada rehat kerana kekurangan pemanjangan pada hasil. Ujian kekuatan impak tambahan selanjutnya menunjukkan tingkah laku pelindung mekanikalnya.

Rajah 2: Pemanjangan hasil mengintip dan memecah pemanjangan PPA selepas penyimpanan sentuhan penuh dalam minyak gear pada 150 ° C: pemanjangan PPA berkurangan dengan ketara dalam masa yang singkat, sementara pemanjangan kadar mengintip tetap sama.

Berbanding dengan plastik kejuruteraan yang lain, kestabilan mekanikal dan haba yang sangat tinggi telah menjadikannya succe ssful dalam aplikasi gear. Ini digambarkan dengan menguji gear yang diperbuat daripada mengintip mulur berat molekul tinggi di bawah keadaan kering dan minyak yang dilandang minyak pada 80 ° C dan 130 ° C, menggunakan rig ujian yang diterangkan (Rajah 3). Gear plastik didorong pada 650rpm oleh pinion dengan kekerasan permukaan dan kekasaran tertentu. Hasilnya adalah bahawa mengintip minyak boleh menghantar beban yang sangat tinggi ke atas hayat perkhidmatan yang sangat panjang. Di bawah keadaan kering, gear biasanya gagal kerana memakai sayap, sementara di bawah keadaan minyak yang dilanda minyak, gear biasanya gagal disebabkan oleh patah akar yang disebabkan oleh keletihan.

Rajah 3: Ujian mekanikal gear yang diperbuat daripada Vestakeep 5000 g: Gear mengintip minyak boleh menghantar beban yang lebih tinggi ke atas pelbagai kitaran

Kurangkan geseran dengan mengintip

Kelebihan tambahan mengintip termasuk sifat tribologi dan haus yang sangat baik, terutamanya haus rendah dan pekali geseran. Yang terakhir memastikan penjimatan tenaga sama ada berjalan kering atau dilincirkan. Ini telah disahkan dalam eksperimen lain (Rajah 4). Koefisien geseran keluli keluli dan kombinasi keluli dalam ujian bola-cakera dalam minyak enjin pada suhu 23 ° C dan 130 ° C dengan melewati bola keluli dengan jejari 9.5 mm dan cakera keluli dan cakera bulatan mengintip adalah belajar. Semasa eksperimen, bola keluli dimuatkan dengan 30N dan dikendalikan dengan nisbah slaid sebanyak 25%, yang boleh digunakan untuk menguji gerakan slaid dua kombinasi bahan.

Rajah 4: Koefisien geseran keluli keluli dan kombinasi keluli dalam minyak motor: Koefisiennya jauh lebih rendah dengan penggunaan plastik berprestasi tinggi Vestakeep 5000 g

Kurva stribeck yang dipanggil menunjukkan bahawa penggunaan kombinasi keluli peek dalam sistem pelincir minyak membolehkan penyelesaian yang sangat cekap tenaga. Koefisien geseran gabungan keluli keluli meningkat kepada 4-7 kali asal. Ini dapat dijelaskan oleh tingkah laku viskoelastik mengintip dan tekanan Hertzian yang lebih rendah di antara permukaan sentuhan.

Tingkah laku viscoelastic dan kesan redaman yang baik dari mengintip juga merupakan sebab untuk ciri -ciri bunyi yang menyenangkan. Dengan penghapusan bunyi enjin pembakaran dalaman, transmisi senyap menjadi semakin penting, terutamanya untuk kenderaan elektrik. Dalam unit gear heliks yang dilanda gris, kombinasi keluli peek dengan ketara mengurangkan bunyi udara, dalam beberapa kes lebih daripada 10dB (Rajah 5). Pengukuran dilakukan di Platform Kerjasama Teknologi Perindustrian dan Automotif (IFA) di Fakulti Kejuruteraan Mekanikal di Ruhr-University Bochum, Jerman.

Rajah 5: Pengukuran hingar udara gabungan keluli keluli dan keluli keluli-keluli di dalam unit gear helical pada 3000 rpm: dengan menggunakan mengintip, tahap bunyi dikurangkan sebanyak lebih dari 10 dB dalam beberapa kes

Mercedes-Benz: Plastik bukan logam

Kelebihan yang diterangkan di atas membolehkan permohonan siri mengintip gear dalam transmisi pengimbang massa dari Mercedes-Benz (imej header). Ini adalah gear plastik mengintip pertama yang digunakan dalam aplikasi enjin yang mencabar ini, menggantikan Gear Metal yang berdedikasi sebelumnya. Selepas satu siri ujian dan penilaian oleh rakan pembuatan, Peek bersedia untuk digunakan dalam persekitaran yang keras ini. Gear dihasilkan oleh pengacuan suntikan, yang kos efektif dan tepat, dan tidak memerlukan pemprosesan pasca yang luas seperti yang sebelumnya berlaku dengan logam. Di samping itu, momen massa yang lebih rendah inersia semasa memandu menjimatkan tenaga dan membolehkan kelakuan lancar dan tingkah laku bunyi rendah.

Ringkasan dan pandangan

Dari kejuruteraan automotif tradisional kepada robotik ke drone, aplikasi berpotensi untuk gear plastik sangat pelbagai. Plastik berprestasi tinggi seperti mengintip penggunaan gear plastik dalam penghantaran ke tork, kelajuan dan suhu yang lebih tinggi. Untuk mencapai matlamat ini, mereka mesti direka dengan plastik dalam fikiran supaya mereka boleh digunakan dalam peranti yang lebih kecil, lebih ringan dan lebih cekap tenaga. Ciri -ciri yang sangat baik ini akan mempromosikan penggunaan gear mengintip dalam kenderaan elektrik dan menggantikan lebih lanjut logam. Percetakan 3D akan membantu dalam kes ini. Ia juga akan membuka kemungkinan permohonan baru. Penggunaan lebih banyak penyelesaian hibrid dan penyepaduan fungsi tambahan seperti saluran penyejukan dan pelinciran juga membawa lebih banyak pilihan.

Secara keseluruhannya, teknologi pencetakan suntikan pelbagai komponen kompleks membawa kebebasan reka bentuk yang besar untuk reka bentuk gear. Ini memungkinkan untuk menggunakan produk yang diperbuat daripada plastik yang dioptimumkan haus di kawasan sayap gigi, plastik yang diubahsuai kekerasan di kawasan akar gigi, logam atau plastik bertetulang serat yang sangat tertekan di kawasan sekitar puncak beban, dan lain-lain. -membuat pengeluaran yang efektif dan tepat, contohnya melalui acuan berputar. Di samping itu, produk bahan pintar berasaskan PEEK membolehkan reka bentuk sistem tribologi tanpa pelincir luaran dalam cara yang cekap tenaga dan penjimatan bahan (melalui tetulang dan bahan tambahan).