帝斯曼工程材料

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塑料齿轮有助于轻型车辆,提高燃油效率

23 九月 2019

几十年来,科学家和工程师一直致力于改进用于齿轮的材料,同时试图克服一些挑战,例如由于疲劳导致齿轮齿根部断裂,齿侧齿磨损,局部过热,噪音过大,冲击 装载或硬停,以及噪音振动问题。

如今,烧结金属齿轮正在被汽车中的高性能塑料齿轮取代,因为对轻型车辆的需求和提高燃油效率远非仅仅是一种趋势 - 它是通过满足新的和即将出台的减少排放的立法来推动的,这必须满足成本效益的解决方案 - 因此,改进齿轮设计的研究和测试仍在继续。

轻型汽车的成本效益解决方案之一是起停电机,其中齿轮由具有优异机械和摩擦性能的塑料制成。 这些塑料齿轮减轻了重量和成本。 塑料齿轮还用于其他汽车应用,包括发动机管理执行器和动力提升系统,如电动助力转向和电动制动增压 - 但在本文中,我们将重点关注启停电机应用和DSM的齿轮测试能力。

启停电机应用

传统的起动电机在车辆的使用寿命期间可以看到多达40,000个发动机启动,或者每个塑料环形齿轮齿可以看到多达1300万个负载循环。 将其与启动/停止启动电机进行比较,启动/停止启动电机每个齿轮齿的启动次数可达350,000次或最多4500次负载循环。

此外,启动/停止启动马达可将燃油消耗降低15%,二氧化碳排放降低8%。 随着汽车行业努力减少二氧化碳排放和车辆重量,很容易理解为什么汽车制造商想要一种由低重量材料制成的齿轮,例如塑料,它具有出色的疲劳性能和磨损率,可满足耐久性要求。 帝斯曼的Stanyl满足各种额定功率下的严苛材料要求。

现场摩擦模拟和应用测试方法

为了最好地利用Stanyl的摩擦学性能并理解应用与材料的磨损和摩擦性能之间的理论和实践关系,DSM进行各种测试以了解界面和环境温度条件。

DSM的方法不仅仅是测试,还包括行业标准,将测试参数与应用程序相关联,以模拟实际情况。 将此与我们基础研究团队的广泛知识库相结合,使我们能够确定需要改进哪些材料属性。 为了进行这项先进的测试,帝斯曼对其测试设备进行了修改,除压力和滑动速度变量外,还包括精确的温度控制,以便最好地满足实际应用。

在荷兰Geleen的材料科学中心,推力垫圈试验机包括热管理,通过冷却和在摩擦界面加热至200°C来主动控制温度。 我们还提高了机械稳定性,以提高测量精度,包括温度扫描,滑动速度扫描或磨损率运行(见下图)。 我们还可以测量润滑条件下的磨损和摩擦,以获得润滑系统中齿轮应用的知识。

帝斯曼还有一个磁盘测试仪,它可以相互运行两个磁盘,在高达150°C的受控温度下测试聚合物到聚合物或金属到聚合物的性能,速度可达2,000 rpm(3.6m / s) ,最大法向力为2000N。 它还测试滑动和滚动组合,以更好地模拟齿轮啮合中的实际情况。

帝斯曼拥有一个现场最先进的齿轮测试仪,用于验证应用级别的材料性能,并将其与基本材料特性(如抗拉强度,抗疲劳性和摩擦学特性)相关联。

通过齿轮测试仪,我们可以改变扭矩,速度,环境温度和润滑效果。

这张照片给出了这款齿轮测试仪的印象。 该机器可以改变齿轮中心距离,可用于分析齿轮性能的齿隙效应。

齿轮测试的结果(见下图)显示,在2.5 Nm时,Stanyl在失效前达到200k循环,而其他材料达到40k循环或更低。 在高负荷下,与替代材料相比,寿命更长。 此外,对于200k周期的寿命,Stanyl可实现2.5 Nm扭矩; 其他材料只能达到2 Nm或更低 - 齿轮的重量更轻,并且需要在给定的使用寿命内节省设计空间。

帝斯曼与世界各地的原始设备制造商和一级零件制造商合作开发和测试新的齿轮设计,以改进用于电机管理,发动机控制和发动机应用的齿轮和执行器。

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