Tribologia: la scienza dietro tutto ciò che facciamo

I cuscinetti sono usati per ridurre l’attrito. Quando i rulli “sopportano” il carico, le ruote e gli ingranaggi che supportano ruotano in modo fluido e semplice.

Molto prima che la “sostenibilità” diventasse un obiettivo globale, i cuscinetti hanno svolto un ruolo centrale nel migliorare l’efficienza energetica e la longevità meccanica riducendo l’impatto ambientale delle macchine rotanti.

La scienza della riduzione dell’attrito fa parte di un vasto campo chiamato “tribologia” e gli esperti di tribologia di Timken continuano a ridurre l’attrito e ad aumentare l’efficienza dei cuscinetti. La loro ricerca aiuta a garantire che i cuscinetti Timken® forniscano prestazioni ottimali man mano che le esigenze dei clienti cambiano e cambiano.

Il Dr. Carl Hager parla dell’evoluzione della tribologia nell’industria dei cuscinetti e spiega perché Timken è riconosciuta a livello mondiale come leader in materia.

Che ruolo gioca la tribologia in Timken?

Hager: “Tribologia” come termine non esisteva quando Henry Timken fondò l’azienda nel 1899, ma brevettò un cuscinetto a rulli conici per risolvere il problema dell’attrito. L’attrito è un fenomeno che impedisce il movimento. Un semplice esempio è la resistenza che si prova quando due superfici si sfregano l’una contro l’altra. Infatti la parola “tribologia” deriva dalla radice greca tribos, “sfregare”.

Ecco un problema di tribologia: un albero del cambio deve trasmettere il carico all’alloggiamento e ruotare. Affinché ruoti in modo efficiente, dobbiamo ridurre al minimo l’attrito tra l’albero e l’alloggiamento. Possiamo lubrificare i contatti, ma dobbiamo anche considerare il potenziale danno tra le superfici. Come riduciamo al minimo i danni, facilitando al contempo un movimento efficiente? Quel problema è alla radice di tutto ciò che facciamo.

Qual è il tuo approccio alla risoluzione dei problemi di tribologia?

Hager: L’analisi dell’usura è fondamentale per la tribologia. L’ASM Handbook definisce l’usura come “danno a una superficie solida, che generalmente comporta una progressiva perdita di materiale”. L’usura abrasiva, adesiva e da fatica sono le forme più comuni di danno tribologico che diagnostichiamo.

L’usura abrasiva è comune in industrie come l’estrazione mineraria e l’agricoltura e può verificarsi quando contaminanti di particelle dure entrano nei componenti tribologici. Le superfici usurate possono presentare una morfologia liscia e lucida o possono presentare graffi e scanalature profonde.

L’usura adesiva è comune nelle interfacce ad alta velocità o minimamente lubrificate. Può verificarsi quando le superfici a contatto si legano localmente e quindi vengono separate o tagliate. Ciò fa sì che il materiale si trasferisca mentre viene rimosso da una superficie e fatto aderire all’altra.

Una forte usura da fatica, o scheggiatura, indica spesso la fine della vita utile dei cuscinetti volventi. Il danno si verifica poiché i contatti volventi fortemente caricati sono soggetti a un’elevata fatica del ciclo. Una leggera usura da fatica, chiamata anche peeling o micropitting, può verificarsi quando le superfici degli elementi volventi non sono adeguatamente separate da un film lubrificante. Le superfici di contatto mostrano pressioni estremamente elevate all’interno delle caratteristiche della struttura della superficie, che può incrinarsi e sfaldarsi a una profondità di scala micrometrica.

La tribologia è al centro dell’ampio portafoglio di prodotti e servizi di Timken. La gestione dell’attrito e dell’usura all’interno di componenti e sistemi è alla base della loro proposta di valore ai clienti.

I cuscinetti trasmettono il carico e riducono l’attrito – perdita di potenza – nelle macchine.

Le catene a rulli si flettono e funzionano con un’usura minima all’interno della catena o dei pignoni.

Le cinghie utilizzano l’attrito riducendo al minimo l’usura per mantenere una tensione adeguata.

Le trasmissioni a ingranaggi dovrebbero avere un’elevata efficienza di trasmissione con un’usura minima.

I sistemi di lubrificazione automatica gestiscono la lubrificazione dei componenti della macchina, senza l’intervento umano. Una corretta selezione del lubrificante può ridurre al minimo l’attrito e l’usura.

Come è cambiato l’approccio tribologico di Timken nel corso dei decenni?

Hager: Timken ha iniziato a produrre cuscinetti volventi prima che fossero disponibili i moderni calcoli dello spessore del film d’olio. Erano gli anni ’20 quando i ricercatori iniziarono a collegare l’impatto dello spessore del film lubrificante, della rugosità della superficie e della durata a fatica del contatto volvente dei componenti. Questo impatto è stato amplificato negli anni ’60, quando Timken ha spinto verso un acciaio più pulito. Senza difetti del materiale sotto la superficie, le interfacce tribologiche hanno cominciato a dominare la vita dei cuscinetti volventi.

Oggi disponiamo di strumenti moderni in grado di modellare cuscinetti volventi. Questi strumenti possono calcolare le pressioni di contatto e prevedere la formazione di film lubrificanti molto sottili. Questa conoscenza può essere utilizzata per progettare e produrre il profilo e la rugosità adeguati sulle superfici dei cuscinetti degli elementi volventi.

Che tipo di problemi dei clienti risolvi?

Hager: Timken ha un laboratorio di tribologia di livello mondiale che possiamo sfruttare per simulare molti diversi tipi di contatti tribologici. Utilizziamo le conoscenze derivanti da test e analisi per mitigare i problemi prima del lancio dei prodotti. Aiutiamo a sviluppare superfici e rivestimenti ingegnerizzati che alla fine diventano soluzioni per i clienti.

Oltre alla ricerca e sviluppo proattivi, interagiamo con i clienti e forniamo analisi dei danni. Identifichiamo il tipo di usura con cui hanno a che fare per trovare una soluzione. Collaboriamo anche con il nostro laboratorio di reologia per aiutare i clienti a scegliere il lubrificante giusto per il loro sistema.

Cosa rende Timken un leader della tribologia?

Hager: Lavoriamo con una vasta gamma di cuscinetti volventi per molti settori diversi. Negli ultimi due decenni, abbiamo ampliato le nostre linee di prodotti per includere componenti per la trasmissione di potenza oltre ai cuscinetti.

Il nostro laboratorio ora studia la tribologia su un’ampia gamma di argomenti. Possiamo misurare lo spessore di film lubrificanti molto sottili. Studiamo l’attrito e l’usura di lubrificanti solidi e rivestimenti. Valutiamo l’usura intermetallica di diversi acciai e microstrutture. Testiamo elastomeri per lo sviluppo del materiale delle cinghie e polimeri per le nostre unità alloggiate Poly-Round® resistenti alla corrosione.

Tutta la conoscenza che otteniamo da questa esperienza diversificata ci offre un enorme vantaggio quando è il momento di risolvere il prossimo complesso problema di tribologia. Ecco perché così tante aziende in tutto il mondo si rivolgono a noi.

Doug Smith, vicepresidente della tecnologia, parla di come Timken stia ampliando le opzioni per i clienti, basandosi su oltre un secolo di eccellenza TRB. Guarda il video .

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Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24