發(fā)動機小型化、電氣化以及排放法規(guī)更加嚴(yán)苛，這些因素驅(qū)動著功能更強大、性能更高、同時還要兼具成本效益的汽車解決方案的推出。當(dāng)提到內(nèi)燃機、混合動力和電動動力總成當(dāng)前所面臨的挑戰(zhàn)，可能人們不會首先想到聚合物材料。

但是，由于使用了金屬齒輪，平衡軸系統(tǒng)、曲軸系統(tǒng)、泵以及附件傳動裝置內(nèi)的齒輪都會產(chǎn)生敲擊和嘯叫，這將會引起NVH問題[1]。最常見的解決方案是使用金屬剪刀式齒輪和橡膠減振齒輪。但這些解決方案通常制造復(fù)雜，成本高且笨重。另外，由于金屬與金屬的齒輪嚙合仍然存在，因此并不能完全消除齒輪的嘯叫噪聲。

高性能熱塑性塑料能否可靠地改善動力傳動齒輪系統(tǒng)的性能？在發(fā)動機相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，例如平衡軸系統(tǒng)、曲軸及其泵驅(qū)動系統(tǒng)，用熱塑性齒輪代替金屬齒輪或齒輪系統(tǒng)，其性能優(yōu)勢包括NVH改進50%、重量大幅降低（PEEK密度不到鋼的1/5）、轉(zhuǎn)動慣量大幅降低（降幅達78%）。

汽車的電氣化將進一步增強對具有成本效益的齒輪NVH的改善需求，特別是在插電式混合動力汽車（PHEV）和電動汽車（EV）的純電駕駛模式下，因為此時沒有內(nèi)燃機（ICE）的噪聲掩蓋。

滿足汽車的多種要求

要開發(fā)下一代汽車動力總成技術(shù)，汽車設(shè)計工程師要將全球客戶的需求轉(zhuǎn)化為具有成本效益的開拓性解決方案，并保持領(lǐng)先競爭對手。這正是用途極為廣泛的聚醚醚酮（PEEK）聚合物發(fā)揮作用的領(lǐng)域。

VICTREX HPG 高性能齒輪

與金屬相比，PEEK聚合物的重量非常輕、易于成型、抗腐蝕、耐液體的侵蝕，并且具有相當(dāng)高的比強度（單位質(zhì)量的強度）。自從20世紀(jì)80年代VICTREX?PEEK首次實現(xiàn)商業(yè)化以來，威格斯持續(xù)進行產(chǎn)品研發(fā)，實現(xiàn)了大量的材料和技術(shù)創(chuàng)新，徹底改變了聚合物的使用方式，并突破了材料原有的性能和使用界限。

其次，威格斯率先在汽車應(yīng)用上替代金屬材料，特別是變速箱系統(tǒng)，通過最大程度地減少摩擦損耗，降低重量和系統(tǒng)復(fù)雜性，來幫助OEM廠商減少CO2的排放和總系統(tǒng)成本，同時還提高了系統(tǒng)效率?，F(xiàn)在有超過2億的車輛駕駛員依靠基于VICTREX?PEEK材料制成的ABS/ESC制動組件。在汽車應(yīng)用方面，超過5億個齒輪由高性能聚合物材料制造。

提起齒輪，很多人的第一感覺是金屬齒輪是不可能被替代的，而事實證明，VICTREXHPG?（高性能齒輪）應(yīng)用在當(dāng)前小型化的發(fā)動機上，可有效解決齒輪的敲擊和嘯叫噪聲問題。而且與金屬剪刀式齒輪相比，使用VICTREXHPG?齒輪有助于降低慣性矩，減少能耗和系統(tǒng)總成本。

大量的耐久性測試表明，VICTREXHPG?齒輪可應(yīng)對平衡軸系統(tǒng)所產(chǎn)生的高的動態(tài)負載，同時為車輛帶來上述優(yōu)勢。事實證明，金屬材料換成VICTREXHPG?聚合物經(jīng)久耐用，另外，還具有潛在減重的好處。

技術(shù)上可行性

無論齒輪解決方案的價值和性能看起來多么誘人，要實現(xiàn)可靠和耐用的目標(biāo)，必須在技術(shù)上可行。對于熱塑性齒輪解決方案，這通常是最難克服的挑戰(zhàn)，并且在整個開發(fā)過程中都需要最高水平的技術(shù)能力。

耐用：與性能指標(biāo)不同，持久性參數(shù)是二進制的，必須絕對可靠。從材料牌號上來講，即使是使用高強度VICTREX?PEEK牌號材料的齒輪，例如VICTREXHPG?240（幾乎是最強的熱塑性塑料），在內(nèi)燃機的運行溫度下，其強度也不到普通合金鋼的25%。但是，經(jīng)過獨特的熱塑性齒輪設(shè)計，以及注塑成型加工所帶來的高度靈活性，基于熱塑性塑料的獨特機械性能和特定的操作環(huán)境，通?？梢赃_到所要求的耐用性，并具備明顯的安全要素。

可靠：可靠性要求貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期中，齒輪解決方案的耐用性和性能需要在整個系統(tǒng)操作范圍內(nèi)、在所有裝配過程中都能滿足要求。對于熱塑性齒輪，必須謹(jǐn)慎地考慮：在產(chǎn)品設(shè)計允許的范圍內(nèi)，最大程度地降低由于制造方式變化所造成的影響；系統(tǒng)的極端運行條件（包括可預(yù)測的過載情況）以及與老化模擬相關(guān)的多年測試數(shù)據(jù)。

移動型社會：行業(yè)的新挑戰(zhàn)需要新思維

具有出行需求和減少碳排放意識的客戶，再加上政府監(jiān)管機構(gòu)的影響，從根本上改變了運輸市場。結(jié)果是，出現(xiàn)了大批的OEM廠家開發(fā)了電動自行車、電動踏板車、電動公交車、電動垂直起降飛機、插電式混合動力汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）。駕駛員希望車輛安靜舒適并支持代步方式選擇，而監(jiān)管機構(gòu)正在尋找更有效的碳排放解決方案。

盡管市場增速放緩，但中國仍然是汽車的重要市場。自2015年超越美國成為最大的電動汽車市場以來，中國持續(xù)領(lǐng)跑，這歸功于政府的購車補貼和鼓勵研究工作。中國正在尋求減少石油消耗、凈化空氣的解決方案，并尋找與日本、歐洲和北美的全球汽車巨頭競爭的新方法。

正是在這種背景下，中國對電動汽車生產(chǎn)的推動力令人印象深刻，其快速增長一部分受到政策的推動，但也受到消費者需求的推動。如今，越來越多的中國消費者更青睞電動汽車，在他們看來，電動汽車是一項新的、卓越的技術(shù)，并且具有更高的價值。經(jīng)過一段時間的政策轉(zhuǎn)變（部分由COVID-19新冠疫情驅(qū)動）后，中國已將價格低于30萬元（42,370美元）的新能源汽車的激勵措施延長到2022年。這將鼓勵用戶的采購意愿，同時利于制造商進行成本改進，進而實現(xiàn)中國2025年新能源汽車25%的銷量占比的目標(biāo)。

在發(fā)動機艙的各種應(yīng)用中，PEEK已經(jīng)成為OEM廠商/一級供應(yīng)商提高效率的首選材料。以電機為例，基于PEEK材料的電氣絕緣有助于改善熱管理，實現(xiàn)可靠運行并能降低整體系統(tǒng)成本。同樣，在摩擦應(yīng)用中，例如密封環(huán)或止推墊圈，得益于其對流體的抗腐蝕能力和出色的耐磨性（不僅優(yōu)于金屬，而且還優(yōu)于其他聚合物），人們發(fā)現(xiàn)PEEK材料可以給組件提供更長的使用壽命。另一個好處就是，可以在更小的空間中實現(xiàn)功能整合/小型化，同時還能承受高負載和高溫。

隨著越來越多的新能源汽車（NEV）的開發(fā)，在實現(xiàn)當(dāng)今新交通方式，以及為消費者和監(jiān)管者帶來的利益方面，高性能聚合物齒輪有望發(fā)揮關(guān)鍵作用。為滿足消費者和監(jiān)管者希望低碳出行的需求，新產(chǎn)品浪潮正在迅速涌現(xiàn)。聚合物齒輪可以填補消費者和監(jiān)管者之間的利益鴻溝，提供具有成本優(yōu)勢的NVH解決方案，供設(shè)計工程師在開發(fā)和發(fā)布產(chǎn)品時使用。

[1]NVH-噪聲、振動與聲振粗糙度。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題，車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。