Trybologia: nauka stojąca za wszystkim, co robimy

Łożyska służą do zmniejszenia tarcia. Kiedy rolki „noszą” obciążenie, koła i koła zębate, które wspierają, obracają się płynnie i łatwo.

Na długo przed tym, jak „zrównoważony rozwój” stał się celem globalnym, łożyska odegrały kluczową rolę w poprawie efektywności energetycznej i trwałości mechanicznej poprzez zmniejszenie wpływu maszyn wirujących na środowisko.

Nauka o zmniejszaniu tarcia jest częścią szerokiej dziedziny zwanej „trybologią”, a eksperci od trybologii firmy Timken kontynuują zmniejszanie tarcia i zwiększanie wydajności łożysk. Ich badania pomagają zapewnić, że łożyska Timken® zapewniają optymalną wydajność, gdy zmieniają się i zmieniają wymagania klientów.

Dr Carl Hager opowiada o ewolucji trybologii w przemyśle łożyskowym i wyjaśnia, dlaczego firma Timken jest rozpoznawana na całym świecie jako lider w tej dziedzinie.

Jaką rolę w firmie Timken odgrywa trybologia?

Hager: „Tribologia” jako termin nie istniała, gdy Henry Timken zakładał firmę w 1899 roku, ale opatentował łożysko stożkowe, aby rozwiązać problem tarcia. Tarcie to zjawisko utrudniające ruch. Prostym przykładem jest opór odczuwany, gdy dwie powierzchnie ocierają się o siebie. W rzeczywistości słowo „trybologia” pochodzi od greckiego rdzenia tribos, „pocierać”.

Oto problem trybologiczny: wał przekładni musi przenosić obciążenie na obudowę i obracać się. Aby sprawnie się obracał, musimy zminimalizować tarcie między wałem a obudową. Możemy smarować styki, ale musimy również wziąć pod uwagę możliwość uszkodzenia między powierzchniami. Jak zminimalizować uszkodzenia, jednocześnie ułatwiając sprawny ruch? Ten problem leży u podstaw wszystkiego, co robimy.

Jakie masz podejście do rozwiązywania problemów trybologicznych?

Hager: Analiza zużycia to podstawa trybologii. W podręczniku ASM zużycie definiuje się jako „uszkodzenie litej powierzchni, zwykle obejmujące postępującą utratę materiału”. Zużycie ścierne, adhezyjne i zmęczeniowe to najczęstsze diagnozowane przez nas formy uszkodzeń trybologicznych.

Zużycie ścierne jest powszechne w branżach takich jak górnictwo i rolnictwo i może wystąpić, gdy zanieczyszczenia w postaci twardych cząstek dostają się do elementów trybologicznych. Zużyte powierzchnie mogą wykazywać gładką, wypolerowaną morfologię lub mogą mieć głębokie rysy i rowki.

Zużycie adhezyjne jest powszechne w przypadku szybkobieżnych lub minimalnie smarowanych interfejsów. Może wystąpić, gdy stykające się powierzchnie lokalnie łączą się, a następnie są rozrywane lub ścinane. Powoduje to przenoszenie materiału, gdy jest on usuwany z jednej powierzchni i przyklejany do drugiej.

Poważne zużycie zmęczeniowe lub odpryski często wskazują na koniec okresu użytkowania łożysk tocznych. Uszkodzenie występuje, gdy mocno obciążone styki toczne są poddawane wysokiemu zmęczeniu cyklowemu. Łagodne zużycie zmęczeniowe, zwane również łuszczeniem lub mikropittingiem, może wystąpić, gdy powierzchnie elementów tocznych nie są odpowiednio oddzielone warstwą smaru. Stykające się powierzchnie wykazują niezwykle wysokie naciski w obrębie cech tekstury powierzchni, które mogą pękać i łuszczyć się na głębokości mikrometrowej.

Trybologia jest podstawą bogatego portfolio produktów i usług firmy Timken. Zarządzanie tarciem i zużyciem w komponentach i systemach jest podstawą ich propozycji wartości dla klientów.

Łożyska przenoszą obciążenie i zmniejszają tarcie — straty mocy — w maszynach.

Łańcuchy rolkowe wyginają się i poruszają przy minimalnym zużyciu łańcucha lub kół zębatych.

Pasy wykorzystują tarcie, jednocześnie minimalizując zużycie, aby utrzymać odpowiednie napięcie.

Napędy zębate powinny mieć wysoką sprawność przenoszenia przy minimalnym zużyciu.

Automatyczne systemy smarowania zarządzają smarowaniem elementów maszyny bez interwencji człowieka. Właściwy dobór smaru może zminimalizować tarcie i zużycie.

Jak na przestrzeni dziesięcioleci zmieniło się podejście do trybologii firmy Timken?

Hager: Firma Timken rozpoczęła produkcję łożysk tocznych, zanim udostępniono nowoczesne obliczenia grubości filmu olejowego. W latach dwudziestych naukowcy zaczęli łączyć wpływ grubości filmu smarnego, chropowatości powierzchni i trwałości zmęczeniowej styku tocznego elementu. Ten wpływ został wzmocniony w latach sześćdziesiątych, kiedy firma Timken położyła nacisk na czystszą stal. Bez wad materiału podpowierzchniowego, interfejsy trybologiczne zaczęły dominować nad trwałością łożysk tocznych.

Dziś dysponujemy nowoczesnymi narzędziami, które mogą modelować łożyska toczne. Narzędzia te mogą obliczać naciski kontaktowe i przewidywać powstawanie bardzo cienkich filmów smarnych. Wiedzę tę można wykorzystać do zaprojektowania i wykonania odpowiedniego konturu i chropowatości na powierzchniach łożysk tocznych.

Jakie problemy klientów rozwiązujecie?

Hager: Timken dysponuje światowej klasy laboratorium trybologicznym, które możemy wykorzystać do symulacji wielu różnych typów kontaktów trybologicznych. Wykorzystujemy wiedzę z testów i analiz, aby łagodzić problemy przed wprowadzeniem produktów na rynek. Pomagamy opracowywać powierzchnie inżynieryjne i powłoki , które ostatecznie stają się rozwiązaniami dla klientów.

Oprócz proaktywnych badań i rozwoju współpracujemy z klientami i zapewniamy analizę uszkodzeń. Identyfikujemy rodzaj zużycia, z jakim mają do czynienia, aby pomóc znaleźć rozwiązanie. Współpracujemy również z naszym laboratorium reologicznym, aby pomóc klientom wybrać odpowiedni środek smarny do ich systemu.

Co sprawia, że Timken jest liderem trybologii?

Hager: Pracujemy z różnymi łożyskami tocznymi dla wielu różnych branż. W ciągu ostatnich dwóch dekad rozszerzyliśmy nasze linie produktów o komponenty do przenoszenia mocy poza łożyskami.

Nasze laboratorium zajmuje się obecnie badaniem trybologii w szerokim zakresie tematów. Możemy zmierzyć grubość bardzo cienkich filmów smarnych. Zajmujemy się badaniem tarcia i zużycia smarów stałych i powłok. Oceniamy zużycie międzymetaliczne różnych stali i mikrostruktur. Testujemy elastomery pod kątem opracowywania materiałów pasów oraz polimery do naszych odpornych na korozję jednostek z obudową Poly-Round®.

Cała wiedza, którą zdobywamy z tego zróżnicowanego doświadczenia, daje nam ogromną przewagę, gdy nadchodzi czas rozwiązania kolejnego złożonego problemu trybologicznego. Dlatego przyjeżdża do nas tak wiele firm z całego świata.

Doug Smith, wiceprezes ds. technologii, opowiada o tym, jak Timken rozszerza opcje dla klientów, opierając się na ponad stuletniej doskonałości TRB. Obejrzyj wideo .

Poznaj makrotrendy napędzające inwestycje w badania i rozwój firmy Timken .

Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24