TRIBOLOGIJA Študija interakcije površin v gibanju

Dejanski mehanizem trenja pri drsenju pa se pojavlja na mikroskopski ravni, kar pomeni, da tribološke teorije o trenju vključujejo tudi topografijo površin. Tribolog razlikuje med dejansko kontaktno površino in nominalno kontaktno površino (geometrijske mere), ki upošteva morebitne praznine ali nekontaktne dele trdnega elementa. Mehanizmi, odgovorni za proces pretvorbe energije v bližnji površini, vključujejo:

Kaj obleči?

Wear je opredeljen kot nepopravljiva materialna izguba medsebojno delujočih površin. Fizikalni in kemijski osnovni procesi na območju stika drsnega para, ki nato vodijo do sprememb materiala in oblike tornih partnerjev, so znani kot obrabni mehanizmi. Ti obrabni mehanizmi vključujejo:

Na mehanizem trenja in obrabe močno vpliva struktura tribološkega sistema kot tudi inducirani skupni stres:

µ=f (tribo-struktura (t), inducirani skupni stres (t))

w=f (tribo-struktura (t), inducirani skupni stres (t))

Mehanizmi trenja in obrabe se ne pojavljajo ločeno, temveč s superpozicijo mehanizmov, ki jih je težko določiti in nadzorovati. Ta superpozicija se v tribotehničnih sistemih pojavlja v nezaznavnih razmerjih in v razmerjih, ki se spreminjajo glede na čas in kraj, zaradi česar je skoraj nemogoče izračunati trenje in obrabne procese v tribo-kontaktu. Zato so tribološki testi tako ključni za oceno tribološkega vedenja. Če želimo interpretirati in razumeti tribološko izmerjene podatke in mehansko usmerjene raziskave, potrebujemo popolno znanje o delujočih mehanizmih v tribo-stiku.

Tribologi razvrstijo trenje, obrabo in mazanje v skladu z naslednjimi urniki:

• Režim trenja 0:Trdno trenje: Trenje nastane med neposrednim stikom s trdnimi površinami brez kakršnega koli maziva.

• Režim trenja I:Mejno trenje: trdno trenje, pri katerem so površine tornih partnerjev prekrite z molekularnim mazivnim filmom, ki nima nosilnosti. Mazivo vpliva na lastnosti trenja in obrabe.

• Režim trenja II:Mešano trenje: režim trenja I in III obstajata sočasno. Vrednost trenja je kombinacija trdnega in hidrodinamičnega trenja. Tekoči film, ki ga ustvari mazivo, ima nosilnost.

• Režim trenja III:Hidrodinamično trenje: Vrednost trenja se določi s striženjem v tekočini. Nosilnost tekočega filma preprečuje neposreden stik med obema trdnima površinama.

• Nosilni režim a:Visoke stopnje obrabe zaradi močnega trenja in neposrednega stika površin.

• Nosilni režim b:Nižje vrednosti obrabe zaradi filma z molekularno tekočino.

• Nosilni režim c:Blaga obraba zaradi delne ločitve površin skozi debelejši tekoči film.

• Nosilni režim d:"Ničelna obraba", ki je posledica hidrodinamičnih ali elastohidrodinamičnih tekočih filmov, ki preprečujejo neposreden stik obeh površin.

KATERE REZULTATE LAHKO DOSTIGNITE Z UPORABO TRIBOLOGIJE ZA OBLIKOVANJE OBLIKE?

Kako lahko Tribology privede do merljivega izboljšanja izdelka?

Tribološko testiranje nam omogoča pridobitev informacij o tribo-lastnostih materialov za pogon novih in boljših materialov. Nato lahko ciljno usmerimo sestave materialov, da dosežemo specifične in boljše tribološke lastnosti.

Rezultati triboloških preskusov in površinske analitične metode nam pomagajo oceniti tribo-zmogljivost, vključno z trenjem in obrabo, mehanizmi odpovedi, kinetiko prenosnih filmov obstoječih materialov in novih prototipov na podlagi različnih dejavnikov in vplivov. Te informacije nam pomagajo videti in razumeti spremenljivke, kot so učinki različnih sestav materialov, vključno s polnilom, koncentracijo polnila, sinergijski učinki polnil, struktura materiala in vpliv drugih elementov v strukturi sistema.

Kako Tribology izboljšuje učinkovitost in podaljšuje življenjsko dobo nosilnih materialov?

Tribološko optimizirane kontaktne površine

• Ugotavljanje kritičnih dejavnikov, ki vplivajo na sistem tribo

• Opredelitev rešitev za izboljšanje učinkovitosti in zmanjšanje obrabe, vključno z:

• Uporaba materialov, optimiziranih za trenje in obrabo.

• Optimizacija parjenja materialov, kar vodi do nizkega trenja in obrabe.

• Izbira in uporaba pravilnih maziv.

• Prispevek k spremembam v zasnovi, ki ugodno vplivajo na splošno delovanje sistema tribo.

Kateri primeri so tribološke raziskave tehnološkega napredka ležajev?

Za pregled zgodovinskega napredka v tehnologiji ležajev, ki ga vodijo tribo-raziskave, preberiteta članek v reviji Eureka. Zajema osnovne valjčne ležaje, ki so jih uporabljali stari Egipčani, kroglične ležaje, ki so jih uporabljali Rimljani 40 BC, vloge toplotne obdelave kaljenega jekla in keramike na osnovi oksida. Zajema tudi razvoj prvega samopodmazujočega navadnega kovinsko-polimernega ležaja podjetja GGB.

V katerih panogah in aplikacijah je tribologija koristna?

Tribologija ima osrednjo vlogo pri aplikacijah, pri katerih se dve stični površini premikata med seboj. Nekatere industrije postavljajo večje zahteve na tribološke sisteme zaradi njihove kritičnosti poslanstva, zahtev po neprekinjenem delovanju ali ekstremnih pogojev.

KAJ MORA RAZMISLITI INŽENIR PRI OBLIKOVANJU IZDELKOV ALI TRENJENJU / OBLAČENJU?

To je močno odvisno od aplikacije. Nekatere aplikacije zahtevajo majhno trenje (npr. Ležajni materiali), druge pa visoko trenje (npr. Zavorni sistemi). Za večino aplikacij je primarni cilj minimalna obraba materialov. Za številne aplikacije je pogosto usmerjena določena sladka točka med nizko stopnjo trenja in dobro obrabo.

Pri načrtovanju poskusov, ki opisujejo trenje in obrabo, lahko tribološka testiranja uvrstimo v eno od šestih glavnih kategorij, od terenskih preskusov v kategoriji I do najpreprostejših laboratorijskih preskusov kategorije VI.

Kategorija I:Terensko preskušanje se izvaja v običajnih delovnih pogojih, ki lahko vključujejo razširjene obratovalne pogoje. To ima za posledico slabo ponovljivost, vendar je blizu zahtevam resničnega sveta, s katerimi se bo soočil tribološki sistem.

Kategorija II:Poskusi se izvajajo s celotno opremo v rastlinskem okolju. Ti poskusi lahko dosežejo rezultate blizu običajnih delovnih pogojev in jih je mogoče izvajati v določenem časovnem obdobju, da se ponovijo podaljšani obratovalni pogoji in hkrati omeji vpliv na okolje.

Kategorija III:Sestavni deli, podsistemi ali sklopi se preskušajo v laboratoriju, ki približno ustreza običajnim podaljšanim obratovalnim pogojem, s srednjo ponovljivostjo

Kategorija IV:Laboratorijsko testiranje se izvaja na serijskih standardnih komponentah z uporabo pomanjšane naprave za testiranje.

Kategorija V:Poskusi se izvajajo na vzorcu s preskusno opremo, da se zagotovijo blizu normalnih delovnih pogojev z odlično ponovljivostjo.

Kategorija VI: Preskus s preskusom se izvede s preprosto laboratorijsko preskusno opremo.

Pomembno je vedeti, da v kategorijah od I do III sistemska struktura prvotnega triboagregata ostaja dosledna in je poenostavljen le kolektivni stres. Kategoriji II in III ponujata bolj ponovljive kolektivne napetosti kot kategorija I. V nasprotju s tem pa je v kategorijah od IV do VI struktura sistema poenostavljena s pomanjkljivostjo, ker se zmanjšuje predvidljivost prenosljivosti rezultatov preskusov na primerljive praktične tribotehnične sisteme. Kategorije od IV do VI ponujajo boljše meroslovje sub tribo-kontakta, nižje stroške in strožji časovni okvir testiranja.1Torej z naraščajočim vrstnim redom preskusnih kategorij se testni čas in stroški preizkusa znatno povečajo, poveča pa se tudi prenosljivost rezultatov testa.

Kako lahko uporabimo preskusne kategorije za podtribosistemski ležaj?

Tribološka preskušanja nosilnih materialov lahko razdelimo v štiri glavne kategorije:

• Opisi učinkovitosti izdelka, ki bi vključevali kategoriji IV in III za zagotovitev prenosljivosti rezultatov.

• Spremljanje proizvodnje / proizvodnje, vključno s kategorijami od VI do IV, pri čemer je mogoča tudi kategorija III.

• Preizkušanje ležajev, ki ga opravijo stranke, lahko vključuje kategorije od III do V, pri čemer je treba upoštevati, da je kategorija V pomembna le, če je preskus mogoče prilagoditi čim bližje aplikaciji.

• Vse kategorije se lahko uporabljajo kot podpora oblikovalcem materialov, pri čemer so na voljo spodnje kategorije v zgodnjih fazah razvoja za predizbor in kategorije z večjim številom, saj so na voljo podkomponente in končni izdelek.

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

KAKŠEN JE GGBOV PRISTOP K RAZVOJU REŠITEV ZA LEŽANJE S TRIBOLOŠKIM IZVEDENJEM?