पीक मेटलची जागा घेते आणि प्रथम मर्सिडीज-बेंझ गिअरबॉक्स गीअर्समध्ये वापरली जाते

पीक मेटलची जागा घेते आणि प्रथम मर्सिडीज-बेंझ गिअरबॉक्स गीअर्समध्ये वापरली जाते

पॉलीथेरथरेटोन (पीईईके) सारख्या उच्च-कार्यक्षमता प्लास्टिक गीअर सुधारण्यासाठी बर्‍याच उपयुक्त संधी देतात. मर्सिडीज-बेंझ गिअरबॉक्सेसमध्ये प्रथमच पीक गिअर्सचा वापर केला जातो.

मर्सिडीज-बेंझ ट्रान्समिशनमध्ये वापरल्या जाणार्‍या वेस्टेकेप 5000 ग्रॅमपासून बनविलेले मास बॅलेन्सर गीअर्स हे प्रथम प्लास्टिक गीअर्स आहेत. हे पूर्वी वापरलेल्या मेटल गियरची जागा घेते

प्लॅस्टिक गिअर्स हळूहळू असंख्य तांत्रिक अनुप्रयोगांमध्ये पारंपारिक मेटल गीअर्सची जागा घेत आहेत कारण ते हलके, शांत आहेत, कोरडे-धावत्या गुणधर्म आहेत, कमी घर्षण आणि पोशाख आहेत आणि कार्यक्षमतेने तयार केले जाऊ शकतात. पॉलीथेरथरकेटोन (पीईईके) सारख्या उच्च-कार्यक्षमता प्लास्टिकपासून बनविलेले उत्पादने सामान्यत: अभियांत्रिकी प्लास्टिकपासून बनविलेल्या गीअर्सपेक्षा यांत्रिकरित्या, औष्णिक आणि रासायनिकदृष्ट्या अधिक स्थिर असतात आणि अशा प्रकारे विस्तारित लोड मर्यादा मूल्ये सक्षम करतात. यासाठी एक महत्त्वाची पूर्वस्थिती म्हणजे प्लास्टिकच्या प्रकारासाठी अनुरुप मूल्यांकन आणि योग्य घटक डिझाइन.

२०१ In मध्ये, जर्मनीच्या डर्मस्टॅटमध्ये एक सक्षमता केंद्राची स्थापना जर्मनीच्या डर्मस्टॅटमध्ये केली गेली, ज्यात घर्षण तणावाच्या अधीन असलेल्या घटकांच्या निर्मितीसाठी उच्च-कार्यक्षमता प्लास्टिकच्या विकासासाठी, जसे की: पीक, पॉलीमाइड 12 (पीए 12) आणि पॉलिमाइड (पीआय). पिन-ऑन-डिस्क आणि बॉल-ऑन-डिस्क चाचण्या (मिनी ट्रॅक्टरद्वारे) यासारख्या पारंपारिक पद्धती व्यतिरिक्त, त्यांनी नवीन प्रकारचे चाचणी रिग (चित्र 1) स्थापित केले.

आकृती 1: जर्मनीच्या डर्मस्टॅटमधील ट्रायबोलॉजी क्षमता केंद्राने प्लास्टिकच्या गीअर्सची चाचणी घेण्यासाठी एक गीअर टेस्ट रिग स्थापित केला आहे: घटक-विशिष्ट वैशिष्ट्यपूर्ण मूल्ये निश्चित करून हे गीअर डिझाइन सक्षम करते

प्लास्टिक गीअर्सच्या मूल्यांकनासाठी चाचणी खंडपीठ

गीअर्सचे घर्षण आणि पोशाख वर्तन जटिल आहे आणि स्टीलच्या पिनियनच्या संपर्कात असलेल्या विशिष्ट स्थानिक तणावांवर आणि ऑपरेशन दरम्यान पर्यावरणीय परिस्थितीवर अवलंबून असते. आजपर्यंत, पिन-ऑन-डिस्क चाचण्या किंवा मानक नमुन्यांवरील स्थिर आणि डायनॅमिक मेकॅनिकल चाचण्यांचे पारंपारिक संयोजन यासारख्या मॉडेल चाचण्या गीअर्सच्या विशेष जाळीमुळे ऑपरेशनमध्ये प्लास्टिकच्या गीअर्सच्या वर्तनाचे पुरेसे मूल्यांकन करण्यास सक्षम नाहीत. त्याऐवजी, डिझाइनसाठी घटक-विशिष्ट वैशिष्ट्यपूर्ण मूल्ये नवीन गीयर टेस्ट रिगवरील घटक चाचण्यांमध्ये प्लास्टिक गीअर्सवर निर्धारित केली जाऊ शकतात. डायनॅमिक फ्रिक्शन आणि मेकॅनिकल अल्टरनेटिंग लोड्स मेटल चालवलेल्या पिनियनद्वारे प्लास्टिकच्या गिअरच्या दातांद्वारे परिभाषित टॉर्क लोड, वेग आणि तापमानाच्या परिस्थितीत लागू केले जातात. तेल किंवा ग्रीस इत्यादीसह वंगण घातलेल्या प्लास्टिक गीअर्सची तुलना कोरड्या चालणार्‍या प्लास्टिकच्या गिअर्सशी केली जाऊ शकते.



दात लोड क्षमता निश्चित करण्यासाठी आणि वेगवेगळ्या लोड सेटचे गुणांक परिधान करण्यासाठी जर्मन व्हीडीआय 2736-4 मानक ("थर्माप्लास्टिक गीअर्स: गीअर लोड क्षमता वैशिष्ट्यांचा निर्धारण") नुसार चाचणी घेण्यात आली आहे. ग्राहकांना डिझाइन ऑप्टिमाइझ करण्यात मदत करण्यासाठी हे परिणाम व्यावसायिक गीअर डिझाइन सिम्युलेशन प्रोग्राममधील कच्चा डेटा म्हणून वापरले जातात. फ्लॅंक पोशाख किंवा दात रूट फ्रॅक्चरमुळे गियर अयशस्वी होईपर्यंत चाचणी सामान्यत: चालू राहते. दात मूळ तापमानात ते प्रतिकार करू शकणार्‍या लोड भिन्नतेवर परिणाम करते, जेणेकरून ते विद्यमान चाचणी स्टँडवर इन्फ्रारेड (आयआर) सेन्सरद्वारे मोजले जाऊ शकते आणि नियंत्रित केले जाऊ शकते.

यांत्रिक गुणधर्म आणि डोकावण्याचे रासायनिक प्रतिकार पटवणे

गीअर्ससाठी उच्च-कार्यक्षमता पॉलिमर विकसित करताना, त्यातील तणावानुसार भिन्न यांत्रिक, थर्मल आणि ट्रायबोलॉजिकल आवश्यकता शक्य तितक्या सुसंवादित केल्या पाहिजेत. काही सामग्री बदल गीअर कामगिरीवर विपरित परिणाम करू शकतात. उदाहरणार्थ, कधीकधीविरोधी गुणधर्म सुधारण्यासाठी किंवा घर्षण कमी करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या itive डिटिव्हज गीयरच्या गतिशील यांत्रिक वर्तनावर नकारात्मक परिणाम करू शकतात (कण वैशिष्ट्यांनुसार आणि प्लास्टिकच्या मॅट्रिक्सशी त्याचे चिकटपणा) जर ते दोष किंवा क्रॅकच्या संभाव्यतेचे स्रोत बनले तर ).

पॉलीऑक्सिमेथिलीन (पीओएम), पीए 6 आणि पीए 66 सारख्या अभियांत्रिकी प्लास्टिकच्या तुलनेत, गीअर मटेरियल म्हणून वापरताना उच्च-कार्यक्षमता प्लास्टिकच्या पीकचे बरेच फायदे आहेत. विशेषतः, हे उच्च तापमानात उच्च भार देखील हस्तांतरित करू शकते. त्याच्या नगण्य पाण्याचे शोषण आणि कमी संकोचन आणि संकटानंतरचे भाग, मोल्ड केलेले भाग आयामी स्थिर आहेत आणि थर्माप्लास्टिक सामग्रीच्या आण्विक संरचनेवर आधारित, हे अत्यंत रासायनिक प्रतिरोधक देखील आहे. जेव्हा मोटार तेल किंवा ट्रान्समिशन फ्लुइडसह गीअर्स वंगण घातले जातात तेव्हा हे गुणधर्म विशेषतः महत्त्वपूर्ण असतात, जे बर्‍याच प्लास्टिकसाठी एक संक्षारक वातावरण आहे.

तेलात साठवण कायम आहे

गीअर ऑइलमध्ये पूर्ण संपर्क संचयनानंतर वाढीचा दर घेतल्यास (आकृती 2), आम्ही पाहू शकतो की पॉलीफ्थॅलामाइड (पीपीए, ब्रँड: वेस्टॅमिड एचटीप्लस, अधिक टिकाऊ मॉडेल जिंकून) पीक (ब्रँड: इव्होनीक वेस्टेकेप 4000 ग्रॅम) चांगले आहे. उच्च तापमान स्थिरतेसह एक अंशतः सुगंधित पॉलिमाइड आहे. पीकच्या उत्पन्नातील वाढीव वाढ बदलली नाही, परंतु पीपीएच्या ब्रेकवरील वाढ 500 तास स्टोरेजनंतर लक्षणीय घटली. पीईकेची ठिसूळ वैशिष्ट्ये उत्पन्नाच्या वाढीमध्ये प्रतिबिंबित होतात, तर पीपीए उत्पादनात वाढीच्या अभावामुळे ब्रेकच्या वेळी वाढीच्या वेळी प्रतिबिंबित होते. अतिरिक्त प्रभाव सामर्थ्य चाचण्या त्याच्या यांत्रिकी दमदार वर्तनास पुढे दर्शवितात.

आकृती 2: गीअर ऑइलमध्ये पूर्ण संपर्क स्टोरेज नंतर 150 डिग्री सेल्सिअस तापमानात पीपीएचे पीईके आणि ब्रेक वाढविणे उत्पन्न वाढवणे: पीपीएचे वाढ काही वेळात मोठ्या प्रमाणात कमी होते, तर डोकावण्याचे दर वाढविणे समान आहे.

इतर अभियांत्रिकी प्लास्टिकच्या तुलनेत, पीकच्या अत्यंत उच्च यांत्रिक आणि थर्मल स्थिरतेमुळे गियर अनुप्रयोगांमध्ये ते यशस्वी झाले आहे. वर्णन केलेल्या चाचणी रिग (चित्र 3) वापरून अनुक्रमे 80 डिग्री सेल्सियस आणि 130 डिग्री सेल्सिअस तापमानात कोरड्या आणि तेल-वंगण घातलेल्या परिस्थितीत उच्च आण्विक वजनाच्या ड्युटाईल डोकावून बनविलेल्या गीअर्सची चाचणी करून हे स्पष्ट केले आहे. प्लास्टिकचे गिअर विशिष्ट पृष्ठभाग कडकपणा आणि उग्रपणासह पिनियनद्वारे 650 आरपीएमवर चालविले जाते. याचा परिणाम असा आहे की तेल-वंगण असलेले पीईके अत्यंत लांब सेवा आयुष्यात अत्यंत उच्च भार प्रसारित करू शकते. कोरड्या-चालू परिस्थितीत, गीअर्स सामान्यत: फ्लॅंक पोशाखांमुळे अपयशी ठरतात, तर तेल-वंगण घातलेल्या परिस्थितीत, थकवा-प्रेरित रूट फ्रॅक्चरमुळे गिअर्स सामान्यत: अपयशी ठरतात.

आकृती 3: वेस्टेकेप 5000 ग्रॅमच्या गीअर्सची यांत्रिक चाचणी: तेल-वंगणयुक्त पीईईके गिअर्स एकाधिक चक्रांवर उच्च भार प्रसारित करू शकते

डोकावून घर्षण कमी करा

पीईकेच्या अतिरिक्त फायद्यांमध्ये उत्कृष्ट ट्रायबोलॉजिकल आणि वेअर प्रॉपर्टीज, विशेषत: कमी पोशाख आणि घर्षण गुणांक समाविष्ट आहेत. नंतरचे कोरडे किंवा वंगण चालत असले तरी उर्जा बचतीची खात्री देते. दुसर्‍या प्रयोगात याची पुष्टी झाली (चित्र 4). स्टील-स्टील आणि पीक-स्टील संयोजनांचे घर्षण गुणांक 23 डिग्री सेल्सियस आणि 130 डिग्री सेल्सिअस तापमानात बॉल-ऑन-डिस्क टेस्टमध्ये 9.5 मिमी आणि स्टील डिस्क आणि एक स्टील डिस्क आणि पीईईके सर्कल डिस्कसह स्टील बॉल पास करून अभ्यास. प्रयोगादरम्यान, स्टीलचा बॉल 30 एनने लोड केला गेला आणि 25%च्या स्लाइड-रोल रेशोसह ऑपरेट केला गेला, जो दोन सामग्री संयोजनांच्या स्लाइड-रोल गतीची चाचणी घेण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

अंजीर 4: मोटर तेलांमध्ये स्टील-स्टील आणि पीक-स्टील संयोजनांचे घर्षण गुणांक: उच्च-कार्यक्षमता प्लास्टिकच्या वेस्टेकेप 5000 ग्रॅमच्या वापरासह गुणांक लक्षणीय प्रमाणात कमी आहेत

तथाकथित स्ट्रिबॅक वक्र दर्शविते की तेल-वंगण असलेल्या प्रणालींमध्ये पीक-स्टील संयोजनांचा वापर केल्याने अत्यंत ऊर्जा-कार्यक्षम समाधान सक्षम होते. स्टील-स्टील संयोजनाच्या घर्षणाचे गुणांक मूळ 4-7 वेळा वाढविले जाते. हे पीईईकेच्या व्हिस्कोइलेस्टिक वर्तन आणि संपर्क पृष्ठभागांमधील परिणामी कमी हर्टझियन प्रेशरद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते.

व्हिस्कोइलास्टिक वर्तन आणि पीईईकेचा चांगला ओलसर परिणाम देखील त्याच्या सुखद आवाजाच्या वैशिष्ट्यांची कारणे आहेत. अंतर्गत दहन इंजिनच्या आवाजाच्या निर्मूलनामुळे, मूक ट्रान्समिशन अधिकाधिक महत्वाचे बनत आहेत, विशेषत: इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी. ग्रीस-वंगण असलेल्या हेलिकल गिअर युनिट्समध्ये, पीक-स्टील संयोजन वायूजन्य आवाजात लक्षणीय कमी करते, काही प्रकरणांमध्ये 10 डीबीपेक्षा जास्त (चित्र 5). जर्मनीच्या रुहर-युनिव्हर्सिटी बोचम येथील मेकॅनिकल इंजिनिअरिंगच्या विद्याशाखेत औद्योगिक आणि ऑटोमोटिव्ह ड्राइव्ह तंत्रज्ञान सहकार्य प्लॅटफॉर्म (आयएफए) येथे मोजमाप केले गेले.

आकृती 5: 3000 आरपीएम वर हेलिकल गियर युनिटमध्ये ग्रीस-वंगणयुक्त पीक-स्टील आणि स्टील-स्टील संयोजनांचे हवाई आवाज मोजमाप: पीईकेचा वापर करून, काही प्रकरणांमध्ये आवाजाची पातळी 10 डीबीपेक्षा कमी केली गेली.

मर्सिडीज-बेंझ: धातूऐवजी प्लास्टिक

वर वर्णन केलेल्या फायद्यांमुळे मर्सिडीज-बेंझ (शीर्षलेख प्रतिमा) कडून मास बॅलेन्सर ट्रान्समिशनमध्ये पीईईके गीअर्सच्या मालिकेच्या अनुप्रयोगास अनुमती मिळते. पूर्वीच्या समर्पित मेटल गीअर्सची जागा बदलून या आव्हानात्मक इंजिन अनुप्रयोगात वापरल्या जाणार्‍या हे प्रथम डोकावलेले प्लास्टिक गियर आहे. मॅन्युफॅक्चरिंग पार्टनर्सद्वारे अनेक चाचण्या आणि मूल्यांकनांच्या मालिकेनंतर, पीक या कठोर वातावरणात वापरण्यासाठी तयार आहे. गीअर्स इंजेक्शन मोल्डिंगद्वारे तयार केले जातात, जे खर्च-प्रभावी आणि तंतोतंत आहे आणि त्यापूर्वी मेटलच्या बाबतीत पूर्वीच्या काळात विस्तृत पोस्ट-प्रोसेसिंगची आवश्यकता नाही. याव्यतिरिक्त, ड्रायव्हिंग दरम्यान जडपणाचा कमी मास क्षण उर्जा वाचवते आणि गुळगुळीत धावणे आणि कमी-आवाज वर्तन सक्षम करते.

सारांश आणि दृष्टीकोन

पारंपारिक ऑटोमोटिव्ह अभियांत्रिकीपासून ते रोबोटिक्सपर्यंत ड्रोनपर्यंत, प्लास्टिकच्या गीअर्ससाठी संभाव्य अनुप्रयोग अत्यंत वैविध्यपूर्ण आहेत. पीक सारख्या उच्च-कार्यक्षमतेचे प्लास्टिक उच्च टॉर्क, वेग आणि तापमान श्रेणींमध्ये संक्रमणामध्ये प्लास्टिक गीअर्सचा वापर विस्तृत करते. हे साध्य करण्यासाठी, त्यांना प्लास्टिक लक्षात ठेवून डिझाइन केले जाणे आवश्यक आहे जेणेकरून ते लहान, फिकट आणि अधिक ऊर्जा-कार्यक्षम उपकरणांमध्ये वापरले जाऊ शकतात. हे उत्कृष्ट गुणधर्म इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये पीक गीअर्सच्या अनुप्रयोगास प्रोत्साहित करतील आणि मेटल गीअर्सची जागा घेईल. 3 डी प्रिंटिंग या प्रकरणात मदत करेल. हे नवीन अनुप्रयोग शक्यता देखील उघडेल. अधिक हायब्रीड सोल्यूशन्सचा अनुप्रयोग आणि कूलिंग आणि वंगण चॅनेल सारख्या अतिरिक्त कार्ये समाकलित केल्याने अधिक पर्याय देखील आणले जातात.

सर्व काही, जटिल मल्टी-कंपोनेंट इंजेक्शन मोल्डिंग तंत्रज्ञान गियर डिझाइनसाठी प्रचंड डिझाइन स्वातंत्र्य आणते. यामुळे दात फ्लॅंक क्षेत्रात पोशाख-ऑप्टिमाइझ्ड प्लास्टिक बनलेली उत्पादने, दात मूळ क्षेत्रातील कडकपणा-सुधारित प्लास्टिक, लोड पीकच्या सभोवतालच्या क्षेत्रात धातू किंवा अत्यंत ताणतणावाच्या फायबर-प्रबलित प्लास्टिक इत्यादींचा वापर करणे शक्य होते. -प्रभावी आणि तंतोतंत उत्पादन, उदा. रोटरी मोल्डद्वारे. याव्यतिरिक्त, पीईईके-आधारित स्मार्ट मटेरियल उत्पादने ऊर्जा-कार्यक्षम आणि भौतिक-बचत पद्धतीने (मजबुतीकरण आणि itive डिटिव्ह्जद्वारे) बाह्य वंगणविना ट्रायबोलॉजिकल सिस्टमची रचना सक्षम करतात.