TRIBOLOGIE Studiul suprafețelor interacționale în mișcare

Cu toate acestea, mecanismul propriu-zis al fricțiunii glisante are loc la nivel microscopic, ceea ce înseamnă că teoriile tribologice asupra fricțiunii implică și topografia suprafețelor. Tribologul diferențiază între zona de contact reală și zona de contact nominală (dimensiuni geometrice), care contabilizează orice goluri sau porțiuni fără contact ale unui element solid. Mecanismele responsabile de procesul de transformare a energiei în suprafața apropiată includ:

Ce poartă?

Uzura este definită ca pierderea materială ireversibilă a suprafețelor care interacționează. Procesele elementare fizice și chimice din zona de contact a unei perechi glisante care duc ulterior la schimbarea materialului și a formei partenerilor de frecare sunt cunoscute sub numele de mecanisme de uzură. Aceste mecanisme de uzură includ:

Mecanismele de frecare și uzură sunt puternic afectate de structura sistemului tribologic, precum și de stresul colectiv indus:

µ=f (tribo-structură (t), stres colectiv indus (t))

w=f (tribo-structură (t), stres colectiv indus (t))

Mecanismele de frecare și uzură nu apar într-un mod izolat, ci mai degrabă printr-o suprapunere de mecanisme care este dificil de cuantificat și controlat. Această suprapunere apare în sistemele tribo-tehnice în proporții nedetectabile și în proporții care variază în timp și loc, ceea ce face aproape imposibil să se calculeze procesele de frecare și uzură într-un tribo-contact. Acesta este motivul pentru care testele tribologice sunt atât de importante pentru estimarea comportamentului tribologic. Dacă vrem să interpretăm și să înțelegem date măsurate tribologic și cercetări orientate către mecanisme, avem nevoie de cunoștințe complete despre mecanismele de acțiune într-un tribo-contact.

Tribologii clasifică condițiile de frecare, uzură și lubrifiere în conformitate cu următoarele programe:

• Regimul de frecare 0:Fricțiune solidă: Fricțiunea se creează între suprafețele solide în contact direct fără lubrifiant.

• Regimul de frecare I:Frecare la graniță: Frecare solidă, în care suprafețele partenerilor de frecare sunt acoperite cu un film de lubrifiant molecular care nu are capacitate de încărcare. Lubrifiantul are o influență asupra caracteristicilor de frecare și uzură.

• Regimul de frecare II:Frecare mixtă: regimurile de frecare I și III coexistă. Valoarea fricțiunii este o combinație de frecare solidă și hidrodinamică. Un film fluid creat de lubrifiant are o capacitate de încărcare.

• Regimul de frecare III:Fricțiune hidrodinamică: Valoarea fricțiunii este determinată de forfecare în fluid. Capacitatea de încărcare a filmului fluid previne contactul direct între cele două suprafețe solide.

• Regimul de uzură a:Rata de uzură ridicată datorită frecării solide și contactului direct al suprafețelor.

• Regimul de uzură b:Valori mai mici de uzură datorită unui film de fluid molecular.

• Regimul de uzură c:Uzură ușoară datorită unei separări parțiale a suprafețelor printr-o peliculă fluidă mai groasă.

• Regimul de uzură d:„Uzură zero”, rezultată din pelicula de fluid hidrodinamic sau elastohidrodinamic care împiedică contactul direct al celor două suprafețe.

CE REZULTATE SE POATE REALIZA APLICAND TRIBOLOGIA LA PROIECTAREA PORTULUI?

Cum poate Tribology duce la îmbunătățirea măsurabilă a produsului?

Testarea tribologică ne permite să obținem informații despre performanța tribo a materialelor pentru a conduce la concepții de materiale noi și mai bune. Apoi putem viza compoziții materiale pentru a obține proprietăți tribologice specifice și mai bune.

Rezultatele testelor tribologice și metodele analitice de suprafață ne ajută să estimăm performanța tribo, inclusiv fricțiunea și uzura, mecanismele de defectare, cinetica filmelor de transfer ale materialelor existente și noile prototipuri bazate pe diverși factori și influențe. Aceste informații ne ajută să vedem și să înțelegem variabile precum efectele diferitelor compoziții de materiale, inclusiv umplutura, concentrația de umplutură, efectele sinergice ale umpluturilor, structura materialului, precum și impactul altor elemente ale structurii sistemului.

Cum îmbunătățește tribologia eficiența și extinde durata de viață a materialelor rulmentului?

Suprafețe de contact optimizate tribologic

• Identificarea factorilor critici care influențează sistemul tribo

• Identificarea soluțiilor pentru îmbunătățirea eficienței și reducerea uzurii, inclusiv:

• Utilizarea de materiale de frecare și uzură optimizate.

• Optimizarea împerecherilor de materiale, ceea ce duce la niveluri reduse de frecare și uzură.

• Selectarea și utilizarea lubrifianților corecți.

• Sosirea la modificări de proiectare care au un impact benefic asupra performanței generale a sistemului tribo.

Care sunt câteva exemple de progrese tehnologice ale rulmenților pe care le-a oferit cercetarea tribologică?

Pentru o imagine de ansamblu a progreselor istorice în tehnologia rulmentului condusă de tribo-cercetare, citițiacest articol în revista Eureka. Acesta acoperă rulmenții cu role folosite de vechii egipteni, rulmenții cu bile folosiți de romani 40BC, rolurile tratamentului termic al oțelului întărit și ceramicii pe bază de oxid. De asemenea, acoperă dezvoltarea primului rulment autolubrifiant metal-polimer simplu de către GGB.

În ce industrii și aplicații este utilă tribologia?

Tribologia joacă un rol central în aplicații în care două suprafețe de contact se mișcă una în raport cu cealaltă. Unele industrii impun cerințe mai mari sistemelor tribologice datorită criticității misiunii lor, cerințelor de funcționare continuă sau condițiilor extreme.

CE TREBUIE SĂ SE GANDească UN INGINER ÎN CÂND SE CONCEPTE PRODUSE SAU EXPERIMENTE DE FRICȚIE / PORTARE?

Acest lucru depinde puternic de aplicație. Unele aplicații necesită frecare redusă (de exemplu, materiale pentru rulmenți) în timp ce altele necesită frecare ridicată (de exemplu, sisteme de frânare). Pentru majoritatea aplicațiilor, uzura minimă a materialelor este un obiectiv primordial. Pentru multe aplicații, este adesea vizat un punct dulce definit între niveluri scăzute de frecare și performanțe bune la uzură.

Atunci când se proiectează experimente care descriu fricțiunea și uzura, testarea tribologică poate fi plasată în una din cele șase categorii principale, de la testele de teren din categoria I până la cele mai simple teste de model de laborator din categoria VI.

Categoria I:Un test de teren se desfășoară în condiții normale de funcționare, care pot include condiții de funcționare extinse. Acest lucru are ca rezultat o repetabilitate redusă, dar este aproape de cerințele lumii reale cu care se va confrunta sistemul tribologic.

Categoria II:Experimentele sunt întreprinse cu un echipament complet într-un mediu vegetal. Aceste experimente pot obține rezultate apropiate de condițiile normale de funcționare și pot fi efectuate pe o perioadă de timp pentru a reproduce condiții de funcționare extinse, limitând în același timp impactul asupra mediului.

Categoria III:Componentele, subsistemele sau ansamblurile sunt testate într-un laborator, aproximând condițiile normale de funcționare extinse, producând o repetabilitate medie

Categoria IV:Testarea de laborator se efectuează pe componente standard seriale folosind aparate de instalații de testare reduse.

Categoria V:Experimentele sunt efectuate pe un eșantion cu echipamente de testare pentru a furniza aproape de condițiile normale de funcționare cu o repetabilitate excelentă.

Categoria VI: Se efectuează un test pe bancă cu echipamente simple de testare de laborator.

Este important să ne amintim că, în categoriile I-III, structura sistemului tribo-agregatului original rămâne consecventă și doar simplificarea stresului colectiv este simplificată. Categoriile II și III oferă solicitări colective mai reproductibile decât categoria I. În schimb, în ​​categoriile IV-VI, structura sistemului este simplificată cu dezavantajul predictibilității scăzute în transferabilitatea rezultatelor testelor la sisteme tribo-tehnice practice comparabile. Categoriile IV-VI oferă o metrologie mai bună a sub-contactului cu tribul, costuri mai mici și un interval de timp mai strict de testare.1Deci, cu o ordine crescătoare a categoriilor de test, timpul de testare, precum și costul testului cresc semnificativ, dar transferabilitatea rezultatului testului crește, de asemenea.

Cum putem aplica categoriile de testare la rulmentul subsistemului tribo?

Testarea tribologică a materialelor pentru rulmenți poate fi împărțită în patru categorii principale:

• Descrieri ale performanței produsului, care ar include categoriile IV și III pentru a asigura transferabilitatea rezultatelor.

• Monitorizarea producției / producției, inclusiv categoriile VI până la IV, cu categoria III fiind, de asemenea, o posibilitate.

• Testarea rulmenților legată de clienți poate include categoriile III până la V, ținând cont de faptul că categoria V este relevantă numai dacă testul poate fi adaptat cât mai aproape de aplicație.

• Toate categoriile pot fi utilizate pentru a sprijini proiectanții de materiale, cu categorii inferioare în etapele timpurii de dezvoltare pentru preselecție și categorii cu număr mai mare care intră în joc, deoarece sunt disponibili subcomponenții și produsul final.

1Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg + Teubner Verlag, 2010

CARE ESTE ABORDAREA GGB ÎN DEZVOLTAREA SOLUȚIILOR PORTANTE PRIN EXPERTIZA TRIBOLOGICĂ?