トライボロジー：私たちが行うすべての背後にある科学

ベアリングは摩擦を減らすために使用されます。 ローラーが荷重を「支える」と、ローラーが支えるホイールとギアがスムーズかつ簡単に回転します。

「持続可能性」が世界的な注目を集めるずっと前から、軸受は、回転機械の環境への影響を軽減することにより、エネルギー効率と機械寿命を改善する上で中心的な役割を果たしていました。

摩擦を減らす科学は、「トライボロジー」と呼ばれる幅広い分野の一部であり、ティムケンのトライボロジーの専門家は摩擦を減らし、軸受の効率を向上させ続けています。 彼らの研究は、Timken® ベアリングが顧客の要件が変化し変化するにつれて最適な性能を発揮することを保証するのに役立ちます。

カール ヘイガー博士がベアリング業界におけるトライボロジーの進化について語り、ティムケンがこの分野のリーダーとして世界的に認められている理由を説明します。

トライボロジーはティムケンでどのような役割を果たしていますか?

ヘイガー: 1899 年にヘンリー ティムケンが会社を設立したとき、用語としての「トライボロジー」は存在しませんでしたが、彼は摩擦の問題を解決するために円すいころ軸受の特許を取得しました。 摩擦は動きを妨げる現象です。 簡単な例として、2 つの表面が互いにこすれ合うときに感じる抵抗があります。 実際、「トライボロジー」という言葉は、ギリシャ語の「こする」という語根のトライボに由来しています。

ここにトライボロジーの問題があります。ギアボックスのシャフトは、負荷をハウジングに伝達して回転させる必要があります。 効率的に回転させるには、シャフトとハウジングの間の摩擦を最小限に抑える必要があります。 接点を潤滑することはできますが、表面間の損傷の可能性も考慮する必要があります。 効率的な動作を促進しながら、損傷を最小限に抑えるにはどうすればよいでしょうか? その問題は、私たちが行うすべての根本にあります。

トライボロジーの問題を解決するためのアプローチは何ですか?

Hager:摩耗分析はトライボロジーの基本です。 ASM ハンドブックでは、摩耗を「固体表面の損傷であり、一般に材料の進行性の損失を伴う」と定義しています。 研磨、接着、および疲労摩耗は、当社が診断するトライボロジー損傷の最も一般的な形態です。

研磨摩耗は、鉱業や農業などの産業では一般的であり、硬い粒子の汚染物質がトライボロジー コンポーネントに侵入すると発生する可能性があります。 磨耗した表面は、滑らかな研磨形態を示したり、深い傷や溝がある場合があります。

接着剤の摩耗は、高速または最小限に潤滑されたインターフェースで一般的です。 接触面が局所的に結合し、引き離されたり剪断されたりしたときに発生する可能性があります。 これにより、材料が一方の表面から取り除かれ、他方の表面に付着するときに材料が移動します。

重度の疲労摩耗またはスポーリングは、多くの場合、転動体ベアリングの耐用年数の終わりを示します。 損傷は、高負荷の転がり接触が高サイクル疲労を受けると発生します。 ピーリングまたはマイクロピッチングとも呼ばれる軽度の疲労摩耗は、転動体の表面が潤滑膜によって適切に分離されていない場合に発生する可能性があります。 接触面は、表面テクスチャの特徴内で非常に高い圧力を示し、マイクロメートル スケールの深さでクラックやフレークが発生する可能性があります。

トライボロジーは、ティムケンの幅広い製品とサービスのポートフォリオの中核です。 コンポーネントとシステム内の摩擦と摩耗を管理することは、顧客への価値提案の基盤です。

ベアリングは負荷を伝達し、機械の摩擦 (動力損失) を減らします。

ローラー チェーンは、チェーンまたはスプロケット内の摩耗を最小限に抑えて屈曲および走行します。

ベルトは摩耗を最小限に抑えながら摩擦を利用して適切な張力を維持します。

ギアドライブは、摩耗を最小限に抑えて高い伝達効率を備えている必要があります。

自動潤滑システムは、人間の介入なしに、機械部品の潤滑を管理します。 適切な潤滑剤を選択すると、摩擦と摩耗を最小限に抑えることができます。

ティムケンのトライボロジーへのアプローチは、何十年にもわたってどのように変化してきましたか?

Hager:ティムケンは、最新の油膜厚さ計算が利用可能になる前に、転がり要素ベアリングの製造を開始しました。 研究者が潤滑剤の膜厚、表面粗さ、コンポーネントの転がり疲労寿命の影響を関連付け始めたのは 1920 年代のことです。 この影響は、1960 年代にティムケンがよりクリーンなスチールを推進したときに増幅されました。 表面下の材料欠陥がなければ、摩擦面が転動体ベアリングの寿命を支配し始めました。

現在、転がり軸受をモデル化できる最新のツールがあります。 これらのツールは、接触圧力を計算し、非常に薄い潤滑膜の形成を予測できます。 この知識を使用して、転動体ベアリング表面の適切な輪郭と粗さを設計および製造できます。

顧客のどのような問題を解決しますか？

Hager:ティムケンには世界クラスのトライボロジー ラボがあり、さまざまな種類のトライボロジー接触をシミュレートするために活用できます。 テストと分析から得た知識を使用して、製品の発売前に問題を軽減します。 私たちは、最終的に顧客のソリューションとなる加工表面とコーティングの開発を支援します。

積極的な研究開発に加え、お客様との対話や損傷分析を行います。 解決策を見つけるために、彼らが扱っている摩耗の種類を特定します。 また、レオロジー ラボと協力して、お客様がシステムに適した潤滑剤を選択できるように支援しています。

ティムケンがトライボロジーのリーダーである理由は何ですか?

Hager:私たちは、さまざまな業界向けにさまざまな転がり軸受を扱っています。 過去 20 年間、当社は製品ラインを拡大し、ベアリング以外の動力伝達部品を含めてきました。

私たちの研究室では現在、幅広いトピックでトライボロジーを研究しています。 非常に薄い潤滑油膜の厚さを測定できます。 固体潤滑剤とコーティングの摩擦と摩耗を研究しています。 さまざまな鋼と微細構造の金属間摩耗を評価します。 ベルト材料開発のためのエラストマーと、耐腐食性 Poly-Round® ハウジング ユニット用のポリマーをテストします。

この多様な経験から得たすべての知識は、次の複雑なトライボロジーの問題を解決するときに非常に有利になります。 そのため、世界中の非常に多くの企業が私たちにやって来ます。

技術担当バイスプレジデントのダグ・スミスは、1世紀以上にわたるTRBの卓越性を基に、ティムケンが顧客の選択肢をどのように拡大しているかについて語っています。ビデオをご覧ください。

ティムケンの研究開発投資を促進するマクロトレンドについて学びます。

Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24