Palūrēt aizstāj metālu, un to vispirms izmanto Mercedes-Benz pārnesumu pārnesumos

Peek aizstāj metālu, un to vispirms izmanto Mercedes-Benz pārnesumu pārnesumos

Augstas veiktspējas plastmasa, piemēram, Polyetherethetone (PEEK), piedāvā daudz noderīgu iespēju uzlabošanai. PEEK pārnesumus pirmo reizi izmanto Mercedes-Benz pārnesumkārbās.

Masas līdzsvara pārnesumi, kas izgatavoti no Vestakeep 5000 g, ir pirmie plastmasas pārnesumi, kas jāizmanto Mercedes-Benz transmisijās. Tas aizstāj iepriekš izmantoto metāla pārnesumu

Plastmasas pārnesumi daudzos tehniskos pielietojumos pakāpeniski aizstāj tradicionālos metāla pārnesumus, jo tie ir vieglāki, klusāki, ar labām sausā stāvokļa īpašībām, tiem ir zema berze un nodilums, un tos var ražot efektīvi. Produkti, kas izgatavoti no augstas veiktspējas plastmasas, piemēram, polietereteretona (PEEK), parasti ir stabilāki mehāniski, termiski un ķīmiski nekā pārnesumi, kas izgatavoti no inženiertehniskās plastmasas, un tādējādi iespējot paplašinātas slodzes ierobežojuma vērtības. Svarīgs priekšnoteikums tam ir atbilstības novērtējums un piemērots komponentu dizains plastmasas tipam.

2018. gadā Darmštadtā, Vācijā, tika dibināts kompetences centrs, lai attīstītu augstas veiktspējas plastmasu komponentu ražošanai, kas pakļauts berzes stresam, piemēram: PEEK, poliamīds 12 (PA12) un poliimīds (PI). Papildus parastajām metodēm, piemēram, tapu diskam un diska testiem (caur mini traktoriem), viņi uzstādīja jauna veida testa platformu (1. att.).

1. attēls: Triboloģijas kompetences centrs Darmštatē, Vācijā, ir uzstādījis pārnesumu testa platformu plastmasas pārnesumu pārbaude

Pārbaudes sols plastmasas pārnesumu novērtēšanai

Pārnesumu berze un nodiluma izturēšanās ir sarežģīta un ir atkarīga no īpašiem vietējiem spriegumiem saskarē ar tērauda zobratu un vides apstākļiem darbības laikā. Līdz šim ne modeļa testi, piemēram, PIN-DISC testi, ne tradicionālās statisko un dinamisko mehānisko testu kombinācijas par standarta paraugiem, ir spējuši pienācīgi novērtēt plastmasas pārnesumu izturēšanos darbībā, ņemot vērā pārnesumu īpašos mezhing apstākļus. Tā vietā komponentam raksturīgās vērtības dizainam var noteikt plastmasas pārnesumos komponentu testos jaunajā pārnesumu testa platformā. Dinamiskā berze un mehāniskas mainīgas slodzes caur metālu virzītā zobrata tiek pielietotas uz plastmasas zobratu zobiem noteiktā griezes momenta slodzē, ātruma un temperatūras apstākļos. Plastmasas pārnesumus, kas ieeļļoti ar eļļu vai smērvielu utt., Var salīdzināt ar sausiem plastmasas pārnesumiem.



Pārbaude tiek veikta saskaņā ar vācu VDI 2736-4 standartu ("Termoplastiskie pārnesumi: pārnesumu slodzes jaudas īpašību noteikšana"), lai noteiktu dažādu slodzes kopu zobu slodzes jaudu un nodiluma koeficientu. Šie rezultāti tiek izmantoti kā neapstrādāti dati profesionālās pārnesumu dizaina simulācijas programmās, lai palīdzētu klientiem optimizēt dizainu. Pārbaude parasti turpinās, līdz pārnesumi neizdodas sānu nodiluma vai zobu sakņu lūzuma dēļ. Zobu sakņu temperatūra ietekmē slodzes variāciju, ko tā var izturēt, tāpēc to var izmērīt un kontrolēt ar infrasarkano (IR) sensoriem esošajos testa stendos.

Pārliecinošas mehāniskās īpašības un palūrēšanas ķīmiskā izturība

Attīstot pārnesumu augstas veiktspējas polimērus, dažādas mehāniskās, termiskās un triboloģiskās prasības pēc iespējas jāsaskaņo atbilstoši saistītajiem spriegumiem. Atsevišķas materiālu modifikācijas var nelabvēlīgi ietekmēt pārnesumu veiktspēju. Piemēram, piedevas, kuras dažreiz izmanto, lai uzlabotu pret nēsāšanas īpašības vai samazinātu berzi, var negatīvi ietekmēt pārnesuma dinamisko mehānisko izturēšanos (atkarībā no daļiņu īpašībām un tā saķeres ar plastmasas matricu), ja tie kļūst par defektu vai plaisu iespēju avotu) ).

Salīdzinot ar inženiertehnisko plastmasu, piemēram, polioksimetilēnu (POM), PA6 un PA66, augstas veiktspējas plastmasas PEEK ir daudz priekšrocību, ja to izmanto kā pārnesumu materiālu. Jo īpaši tas var arī pārnest lielas slodzes augstā temperatūrā. Sakarā ar to, ka tā ir nenozīmīga ūdens absorbcija un zema saraušanās un pēcapstrāde, veidotās daļas ir izmēri stabilas, un, pamatojoties uz termoplastisko materiālu molekulāro struktūru, tā ir arī ārkārtīgi ķīmiski izturīga. Šīs īpašības ir īpaši svarīgas, ja pārnesumi tiek ieeļļoti ar motoreļļu vai transmisijas šķidrumu, kas ir kodīga vide daudzām plastmasām.

Uzglabāšana eļļā paliek nemainīga

Izmantojot pagarinājuma ātrumu pēc pilnīgas kontakta uzglabāšanas pārnesumkārbas eļļā kā piemēru (2. attēls), mēs redzam, ka PEEK (zīmols: Evonik Vestakeep 4000 G) ir labāks par poliftalamīdu (PPA, zīmols: Vestamid HTPLUS, uzvariet izturīgāku modeli). ir daļēji aromātisks poliamīds ar augstas temperatūras stabilitāti. Pagarinājums par PEEK ražu nemainījās, bet pagarinājums PPA pārtraukumā pēc 500 stundām ievērojami samazinājās. PEEK trauslās īpašības atspoguļojas pagarinājumā ar ražu, savukārt PPA ir atspoguļota pagarinājumā pārtraukumā, jo nav pagarinājuma par ražu. Papildu trieciena stiprības testi vēl vairāk parāda tā mehānisko uzvedību.

2. attēls: PPA palūkošanās un pārtraukuma pagarinājums pēc pilnīgas kontakta uzglabāšanas pārnesumkārbas eļļā 150 ° C temperatūrā: PPA pagarinājums īsā laikā ievērojami samazinās, savukārt PEEK ātruma pagarinājums paliek tāds pats.

Salīdzinot ar citu inženiertehnisko plastmasu, PEEK ārkārtīgi augstā mehāniskā un termiskā stabilitāte ir padarījusi to par veiksmīgu pārnesumu lietojumprogrammās. To ilustrē testēšanas pārnesumi, kas izgatavoti no augstas molekulmasas kaļamiem palūrētiem, attiecīgi sausos un eļļā ievietotos apstākļos 80 ° C un 130 ° C temperatūrā, izmantojot aprakstīto testa platformu (3. att.). Plastmasas pārnesumu vada pie 650 apgr./min ar zobratu ar īpašu virsmas cietību un nelīdzenumu. Rezultāts ir tāds, ka eļļas ievada PEEK var pārraidīt ārkārtīgi lielas kravas ārkārtīgi ilgā kalpošanas laikā. Sausa skriešanas apstākļos pārnesumi parasti neizdodas sānu nodiluma dēļ, savukārt eļļas ieplūdes apstākļos pārnesumi parasti neizdodas noguruma izraisīta sakņu lūzuma dēļ.

3. attēls: Pārnesumu mehāniskā pārbaude, kas izgatavota no Vestakeep 5000 g: Eļļu ieplicināti PEEK pārnesumi var pārsūtīt lielākas slodzes vairākos ciklos

Samaziniet berzi ar palūrēšanu

Papildu PEEK priekšrocības ir lieliskas triboloģiskās un nodiluma īpašības, īpaši zems nodilums un berzes koeficients. Pēdējais nodrošina enerģijas ietaupījumu, vai tas ir sauss vai ieeļļots. Tas tika apstiprināts citā eksperimentā (4. att.). Berzes koeficienti no tērauda tērauda un peek-tērauda kombinācijām motoreļļā uz lodīšu diska testiem 23 ° C un 130 ° C temperatūrā, izlaižot tērauda bumbiņu ar 9,5 mm rādiusu un tērauda disku un palūrēšanas apļa disku bija studēja. Eksperimenta laikā tērauda bumba tika ielādēta ar 30N un darbojās ar slīdņa rullīšu attiecību 25%, ko var izmantot, lai pārbaudītu divu materiālu kombināciju slīdēšanas kustību.

4. attēls: tērauda tērauda un peek tērauda kombināciju berzes koeficienti motoreļļos: koeficienti ir ievērojami zemāki, izmantojot augstas veiktspējas plastmasas vestakeep 5000 g

Tā sauktā Stribeck līkne parāda, ka peek-tērauda kombināciju izmantošana eļļā ievietotās sistēmās nodrošina ārkārtīgi efektīvus risinājumus. Tērauda tērauda kombinācijas berzes koeficients tiek palielināts līdz sākotnējam 4-7 reizes. Tas ir izskaidrojams ar PEEK viskoelastīgo izturēšanos un no tā izrietošo zemāko Hertzian spiedienu starp saskares virsmām.

PEEK viskoelastīgā izturēšanās un laba slāpēšanas ietekme ir arī tās patīkamo trokšņa īpašību iemesli. Izslēdzot iekšdedzes motora troksni, klusās transmisijas kļūst arvien nozīmīgākas, īpaši elektriskajiem transportlīdzekļiem. Ieejotās tauku ievietotās spirālveida pārnesumu vienībās PEEK tērauda kombinācija ievērojami samazina gaisa troksni, dažos gadījumos par vairāk nekā 10 dB (5. att.). Mērījumi tika veikti rūpniecības un automobiļu piedziņas tehnoloģiju sadarbības platformā (IFA) mašīnbūves fakultātē Ruhr-University Bochum, Vācijā.

5. attēls: Gaisā trokšņa mērījumi ar taukiem, kas iesprauž peek-tērauda un tērauda tērauda kombinācijas spirālveida pārnesumu blokā ar ātrumu 3000 apgr./min: Izmantojot PEEK, trokšņa līmenis dažos gadījumos tika pat samazināts par vairāk nekā 10 dB

Mercedes-Benz: plastmasa, nevis metāla

Iepriekš aprakstītās priekšrocības ļauj sērijam izmantot PEEK pārnesumus masu līdzsvarotāju pārraidē no Mercedes-Benz (galvenes attēls). Šis ir pirmais PEEK plastmasas pārnesums, ko izmanto šajā izaicinošajā motora lietojumprogrammā, aizstājot iepriekš specializētos metāla pārnesumus. Pēc virknes testu un novērtēšanas, ko veic ražošanas partneri, PEEK ir gatavs lietošanai šajā skarbajā vidē. Pārnesumi tiek ražoti pēc iesmidzināšanas formēšanas, kas ir rentabla un precīza, un tām nav nepieciešama plaša pēcapstrāde, kā tas bija iepriekš ar metālu. Turklāt zemāks inerces masas moments braukšanas laikā ietaupa enerģiju un ļauj vienmērīgi darboties un uzvedību zemā trokšņa līmenī.

Kopsavilkums un perspektīva

Sākot no tradicionālās automobiļu inženierijas līdz robotikai un beidzot ar droniem, potenciālie plastmasas pārnesumu pielietojumi ir ārkārtīgi daudzveidīgi. Augstas veiktspējas plastmasa, piemēram, PEEK, paplašiniet plastmasas pārnesumu izmantošanu transmisijās uz lielāku griezes momentu, ātruma un temperatūras diapazoniem. Lai to sasniegtu, tie jāprojektē, ņemot vērā plastmasu, lai tos varētu izmantot mazākās, vieglākajās un energoefektīvākajās ierīcēs. Šīs lieliskās īpašības veicinās PEEK pārnesumu pielietojumu elektriskajos transportlīdzekļos un vēl vairāk aizstās metāla pārnesumus. Šajā gadījumā palīdzēs 3D drukāšana. Tas arī atvērs jaunas pieteikšanās iespējas. Vairāk hibrīdu šķīdumu pielietošana un papildu funkciju, piemēram, dzesēšanas un eļļošanas kanālu integrācija, arī rada vairāk iespēju.

Kopumā sarežģīta daudzkomponentu iesmidzināšanas veidņu tehnoloģija rada milzīgu dizaina brīvību pārnesumu dizainam. Tas ļauj izmantot produktus, kas izgatavoti no nodiluma optimizētas plastmasas zobu sānu zonā, cietības modificētu plastmasu zobu sakņu zonā, metālu vai ar ļoti stresu ar šķiedru pastiprinātu plastmasu apvidū ap kravas maksimumu utt. Tie nodrošina izmaksas -efektīva un precīza ražošana, piemēram, ar rotācijas veidnēm. Turklāt PEEK balstīti viedie materiālu produkti ļauj izveidot triboloģiskās sistēmas bez ārējām smērvielām energoefektīvā un materiālu taupīšanas veidā (caur pastiprināšanu un piedevām).