用于动力传动系的成功的热塑性塑料齿轮解决方案的关键要素

像许多其它产品一样，在动力传动系统的应用中，一个成功的用于替代金属齿轮的热塑性齿轮解决方案，必须具备 -- 商业上的吸引力、技术上的可行性，以及理想的性能效益。但是，在涉及热塑性齿轮解决方案时，例如在汽车辅助动力传动齿轮的方案中，这些要求实际上意味着什么那？

以下是一些有用的解释:

• 动力传动应用：从根本上说，齿轮传动系是一种用来传递运动和力的机械系统。每个齿轮传动系都会有两个方面的作用，为了便于下面的讨论，我们将主要功能是驱动的部分（例如节气门调节装置）与主要功能是机械动力传递的部分（例如车辆的动力传动）区分开来，而后者是本文的重点。

• 齿轮解决方案：首先，将单个齿轮部件描述为“解决方案”似乎有点奇怪，因为它依赖于整个系统来完成某一功能。然而，正是这种系统和齿轮之间的相互依赖关系将齿轮部件与齿轮解决方案区分开来。齿轮解决方案的成功不是由单个部件来衡量的，而是由包含该部件的系统的整体性能来衡量的。同样的，齿轮解决方案的声级也不仅仅是由齿轮部件的噪声来判断的，而是由包含齿轮的系统的噪声来判断的，就像我们有时候碰到的 -- 虽然某一零件的单件成本降低了，但是整个系统的复杂性增加了一样，因此整个系统的成本就不再具有商业吸引力。我们可以将齿轮解决方案视为定量系统效益的可靠交付，该收益包括生产制造、物流交付、供应、产线装配和效率等方面。

那么，在动力传动的应用中，是什么让热塑性齿轮解决方案成功呢？这就需要整体考虑，并具备以下要素。

理想的性能

首先，一个成功的热塑性齿轮解决方案必须能够以某种可量化的方式，提高整个系统的性能。对于替代金属齿轮或齿轮系统的热塑性齿轮，通常具备下列某个要素。

• 改善噪声、振动与舒适性（NVH）：NVH表示一个系统或车辆带给最终用户的听觉和感觉。通常将其视为衡量车辆质量的标准，尤其是在电气化程度日益增强的时代，传统的振动和噪声无法再被内燃机的隆隆声所掩盖。与金属材料相比，热塑性塑料的机械性能明显
• 更加柔和，并且可以通过注塑成型来制造，因而设计的灵活性得以大幅提高。因此，良好的热塑性齿轮解决方案通常能够减轻齿轮间发出的咔嗒声，并减弱传动过程中的噪声与振动，这是最复杂的金属齿轮系统想做而做不到的。但是，由于系统的 NVH特性 是决定热塑性齿轮解决方案成功与否的关键，因此必须根据系统的 NVH 特性来定制每个齿轮，以确保避免出现共振等 NVH 耦合效应。
• 减轻重量和惯性：单个部件的重量和转动部件的惯性直接或间接地影响着车辆的效率。最直接的是，零部件的重量有助于降低整车的重量，特定部分的减重可以用来重新分配给更有价值的零部件（如电动汽车中的电池），或者完全减掉以提高汽车性能。如果系统不具备能量再生转化功能，那么转动惯量会导致能量损失，并在系统加速过程中增加响应时间。与等效的金属齿轮解决方案相比，使用热塑性齿轮解决方案，通常可以降低 40％ 的重量和 60％ 的惯性。

不可否认，商业可行性和技术可行性也是同等重要的因素。正是由于这个原因，本博客的第2部分，将针对高精度热塑性齿轮的创新性交钥匙解决方案进行研究。

关于作者

Joseph Elmquist 于 2013 年加入 Kleiss 齿轮公司，任首席设计工程师，负责领导热塑性塑料和热塑性复合材料齿轮的新产品开发。自 2015 年威格斯收购 Kleiss 之后，他继续领导热塑性动力传递齿轮应用的技术开发工作，并最终于 2017 年成功推出了 VICTREX PEEK 齿轮，应用于汽车动力总成中的动力传递。Joseph 拥有威斯康星大学麦迪逊分校的工程力学学士学位和机械工程硕士学位，重点研究非线性动态机械系统。