Peek kemur í stað málms og er fyrst notuð í Mercedes-Benz gírkassa gírum

Peek kemur í stað málms og er fyrst notaður í Mercedes-Benz gírkassa gírum

Afkastamikil plastefni eins og polyherthetherketone (PEEK) bjóða upp á mörg gagnleg tækifæri til að bæta gír. Peek gírar eru notaðir í fyrsta skipti í Mercedes-Benz gírkassa.

Massajafnvægisgír úr Vestakeep 5000 g eru fyrstu plastgírin sem notuð eru í Mercedes-Benz sendingum. Það kemur í stað áður notaðar málmbúnaðar

Plastgír eru smám saman að skipta um hefðbundna málmgír í fjölmörgum tæknilegum forritum vegna þess að þeir eru léttari, rólegri, hafa góða þurrkunar eiginleika, hafa litla núning og slit og hægt er að framleiða þær á skilvirkan hátt. Vörur úr afkastamiklum plasti, svo sem polyetheretethetone (PEEK), eru yfirleitt stöðugri vélrænt, hitauppstreymi og efnafræðilega en gírar úr verkfræðiplasti og gera þannig kleift að ná framlengdum álagsmörkum. Mikilvæg forsenda þessa er samræmi mat og viðeigandi íhlutahönnun fyrir tegund plasts.

Árið 2018 var hæfnismiðstöð Tribology stofnuð í Darmstadt í Þýskalandi til þróunar á afkastamiklum plasti til framleiðslu á íhlutum sem háð er núningsálagi, svo sem: Peek, pólýamíð 12 (PA12) og pólýímíði (PI). Til viðbótar við hefðbundnar aðferðir eins og PIN-á-disk og bolta-á-disk próf (með smá dráttarvélum) settu þeir upp nýja gerð prófunarbúnaðar (mynd 1).

Mynd 1: Tribology hæfileikamiðstöðin í Darmstadt, Þýskalandi, hefur sett upp gírprófunarbúnað til að prófa plastgír: það gerir kleift að hönnun gír

Prófbekk til að meta plastgír

Núning og slithegðun gíra er flókin og fer eftir sérstökum staðbundnum álagi í snertingu við stálpinn og umhverfisaðstæður meðan á notkun stendur. Hingað til hefur hvorki líkanprófum eins og PIN-á-disc prófum né hefðbundnum samsetningum af kyrrstæðum og kraftmiklum vélrænni prófum á stöðluðum sýnum getað metið á fullnægjandi hátt hegðun plastbúnaðar í notkun vegna sérstakra meshing aðstæðna gíra. Þess í stað er hægt að ákvarða íhlutasértæk einkenni fyrir hönnun á plastbúnaði í íhlutaprófum á nýja gírprófunarbúnaðinum. Dynamískum núningi og vélrænni skiptisálag er beitt í gegnum málmdrifið pinion á plastgírstennurnar undir skilgreindu togálagi, hraða og hitastigsskilyrðum. Hægt er að bera saman plastgír smurða með olíu eða fitu o.s.frv.



Prófið er framkvæmt samkvæmt þýska VDI 2736-4 staðlinum („hitauppstreymi gíra: ákvörðun á eiginleikum gírálags“) til að ákvarða tönn álagsgetu og slitstuðul mismunandi álags. Þessar niðurstöður eru notaðar sem hrá gögn í faglegum gírhönnunarforritum til að hjálpa viðskiptavinum að hámarka hönnun. Prófun heldur venjulega áfram þar til gírinn mistakast vegna flankar slits eða beinbrots. Hitastig tannrótar hefur áhrif á álagsbreytileika sem það þolir, svo hægt er að mæla og stjórna því með innrauða (IR) skynjara á núverandi prófastöðum.

Sannfærandi vélrænni eiginleika og efnafræðileg viðnám kíkingar

Þegar þróað er afkastamikil fjölliður fyrir gíra, ætti að samræma mismunandi vélrænu, hitauppstreymi og ættarkröfur eins mikið og mögulegt er samkvæmt álagi sem um er að ræða. Ákveðnar efnisbreytingar geta haft slæm áhrif á afköst gír. Til dæmis geta aukefni sem stundum eru notuð til að bæta eiginleika gegn slit eða draga úr núningi haft neikvæð áhrif á kraftmikla vélrænni hegðun gírs (fer eftir agnaeinkennum og viðloðun þess við plastmatrixið) ef þau verða uppspretta galla eða sprungna möguleika möguleika ).

Í samanburði við verkfræðiplast eins og pólýoxýmetýlen (POM), PA6 og PA66, hefur afkastamikil plastkíla marga kosti þegar það er notað sem gírefni. Sérstaklega getur það einnig flutt hátt álag við hátt hitastig. Vegna óverulegs frásogs vatns og lítillar rýrnun og eftir skreppu eru mótaðir hlutar víddar stöðugir og byggir á sameinda uppbyggingu hitauppstreymisefna er það einnig mjög efnafræðilega ónæmt. Þessir eiginleikar eru sérstaklega mikilvægir þegar gírar eru smurðir með mótorolíu eða flutningsvökva, sem er ætandi umhverfi fyrir mörg plast.

Geymsla í olíu er óbreytt

Með því að taka lengingarhraða eftir fullan tengiliðageymslu í gírolíu sem dæmi (mynd 2), getum við séð að Peek (Brand: Evonik Vestakeep 4000 g) er betri en pólýfalamíð (PPA, Brand: Vestamid HTPlus, vinna endingargóð líkan) er að hluta arómatískt pólýamíð með stöðugleika í háum hita. Lenging á ávöxtunarkröfu Peek breyttist ekki, en lengingin við hlé á PPA minnkaði verulega eftir geymslu í 500 klukkustundir. Brothætt einkenni Peek endurspeglast í lengingu við ávöxtun, meðan PPA endurspeglast í lengingu við hlé vegna skorts á lengingu við ávöxtun. Viðbótarupplýsingar um styrkleika á áhrifum sýna ennfremur vélrænni útkomuhegðun þess.

Mynd 2: Afkast lengingu á kíkingu og brotnar lengingu PPA eftir fullan snertingu í gírolíu við 150 ° C: lenging PPA minnkar verulega á stuttum tíma en lenging PEEK hraða er sú sama.

Í samanburði við önnur verkfræðiplast hefur afar há vélræn og hitauppstreymi PEEK gert það að verkum að það er í gírforritum. Þetta er sýnt með því að prófa gíra úr háum mólmassa, sem er í vegi við þurrt og olíu-smurð aðstæður við 80 ° C og 130 ° C, með því að nota prófunarbúnaðinn sem lýst er (mynd 3). Plastbúnaðinum er ekið við 650 snúninga á mínútu með pinion með sérstökum yfirborðs hörku og ójöfnur. Niðurstaðan er sú að olíusmurð kík getur sent mjög mikið álag yfir afar langan þjónustulíf. Við þurrkunaraðstæður mistakast gírar venjulega vegna slit á flankum, en við olíu-smurðar aðstæður mistakast gírar venjulega vegna þreytu af völdum rótarbrots.

Mynd 3: Vélræn prófun á gírum úr Vestakeep 5000 g: Olíu-smurð gægð getur sent hærra álag yfir margar lotur

Draga úr núningi með gægð

Viðbótar kostir PIEK fela í sér framúrskarandi ættar- og slit eiginleika, sérstaklega lágt slit og núningstuðull. Hið síðarnefnda tryggir orkusparnað hvort sem er að keyra þurrt eða smurt. Þetta var staðfest í annarri tilraun (mynd 4). Núningsstuðlar stálsteins- og kíktu stál samsetningar í kúlu-á-disk prófum í vélarolíu við 23 ° C og 130 ° C með því að fara framhjá stálkúlu með radíus 9,5 mm og stálskíf lærði. Meðan á tilrauninni stóð var stálkúlan hlaðin með 30N og starfrækt með rennibrautarhlutfalli 25%, sem hægt er að nota til að prófa rennibrautarhreyfingu tveggja efnasamsetningar.

Fig.

Hinn svokallaði Stribeck ferill sýnir að notkun Peek-Steel samsetningar í olíu-smurðum kerfum gerir kleift að fá orkunýtnar lausnir. Núningstuðullinn á stálstálsamsetningunni er aukinn í upprunalegu 4-7 sinnum. Þetta er hægt að skýra með seigjuhegðun PIEK og lægri Hertzian þrýstings milli snertiflötanna.

Viscoelastic hegðun og góð dempandi áhrif PEEK eru einnig ástæður fyrir skemmtilegum hávaðaeinkennum. Með því að útrýma hávaða brunahreyfla verða hljóðlátir sendingar sífellt mikilvægari, sérstaklega fyrir rafknúin ökutæki. Í fitusmúra með helical gíreiningum dregur Peek-Steel samsetningin verulega úr lofti hávaða, í sumum tilvikum um meira en 10dB (mynd 5). Mælingarnar voru gerðar á iðnaðar- og bifreiðaknúnu tæknivinnsluvettvangi (IFA) við vélaverkfræði deildar í Ruhr-University Bochum í Þýskalandi.

Mynd 5: Mælingar á hávaða á lofti á smurningu smurninga og stálstáls í helical gíreining við 3000 snúninga á mínútu: Með því að nota PEEK var hávaðastigið jafnvel lækkað um meira en 10 dB í sumum tilvikum

Mercedes-Benz: Plast í stað málms

Kostirnir sem lýst er hér að ofan gera kleift að nota röð gíra gíra í fjöldasendingum frá Mercedes-Benz (hausmynd). Þetta er fyrsti gægja plastbúnaðinn sem notaður er í þessu krefjandi vélarumsókn og kemur í staðinn fyrir hollur málmhjól. Eftir röð prófa og mats framleiðsluaðila er PEEK tilbúið til notkunar í þessu harða umhverfi. Gíurnar eru framleiddar með innspýtingarmótun, sem er hagkvæm og nákvæm, og þarfnast ekki víðtækrar eftirvinnslu eins og áður var um málm. Að auki sparar lægri massa tregðu stundin við akstur orku og gerir kleift að fá sléttan gang og litla hávaða hegðun.

Yfirlit og horfur

Allt frá hefðbundinni bifreiðaverkfræði til vélfærafræði til dróna, hugsanleg forrit fyrir plastgír eru afar fjölbreytt. Hágæða plastefni eins og PEEK Stækkar notkun plast gíra í sendingum til hærra tog, hraða og hitastigssviðs. Til að ná þessu verða þeir að vera hannaðir með plast í huga svo hægt sé að nota þau í smærri, léttari og orkunýtnari tækjum. Þessir ágætu eiginleikar munu stuðla að því að nota gíg gíra í rafknúnum ökutækjum og skipta um málmbúnað frekar. 3D prentun mun hjálpa í þessu tilfelli. Það mun einnig opna nýja möguleika forritsins. Notkun fleiri blendinga lausna og samþætting viðbótaraðgerðir eins og kælingu og smurningarrásir færir einnig fleiri möguleika.

Að öllu samanlögðu færir flókin fjölþátta sprautu mótun tækni gríðarlegt hönnun frelsi til gírhönnunar. Þetta gerir það mögulegt að nota vörur úr slitnum plasti á tannflankasvæðinu, hörkubreytt plast á tannrótarsvæðinu, málmi eða mjög stressuð trefjarstyrkt plast á svæðinu umhverfis álagstoppinn osfrv. Þeir gera kleift að kostnaðar -Árangursrík og nákvæm framleiðsla, td með snúningsformum. Að auki gera PEEK-byggðar snjallir vörur kleift að hanna ættarkerfi án ytri smurefna á orkunýtinn og efnissparandi hátt (með styrkingu og aukefnum).