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發動機小型化、電氣化以及排放法規更加嚴苛，這些因素驅動著功能更強大、性能更高、同時還要兼具成本效益的汽車解決方案的推出。當提到內燃機、混合動力和電動動力總成當前所面臨的挑戰，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、曲軸系統、泵以及附件傳動裝置內的齒輪都會產生敲擊和嘯叫，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的性能？在發動機相關的應用領域，例如平衡軸系統、曲軸及其泵驅動系統，用熱塑性齒輪代替金屬齒輪或齒輪系統，其性能優勢包括NVH改進50%、重量大幅降低（PEEK密度不到鋼的1/5）、轉動慣量大幅降低（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，因為此時沒有內燃機（ICE）的噪聲掩蓋。

滿足汽車的多種要求

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

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，并且具有相當高的比強度（單位質量的強度）。自從20世紀80年代VICTREX?PEEK首次實現商業化以來，威格斯持續進行產品研發，實現了大量的材料和技術創新，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用上替代金屬材料，特別是變速箱系統，通過最大程度地減少摩擦損耗，降低重量和系統復雜性，來幫助OEM廠商減少CO2的排放和總系統成本，同時還提高了系統效率。現在有超過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）應用在當前小型化的發動機上，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，減少能耗和系統總成本。

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

技術上可行性

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

耐用：與性能指標不同，持久性參數是二進制的，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），在內燃機的運行溫度下，其強度也不到普通合金鋼的25%。但是，經過獨特的熱塑性齒輪設計，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境，通常可以達到所要求的耐用性，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操作范圍內、在所有裝配過程中都能滿足要求。對于熱塑性齒輪，必須謹慎地考慮：在產品設計允許的范圍內，最大程度地降低由于制造方式變化所造成的影響；系統的極端運行條件（包括可預測的過載情況）以及與老化模擬相關的多年測試數據。

移動型社會：行業的新挑戰需要新思維

具有出行需求和減少碳排放意識的客戶，再加上政府監管機構的影響，從根本上改變了運輸市場。結果是，出現了大批的OEM廠家開發了電動自行車、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，而監管機構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，中國持續領跑，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，并且具有更高的價值。經過一段時間的政策轉變（部分由COVID-19新冠疫情驅動）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，進而實現中國2025年新能源汽車25%的銷量占比的目標。

在發動機艙的各種應用中，PEEK已經成為OEM廠商/一級供應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，實現可靠運行并能降低整體系統成本。同樣，在摩擦應用中，例如密封環或止推墊圈，得益于其對流體的抗腐蝕能力和出色的耐磨性（不僅優于金屬，而且還優于其他聚合物），人們發現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，在實現當今新交通方式，以及為消費者和監管者帶來的利益方面，高性能聚合物齒輪有望發揮關鍵作用。為滿足消費者和監管者希望低碳出行的需求，新產品浪潮正在迅速涌現。聚合物齒輪可以填補消費者和監管者之間的利益鴻溝，提供具有成本優勢的NVH解決方案，供設計工程師在開發和發布產品時使用。

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