Трибология: наука, стоящая за всем, что мы делаем

Подшипники используются для уменьшения трения. Когда ролики «несут» нагрузку, колеса и шестерни, которые они поддерживают, вращаются плавно и легко.

Задолго до того, как «устойчивое развитие» стало глобальным центром внимания, подшипники играли центральную роль в повышении энергоэффективности и механической долговечности за счет снижения воздействия вращающихся механизмов на окружающую среду.

Наука о снижении трения является частью широкой области под названием «трибология», и специалисты по трибологии Timken продолжают снижать трение и повышать эффективность подшипников. Их исследования помогают гарантировать, что подшипники Timken® будут обеспечивать оптимальную производительность по мере изменения требований клиентов.

Доктор Карл Хагер рассказывает об эволюции трибологии в производстве подшипников и объясняет, почему компания Timken признана во всем мире лидером в этой области.

Какую роль играет трибология в компании Timken?

Хагер: Термина «трибология» не существовало, когда Генри Тимкен основал компанию в 1899 году, но он запатентовал конический роликоподшипник для решения проблемы трения. Трение – это явление, препятствующее движению. Простой пример — сопротивление, которое вы чувствуете, когда две поверхности трутся друг о друга. На самом деле слово «трибология» происходит от греческого корня tribos, «тереть».

Вот проблема трибологии: вал редуктора должен передавать нагрузку на корпус и вращаться. Чтобы он вращался эффективно, мы должны минимизировать трение между валом и корпусом. Мы можем смазывать контакты, но мы также должны учитывать возможность повреждения между поверхностями. Как свести к минимуму ущерб, способствуя при этом эффективному движению? Эта проблема лежит в основе всего, что мы делаем.

Каков ваш подход к решению задач трибологии?

Хагер: Анализ износа является основой трибологии. Справочник ASM определяет износ как «повреждение твердой поверхности, обычно сопровождающееся прогрессирующей потерей материала». Абразивный, адгезионный и усталостный износ являются наиболее распространенными формами трибологических повреждений, которые мы диагностируем.

Абразивный износ характерен для таких отраслей, как горнодобывающая промышленность и сельское хозяйство, и может возникать, когда твердые загрязняющие частицы попадают в трибологические компоненты. Изношенные поверхности могут иметь гладкую полированную морфологию или могут иметь глубокие царапины и канавки.

Адгезионный износ характерен для высокоскоростных интерфейсов или интерфейсов с минимальной смазкой. Это может произойти, когда контактирующие поверхности локально соединяются, а затем разрываются или сдвигаются. Это вызывает перенос материала, поскольку он удаляется с одной поверхности и прилипает к другой.

Сильный усталостный износ или растрескивание часто указывают на окончание срока службы подшипников качения. Повреждение возникает, когда сильно нагруженные контакты качения подвергаются многоцикловой усталости. Умеренный усталостный износ, также называемый отслаиванием или микропиттингом, может возникать, когда поверхности тел качения не разделены должным образом смазочной пленкой. Соприкасающиеся поверхности испытывают чрезвычайно высокое давление в пределах особенностей текстуры поверхности, которые могут растрескиваться и отслаиваться на микрометровой глубине.

Трибология лежит в основе обширного портфеля продуктов и услуг Timken. Управление трением и износом компонентов и систем является основой их ценностного предложения клиентам.

Подшипники передают нагрузку и уменьшают трение — потери мощности — в машинах.

Роликовые цепи изгибаются и работают с минимальным износом цепи или звездочек.

Ремни используют трение, сводя к минимуму износ для поддержания надлежащего натяжения.

Зубчатые передачи должны иметь высокий КПД передачи при минимальном износе.

Автоматические системы смазки управляют смазкой компонентов машины без вмешательства человека. Правильный выбор смазки может свести к минимуму трение и износ.

Как подход Timken к трибологии изменился за десятилетия?

Хагер: Компания Timken начала производить подшипники качения до того, как стали доступны современные расчеты толщины масляной пленки. Это было в 1920-х годах, когда исследователи начали связывать влияние толщины смазочной пленки, шероховатости поверхности и усталостной долговечности компонентов при контакте качения. Это влияние усилилось в 1960-х годах, когда компания Timken сделала рывок в сторону более чистой стали. Без дефектов подповерхностного материала трибологические интерфейсы стали доминировать в сроке службы подшипников качения.

Сегодня у нас есть современные инструменты, которые могут моделировать подшипники качения. Эти инструменты могут рассчитывать контактные давления и прогнозировать образование очень тонких смазочных пленок. Эти знания можно использовать для проектирования и изготовления надлежащего контура и шероховатости на поверхностях подшипников качения.

Какие проблемы клиентов вы решаете?

Хагер: У Timken есть лаборатория трибологии мирового класса, которую мы можем использовать для моделирования различных типов трибологических контактов. Мы используем знания, полученные в результате тестирования и анализа, для устранения проблем до запуска продуктов. Мы помогаем разрабатывать инженерные поверхности и покрытия , которые в конечном итоге становятся решениями для клиентов.

Помимо активных исследований и разработок, мы взаимодействуем с клиентами и проводим анализ повреждений. Мы определяем тип износа, с которым они имеют дело, чтобы помочь найти решение. Мы также сотрудничаем с нашей реологической лабораторией , чтобы помочь клиентам выбрать правильную смазку для своей системы.

Что делает Timken лидером в области трибологии?

Хагер: Мы работаем с различными подшипниками качения для различных отраслей промышленности. За последние два десятилетия мы расширили наши производственные линии, включив в них не только подшипники, но и компоненты силовой передачи.

В настоящее время наша лаборатория изучает трибологию по широкому кругу тем. Мы можем измерить толщину очень тонких смазочных пленок. Изучаем трение и износ твердых смазок и покрытий. Мы оцениваем интерметаллидный износ различных сталей и микроструктур. Мы тестируем эластомеры для разработки материалов для ремней и полимеры для наших коррозионно-стойких корпусных узлов Poly-Round®.

Все знания, которые мы получаем из этого разнообразного опыта, дают нам огромное преимущество, когда приходит время решать следующую сложную трибологическую задачу. Именно поэтому к нам обращается так много компаний по всему миру.

Дуг Смит, вице-президент по технологиям, рассказывает о том, как компания Timken расширяет возможности для клиентов, опираясь на более чем вековой опыт TRB. Посмотрите видео .

Узнайте о макротенденциях, стимулирующих инвестиции Timken в исследования и разработки .

Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24