Peek은 금속을 교체하고 메르세데스-벤츠 기어 박스 기어에서 처음 사용됩니다.

Peek은 금속을 교체하고 메르세데스-벤츠 기어 박스 기어에서 처음 사용됩니다.

PolyetherTherketone (Peek)과 같은 고성능 플라스틱은 기어 개선에 많은 유용한 기회를 제공합니다. 엿보기 기어는 메르세데스-벤츠 기어 박스에서 처음으로 사용됩니다.

Vestakeep 5000 g으로 만든 질량 밸런서 기어는 메르세데스-벤츠 전송에 사용되는 최초의 플라스틱 기어입니다. 이전에 사용 된 금속 기어를 대체합니다

플라스틱 기어는 가볍고 조용하고 건식 조작 속성이 우수하며 마찰과 마모가 적고 효율적으로 제조 될 수 있기 때문에 수많은 기술 응용 분야에서 기존의 금속 기어를 점차적으로 교체하고 있습니다. PolyetherTherethetone (Peek)과 같은 고성능 플라스틱으로 만든 제품은 일반적으로 엔지니어링 플라스틱으로 만든 기어보다 기계적으로, 열 및 화학적으로 더 안정적이므로 확장 된 하중 제한 값을 가능하게합니다. 이를위한 중요한 전제 조건은 플라스틱 유형에 대한 적합성 평가 및 적합한 구성 요소 설계입니다.

2018 년에는 Tribology의 역량 센터가 독일 Darmstadt에 설립되어 Peek, Polyamide 12 (Pa12) 및 Pi.와 같은 마찰 스트레스를받는 구성 요소의 생산을위한 고성능 플라스틱의 개발을 위해 설립되었습니다. 미니 트랙터를 통해 핀-온 디스크 및 볼-온 디스크 테스트와 같은 기존의 방법 외에도 새로운 유형의 테스트 장비를 설치했습니다 (그림 1).

그림 1 : 독일 Darmstadt의 Tribology Hectorence Center는 플라스틱 기어 테스트를위한 기어 테스트 장비를 설치했습니다. 구성 요소 별 특성 값을 결정하여 기어 설계를 가능하게합니다.

플라스틱 기어 평가를위한 테스트 벤치

기어의 마찰 및 마모 동작은 복잡하며 스틸 피니언과 접촉하는 특정 국소 응력 및 작동 중 환경 조건에 따라 다릅니다. 현재까지, 표준 시편에 대한 정적 및 동적 기계 테스트의 전통적인 조합과 같은 모델 테스트는 기어의 특수 메쉬 조건으로 인해 작동중인 플라스틱 기어의 동작을 적절히 평가할 수 없었습니다. 대신, 새로운 기어 테스트 리그의 구성 요소 테스트에서 플라스틱 기어에서 구성 요소 별 특성 값을 결정할 수 있습니다. 동적 마찰 및 기계적 교대 하중은 정의 된 토크 하중, 속도 및 온도 조건 하에서 금속 구동 피니언을 통해 플라스틱 기어 톱니에 적용됩니다. 오일 또는 그리스 등으로 윤활 된 플라스틱 기어는 마른 런닝 플라스틱 기어와 비교할 수 있습니다.



이 테스트는 독일 VDI 2736-4 표준 ( "열가소성 기어 : 기어 하중 용량 특성 결정")에 따라 수행됩니다. 이 결과는 고객이 설계를 최적화 할 수 있도록 전문 기어 설계 시뮬레이션 프로그램에서 원시 데이터로 사용됩니다. 테스트는 일반적으로 측면 마모 또는 치아 뿌리 골절로 인해 기어가 실패 할 때까지 계속됩니다. 치장 온도는 견딜 수있는 하중 변화에 영향을 미치므로 기존 테스트 스탠드에서 적외선 (IR) 센서로 측정하고 제어 할 수 있습니다.

설득력있는 기계적 특성 및 엿보기의 화학 저항

기어에 대한 고성능 폴리머를 개발할 때, 다른 기계적, 열 및 마구간 요구 사항은 관련된 응력에 따라 가능한 한 많은 조화를 이루어야합니다. 특정 재료 수정은 기어 성능에 악영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 방지 특성을 개선하거나 마찰을 줄이는 데 때때로 사용되는 첨가제는 기어의 동적 기계적 거동 (입자 특성 및 플라스틱 매트릭스에 대한 접착력에 따라 다름)에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. ).

폴리 옥시 메틸렌 (POM), PA6 및 PA66과 같은 엔지니어링 플라스틱과 비교하여 고성능 플라스틱 엿보기는 기어 재료로 사용될 때 많은 장점이 있습니다. 특히 고온에서 높은 하중을 전달할 수도 있습니다. 무시할만한 수분 흡수 및 낮은 수축 및 신사 후, 성형 부품은 차원 적으로 안정적이며 열가소성 재료의 분자 구조에 기초하여 매우 화학적으로 내성이 있습니다. 이러한 특성은 기어가 모터 오일 또는 변속기 유체로 윤활 될 때 특히 중요합니다. 이는 많은 플라스틱의 부식성 환경입니다.

오일 보관은 변경되지 않습니다

기어 오일에서 완전한 접촉 저장 후 예를 들어 (그림 2), 우리는 Peek (브랜드 : Evonik Vestakeep 4000 g)이 폴리 프탈 아미드 (PPA, 브랜드 : Vestamid HTPlus, 더 내구성있는 모델을 얻음)보다 낫다는 것을 알 수 있습니다. 고온 안정성을 가진 부분적으로 방향족 폴리 아미드입니다. 엿보기 수율의 신장은 변하지 않았지만 PPA의 파손시 신장은 500 시간 동안 저장 후 크게 감소했습니다. 엿보기의 취성 특성은 수율에서의 신장에 반영되는 반면, PPA는 수율의 신장 부족으로 인해 파손시 신장에 반영됩니다. 추가 충격 강도 테스트는 기계적 취성 동작을 추가로 보여줍니다.

그림 2 : 150 ° C에서 기어 오일의 완전 접촉 저장 후 PPA의 엿보기 및 파손 신장의 수율 : PPA의 신장은 단기간에 실질적으로 감소하는 반면, 엿보기 비율의 신장은 동일하게 유지됩니다.

다른 엔지니어링 플라스틱과 비교할 때 Peek의 매우 높은 기계적 및 열 안정성은 기어 응용 분야에서 성공했습니다 . 이것은 설명 된 시험 장비를 사용하여 각각 80 ℃ 및 130 ℃에서 건조 및 오일-윤활 조건 하에서 고 분자량 연도 엿보기로 만든 테스트 기어 (도 3)에 의해 설명된다 (도 3). 플라스틱 기어는 특정 표면 경도와 거칠기가있는 피니언에 의해 650rpm에 구동됩니다. 결과적으로 오일 윤활 된 엿보기는 매우 긴 서비스 수명 동안 매우 높은 하중을 전달할 수 있습니다. 건조 조건에서, 기어는 일반적으로 측면 마모로 인해 고장이 발생하지만, 오일 윤활 조건에서는 기어가 일반적으로 피로 유발 뿌리 골절로 인해 고장입니다.

그림 3 : Vestakeep로 만든 기어의 기계식 테스트 5000 g : 오일 윤활유 기어는 여러 사이클에 걸쳐 더 높은 하중을 전달할 수 있습니다.

엿보기 마찰을 줄입니다

엿보기의 추가 장점에는 우수한 Tribological 및 Wear 특성, 특히 낮은 마모 및 마찰 계수가 포함됩니다. 후자는 건조 또는 윤활유가 있든 에너지 절약을 보장합니다. 이것은 다른 실험에서 확인되었다 (도 4). 23 ° C 및 130 ° C에서 엔진 오일의 볼-온 디스크 테스트의 강철 스틸 및 엿보기 조합의 마찰 계수는 반경 9.5mm의 스틸 볼과 강철 디스크와 엿보기 원단이있었습니다. 공부했습니다. 실험 동안, 스틸 볼에는 30N이 로딩되고 25%의 슬라이드 롤 비율로 작동되었으며, 이는 두 가지 재료 조합의 슬라이드 롤 운동을 테스트하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 4 : 모터 오일의 강철 스틸 및 엿보기 강조 조합의 마찰 계수 : 고성능 플라스틱 Vestakeep 5000 g을 사용하면 계수가 상당히 낮습니다.

소위 Stribeck 곡선은 오일 윤활 시스템에서 Peek-Steel 조합을 사용하면 매우 에너지 효율적인 솔루션을 가능하게합니다. 스틸 스틸 조합의 마찰 계수는 원래 4-7 배로 증가합니다. 이것은 엿보기의 점탄성 거동과 접촉 표면 사이의 더 낮은 허츠 압력으로 설명 할 수 있습니다.

점탄성 거동과 엿보기의 우수한 감쇠 효과는 또한 유쾌한 소음 특성의 이유입니다. 내연 엔진 노이즈가 제거되면서, 특히 전기 자동차의 경우 무음 변속기가 점점 더 중요 해지고 있습니다. 그리스 뿌리 적 헬리컬 기어 유닛에서, 엿보는 스틸 조합은 공기 중 소음을 크게 감소 시키며, 경우에 따라 10dB 이상을 감소시킨다 (도 5). 이 측정은 독일 Ruhr-University Bochum의 기계 공학 학부의 산업 및 자동차 드라이브 기술 협력 플랫폼 (IFA)에서 수행되었습니다.

그림 5 : 3000 rpm의 헬리컬 기어 유닛의 그리스 뿌리 뿌리 엿보기 및 강철 스틸 조합의 공기 중 소음 측정 : 엿보기를 사용하여 노이즈 레벨은 경우에 따라 10dB 이상 감소했습니다.

메르세데스-벤츠 : 금속 대신 플라스틱

위에서 설명한 장점은 Mercedes-Benz (헤더 이미지)의 질량 밸런서 변속기에서 엿보기 기어의 시리즈 적용을 허용합니다. 이것은이 까다로운 엔진 애플리케이션에 사용 된 최초의 엿보기 플라스틱 기어로, 이전에 전용 금속 기어를 대체합니다. 파트너를 제조 한 일련의 테스트 및 평가 후 Peek 은이 가혹한 환경에서 사용할 준비가되었습니다. 기어는 비용 효율적이고 정확한 사출 성형으로 제조되며 이전에 금속의 경우와 같이 광범위한 사후 처리가 필요하지 않습니다. 또한 운전 중 질량의 질량 모멘트는 에너지를 절약하고 부드러운 달리기 및 저 잡음 행동을 가능하게합니다.

요약 및 전망

전통적인 자동차 엔지니어링에서 로봇 공학, 드론에 이르기까지 플라스틱 기어의 잠재적 응용 프로그램은 매우 다양합니다. Peek과 같은 고성능 플라스틱은 플라스틱 기어의 사용을 더 높은 토크, 속도 및 온도 범위로 전송합니다. 이를 달성하려면 플라스틱을 염두에두고 더 작고 가볍고 에너지 효율적인 장치에서 사용할 수 있도록 플라스틱을 염두에 두어야합니다. 이 우수한 특성은 전기 자동차에 엿보기 기어의 적용을 촉진하고 메탈 기어를 더 대체 할 것입니다. 이 경우 3D 인쇄가 도움이됩니다. 또한 새로운 응용 프로그램 가능성을 열 것입니다. 더 많은 하이브리드 솔루션의 적용 및 냉각 및 윤활 채널과 같은 추가 기능의 통합도 더 많은 옵션을 제공합니다.

대체로 복잡한 다중 성분 분사 성형 성형 기술은 기어 설계에 대한 엄청난 디자인을 제공합니다. 이를 통해 치아 측면 영역에서 마모 최적화 된 플라스틱, 치아 뿌리 영역의 경도 수정 플라스틱, 금속 또는 부하 피크 주변의 영역에서 강력한 섬유 강화 플라스틱을 사용할 수 있습니다. -효과적이고 정확한 생산, 예를 들어 로터리 곰팡이를 통한. 또한 Peek 기반의 스마트 재료 제품을 사용하면 외부 윤활제가없는 Tribological Systems의 설계를 에너지 효율적이고 재료 절약 방식으로 (강화 및 첨가제를 통해) 설계 할 수 있습니다.