Przekładnie z tworzyw sztucznych zmierzają w kierunku większych rozmiarów, bardziej złożonej geometrii i większej wytrzymałości, przy czym ważną rolę odgrywają wysokowydajne żywice i długie kompozyty wypełnione włóknem szklanym. W ciągu ostatnich 50 lat przekładnie z tworzyw sztucznych przeszły zmianę z nowego materiału na ważny materiał przemysłowy.

Obecnie są one wbudowane w wiele różnych aplikacji, takich jak samochody, zegarki, maszyny do szycia, urządzenia do kontroli strukturalnej i pociski rakietowe, w celu przenoszenia momentu obrotowego i formy ruchu. Oprócz istniejących aplikacji, nadal będą pojawiać się nowe i trudniejsze zastosowania przekładni, a trend ten jest nadal w toku.

Przemysł motoryzacyjny stał się jednym z najszybciej rozwijających się obszarów przekładni z tworzyw sztucznych, a ta pomyślna zmiana jest zachęcająca. Producenci samochodów starają się znaleźć systemy pomocnicze dla wszystkich rodzajów napędów samochodowych.

Potrzebują raczej silników i przekładni niż zasilania, hydrauliki czy kabli. Zmiana ta doprowadziła do penetracji plastikowych przekładni napędowych w szerokim zakresie zastosowań, od drzwi windowych, siedzeń i reflektorów śledzących po siłowniki hamulcowe, elektryczne segmenty przepustnicy, regulatory turbin i wiele innych.

Zastosowanie plastikowych przekładni napędowych jest dalej rozszerzane. Precyzyjne plastikowe koła zębate są często używane do zastępowania obrabianych metalowych kół zębatych w zastosowaniach, w których wymagane są duże rozmiary, takich jak napędy pralek wykorzystujące tworzywa sztuczne, co zmienia limit rozmiaru kół zębatych.

Przekładnie z tworzyw sztucznych są również wykorzystywane w wielu innych zastosowaniach, takich jak napędy tłumiące drgania w systemach wentylacji i klimatyzacji (HVAC), napędy zaworów w instalacjach przepływowych, automatyczne płuczki w świetlicach, śruby napędowe do stabilizacji powierzchni w małych samolotach oraz mierniki śrubowe i wagowe oraz urządzenia sterujące w zastosowaniach wojskowych.

Wielkogabarytowa, wytrzymała przekładnia z tworzywa sztucznego

Ze względu na zalety formowanie kół zębatych z tworzyw sztucznych które mogą być formowane w większych rozmiarach, z wysoką precyzją i wysoką wytrzymałością, jest ważnym powodem rozwoju plastikowych kół zębatych.

Zaprojektowanie konfiguracji przekładni, która maksymalizuje moc przekładni przy jednoczesnym zminimalizowaniu błędów przekładni i hałasu, jest wyzwaniem. Wymaga to wysokiej dokładności obróbki w zakresie współosiowości, kształtu zębów i innych cech przekładni.

Niektóre koła zębate walcowe mogą wymagać skomplikowanych czynności kształtowania w celu wytworzenia produktu końcowego, podczas gdy inne wymagają zębów rdzeniowych w grubszych częściach w celu zmniejszenia skurczu.

Podczas gdy wielu formowanie wtryskowe Specjaliści osiągnęli zdolność do produkcji nowej generacji plastikowych kół zębatych przy użyciu najnowszych materiałów polimerowych, sprzętu i technik przetwarzania, prawdziwym wyzwaniem dla wszystkich przetwórców będzie to, jak dopasować cały ten wysoce precyzyjny produkt.

Trudność kontroli

Tolerancje dopuszczalne dla precyzyjnych kół zębatych są generalnie trudne do określenia jako "dobre", jak podaje Amerykańskie Stowarzyszenie Przemysłu Tworzyw Sztucznych (SPI).

Jednak obecnie większość ekspertów w dziedzinie formowania korzysta z najnowszych formowanie wtryskowe MASZYNY WYPOSAŻONE W UKŁADY STEROWANIA OBRÓBKĄ, KTÓRE KONTROLUJĄ PRECYZJĘ TEMPERATURY FORMOWANIA, CIŚNIENIA WTRYSKU I INNYCH ZMIENNYCH W ZŁOŻONYM OKNIE, ABY KSZTAŁTOWAĆ PRECYZYJNE KSZTAŁTY.

Niektórzy specjaliści od formowania kół zębatych stosują bardziej zaawansowane podejście, umieszczając czujniki temperatury i ciśnienia we wnękach w celu poprawy spójności i powtarzalności.

Producenci kół zębatych z tworzyw sztucznych muszą również korzystać ze specjalistycznego sprzętu kontrolnego, takiego jak detektory walcowania bocznego o podwójnych zębach do kontroli jakości kół zębatych oraz detektory sterowane komputerowo do oceny powierzchni zębów kół zębatych i innych cech. Posiadanie odpowiedniego sprzętu to jednak dopiero początek.

Ci, którzy próbują wejść do branży przekładni precyzyjnych, muszą również dostosować swoje formowanie wtryskowe środowisko, aby zapewnić, że produkują koła zębate, które są tak spójne, jak to możliwe w każdym wtrysku i każdej wnęce.

Ponieważ zachowanie mechaników JEST często decydującym CZYNNIKIEM w produkcji precyzyjnych kół zębatych, MUSZĄ oni skupić się na szkoleniu swoich pracowników i kontroli procesu operacyjnego.

Ponieważ rozmiar koła zębatego jest podatny na sezonowe zmiany temperatury, a nawet wahania temperatury spowodowane otwarciem drzwi i przepuszczeniem wózka widłowego mogą wpłynąć na dokładność wymiarową koła zębatego. producent form wtryskowych musi ściśle kontrolować warunki środowiskowe w obszarze formowania.

Inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, obejmują stabilne zasilanie, odpowiedni sprzęt do suszenia, który kontroluje temperaturę i wilgotność polimeru oraz jednostkę chłodzącą o stałym przepływie powietrza.

W niektórych przypadkach stosowana jest automatyczna technologia usuwania koła zębatego z pozycji formowania i umieszczania go na jednostce przenoszącej w jednym powtarzalnym działaniu, aby osiągnąć tę samą metodę chłodzenia.

Ważne etapy chłodzenia formowania

Obróbka części o wysokiej precyzji jest porównywana z wymaganiami ogólnej obróbki formowania, która wymaga zwrócenia większej uwagi na szczegóły i techniki pomiarowe wymagane do osiągnięcia precyzyjnego poziomu pomiaru.

Narzędzie to musi zapewniać, że Temperatura formowania wtryskowego i szybkość chłodzenia we wnęce są takie same dla każdej formy. Najczęstszym problemem w precyzyjnej obróbce kół zębatych jest sposób radzenia sobie z symetrycznym chłodzeniem kół zębatych i spójnością każdej wnęki formy.

Precyzyjne matryce kół zębatych zazwyczaj nie przekraczają 4 wgłębień. Ponieważ pierwsza generacja form produkowała tylko jedno koło zębate z kilkoma konkretnymi instrukcjami, wkładki zębate były często używane w celu zmniejszenia kosztów wtórnego cięcia.

Precyzyjne koła zębate powinny być wtryskiwane z bramki w środku koła zębatego. Wiele bramek łatwo tworzy linie fuzji, zmienia rozkład ciśnienia i skurcz oraz wpływa na tolerancję przekładni.

W przypadku materiałów wzmocnionych włóknem szklanym, ponieważ włókno jest ułożone promieniowo wzdłuż linii spawania, łatwo jest spowodować "kolizję" promienia mimośrodowego podczas korzystania z wielu bramek.

Ekspert w dziedzinie formowania może kontrolować deformację rowka zęba i uzyskać kontrolowaną, spójną i jednolitą zdolność kurczenia się produktu w oparciu o dobry sprzęt, projekt formowania, zdolność rozciągania użytego materiału i warunki przetwarzania jako założenie.

Podczas formowania wymagana jest dokładna kontrola temperatury powierzchni formującej, ciśnienia wtrysku i procesu chłodzenia.

Inne ważne czynniki obejmują grubość ścianki, rozmiar i lokalizację zasuwy, rodzaj uszczelnienia, ilość i kierunek, natężenie przepływu i naprężenia wewnętrzne.

Najczęściej spotykanymi przekładniami z tworzyw sztucznych są przekładnie o zębach prostych, przekładnie ślimakowe cylindryczne i przekładnie walcowe. Prawie wszystkie przekładnie wykonane z metalu mogą być wykonane z tworzywa sztucznego.

Koła zębate są zwykle kształtowane przez dzieloną wnękę matrycy. Podczas obróbki kół zębatych walcowych, ponieważ koło zębate lub pierścień zębaty tworzący zęby musi być obracany podczas wtrysku, należy zwrócić uwagę na jego szczegóły.

Przekładnia ślimakowa wytwarza mniej hałasu niż proste zęby podczas pracy, a po uformowaniu jest usuwana przez obrócenie wnęki lub użycie wielu mechanizmów przesuwnych. Jeśli używany jest mechanizm ślizgowy, musi on być obsługiwany z dużą precyzją, aby uniknąć widocznych rozcięć na przekładni.

Nowy proces i nowa żywica

Opracowywane są bardziej zaawansowane metody formowania kół zębatych z tworzyw sztucznych. Na przykład druga formowanie wtryskowe Metoda ta, poprzez zaprojektowanie elastycznego korpusu między wałem koła a zębami, sprawia, że przekładnia pracuje ciszej, gdy przekładnia nagle przestaje działać, może lepiej pochłaniać wibracje i unikać uszkodzenia zębów.

Osie mogą być przerobione na inne materiały, z wyborem bardziej elastycznych lub bardziej wartościowych, samosmarujących kompozytów.

W tym samym czasie, metoda wspomagana gazem i formowanie wtryskowe z doprasowaniem została zbadana jako metoda poprawy jakości zębów przekładni, ogólnej precyzji przekładni i zmniejszenia naprężeń wewnętrznych.

Oprócz samego koła zębatego, personel zajmujący się formowaniem musi również zwracać uwagę na strukturę konstrukcyjną koła zębatego.

Położenie wałów przekładni w konstrukcji musi być wyrównane liniowo, aby zapewnić pracę przekładni w linii prostej, nawet przy zmianie obciążenia i temperatury, dlatego stabilność wymiarowa i dokładność konstrukcji są bardzo ważne.

Aby wziąć to pod uwagę, struktury przekładni o pewnej sztywności powinny być wykonane z materiałów takich jak materiały wzmocnione włóknem szklanym lub polimery wypełnione minerałami.

Obecnie, w dziedzinie produkcji precyzyjnych kół zębatych, pojawienie się szeregu termoplastycznych tworzyw sztucznych oferuje więcej opcji niż kiedykolwiek wcześniej.

NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE MATERIAŁY, TAKIE JAK ACETAL, PBT I POLIAMID, MOGĄ zapewnić przekładniom zębatym doskonałą odporność na zmęczenie materiału, odporność na zużycie, gładkość, wysoką wytrzymałość na naprężenia rozciągające i odporność na obciążenia wibracyjne spowodowane pracą silników tłokowych.

Krystaliczny polimer musi być formowany w wystarczająco wysokiej temperaturze, aby zapewnić pełną krystalizację materiału, w przeciwnym razie podczas użytkowania z powodu wzrostu temperatury powyżej temperatury formowania, materiał ulegnie wtórnej krystalizacji i doprowadzi do formowane wtryskowo zmiana rozmiaru kół zębatych.

Acetal, jako ważny Plastik formowany wtryskowo materiał do produkcji kół zębatych, jest szeroko stosowany w samochodach, urządzeniach, sprzęcie biurowym i innych dziedzinach od ponad 40 lat.

Jego stabilność rozmiaru oraz wysoka odporność na zmęczenie i odporność chemiczna mogą wytrzymać temperatury do 90 ° C i wyższe. W porównaniu z metalem i innymi tworzywami sztucznymi ma doskonałe właściwości smarne.

Poliester PBT może wytwarzać bardzo gładką powierzchnię, maksymalna temperatura robocza może osiągnąć 150 ℃ bez modyfikacji wypełnienia, a temperatura robocza produktu wzmocnionego włóknem szklanym może osiągnąć 170 ℃. Działa dobrze w porównaniu z acetalem, innymi rodzajami tworzyw sztucznych i materiałami metalowymi i jest często WYKORZYSTYWANY w konstrukcjach przekładni zębatych.

Materiały poliamidowe, w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi i materiałami metalowymi, charakteryzują się dobrą wytrzymałością i trwałością i są często stosowane w konstrukcjach przekładni turbinowych i ram przekładni.

Temperatura robocza przekładni poliamidowej wynosi do 150 ℃, gdy nie jest wypełniona, a temperatura robocza produktu wzmocnionego włóknem szklanym wynosi do 175 ℃.

Jednak poliamidy mają właściwości higroskopijne lub smarne, co skutkuje zmiennością rozmiaru, co czyni je nieodpowiednimi do stosowania w dziedzinie precyzyjnych przekładni.

Siarczek polifenylenu (PPS) ma wysoką twardość, stabilność wymiarową, odporność na zmęczenie i odporność chemiczną do 200 ° C. Jego zastosowanie penetruje obszar zastosowań w wymagających warunkach pracy, przemyśle samochodowym i innych zastosowaniach końcowych.

Precyzyjne koła zębate wykonane z polimeru ciekłokrystalicznego (LCP) charakteryzują się dobrą stabilnością wymiarową. Może tolerować temperatury do 220 ° C i ma wysoką odporność chemiczną i niskie zmiany skurczu formowania. Tworzywo sztuczne zostało wykorzystane do produkcji kół zębatych o grubości około 0,066 mm, co odpowiada 2/3 średnicy ludzkiego włosa.

Elastyczność termoplastyczna pozwala na cichszą pracę przekładni, czyniąc ją bardziej elastyczną i zdolną do pochłaniania obciążeń udarowych. Przykładowo, przekładnia o niskiej mocy i wysokiej prędkości obrotowej wykonana z kopoliestru

Elastomery termoplastyczne pozwalają na pewne odchylenia przy zachowaniu odpowiedniej stabilności wymiarowej i twardości, jednocześnie redukując hałas podczas pracy. Przykładem takiego zastosowania jest przekładnia stosowana w siłownikach kurtynowych.

Materiały takie jak polietylen, polipropylen i polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej były również wykorzystywane do produkcji przekładni w środowiskach o stosunkowo niskiej temperaturze, korozyjnych chemikaliach lub wysokim zużyciu. Inne materiały polimerowe również były brane pod uwagę, ale podlegają one wielu surowym ograniczeniom w zastosowaniach przekładni;

Poliwęglan ma słabą smarowność, odporność chemiczną i odporność na zmęczenie. Materiały ABS i LDPE zwykle nie są w stanie spełnić wymagań w zakresie smarowania, odporności na zmęczenie, stabilności wymiarowej, odporności na ciepło, odporności na pełzanie i innych wymagań dotyczących wydajności precyzyjnych przekładni. Większość z tych polimerów jest wykorzystywana w konwencjonalnych, niskoobciążonych lub niskoobrotowych przekładniach.

Zalety korzystania z plastikowego sprzętu

W porównaniu z plastikowymi przekładniami o tym samym rozmiarze, plastikowe przekładnie obrabiane metalem działają dobrze i mają dobrą stabilność wymiarową przy zmianach temperatury i wilgotności. Jednak w porównaniu z materiałami metalowymi, tworzywa sztuczne mają wiele zalet pod względem kosztów, konstrukcji, przetwarzania i wydajności.

Nieodłączna swoboda projektowania formowania tworzyw sztucznych zapewnia bardziej wydajną produkcję kół zębatych niż formowanie metalu.

Koła zębate wewnętrzne, zestawy kół zębatych, przekładnie ślimakowe i inne produkty mogą być formowane wtryskowo z tworzywa sztucznego, które trudno jest formować z materiałów metalowych w rozsądnej cenie. Przekładnie z tworzyw sztucznych są używane w szerszym zakresie zastosowań niż przekładnie metalowe, więc popychają przekładnie w kierunku przenoszenia większych obciążeń i dostarczania większej mocy.

Przekładnia z tworzywa sztucznego jest również ważnym materiałem spełniającym wymagania niskiej i cichej pracy, która wymaga wysokiej precyzji, nowego kształtu zębów oraz doskonałej smarowności lub elastyczności materiałów.

KOŁA ZĘBATE WYKONANE Z PLASTIKU GENERALNIE NIE WYMAGAJĄ DODATKOWEJ OBRÓBKI, więc w porównaniu z metalowymi kołami zębatymi tłoczonymi i wykonanymi maszynowo, koszt jest gwarantowany od 50% do 90%.

Plastikowe koła zębate są lżejsze i bardziej obojętne niż metalowe koła zębate czołowe i mogą być stosowane w środowiskach, w których w przeciwieństwie do metalowych kół zębatych są podatne na korozję i degradację, takich jak wodomierze i kontrola sprzętu chemicznego.

W porównaniu z metalową przekładnią, przekładnia z tworzywa sztucznego może absorbować obciążenie udarowe poprzez odkształcenie ugięcia i może lepiej rozpraszać lokalne zmiany obciążenia spowodowane ugięciem wału i błędem.

Nieodłączne właściwości smarne wielu tworzyw sztucznych sprawiają, że są one idealnymi materiałami na koła zębate do drukarek, zabawek i innych mechanizmów roboczych o niskim obciążeniu, nie zawierających smarów. Oprócz pracy w suchym środowisku, przekładnie mogą być również smarowane smarem lub olejem.

Ulepszenie materiałów

W specyfikacji przekładni wewnętrznych i materiałów konstrukcyjnych należy wziąć pod uwagę ważną rolę włókien i wypełniaczy we właściwościach materiałów żywicznych.

Na przykład, gdy kopolimer acetalu jest wypełniony krótkim włóknem szklanym 25% (2 mm lub mniej), jego wytrzymałość na rozciąganie wzrasta dwukrotnie, a jego twardość wzrasta trzykrotnie w wysokich temperaturach.

Zastosowanie wypełniaczy z długiego włókna szklanego (10 mm lub mniej) poprawia wytrzymałość, odporność na pełzanie, stabilność wymiarową, wytrzymałość, twardość, zużycie i wiele więcej.

Materiały wzmocnione LFRP stają się atrakcyjnym kandydatem do dużych przekładni i zastosowań strukturalnych ze względu na wymaganą twardość i dobre właściwości kontrolowanej rozszerzalności cieplnej.