Bir otomotiv mühendisi şunu merak etti: "Önemli bir üreticinin POM'unu kullanıyoruz ve tork hesaplamalarına bir güvenlik payı ekledik, peki neden dişli dişleri 200 saatten daha kısa bir sürüşten sonra tamamen aşınıyor?"
Ona çok önemli bir soru sordum: "Motor hızınız neydi? Ortam sıcaklığı neydi?"
"Motor devri oldukça yüksekti ve ortam sıcaklığı 60 santigrat derece civarındaydı." diye yanıtladı.
Sorun çözüldü: Sorun, malzemenin kalitesiz olması değildi; daha ziyade, malzeme seçimi mantığı "statik bir yanılgıya" düşmüştü.
Pek çok mühendis, plastik dişlileri seçerken hala metal dişlilerle aynı mantığı kullanıyor ve yalnızca dayanıklılığa odaklanıyor. Ancak plastik dünyasında ısı görünmez katildir.
Bugün plastik dişliler için malzeme seçim mantığını detaylı bir şekilde anlatacağız.
Doğru malzemeyi seçmek için öncelikle arıza noktalarını anlamalısınız.
1. Yorgunluğa bağlı diş kırılması: Diş kökünde meydana gelir. Bunun nedeni malzemenin yorulma sınırını aşan aşırı gerilimdir.
2. Diş yüzeyi aşınması: Diş incelir. Bu yetersiz aşınma direncini gösterir.
3. Termal erime arızası: Başta bahsettiğimiz arkadaşın karşılaştığı sorun budur. Diş yüzeyi erir ve çikolata gibi soyulur.
Yaygın Yanılgı: Metaller ısıyı iyi iletirler ve sürtünme nedeniyle oluşan ısı hızla dağılır; Öte yandan plastikler ısıyı zayıf iletkenlerdir. Dişliler yüksek hızda birbirine geçtiğinde, diş yüzeyindeki sürtünme ısısı yeterince hızlı dağılamaz ve yerel sıcaklıkta ani bir artışa neden olur. Malzemenin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) veya erime noktası aşıldığında en sert POM bile yumuşayacaktır.
Dişliler, 25 santigrat derecelik ortam sıcaklığında bile 35 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda çalışabilir ve bu da mekanik özelliklerde önemli bir düşüşe neden olabilir.
Malzeme Seçiminde Üç Temel Faktör
1. PV Değeri
P (Basınç): Dişli yüzeyi temas basıncı.
V (Hız): Dişli yüzeyinin doğrusal hızı.
PV değeri ne kadar yüksek olursa üretilen ısı da o kadar büyük olur.
Düşük PV değeri: Neredeyse tüm mühendislik plastikleri uygundur.
Orta-yüksek PV değeri: Kristalliği yüksek ve kendi kendini yağlama özelliği iyi olan malzemeler (POM, PA, PEEK gibi) dikkate alınmalıdır.
2. Çevre ve Boyutsal Doğruluk
Yüksek sıcaklık ve yüksek nem? Naylon (PA6/PA66) suyu emdikten sonra genleşerek dişlilerin tutukluk yapmasına ve sürtünmenin önemli ölçüde artmasına neden olur. Bu durumda su emmesi düşük olan POM veya PBT ilk tercihtir.
Son derece yüksek hassasiyet mi? POM daha az su emmesine rağmen, yüksek kristalleşme büzülme oranı, onu enjeksiyon kalıplama sırasında iç büzülme boşluklarına yatkın hale getirerek dişli dinamik dengesini etkiler. Bu durumda amorf PEI veya fiber takviyeli malzemeler daha uygun olabilir veya parçaların CNC gravürü için POM Çubuğu kullanılabilir.
Üçüncü kriter: Gürültü Gereksinimleri (NVH)
Sert çarpışma (POM vs. POM): Kolayca yüksek frekanslı gürültü (gıcırtı) üretir.
Sertlik ve esneklik dengesi (POM vs. PA): Naylonun üstün sönümleme özelliklerinden yararlanarak titreşimleri etkili bir şekilde emebilir ve gürültüyü azaltabilir.
Ana Akım Malzemelerin "Kahraman Listesi"
Plastik Dişlilerin Kralı: POM (Polioksimetilen)
Temel Güçlü Yönler: Son derece yüksek yorulma mukavemeti, mükemmel kendi kendini yağlama özellikleri ve kimyasal direnç.
Ölümcül Zayıf Yönleri: Zayıf termal stabilite: 200°C'nin üzerinde kolayca ayrışır.
Büzülme Boşlukları Kalın duvarlı dişliler, merkezde boşluklar oluşmasına eğilimlidir ve bu da gücün azalmasına neden olur.
Sürtünme Sesi: İki malzeme birbirine sürtündüğünde cızırdayan sese eğilimlidir.
Uygun Uygulamalar: Yazıcılar, transmisyon çubukları ve çoğu geleneksel dişli.
Yüksek Sıcaklıklar ve Yüksek Yükler için Dayanıklı Adam: PA (Naylon 66/46/12)
Temel Güçlü Yönler: Mükemmel tokluk (darbe direnci) ve POM'a (özellikle PA46) kıyasla üstün ısı direnci.
Ölümcül Zayıf Yönler: Nem emilimi! Nem emilimi! Nem emilimi! Suyu emdikten sonra mukavemeti azalır ve boyutları artar.
Kaçınma Kılavuzu: Nemli ortamlarda kullanılıyorsa PA12 (düşük su emme) veya modifiye yarı aromatik naylonu seçin.
Uygun Uygulamalar: Araba kaputunun altındaki yüksek sıcaklıktaki bileşenler, elektrikli aletler (yüksek darbe).
Yükselen Yıldız: PK (Poliketon)
Temel Güç: POM'dan bile daha iyi aşınma direnci! Ve aynı malzeme birbirine sürtündüğünde POM'dan çok daha sessizdir. Son derece güçlü kimyasal direnç.
Fırsat: POM dişlileriniz çok çabuk aşındığında veya çok gürültülü olduğunda PK'ya geçmeyi deneyin; genellikle şaşırtıcı bir etkiye sahiptir.
Özel Kuvvetler: PEEK ve PI
Temel Dayanım: 250°C'nin üzerinde uzun süreli sıcaklık dayanımı, alüminyum alaşımına yaklaşan dayanıklılık.
Dezavantajı: Pahalıdır.
Uygun Uygulamalar: Havacılık veya son derece hafif yarış arabası motorlarındaki metal dişlilerin değiştirilmesi.
Polioksimetilen Çubuk (Poliasetal Çubuk)
Öneriler:
Eşleştirme Prensibi: Aynı malzemeleri birbirine sürtmekten kaçının. En uygun eşleştirme genellikle şu şekildedir: POM (dişli A) + PA (dişli B). Bu farklılaştırılmış kristal yapı, sürtünme katsayısını ve gürültüyü önemli ölçüde azaltır.
Fiberglasın Maliyeti: Gücü artırmak için birçok kişi cam elyafı (GF) eklemeyi sever. Ancak cam elyafının zımpara kağıdına benzediğini unutmayın. GF'li dişliler birbirine geçen parçalarını aşırı derecede aşındıracaktır. Kullanmanız gerekiyorsa, birbirine geçen parçaların daha sert olması gerekir (örn. metal) veya reçine açısından zengin özel bir yüzey işlemi kullanılmalıdır.
Isıl İletkenlik Modifikasyonu: PV değeri yüksekse PTFE veya grafit modifikasyonları eklemeyi düşünün. Bu sadece sürtünmeyi azaltmakla kalmaz, aynı zamanda termal iletkenliği de artırır.
PA6 Naylon Çubuk
