पीक मेटल को बदल देता है और पहली बार मर्सिडीज-बेंज गियरबॉक्स गियर में उपयोग किया जाता है

पीक मेटल को बदल देता है और पहली बार मर्सिडीज-बेंज गियरबॉक्स गियर में उपयोग किया जाता है

उच्च प्रदर्शन वाले प्लास्टिक जैसे कि पॉलीथरथेकेटोन (PEEK) गियर सुधार के लिए कई उपयोगी अवसर प्रदान करते हैं। मर्सिडीज-बेंज गियरबॉक्स में पहली बार पीक गियर का उपयोग किया जाता है।

वेस्टकेप 5000 ग्राम से बने मास बैलेंसर गियर मर्सिडीज-बेंज ट्रांसमिशन में इस्तेमाल किए जाने वाले पहले प्लास्टिक गियर हैं। यह पहले उपयोग किए जाने वाले धातु गियर की जगह लेता है

प्लास्टिक गियर धीरे-धीरे कई तकनीकी अनुप्रयोगों में पारंपरिक धातु गियर की जगह ले रहे हैं क्योंकि वे हल्के, शांत होते हैं, अच्छे सूखे-चलने वाले गुण होते हैं, कम घर्षण और पहनते हैं, और कुशलता से निर्मित किया जा सकता है। उच्च प्रदर्शन वाले प्लास्टिक से बने उत्पाद जैसे कि पॉलीथरथेकेटोन (PEEK) आम तौर पर इंजीनियरिंग प्लास्टिक से बने गियर की तुलना में यंत्रवत्, थर्मल और रासायनिक रूप से अधिक स्थिर होते हैं और इस प्रकार विस्तारित लोड सीमा मानों को सक्षम करते हैं। इसके लिए एक महत्वपूर्ण शर्त प्लास्टिक के प्रकार के लिए अनुरूपता मूल्यांकन और उपयुक्त घटक डिजाइन है।

2018 में, ट्राइबोलॉजी के लिए एक सक्षमता केंद्र की स्थापना डार्मस्टैड, जर्मनी में की गई थी, घटक तनाव के अधीन घटकों के उत्पादन के लिए उच्च-प्रदर्शन प्लास्टिक के विकास के लिए, जैसे: पीक, पॉलीमाइड 12 (पीए 12) और पॉलीमाइड (पीआई)। पारंपरिक तरीकों जैसे कि पिन-ऑन-डिस्क और बॉल-ऑन-डिस्क परीक्षण (मिनी ट्रैक्टर्स के माध्यम से) के अलावा, उन्होंने एक नए प्रकार का परीक्षण रिग (छवि 1) स्थापित किया।

चित्रा 1: जर्मनी के डार्मस्टैड में ट्राइबोलॉजी सक्षमता केंद्र ने प्लास्टिक गियर के परीक्षण के लिए एक गियर टेस्ट रिग स्थापित किया है: यह घटक-विशिष्ट विशेषता मूल्यों का निर्धारण करके गियर डिजाइन को सक्षम करता है

प्लास्टिक गियर के मूल्यांकन के लिए परीक्षण बेंच

गियर का घर्षण और पहनने का व्यवहार जटिल है और स्टील पिनियन और ऑपरेशन के दौरान पर्यावरणीय परिस्थितियों के संपर्क में विशिष्ट स्थानीय तनावों पर निर्भर करता है। आज तक, न तो मॉडल परीक्षण जैसे कि पिन-ऑन-डिस्क परीक्षणों और न ही मानक नमूनों पर स्थैतिक और गतिशील यांत्रिक परीक्षणों के पारंपरिक संयोजन गियर की विशेष मेशिंग स्थितियों के कारण ऑपरेशन में प्लास्टिक गियर के व्यवहार का पर्याप्त रूप से मूल्यांकन करने में सक्षम हैं। इसके बजाय, डिजाइन के लिए घटक-विशिष्ट विशेषता मूल्यों को नए गियर परीक्षण रिग पर घटक परीक्षणों में प्लास्टिक गियर पर निर्धारित किया जा सकता है। डायनेमिक घर्षण और यांत्रिक वैकल्पिक लोड को परिभाषित टोक़ लोड, गति और तापमान की स्थिति के तहत प्लास्टिक गियर दांतों के लिए धातु संचालित पिनियन के माध्यम से लागू किया जाता है। तेल या ग्रीस आदि के साथ स्नेहित प्लास्टिक गियर की तुलना शुष्क चलने वाले प्लास्टिक गियर से की जा सकती है।



दाँत लोड क्षमता को निर्धारित करने और विभिन्न लोड सेटों के गुणांक पहनने के लिए जर्मन वीडीआई 2736-4 मानक ("थर्माप्लास्टिक गियर: गियर लोड क्षमता विशेषताओं का निर्धारण") के अनुसार परीक्षण किया जाता है। इन परिणामों का उपयोग पेशेवर गियर डिजाइन सिमुलेशन कार्यक्रमों में कच्चे डेटा के रूप में किया जाता है ताकि ग्राहकों को डिजाइनों को अनुकूलित करने में मदद मिल सके। आमतौर पर परीक्षण तब तक जारी रहता है जब तक कि गियर फ्लैंक वियर या टूथ रूट फ्रैक्चर के कारण विफल नहीं हो जाता। टूथ रूट तापमान उस लोड भिन्नता को प्रभावित करता है जिसे वह झेल सकता है, इसलिए इसे मौजूदा परीक्षण स्टैंड पर अवरक्त (आईआर) सेंसर के साथ मापा और नियंत्रित किया जा सकता है।

यांत्रिक गुणों और पीक के रासायनिक प्रतिरोध को आश्वस्त करना

गियर के लिए उच्च-प्रदर्शन पॉलिमर विकसित करते समय, विभिन्न यांत्रिक, थर्मल और ट्राइबोलॉजिकल आवश्यकताओं को शामिल तनावों के अनुसार जितना संभव हो उतना सामंजस्य स्थापित किया जाना चाहिए। कुछ सामग्री संशोधन गियर प्रदर्शन को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एडिटिव्स जो कभी-कभी एंटी-वियर गुणों में सुधार करने या घर्षण को कम करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, एक गियर के गतिशील यांत्रिक व्यवहार को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकते हैं (कण विशेषताओं और प्लास्टिक मैट्रिक्स के लिए इसके आसंजन पर निर्भर करता है) यदि वे दोष या दरार की संभावना का स्रोत बन जाते हैं )।

इंजीनियरिंग प्लास्टिक जैसे कि पॉलीऑक्सिमेथिलीन (POM), PA6 और PA66 के साथ तुलना में, उच्च प्रदर्शन वाले प्लास्टिक की झलक गियर सामग्री के रूप में उपयोग किए जाने पर कई फायदे हैं। विशेष रूप से, यह उच्च तापमान पर उच्च भार भी स्थानांतरित कर सकता है। इसके नगण्य जल अवशोषण और कम संकोचन और पोस्ट-सिकुड़न के कारण, ढाले हुए भाग आयामी रूप से स्थिर होते हैं, और थर्माप्लास्टिक सामग्रियों की आणविक संरचना के आधार पर, यह बेहद रासायनिक रूप से प्रतिरोधी भी है। ये गुण विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं जब गियर मोटर तेल या ट्रांसमिशन द्रव के साथ चिकनाई की जाती हैं, जो कई प्लास्टिक के लिए एक संक्षारक वातावरण है।

तेल में भंडारण अपरिवर्तित रहता है

गियर ऑयल में पूर्ण संपर्क भंडारण के बाद एक उदाहरण (चित्रा 2) के रूप में बढ़ाव दर लेते हुए, हम देख सकते हैं कि पीक (ब्रांड: इवोनिक वेस्टकेप 4000 ग्राम) पॉलीफथैलेमाइड (पीपीए, ब्रांड: वेस्टामिड एचटीप्लस, अधिक टिकाऊ मॉडल जीतने) से बेहतर है। उच्च तापमान स्थिरता के साथ एक आंशिक रूप से सुगंधित पॉलीमाइड है। पीक की उपज पर बढ़ाव नहीं बदला, लेकिन पीपीए के ब्रेक पर बढ़ाव 500 घंटे के लिए भंडारण के बाद काफी कम हो गया। पीक की भंगुर विशेषताओं को उपज में बढ़ाव में परिलक्षित किया जाता है, जबकि पीपीए उपज में बढ़ाव की कमी के कारण ब्रेक में बढ़ाव में परिलक्षित होता है। अतिरिक्त प्रभाव शक्ति परीक्षण आगे इसके यांत्रिक उत्सर्जन व्यवहार को प्रदर्शित करते हैं।

चित्रा 2: 150 डिग्री सेल्सियस पर गियर तेल में पूर्ण संपर्क भंडारण के बाद पीपीए की पीक और ब्रेक बढ़ाव की उपज बढ़ाव: पीपीए का बढ़ाव कम समय में काफी कम हो जाता है, जबकि पीक दर का बढ़ाव समान रहता है।

अन्य इंजीनियरिंग प्लास्टिक की तुलना में, PEEK के अत्यधिक उच्च यांत्रिक और थर्मल स्थिरता ने इसे गियर अनुप्रयोगों में ssful बना दिया है। यह वर्णित परीक्षण रिग (छवि 3) का उपयोग करके क्रमशः 80 डिग्री सेल्सियस और 130 डिग्री सेल्सियस पर सूखे और तेल-लुब्रिकेटेड स्थितियों के तहत उच्च आणविक भार नमनीय झलक से बने गियर का परीक्षण करके सचित्र है। प्लास्टिक गियर को 650rpm पर एक विशिष्ट सतह कठोरता और खुरदरापन के साथ एक पिनियन द्वारा संचालित किया जाता है। नतीजा यह है कि तेल-चिकनाई वाली पीक एक बहुत लंबे सेवा जीवन में अत्यधिक उच्च भार प्रसारित कर सकती है। सूखी-रनिंग स्थितियों के तहत, गियर आमतौर पर फ्लैंक वियर के कारण विफल होते हैं, जबकि तेल-लुब्रिकेटेड स्थितियों के तहत, गियर आमतौर पर थकान-प्रेरित रूट फ्रैक्चर के कारण विफल होते हैं।

चित्रा 3: वेस्टकेप 5000 जी से बने गियर का यांत्रिक परीक्षण: तेल-लुब्रिकेटेड पीक गियर कई चक्रों पर उच्च भार प्रसारित कर सकते हैं

झलक के साथ घर्षण कम करें

पीक के अतिरिक्त लाभों में उत्कृष्ट ट्राइबोलॉजिकल और पहनने के गुण शामिल हैं, विशेष रूप से कम पहनने और घर्षण के गुणांक। उत्तरार्द्ध ऊर्जा की बचत सुनिश्चित करता है कि क्या सूखा या चिकनाई चल रहा है। यह एक अन्य प्रयोग (छवि 4) में पुष्टि की गई थी। 9.5 मिमी और एक स्टील डिस्क और एक पीक सर्कल डिस्क के त्रिज्या के साथ स्टील की गेंद को पास करके 23 डिग्री सेल्सियस और 130 डिग्री सेल्सियस पर इंजन तेल में बॉल-ऑन-डिस्क परीक्षणों में स्टील-स्टील और पीक-स्टील संयोजनों के घर्षण गुणांक और एक स्टील डिस्क और एक पीक सर्कल डिस्क था अध्ययन किया। प्रयोग के दौरान, स्टील बॉल को 30N के साथ लोड किया गया था और 25%के स्लाइड-रोल अनुपात के साथ संचालित किया गया था, जिसका उपयोग दो सामग्री संयोजनों के स्लाइड-रोल गति का परीक्षण करने के लिए किया जा सकता है।

अंजीर। 4: मोटर तेलों में स्टील-स्टील और पीक-स्टील संयोजनों के घर्षण गुणांक: उच्च-प्रदर्शन प्लास्टिक वेस्टकेप 5000 ग्राम के उपयोग के साथ गुणांक काफी कम हैं

तथाकथित स्ट्राइबेक वक्र से पता चलता है कि तेल-चिकनाई प्रणालियों में पीक-स्टील संयोजनों का उपयोग बेहद ऊर्जा-कुशल समाधानों को सक्षम करता है। स्टील-स्टील संयोजन के घर्षण का गुणांक मूल 4-7 गुना तक बढ़ जाता है। यह संपर्क सतहों के बीच पीक के विस्कोलेस्टिक व्यवहार और परिणामस्वरूप कम हर्ट्जियन दबाव द्वारा समझाया जा सकता है।

Viscoelastic व्यवहार और PEEK का अच्छा भिगोना प्रभाव भी इसकी सुखद शोर विशेषताओं के कारण हैं। आंतरिक दहन इंजन शोर के उन्मूलन के साथ, मूक प्रसारण अधिक से अधिक महत्वपूर्ण हो रहे हैं, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए। ग्रीस-लुब्रिकेटेड पेचदार गियर इकाइयों में, पीक-स्टील संयोजन कुछ मामलों में 10DB (छवि 5) से अधिक मामलों में, हवाई शोर को काफी कम कर देता है। माप को Ruhr-University Bochum, जर्मनी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के संकाय में औद्योगिक और मोटर वाहन ड्राइव प्रौद्योगिकी सहयोग मंच (IFA) में किया गया था।

चित्रा 5: 3000 आरपीएम पर एक पेचदार गियर यूनिट में ग्रीस-लुब्रिकेटेड पीक-स्टील और स्टील-स्टील संयोजनों के एयरबोर्न शोर माप: पीक का उपयोग करके, कुछ मामलों में शोर का स्तर 10 डीबी से भी कम हो गया था

मर्सिडीज-बेंज: धातु के बजाय प्लास्टिक

ऊपर वर्णित फायदे मर्सिडीज-बेंज (हेडर इमेज) से मास बैलेंसर ट्रांसमिशन में पीक गियर के सीरीज़ एप्लिकेशन की अनुमति देते हैं। यह इस चुनौतीपूर्ण इंजन एप्लिकेशन में उपयोग किया जाने वाला पहला पीक प्लास्टिक गियर है, जो पहले से समर्पित धातु गियर की जगह लेता है। निर्माण भागीदारों द्वारा परीक्षण और मूल्यांकन की एक श्रृंखला के बाद, PEEK इस कठोर वातावरण में उपयोग के लिए तैयार है। गियर्स को इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा निर्मित किया जाता है, जो लागत प्रभावी और सटीक है, और व्यापक पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता नहीं होती है जैसा कि पहले धातु के साथ मामला था। इसके अलावा, ड्राइविंग के दौरान जड़ता का निचला द्रव्यमान क्षण ऊर्जा बचाता है और सुचारू रूप से चलने और कम-शोर वाले व्यवहार को सक्षम करता है।

सारांश और दृष्टिकोण

पारंपरिक ऑटोमोटिव इंजीनियरिंग से लेकर रोबोटिक्स तक ड्रोन तक, प्लास्टिक गियर के लिए संभावित अनुप्रयोग बेहद विविध हैं। उच्च प्रदर्शन वाले प्लास्टिक जैसे कि पीक उच्च टोक़, गति और तापमान सीमाओं के लिए प्रसारण में प्लास्टिक गियर के उपयोग का विस्तार करते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, उन्हें प्लास्टिक को ध्यान में रखते हुए डिजाइन किया जाना चाहिए ताकि उनका उपयोग छोटे, हल्के और अधिक ऊर्जा-कुशल उपकरणों में किया जा सके। ये उत्कृष्ट गुण इलेक्ट्रिक वाहनों में पीक गियर के आवेदन को बढ़ावा देंगे और आगे धातु के गियर को बदल देंगे। 3 डी प्रिंटिंग इस मामले में मदद करेगी। यह नई एप्लिकेशन संभावनाओं को भी खोलेगा। अधिक हाइब्रिड समाधानों का अनुप्रयोग और कूलिंग और स्नेहन चैनलों जैसे अतिरिक्त कार्यों के एकीकरण से अधिक विकल्प भी लाते हैं।

सभी में, जटिल बहु-घटक इंजेक्शन मोल्डिंग तकनीक गियर डिजाइन के लिए भारी डिजाइन स्वतंत्रता लाती है। यह टूथ फ्लैंक क्षेत्र में पहनने-अनुकूलित प्लास्टिक से बने उत्पादों का उपयोग करना संभव बनाता है, टूथ रूट क्षेत्र में कठोरता-संशोधित प्लास्टिक, धातु या अत्यधिक तनावग्रस्त फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक लोड शिखर के आसपास के क्षेत्र में वे लागत सक्षम करते हैं। -फेरेक्टिव और सटीक उत्पादन, जैसे रोटरी मोल्ड्स के माध्यम से। इसके अलावा, PEEK- आधारित स्मार्ट सामग्री उत्पाद एक ऊर्जा-कुशल और सामग्री-बचत तरीके (सुदृढीकरण और एडिटिव्स के माध्यम से) में बाहरी स्नेहक के बिना आदिवासी प्रणालियों के डिजाइन को सक्षम करते हैं।