Peek nahrazuje kov a poprvé se používá v převodových o stuverech převodovky Mercedes-Benz

Peek nahrazuje kov a poprvé se používá v převodových o stupních převodovky Mercedes-Benz

Vysoce výkonné plasty, jako je polyetheretherketoton (PEEK), nabízejí mnoho užitečných příležitostí pro zlepšení vybavení. Peek Gears se poprvé používají v převodovkách Mercedes-Benz.

Převody hromadného vyvážení vyrobeného z vestakeepu 5000 g jsou první plastová ozubená kola, která se použijí při převolech Mercedes-Benz. Nahrazuje dříve používané kovové zařízení

Plastová ozubená kola postupně nahrazují tradiční kovová ozubená kola v mnoha technických aplikacích, protože jsou lehčí, tišší, mají dobré suché vlastnosti, mají nízké tření a opotřebení a lze je vyrábět efektivně. Výrobky vyrobené z vysoce výkonných plastů, jako je polyetheretherketoton (peek), jsou obecně stabilnější mechanicky, tepelně a chemicky než ozubená kola vyrobená z inženýrských plastů, a tak umožňují prodloužené hodnoty limitu zátěže. Důležitým předpokladem pro toto je hodnocení shody a vhodný návrh komponent pro typ plastu.

V roce 2018 bylo v Darmstadtu v Německu založeno kompetenční středisko pro vývoj vysoce výkonných plastů pro produkci složek podléhajících třecímu stresu, jako jsou: peek, polyamid 12 (PA12) a polyimid (PI). Kromě konvenčních metod, jako jsou testy pin-on-disk a míč-na disku (prostřednictvím mini traktorů), nainstalovali nový typ zkušební soupravy (obr. 1).

Obrázek 1: Centrum kompetencí v tribologii v německém Darmstadtu nainstalovalo zkušební soupravu pro testování plastových ozubených kol: Umožňuje návrh zařízení určením charakteristických hodnot specifických pro komponenty

Zkušební lavička pro vyhodnocení plastových ozubených kol

Chování tření a opotřebení je složité a závisí na konkrétním místním napětí v kontaktu s ocelovým pastorkem a podmínkou prostředí během provozu. K dnešnímu dni nebyly ani testy modelu, jako jsou testy pin-on-Disc, ani tradiční kombinace statických a dynamických mechanických testů na standardních exemplářích, schopny adekvátně vyhodnotit chování plastových ozubených kol v provozu v důsledku zvláštních podmínek ozubených kol. Místo toho lze charakteristické hodnoty specifické pro konstrukci pro konstrukci stanoveny na plastových ozubených kolech v testech komponent na nové zkušební soupravě. Dynamické tření a mechanické střídavé zatížení se aplikují pomocí kovového pastorku na plastové zuby ozubeného kola při definovaném točivém momentu, rychlosti a teplotních podmínkách. Plastová ozubená kola namazaná olejem nebo tukem atd. Lze porovnat se suchými běžeckými plastovými ozubenými koly.



Test se provádí podle německého standardu VDI 2736-4 („Termoplastická ozubená kola: stanovení vlastností zatížení převodovky“), aby se určila kapacita zatížení zubu a koeficientu opotřebení různých sad zátěže. Tyto výsledky se používají jako surová data v programech Simulace Profesionálního návrhu výstroje, které pomáhají zákazníkům optimalizovat návrhy. Testování obvykle pokračuje, dokud zařízení nezklame v důsledku opotřebení boku nebo zlomeniny kořene zubu. Teplota kořene zubu ovlivňuje změnu zátěže, kterou vydrží, takže lze ji měřit a řídit pomocí infračervených (IR) senzorů na stávajících zkušebních stojanech.

Přesvědčující mechanické vlastnosti a chemická odolnost nahlédnutí

Při vývoji vysoce výkonných polymerů pro převody by měly být různé mechanické, tepelné a tribologické požadavky harmonizovány podle příslušných napětí. Určité úpravy materiálu mohou nepříznivě ovlivnit výkon rychlostního stupně. Například aditiva, které se někdy používají ke zlepšení vlastností proti opotřebení nebo snižování tření, mohou negativně ovlivnit dynamické mechanické chování zařízení (v závislosti na vlastnostech částic a jeho přilnavosti k plastové matrici), pokud se stanou zdrojem vad nebo prasklinových možností ).

Ve srovnání s inženýrskými plasty, jako je polyoxymethylen (POM), PA6 a PA66, má vysoce výkonný plastový peek při používání jako materiál převodovky mnoho výhod. Zejména může také přenášet vysoké zatížení při vysokých teplotách. Vzhledem k zanedbatelné absorpci vody a nízkému smrštění a post-shrinkázu jsou formované části rozměrově stabilní a na základě molekulární struktury termoplastických materiálů jsou také extrémně chemicky odolné. Tyto vlastnosti jsou obzvláště důležité, pokud jsou ozubená kola mazána motorovým olejem nebo přenosovou kapalinou, což je korozivní prostředí pro mnoho plastů.

Skladování v oleji zůstává nezměněno

Jako příklad (Obrázek 2), když se podíváme na míru prodloužení po úplném kontaktním skladování v převodovém oleji (obrázek 2), vidíme, že Peek (značka: Evonik Vedakeep 4000 g) je lepší než polyftalamid (PPA, Brand: VestAmid Htplus, vyhrát odolnější model) je částečně aromatický polyamid s vysokou teplotou. Prodloužení při výnosu PEEK se nezměnilo, ale prodloužení při přestávce PPA se po skladování po dobu 500 hodin výrazně snížilo. Křehké charakteristiky PEEK se odrážejí při prodloužení při výnosu, zatímco PPA se odráží v prodloužení při přestávce kvůli nedostatku prodloužení při výnosu. Další testy pevnosti dopadu dále prokazují jeho mechanické chování zvracet.

Obrázek 2: Výnos prodloužení PEEK a prodloužení PPA po plném kontaktním skladování v olejovém oleji při 150 ° C: prodloužení PPA se podstatně snižuje v krátké době, zatímco prodloužení rychlosti PEEK zůstává stejné.

Ve srovnání s jinými inženýrskými plasty, PEEK extrémně vysoká mechanická a tepelná stabilita způsobila, že je úspěšný v aplikacích o převodovky. To je ilustrováno testováním ozubených kol vyrobených z tažné hlavy s vysokou molekulovou hmotností za suchých a olejových podmínek při 80 ° C, respektive 130 ° C pomocí popsané zkušební soupravy (obr. 3). Plastové ozubené kola je poháněno rychlostí 650 ot / min pastorkem se specifickou tvrdostí a drsností povrchu. Výsledkem je, že peek mazaný olejem může přenášet extrémně vysoké zatížení během extrémně dlouhé životnosti. Za suchých podmínek, ozubená kola obvykle selhávají v důsledku opotřebení boku, zatímco za podmínek mazaných olejem, ozubená ozubená zařízení obvykle selhávají v důsledku únavové zlomeniny kořene.

Obrázek 3: Mechanické testování ozubených kol vyrobených z vestakeep 5000 g: Peek-mazaná olejová ozubená kola může přenášet vyšší zatížení během více cyklů

Snižte tření s nahlédnutím

Mezi další výhody PEEK patří vynikající tribologické a opotřebovací vlastnosti, zejména s nízkým opotřebením a koeficientem tření. Ten zajišťuje úspory energie, ať už běží nebo mazání. To bylo potvrzeno v jiném experimentu (obr. 4). Koeficienty tření oceli a kombinace oceli a na peek v testech s kuličkami na disku v motorovém oleji při 23 ° C a 130 ° C průchodem ocelové kuličky s poloměrem 9,5 mm a ocelový disk a disk na peek kruh byl studoval. Během experimentu byla ocelová koule naložena 30N a provozována s poměrem posuvného zavádění 25%, což lze použít k testování pohybu posuvného snižování dvou kombinací materiálu.

Obr. 4: Koeficienty tření oceli a kombinace oceli v motorových olejích: koeficienty jsou výrazně nižší s použitím vysoce výkonného plastového vestavě 5000 g

Takzvaná křivka Stribeck ukazuje, že použití kombinací peek-oceli v systémech mazaných olejem umožňuje extrémně energeticky efektivní řešení. Koeficient tření kombinace oceli se zvyšuje na původní 4-7krát. To lze vysvětlit viskoelastickým chováním PEEK a výsledným nižším Hertzianovým tlakem mezi kontaktními povrchy.

Viskoelastické chování a dobrý tlumení účinku PEEK jsou také důvody pro jeho příjemné šumové vlastnosti. S odstraněním šumu vnitřního spalovacího motoru se tiché přenosy stávají stále důležitějšími, zejména u elektrických vozidel. V mastnotě mazaných šlibákových převodových jednotkách kombinace peek-oceli významně snižuje vzdušný šum, v některých případech o více než 10 dB (obr. 5). Měření byla prováděna na platformě pro spolupráci v oblasti spolupráce v oblasti průmyslové a automobilové pohony (IFA) na Fakultě strojního inženýrství v Ruhr-University Bochum v Německu.

Obrázek 5: Měření hluku ve vzduchu v kombinaci mazaných tukových a ocelových oceli v jednotce helikálního vybavení při 3000 ot / min: Využitím PEEK byla hladina šumu v některých případech dokonce snížena o více než 10 dB v některých případech

Mercedes-Benz: Plast místo kovu

Výhody popsané výše umožňují sérii aplikací Peek Gears při přenosech hromadného vyvážení z Mercedes-Benz (obrázek záhlaví). Toto je první peek plastová zařízení používaná v této náročné aplikaci motoru a nahrazující dříve vyhrazená kovová ozubená kola. Po sérii testů a hodnocení výrobních partnerů je Peek připraven k použití v tomto drsném prostředí. Ozubená kola jsou vyráběna injekčním formováním, které je nákladově efektivní a přesné, a nevyžaduje rozsáhlé následné zpracování, jako tomu bylo dříve u kovu. Kromě toho nižší hmotnostní moment setrvačnosti během jízdy šetří energii a umožňuje hladké chování a nízký šum.

Shrnutí a výhled

Od tradičního automobilového inženýrství po robotiku až po drony jsou potenciální aplikace pro plastová ozubená kola velmi rozmanitá. Vysoce výkonné plasty, jako je PEEK, rozšiřují použití plastových ozubených kol při přenosech na vyšší rozsahy točivého momentu, rychlosti a teploty. K dosažení tohoto cíle musí být navrženy s ohledem na plasty, aby mohly být použity v menších, lehčích a energeticky efektivnějších zařízeních. Tyto vynikající vlastnosti budou podporovat aplikaci Peek Gears v elektrických vozidlech a dále nahradit kovová ozubená kola. V tomto případě pomůže 3D tisk. Otevře také nové možnosti aplikace. Aplikace více hybridních řešení a integrace dalších funkcí, jako jsou kanály chlazení a mazání, také přináší více možností.

Celkově vzato, složitá technologie vícesložkových injekcí přináší obrovskou svobodu designu pro design vybavení. To umožňuje používat produkty vyrobené z plastů optimalizovaných na opotřebení v oblasti boku zubů, plasty modifikované tvrdostí v oblasti kořene zubů, kovové nebo vysoce namáhané vlákniny vyztužené plasty v oblasti kolem vrcholu zatížení atd. Umožňují náklady na náklady -Efektivní a přesná výroba, např. Oproti rotačními formami. Inteligentní materiálové produkty na bázi PEEK navíc umožňují návrh tribologických systémů bez externích maziv energeticky účinným a šetrným způsobem (prostřednictvím posílení a přísad).