Peek zamjenjuje metal i prvo se koristi u mercedes-benz mjenjača

Peek zamjenjuje metal i prvo se koristi u mercedes-benz mjenjača

Plastika visoke performanse kao što su polieterhethenej (PEEK) nude mnoge korisne mogućnosti za poboljšanje brzine. Peek Gears se prvi put koriste u Mercedes-Benz mjenjačima.

Masovni balansirajući zupčanici izrađeni od prstakeepa 5000 g su prva plastična oprema za upotrebu u Mercedes-Benz Transmisions. Zamjenjuje prethodno rabljeni metalni zupčanik

Plastični zupčanici postepeno zamjenjuju tradicionalne metalne zupčanike u brojnim tehničkim aplikacijama jer su lakše, tiše, imaju dobre svojstva suhe trčanja, imaju nisko trenje i habanje, a mogu se proizvoditi efikasno. Proizvodi od plastike visoke performanse kao što su polieterhethene (zaviri) uglavnom su stabilnije mehanički, termički i hemijski od zupčanika izrađenih od inženjerske plastike i na taj način omogućuju proširene vrijednosti ograničenja opterećenja. Važan preduvjet za ovo je procjena sukladnosti i odgovarajući komponentni dizajn za vrstu plastike.

U 2018. godini osnovan je kompetentni centar za tribologiju u Darmstadtu, u Njemačkoj, za razvoj plastike visokih performansi za proizvodnju komponenti podložnim stresom trenja, kao što su: Peek, poliamid 12 (PA12) i poliimid (PI). Pored konvencionalnih metoda poput PIN-on-diska testova i testova na disku (preko mini traktora), instalirali su novu vrstu testnog uređaja (Sl. 1).

Slika 1: Centar za kompetenciju Tribologije u Darmstadtu u Njemačkoj instalirao je opremu za testiranje zupčanika za testiranje plastičnih zupčanika: Omogućuje dizajn brzina određujućim određenim karakterističnim vrijednostima

Ispitna klupa za evaluaciju plastičnih zupčanika

Trenje i ponašanje nošenja zupčanika je složeno i ovisi o specifičnim lokalnim naponama u kontaktu s čeličnim zupčanim i uvjetima okoliša tokom rada. Do danas, ni modelni testovi poput PIN-on-diska testova niti tradicionalne kombinacije statičkih i dinamičnih mehaničkih testova na standardnim uzorcima mogu adekvatno procijeniti ponašanje plastičnih zupčanika u radu zbog posebnih uslova zupčanika. Umjesto toga, karakteristične vrijednosti određene komponente za dizajn mogu se odrediti na plastičnim prijenosnicima u testovima komponenata na novoj testiranju zupčanika. Dinamičko trenje i mehanička naizmjenična opterećenja primjenjuju se kroz zupčani zubi od metala u plastični zupci pod definiranim opterećenjem zakretnog momenta, brzine i temperaturne uvjete. Plastični zupčanici podmazani uljem ili masnoćom itd. Mogu se uporediti sa suhom trčanjem plastičnih zupčanika.



Test se vrši prema njemačkom VDI 2736-4 standardu ("Termoplastični zupčanici: određivanje karakteristika kapaciteta opterećenja brzine") Da bi se odredio kapacitet učitavanja zuba i koeficijent nošenja različitih setova opterećenja. Ovi se rezultati koriste kao sirovi podaci u programima za simulaciju dizajna profesionalnih brzina kako bi se korisnicima pomoglo da optimiziraju dizajne. Testiranje se obično nastavlja sve dok se brzina ne uspije zbog trošenja bočnih nošenja ili prijelom korijena zuba. Temperatura korijena zuba utječe na varijaciju opterećenja koje može izdržati, tako da se može mjeriti i kontrolirati infracrvenim (IR) senzorima na postojećim ispitnim stalcima.

Uvjerljiva mehanička svojstva i hemijska otpornost na PEEK

Prilikom razvijanja polimera visokih performansi za zupčanike, različite mehaničke, termičke i tribološke potrebe trebaju biti usklađeni što je više moguće prema uključenim stresima. Određene izmjene materijala mogu negativno utjecati na performanse zupčanika. Na primjer, aditivi koji se ponekad koriste za poboljšanje svojstava za nošenje ili smanjenje trenja mogu negativno utjecati na dinamičko mehaničko ponašanje prijenosa (ovisno o karakteristikama čestica i njegovim prianjanjem na plastičnu matricu) ako postanu mogućnost oštećenja ili mogući ).

U usporedbi s inženjerskom plastikom kao što su polioksimetilen (POM), PA6 i PA66, plastični zavijanje visokih performansi ima mnogo prednosti kada se koristi kao zupčanik. Konkretno, može prenijeti i velike opterećenja na visokim temperaturama. Zbog svoje zanemarljivog apsorpcije vode i malog skupljanja i post-skupljanja, oblikovani dijelovi su dimenzionalno stabilni, a na bazi se molekularne strukture termoplastičnih materijala, također je izuzetno hemijski otporan. Ova su svojstva posebno važna kada su zupčanici podmazani motornim uljem ili tekućinom za prijenos, što je korozivno okruženje za mnoge plastike.

Skladištenje u naftu ostaje nepromijenjeno

Uzimanje stope izduženosti nakon punog kontakta u menopravom kao primer (slika 2), možemo vidjeti taj Peek (Marka: Evonik prstkeep 4000 g) je bolji od polifehtalamida (PPA, marka: vestamid htplus, osvojite trajniji model) je djelomično aromatični poliamid sa stabilnošću visoke temperature. Izduživanje na prinosu Peeka nije se mijenjalo, ali izduženje na pauzi BPA značajno se smanjilo nakon skladištenja 500 sati. Krhke karakteristike PEEK-a ogleda se u izduženju pri prinosu, dok se PPA odražava na izduženje na pauzu zbog nedostatka izlaganja pri prinosu. Dodatni testovi čvrstoće utjecaja dodatno pokazuju svoje mehaničko ponašanje emptricleegeta.

Slika 2: Izbor prinosa i razbijanja izlaganja PPA-a nakon punog kontakt memorije u zupčanom ulju na 150 ° C: Izduživanje PPA u kratkom vremenu znatno se smanjuje, dok je izduženje brzine Peek-a ostaje isto.

U usporedbi s drugim inženjerskim plastikom, Izuzetno visoka mehanička i termička stabilnost Peek-a učinila je succe SSFUL u aplikacijama za brzinu. Ovo je prikazano testiranjem zupčanika izrađenih od visokog molekularnog duktilnog zavirivanja pod suvim i ulje pod poljubljenim uvjetima na 80 ° C i 130 ° C, koristeći opisanu ispitnu opremu (Sl. 3). Plastična oprema se vozi na 650. srpnju prema zupčanikom sa specifičnom površinskom tvrdoću i hrapavosti. Rezultat toga je da ulje podmazan naftom može prenijeti izuzetno visoku opterećenja preko izuzetno dugog radničkog vijeka. Pod tekućim uvjetima, zupčanici obično ne uspiju zbog trošenja boka, dok su pod uvjetima podmazanim uljem, zupčanici obično ne uspiju zbog preloma korijena izazvan umora.

Slika 3: Mehanički testiranje zupčanika od prstakeepa 5000 g: zupčanici za zupčani ulje mogu prenositi veće opterećenja preko više ciklusa

Smanjite trenje sa Peekom

Dodatne prednosti Peeka uključuju odlična tribološka i habanja svojstva, posebno nisko trošenje i koeficijent trenja. Potonje osigurava uštedu energije bez obzira da li se suvo ili podmazava. To je potvrđeno u drugom eksperimentu (Sl. 4). Koeficijenti trenja čelika i peek-čeličnih čelika u testovima sa loptom na disku u motornom ulju na 23 ° C i 130 ° C prolazeći čeličnom kuglom sa polumjerom od 9,5 mm i čeličnom diskom i čeličnom disku i na čeličnom disku i čeličnom disku proučavao. Tijekom eksperimenta čelična kuglica bila je opterećena sa 30N i radila se sa omjerom klizača od 25%, koji se može koristiti za testiranje gibanja klizača dva kombinacije materijala.

Sl. 4: Koeficijenti trenja čelika i čeličnih čeličnih i peek-čeličnih kombinacija u motornim uljima: koeficijenti su značajno niži s korištenjem plastike visokih performansi 5000 g

Takozvana stribeck krivulja pokazuje da se upotreba kombinacija peek-čeličnih čelika u sistemima podmazivanja ulja omogućava izuzetno energetski učinkovita rješenja. Koeficijent trenja kombinacije čelika-čelika povećava se na originalni 4-7 puta. To se može objasniti viskoelastičnim ponašanjem PEEK-a i rezultirajući donji hertzijski pritisak između kontaktnih površina.

Viskoelastično ponašanje i dobar efekt prigušivanja PEEK-a su također razlozi za njegove ugodne karakteristike buke. Uz eliminaciju buke motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, tihi prijenosi postaju sve važniji, posebno za električna vozila. U spiralnim mjernim jedinicama za podmazivanje podmazivanja, kombinacija čelika za peek značajno smanjuje buku u zraku, u nekim slučajevima za više od 10db (Sl. 5). Mjerenja su izvršena na industrijskoj i automobilskoj tehnološkoj platformi za suradnju (IFA) na Mašinskom fakultetu na Univerzitetu Ruhr, Njemačka.

Slika 5: Mjerenja zrake u zraku od masti-čeličnih čelika i čelika-čelične čelične čelične jedinice na 3000 o / min: koristeći zavijanje, nivo buke čak je smanjen za više od 10 dB u nekim slučajevima u nekim slučajevima

Mercedes-Benz: plastika umjesto metala

Gore opisane prednosti omogućuju se serijskom primjeni Peek Gearsa u mjenjačima masovnog balansa iz Mercedes-Benza (zaglavlje). Ovo je prvi plastični stupanj plastike koji se koristi u ovoj zahtjevu za izazovna motora, zamjenjujući prethodno namjenski metalni zupčanici. Nakon niza testova i evaluacija proizvodnih partnera, Peek je spreman za upotrebu u ovom oštrom okruženju. Preporuke se proizvode ubrizgavanjem ubrizgavanja, što je isplativo i precizno i ​​ne zahtijeva veliku post obradu kao što je prethodno bio slučaj s metalom. Pored toga, manja masovna trenutka inercije tokom vožnje sprema energiju i omogućava glatko pokretanje i ponašanje niskog buke.

Pregled i izgledi

Od tradicionalnog automobilskog inženjerstva do robotike do dronova, potencijalne aplikacije za plastične zupčanike su izuzetno raznolike. Plastika visoke performanse kao što su PEEK proširuju upotrebu plastičnih zupčanika u mjenjačima na veće raspone zakretnog momenta, brzine i temperaturu. Da bi se to postiglo, oni moraju biti dizajnirani s plastikom na umu kako bi se mogli koristiti u manjim, lakšim i energetski učinkovitijim uređajima. Ova odlična svojstva promovirat će primjenu zupčanika u električnim vozilima i daljnjim zamjenama metalnih zupčanika. 3D štampanje će u ovom slučaju pomoći. Otvorit će i nove mogućnosti aplikacije. Primjena više hibridnih rješenja i integracija dodatnih funkcija poput kanala hlađenja i podmazivanja također donosi više opcija.

Sve u svemu, složena višekomponentna tehnologija injekcijskog oblikovanja donosi ogromnu dizajn slobodu dizajna prenosa. To omogućava korištenje plastike optimizirane habanjem u prostoru zuba, plastike izmerene tvrdoćom u površini korijena zuba, metalna ili visoko stresna plastika ojačana vlaknima u području oko vrha opterećenja itd. Omogućite troškove -Fefktiva i precizna proizvodnja, npr. Kroz rotacijskih kalupa. Pored toga, pametni materijalni proizvodi zasnovani na PEEK-u omogućuju dizajn triboloških sistema bez vanjskih maziva na energetski efikasan i materijalno uštedu (kroz pojačanje i aditive).