Peek nadomešča kovino in se prvič uporablja v menjalnikih Mercedes-Benz

Peek nadomešča kovino in se prvič uporablja v menjalnikih Mercedes-Benz

Visokozmogljiva plastika, kot je polietertherketoton (PEEK), ponuja številne koristne priložnosti za izboljšanje prestav. Peek Gears se prvič uporabljajo v menjalnikih Mercedes-Benz.

Mass Balancer Gears, izdelani iz Vestakeep 5000 g, so prva plastična prestanka, ki se uporablja pri prenosu Mercedes-Benz. Nadomešča prej uporabljeno metal

Plastične prestave postopoma nadomeščajo tradicionalne kovinske zobnike v številnih tehničnih aplikacijah, ker so lažji, tišji, imajo dobre lastnosti suhega, imajo nizko trenje in obrabo in jih je mogoče učinkovito izdelati. Izdelki iz visokozmogljive plastike, kot je poliethertheketone (PEEK), so na splošno bolj stabilni, toplotno in kemično kot prestave iz inženirske plastike in tako omogočajo razširjene vrednosti meje obremenitve. Pomemben predpogoj za to je ocena skladnosti in primerna zasnova komponent za vrsto plastike.

Leta 2018 je bil v Darmstadtu v Nemčiji ustanovljen kompetenčni center za tribologijo za razvoj visokozmogljive plastike za proizvodnjo komponent, ki so podvrženi trem stresom, kot so: PEEK, poliamid 12 (PA12) in poliimid (PI). Poleg običajnih metod, kot so preskusi pin-on-disk in preskus na kroglici (prek mini traktorjev), so namestili novo vrsto testne ploščadi (slika 1).

Slika 1: Tribološki kompetenčni center v Darmstadtu v Nemčiji je namestil preskusno ploščad za testiranje plastičnih prestav: Omogoča oblikovanje prestav z določitvijo značilnih vrednosti, specifičnih za komponente

Testna klop za oceno plastičnih prestav

Trenje in vedenje zobnikov je zapleteno in je odvisno od specifičnih lokalnih napetosti v stiku z jeklenim zobnikom in okoljskih razmer med delovanjem. Do danes niti modelni testi, kot so preskusi Pin-on-Disc, niti tradicionalne kombinacije statičnih in dinamičnih mehanskih testov na standardnih vzorcih, niso mogli ustrezno oceniti obnašanje plastičnih zobnikov, ki delujejo zaradi posebnih pogojev za merjenje prestav. Namesto tega lahko značilne značilne vrednosti za oblikovanje določimo na plastičnih prestavah v komponentnih preskusih na novi preskusni ploščici. Dinamično trenje in mehanske izmenične obremenitve se nanesejo skozi kovinsko gnano zobno zobno zobno zobje pod določenimi obremenitvami navora, hitrosti in temperaturnih pogojev. Plastične prestave, mazane z oljem ali maščobo itd., Je mogoče primerjati s suhimi tekaškimi plastičnimi prestavami.



Preskus se izvaja v skladu s standardom nemškega VDI 2736-4 ("termoplastične prestave: določitev značilnosti zmogljivosti zobnikov") za določitev zmogljivosti zobne obremenitve in koeficienta obrabe različnih naborov obremenitve. Ti rezultati se uporabljajo kot surovi podatki v profesionalnih programih za oblikovanje orodij za pomoč strankam pri optimizaciji modelov. Testiranje se običajno nadaljuje, dokler prestava ne uspe zaradi obrabe na boku ali zob zobne korenine. Temperatura zobne korenine vpliva na spreminjanje obremenitve, ki jo lahko prenese, zato jo je mogoče izmeriti in nadzorovati z infrardečimi (IR) senzorji na obstoječih preskusnih stojnicah.

Prepričljive mehanske lastnosti in kemična odpornost PEEK

Pri razvoju visokozmogljivih polimerov za prestave je treba različne mehanske, toplotne in tribološke potrebe uskladiti čim več glede na napetosti. Nekatere spremembe materiala lahko negativno vplivajo na zmogljivost orodja. Na primer, dodatki, ki se včasih uporabljajo za izboljšanje lastnosti proti obrabih ali zmanjšanje trenja, lahko negativno vplivajo ).

V primerjavi z inženirsko plastiko, kot so polioksimetilen (POM), PA6 in PA66, ima visokozmogljiv plastični PEEK številne prednosti, kadar se uporablja kot zobniški material. Zlasti lahko prenese tudi visoke obremenitve pri visokih temperaturah. Zaradi zanemarljive absorpcije vode in nizke krčenja in post-špringe so oblikovani deli dimenzijsko stabilni, na podlagi molekulske strukture termoplastičnih materialov pa je tudi izjemno kemično odporen. Te lastnosti so še posebej pomembne, če so prestave mazane z motornim oljem ali prenosnim tekočino, kar je jedko okolje za številne plastike.

Skladiščenje v olju ostane nespremenjeno

Vzeti hitrost raztezka po celotnem shranjevanju stikov v prestavnem olju kot primer (slika 2), lahko vidimo, da je Peek (blagovna znamka: Evonik Vestakeep 4000 g) boljši od poliftalamida (PPA, Brand: Vestamid HTPlus, osvoji bolj trpežen model) je delno aromatičen poliamid z visoko temperaturno stabilnostjo. Podaljšanje pri donosu PEEK se ni spremenilo, vendar se je raztezanje ob prelomu PPA po shranjevanju 500 ur znatno zmanjšalo. Krhke značilnosti PEEK se odražajo v raztezku pri donosu, medtem ko se PPA zaradi pomanjkanja raztezka pri donosu odraža v raztezku. Dodatni preskusi trdnosti še naprej dokazujejo njegovo mehansko vedenje.

Slika 2: Podaljšanje pokuka in raztezanje PPA po polnem stiku v zobniškem olju pri 150 ° C: Raztezanje PPA se v kratkem času znatno zmanjša, medtem ko raztezanje hitrosti PEEK ostane enako.

V primerjavi z drugo inženirsko plastiko je izjemno visoka mehanska in toplotna stabilnost Peek uspela v uporabi prestav. To je prikazano s testiranjem zobnikov iz visoke molekulske mase duktilna peek v suhih in oljnih pogojih pri 80 ° C oziroma 130 ° C z uporabo opisane preskusne ploščadi (slika 3). Plastična prestava poganja pri 650 vrtljajih z zobnikom s specifično površinsko trdoto in hrapavostjo. Rezultat tega je, da lahko oljni pokuk prenaša izjemno visoke obremenitve v izjemno dolgi življenjski dobi. V suhih pogojih prestave običajno zaradi obrabe bokov, medtem ko je v oljnih pogojih, prestave običajno ne uspejo zaradi utrujenega koreninskega zloma.

Slika 3: Mehansko testiranje prestav, narejenih iz Vestakeep 5000 g: Olje, ki so nalepljene z oljem, lahko prenašajo večje obremenitve v več ciklih

Zmanjšajte trenje s pogledom

Dodatne prednosti PEEK vključujejo odlične tribološke in obrabe, zlasti z nizko obrabo in koeficient trenja. Slednje zagotavlja prihranke energije, ne glede na to, ali tečejo suho ali mazano. To je bilo potrjeno v drugem poskusu (slika 4). Koeficienti trenja jeklenih jeklenih in jeklenih kombinacij v preskusih na kroglici na motornem olju pri 23 ° C in 130 ° C s prehodom jeklene kroglice s polmerom 9,5 mm in jeklenim diskom in jeklenim krožnim diskom je bil preučeno. Med poskusom smo jekleno kroglico naložili s 30N in delovali z razmerjem drsnega drsnika 25%, ki ga lahko uporabimo za testiranje gibanja drsnika dveh kombinacij materiala.

Slika 4: Koeficienti trenja kombinacij jekla in jekla v motornih olja

Tako imenovana Stribeck krivulja kaže, da uporaba kombinacij peek-jekla v oljnih sistemih omogoča izjemno energijsko učinkovite rešitve. Koeficient trenja kombinacije jeklenega jekla se poveča na prvotno 4-7 krat. To je mogoče razložiti z viskoelastičnim vedenjem PEEK in posledičnim spodnjim hertzijskim tlakom med kontaktnimi površinami.

Viskoelastično vedenje in dober učinek dušenja PEEK sta tudi razlogi za njegove prijetne značilnosti hrupa. Z odpravo hrupa motorja z notranjim zgorevanjem postajajo tihi prenosi vse bolj pomembni, zlasti za električna vozila. V enotah za spiralne zobnike z maščobo, kombinacija peek-jekla znatno zmanjša hrup v zraku, v nekaterih primerih za več kot 10 dB (slika 5). Meritve so bile izvedene na platformi za industrijsko in avtomobilsko pogonsko tehnologijo (IFA) na fakulteti za strojništvo v Ruhr-University Bochum v Nemčiji.

Slika 5: Meritve hrupa v zraku za kombinacije maščobnega jekla in jekla je jekla v spiralni zobnici pri 3000 vrt./min. Z uporabo PEEK se je raven hrupa v nekaterih primerih celo znižala za več kot 10 dB

Mercedes-Benz: plastika namesto kovine

Zgoraj opisane prednosti omogočajo uporabo serijske uporabe prestav PEEK v prenosu masnih izravnalnikov iz Mercedes-Benza (glava slika). To je prva plastična oprema PEEK, ki se uporablja pri tej zahtevni uporabi motorja, ki nadomešča predhodno namenske kovinske zobnike. Po nizu testov in ocen proizvodnih partnerjev je Peek pripravljen za uporabo v tem ostrim okolju. Zobniki so izdelani z vbrizgavanjem, ki je stroškovno učinkovito in natančno, in ne potrebuje obsežnih po obdelavi, kot je bilo prej pri kovini. Poleg tega spodnji mas vztrajnostni moment med vožnjo prihrani energijo in omogoča nemoteno tekaško in nizko hrupno vedenje.

Povzetek in obeti

Od tradicionalnega avtomobilskega inženiringa do robotike do dronov so potencialne aplikacije za plastične prestave izjemno raznolike. Visokozmogljiva plastika, kot je PEEK, razširite uporabo plastičnih prestav v prenosih na večji razpon navora, hitrosti in temperature. Da bi to dosegli, jih je treba zasnovati s plastiko, da jih je mogoče uporabiti v manjših, lažjih in bolj energetsko učinkovitih napravah. Te odlične lastnosti bodo spodbudile uporabo prestav PEEK v električnih vozilih in nadalje zamenjale kovinske zobnike. 3D tiskanje bo v tem primeru pomagalo. Odprla bo tudi nove možnosti aplikacije. Uporaba več hibridnih rešitev in integracija dodatnih funkcij, kot so hlajenje in mazanje, prinašata tudi več možnosti.

Na splošno kompleksna večkomponentna tehnologija za vbrizgavanje prinaša ogromno oblikovalske svobode za oblikovanje prestav. To omogoča uporabo izdelkov iz plastike, optimizirane za obrabo, na območju zobnega boka, plastike, spremenjene s trdoto, v območju zobnega korena, kovine ali visoko obremenjene plastike na območju okoli vrha obremenitve itd. Omogočajo stroške -eloči in natančna proizvodnja, npr. Preko vrtljive kalupe. Poleg tega izdelki pametnih materialov, ki temeljijo na PEEK, omogočajo oblikovanje triboloških sistemov brez zunanjih mazivov na energetsko učinkovit in varčen material (z ojačitvijo in dodatki).