Komposit växelhus
Kompositväxelhus . hänvisar till användningen av kompositmaterial för att omsluta komponenterna i motortransmissioner Fiberarmerade kompositmaterial används främst för viktminskning. Kolfiberförstärkt plastmaterial används ofta inom flyg- och bilindustrin.
Design
De största problemen med att använda fiberförstärkt plast för växelhus är låg värmeledningsförmåga och låg hårdhet hos kompositmaterialet. På grund av den låga hårdheten kräver det sammansatta växelhuset ett flertal metallinsatser som är laminerade i kompositutsidan eller installerade med lim i det prefabricerade komposithuset. Höghållfasta epoxilim används vid tillverkning av kolfiberkompositdrivaxlar för bilar.
Metallinsatserna ger stöd för lager, axlar, växlar och andra metallkomponenter i växellådan. Det sammansatta växelhuset tar inte bort värme lika effektivt som ett aluminium- eller magnesiumhus . Kompositväxelhus kräver dyrare och pålitligare kylsystem. Kompositplastmaterial används emellertid i stor utsträckning i lågeffektapplikationer som växelmotorer för elektromekaniska ställdon . Lätt belastade roterande kugghjulsställdon kan vara helt tillverkade av kompositplastmaterial. Sådana elektromekaniska roterande ställdon installeras till exempel på elfönsterhissar i bilar. Högre belastade ställdon kan innehålla metalliska kugghjul inuti plastkomposithölje för minskning av kostnader och korrosionsbeständighet.
Vissa moderna industrirobotar har elektromekaniska roterande kugghjulsställdon installerade inuti kolfiberkomposithus – robotarm. Att använda kolfibermaterial för [robotarm] gör det möjligt att minska armens tröghet och som ett resultat får roboten att arbeta snabbare.
Gear Mechanic Corporation i Las Vegas, NV, tillverkar kompositväxelhus för fordons- och rymdtillämpningar tillsammans med snäckväxlar. Gear Mechanic Co. använder kompositväxelhus för att göra en lätt hypoidväxellåda för en racerbils drivaxlar. Lägre vikt möjliggör snabbare acceleration och snabbare stopp vilket resulterar i betydande fördelar på NASCAR- racing och Formel 1- racing.
I ett modernt flygplan kan man hitta många mekaniska system med växlar, drivenheter, drivaxlar, ställdon, hissar och andra mekaniska delar. Folk brukade kalla helikoptrar för "flygande sändningar". Idag har ett genomsnittligt flygplan fler transmissionskomponenter än en helikopter. De vanliga transmissionsmekaniska komponenterna i ett flygplan är: höglyftsystem, dörrmanövreringssystem, lastdörrmanövreringssystem, landningsställ, hissar, lastdörrmanövreringssystem och ibland primärt flygkontrollsystem. Den totala kostnaden och vikten för det mekaniska systemet i ett flygplan kan likna kostnaden och vikten för helikoptertransmissionen. Reduktion av vikt och kostnader för mekaniska system är viktigt för att minska flygplanets totala driftskostnad.
Historia
1969 undersökte General Motors att använda kompositväxellådor för att minska tillverkningskostnaderna.
John Barnard försökte införliva detta material i ett växelhus för Ferrari F1-bilen 1994, men monterade istället bara metallväxellådan på ett kolfiberkompositstöd. Sedan dess har flera F1-team, inklusive både Honda (född BAR ) och McLaren , tävlat "Carbon"-väskor med ett stort sammansatt innehåll.
2004 beslutade det amerikanska försvarsdepartementet att finansiera utvecklingen av ett kompositväxelhus för en planetväxellåda med huvudrotorhelikopter . Boeing och Sikorsky bedriver för närvarande utvecklingen av helikopterkompositväxelhus.
Patent och metoder
Gear Mechanic Corporation har utvecklat kontrollerade bindningsmetoder och matematiska simuleringsmetoder för tredimensionella filamentlindade kompositstrukturer som används i mekaniska system. Metoden ger optimerad fiberplacering och ökad bindningsstyrka mellan metallinsatser och fiberarmerad plast för kraftöverföringskomponenter av metall/komposit i olika applikationer.
Snap-on Incorporated har patenterat ett koncept med en sammansatt ringkugghjul, som innehåller en metallkugginsats som är bunden i ett fiberförstärkt kompositplasthölje. Uppfunnet av Snap-on Incorporated, har sammansatta ringväxlar redan använts framgångsrikt inom maskinteknikområdet. Närmare bestämt producerar Snap-on ett mekaniskt växelsystem, allmänt känt som spärrnyckelhandtag, som innehåller Snap-on kompositringdrev som nyckelelementet i systemet.
Internationellt patenterade Composite Structural Members ger något annorlunda teknisk lösning för limning av strukturella insatser till kompositplastmaterial. Om Snap-on uppfinning använder orienterade och slumpmässigt orienterade förstärkta fibrer för att konstruera ringväxelhuset, erbjuder Composite Structural Members patentet en lösning för att använda filamentlindningsmaterial.
Flyg och rymd
Transmissionshus i sammansatt växel för flyg- och rymdindustrin är i utvecklingsstadiet under programmet Advanced Rotorcraft Transmission. ART-programmet är ett gemensamt Army/NASA-program för att utveckla och demonstrera lätta, tysta, hållbara drivsystem för nästa generations rotorfarkoster. Sikorsky Aircraft och Boeing deltar i ART-programmet.(NASA –TM -103276 publicerad rapport CSCL 13T, Technical Memorandum 103276). Enligt NASA- rapporten applicerade Sikorsky kompositmaterial för CH-53E helikopterväxelhus, lastfackverk och huvudrotorns fjäderaxel . "Stora viktbesparingar kan uppnås genom applicering av kompositstrukturmaterial. ACA-transmissionsdesignen hos Sikorsky Aircraft är särskilt mottaglig för inkorporering av kompositer på grund av höljets geometriska enkelhet. Det uppskattas att applicering av lätta kompositer på växeltransmissionen resulterar i i viktminskning på 700 till 800 pund jämfört med basmaterial."
Sikorsky-flygplan har allmänt annonserat sina framsteg när det gäller utveckling av kompositväxelhus för flygtillämpning. Den 24–26 juni 1991, i Sacramento, Kalifornien, har Sikorsky Aircraft presenterat ett fotografi av sitt kompositväxelhus. Sikorsky använde grafit-epoximaterial för tillverkning av kompositväxelhus. Det sammansatta växelhuset tillverkades med lagergränssnitt identiska med det ursprungliga stålhuset; sic "därför kommer de interna komponenterna att passa in i huset."
1992 fortsatte NASA att marknadsföra kompositmaterial för användning i mekaniska system för flygutrustning. Under konferensen AIAA/SEA/ASME/ASEE i Nashville, TN, 6–8 juli 1992, publicerade NASA en bild som beskrev en av de föreslagna designutförandena av kompositväxelhus för ett flygplan.
I sin ständiga ansträngning att främja användningen av lättviktskompositmaterial på flygplan har NASA begärt ett kontrakt för utveckling av 2000-talets rotorfarkosters kugghjulsdrivsystem, allmänt känt som RDS-21 (Rotorcraft Drive System 21) Programmet leds av US Army Applied Aviation Technology Directorate (AATD) Boeing tilldelades att delta i detta program. Medan kugghjulen är den stora delen av detta program, kommer fiberförstärkta kompositmaterial också att användas. Som det stod i en gemensam publikation från NASA och Boeing kommer den nya flygplanets växellåda att inkludera kompositaxel och strukturellt hus.