Tribologie : la science derrière tout ce que nous faisons

Les roulements sont utilisés pour réduire la friction. Lorsque les rouleaux « supportent » la charge, les roues et les engrenages qu’ils supportent tournent en douceur et facilement.

Bien avant que la « durabilité » ne devienne une préoccupation mondiale, les roulements jouaient un rôle central dans l’amélioration de l’efficacité énergétique et de la longévité mécanique en réduisant l’impact environnemental des machines tournantes.

La science de la réduction des frottements fait partie d’un vaste domaine appelé « tribologie », et les experts en tribologie de Timken continuent de réduire les frottements et d’améliorer l’efficacité des roulements. Leurs recherches permettent de s’assurer que les roulements Timken® offrent des performances optimales à mesure que les exigences des clients évoluent et changent.

Le Dr Carl Hager parle de l’évolution de la tribologie dans l’industrie du roulement et explique pourquoi Timken est reconnu mondialement comme un leader sur le sujet.

Quel rôle joue la tribologie chez Timken ?

Hager : Le terme « tribologie » n’existait pas lorsque Henry Timken a créé l’entreprise en 1899, mais il a breveté un roulement à rouleaux coniques pour résoudre le problème du frottement. Le frottement est un phénomène qui entrave le mouvement. Un exemple simple est la résistance que vous ressentez lorsque deux surfaces se frottent l’une contre l’autre. En fait, le mot « tribologie » vient de la racine grecque tribos, « frotter ».

Voici un problème de tribologie : un arbre de boîte de vitesses doit transmettre la charge au carter et tourner. Pour qu’il tourne efficacement, nous devons minimiser les frottements entre l’arbre et le boîtier. Nous pouvons lubrifier les contacts, mais nous devons également tenir compte du potentiel de dommages entre les surfaces. Comment minimiser les dommages, tout en facilitant un mouvement efficace ? Ce problème est à la base de tout ce que nous faisons.

Quelle est votre approche pour résoudre les problèmes de tribologie ?

Hager : L’analyse de l’usure est fondamentale en tribologie. Le manuel ASM définit l’usure comme « un dommage à une surface solide, impliquant généralement une perte progressive de matériau ». L’usure par abrasion, adhérence et fatigue sont les formes les plus courantes de dommages tribologiques que nous diagnostiquons.

L’usure par abrasion est courante dans les industries telles que l’exploitation minière et l’agriculture et peut se produire lorsque des contaminants de particules dures pénètrent dans les composants tribologiques. Les surfaces usées peuvent présenter une morphologie lisse et polie ou peuvent présenter des rayures et des rainures profondes.

L’usure adhésive est courante dans les interfaces à grande vitesse ou peu lubrifiées. Cela peut se produire lorsque les surfaces en contact se lient localement et sont ensuite séparées ou cisaillées. Cela provoque le transfert du matériau lorsqu’il est retiré d’une surface et adhère à l’autre.

Une forte usure par fatigue, ou écaillage, indique souvent la fin de la durée de vie utile des roulements à éléments roulants. Les dommages se produisent lorsque des contacts roulants fortement chargés sont soumis à une fatigue cyclique élevée. Une légère usure par fatigue, également appelée pelage ou micropiqûres, peut se produire lorsque les surfaces des éléments roulants ne sont pas correctement séparées par un film lubrifiant. Les surfaces en contact présentent des pressions extrêmement élevées dans les caractéristiques de la texture de surface, qui peuvent se fissurer et s’écailler à une profondeur micrométrique.

La tribologie est au cœur du vaste portefeuille de produits et services de Timken. La gestion de la friction et de l’usure au sein des composants et des systèmes est le fondement de leur proposition de valeur aux clients.

Les roulements transmettent la charge et réduisent la friction – la perte de puissance – dans les machines.

Les chaînes à rouleaux fléchissent et fonctionnent avec une usure minimale dans la chaîne ou les pignons.

Les courroies utilisent la friction tout en minimisant l’usure pour maintenir une tension appropriée.

Les entraînements par engrenages doivent avoir une efficacité de transmission élevée avec une usure minimale.

Les systèmes de lubrification automatique gèrent la lubrification des composants de la machine, sans intervention humaine. Un bon choix de lubrifiant peut minimiser la friction et l’usure.

Comment l’approche tribologique de Timken a-t-elle évolué au fil des décennies ?

Hager : Timken a commencé à fabriquer des roulements à éléments roulants avant que les calculs modernes d’épaisseur de film d’huile ne soient disponibles. C’est dans les années 1920 que les chercheurs ont commencé à établir un lien entre l’épaisseur du film de lubrifiant, la rugosité de la surface et la durée de vie des composants en fatigue par contact de roulement. Cet impact a été amplifié dans les années 1960 lorsque Timken a fait un pas vers un acier plus propre. Sans défauts de matériau sous la surface, les interfaces tribologiques ont commencé à dominer la durée de vie des roulements.

Aujourd’hui, nous disposons d’outils modernes capables de modéliser les roulements à éléments roulants. Ces outils peuvent calculer les pressions de contact et prédire la formation de films lubrifiants très fins. Ces connaissances peuvent être utilisées pour concevoir et fabriquer le contour et la rugosité appropriés sur les surfaces d’appui des éléments roulants.

Quels types de problèmes clients résolvez-vous ?

Hager : Timken dispose d’un laboratoire de tribologie de classe mondiale que nous pouvons exploiter pour simuler de nombreux types différents de contacts tribologiques. Nous utilisons les connaissances issues des tests et des analyses pour atténuer les problèmes avant le lancement des produits. Nous aidons à développer des surfaces et des revêtements techniques qui deviennent éventuellement des solutions client.

En plus d’une recherche et d’un développement proactifs, nous interagissons avec les clients et fournissons une analyse des dommages. Nous identifions le type d’usure auquel ils sont confrontés pour aider à trouver une solution. Nous travaillons également avec notre laboratoire de rhéologie pour aider les clients à choisir le bon lubrifiant pour leur système.

Qu’est-ce qui fait de Timken un leader en tribologie ?

Hager : Nous travaillons avec une variété de roulements à éléments roulants pour de nombreuses industries différentes. Au cours des deux dernières décennies, nous avons élargi nos gammes de produits pour inclure des composants de transmission de puissance au-delà des roulements.

Notre laboratoire étudie maintenant la tribologie sur un large éventail de sujets. Nous pouvons mesurer l’épaisseur de films lubrifiants très fins. Nous étudions le frottement et l’usure des lubrifiants solides et des revêtements. Nous évaluons l’usure intermétallique de différents aciers et microstructures. Nous testons les élastomères pour le développement des matériaux de courroie et les polymères pour nos unités à boîtier Poly-Round® résistantes à la corrosion.

Toutes les connaissances que nous obtenons de cette expérience diversifiée nous donnent un énorme avantage lorsqu’il est temps de résoudre le prochain problème complexe de tribologie. C’est pourquoi tant d’entreprises du monde entier font appel à nous.

Doug Smith, vice-président de la technologie, explique comment Timken élargit les options des clients, en s’appuyant sur plus d’un siècle d’excellence TRB. Regardez la vidéo .

Découvrez les macrotendances qui motivent les investissements en R&D de Timken .

Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24