TRIBOLOGI Studien av samvirkende overflater i bevegelse

Imidlertid oppstår den faktiske mekanismen for glidende friksjon på et mikroskopisk nivå, noe som betyr at tribologiske teorier om friksjon også involverer topografien på overflatene. Tribologen skiller mellom det virkelige kontaktområdet og det nominelle kontaktområdet (geometriske dimensjoner), som utgjør eventuelle hulrom eller ikke-kontaktende deler av et solid element. Mekanismene som er ansvarlige for energitransformeringsprosessen i nær overflate inkluderer:

Hvem har på seg?

Wearis definert som det irreversible materialtapet på interagerende overflater. Fysiske og kjemiske grunnleggende prosesser i kontaktområdet for en glideparring som senere fører til endring i materialet og formen på friksjonspartnerne, er kjent som slitasjemekanismer. Disse slitasjemekanismene inkluderer:

Friksjons- og slitasjemekanismer påvirkes sterkt av strukturen til det tribologiske systemet så vel som den induserte kollektive belastningen:

µ=f (tribostruktur (t), indusert kollektiv stress (t))

w=f (tribo-struktur (t), indusert kollektiv stress (t))

Friksjons- og slitasjemekanismer forekommer ikke isolert, men snarere gjennom en superposisjon av mekanismer som er utfordrende å tallfeste og kontrollere. Denne superposisjonen forekommer i tribotekniske systemer i ikke-detekterbare proporsjoner og i proporsjoner som varierer over tid og sted, noe som gjør det nesten umulig å beregne friksjon og slitasje i en tribo-kontakt. Dette er grunnen til at tribologiske tester er så avgjørende for å estimere tribologisk atferd. Hvis vi ønsker å tolke og forstå tribologisk målte data og mekanismerorientert forskning, trenger vi fullstendig kunnskap om de fungerende mekanismene i en tribokontakt.

Tribologer klassifiserer friksjon, slitasje og smøreforhold i henhold til følgende tidsplaner:

• Friksjonsregime 0:Solid friksjon: Friksjon oppstår mellom direkte kontakt med faste overflater uten smøremiddel.

• Friksjonsregime I:Grensefriksjon: Solid friksjon, der overflatene til friksjonspartnerne er dekket med en molekylær smøremiddelfilm som ikke har noen lastekapasitet. Smøremidlet har innflytelse på friksjon og slitasjeegenskaper.

• Friksjon Regime II:Blandet friksjon: Friksjonsregime I og III eksisterer samtidig. Friksjonsverdien er en kombinasjon av solid og hydrodynamisk friksjon. En væskefilm laget av smøremidlet har en bæreevne.

• Friksjonsregime III:Hydrodynamisk friksjon: Friksjonsverdien bestemmes ved å klippe inn væsken. Væskefilmens lastekapasitet forhindrer direkte kontakt mellom de to faste overflatene.

• Bruk regime a:Høy slitasje på grunn av solid friksjon og direkte kontakt med overflater.

• Bruk regime b:Lavere slitasjeverdier på grunn av en molekylær væskefilm.

• Bruk regime c:Mild slitasje på grunn av delvis separasjon av overflatene gjennom en tykkere væskefilm.

• Bruk regime d:"Null slitasje", som skyldes hydrodynamisk eller elastohydrodynamisk væskefilm som forhindrer direkte kontakt mellom de to overflatene.

HVILKE RESULTATER KAN NÅS MED Å BRUKE TRIBOLOGI PÅ BÆREDESIGN?

Hvordan kan Tribology føre til målbare produktforbedringer?

Tribologisk testing lar oss få informasjon om tribo-ytelse av materialer for å drive nye og bedre materialdesign. Vi kan da målrette materialkomposisjoner for å oppnå spesifikke og bedre tribologiske egenskaper.

Tribologiske testresultater og overflateanalysemetoder hjelper oss med å estimere tribo-ytelsen, inkludert friksjon og slitasje, sviktmekanismer, kinetikken til overføringsfilmer av eksisterende materialer og nye prototyper basert på ulike faktorer og påvirkninger. Denne informasjonen hjelper oss å se og forstå variabler som effekten av forskjellige materialkomposisjoner, inkludert fyllstoff, fyllstoffkonsentrasjon, synergetiske effekter av fyllstoffer, materialstruktur samt effekten av andre elementer i systemstrukturen.

Hvordan forbedrer Tribology effektiviteten og forlenger levetiden til bærende materialer?

Tribologisk optimaliserte kontaktflater

• Identifisere kritiske faktorer som påvirker tribo-systemet

• Identifisere løsninger for å forbedre effektiviteten og redusere slitasje, inkludert:

• Bruk av friksjon og slitasjeoptimaliserte materialer.

• Optimalisering av materialparring, noe som fører til lav friksjon og slitasje.

• Valg og bruk av riktige smøremidler.

• Å komme til designendringer som har en gunstig innvirkning på den generelle tribo-systemytelsen.

Hva er noen eksempler på teknologiske fremskritt som tribologisk forskning har gitt?

For en oversikt over historiske fremskritt innen lagerteknologi drevet av tribo-forskning, lesdenne artikkelen i Eureka Magazine. Den dekker rudimentære rullelager som brukes av de gamle egypterne, kulelagre som brukes av romerne 40BC, rollene som varmebehandling av herdet stål og oksidbasert keramikk. Det dekker også utviklingen av den første selvsmørende glatt metallpolymerlager fra GGB.

I hvilke bransjer og applikasjoner er tribologi nyttig?

Tribologi spiller en sentral rolle i applikasjoner der to kontaktflater beveger seg i forhold til hverandre. Noen næringer stiller høyere krav til tribologiske systemer på grunn av deres oppdragskritikk, kontinuerlige operasjonskrav eller ekstreme forhold.

HVA TRENGER EN INGENIØR Å TENKE OM NÅR DU DESIGNER PRODUKTER ELLER FRIKSJON / SLITTEKSPERIMENTER?

Dette avhenger sterkt av applikasjonen. Noen applikasjoner krever lav friksjon (f.eks. Lagermaterialer), mens andre krever høy friksjon (f.eks. Bremsesystemer). For de fleste applikasjoner er minimum slitasje på materialene et hovedmål. For mange bruksområder er ofte et definert søt sted mellom lave friksjonsnivåer og god slitasjeytelse.

Ved utforming av eksperimenter som beskriver friksjon og slitasje, kan tribologisk testing plasseres i en av seks hovedkategorier, fra feltprøver i kategori I til enkleste laboratoriemodellprøver kategori VI.

Kategori I:En feltprøve utføres under normale driftsforhold, som kan omfatte utvidede driftsforhold. Dette resulterer i dårlig repeterbarhet, men er nær de virkelige verdens krav tribologiske systemet vil møte.

Kategori II:Eksperimenter blir utført med et komplett utstyr i et plantemiljø. Disse eksperimentene kan oppnå resultater nær normale driftsforhold og kan utføres over en periode for å replikere utvidede driftsforhold mens de begrenser miljøpåvirkningen.

Kategori III:Komponenter, delsystemer eller enheter testes i et laboratorium som tilnærmer normale utvidede driftsforhold, noe som gir middels repeterbarhet

Kategori IV:Laboratorietesting utføres på serielle standardkomponenter ved bruk av nedskalert apparater for testanlegg.

Kategori V:Eksperimenter utføres på en prøve med testutstyr for å levere nær normale driftsforhold med utmerket repeterbarhet.

Kategori VI: En benktest utføres med enkelt laboratorietestutstyr.

Det er viktig å huske at i struktur I til III forblir systemstrukturen til det opprinnelige stamaggregatet konsistent, og bare det kollektive stresset forenkles. Kategori II og III gir mer reproduserbare kollektive påkjenninger enn kategori I. I kategori IV til VI er det derimot systemstrukturen forenklet med ulempen å redusere forutsigbarhet i overførbarheten av testresultater til sammenlignbare praktiske tribotekniske systemer. Kategori IV til VI tilbyr bedre metrologi for sub tribo-kontakten, lavere kostnader og en strammere testramme.1Så med en stigende rekkefølge av testkategoriene øker testtiden så vel som testkostnaden betydelig, men overførbarheten av testresultatet øker også.

Hvordan kan vi bruke testkategoriene på sub tribo-systembæringen?

Tribologisk testing av lagermaterialer kan deles inn i fire hovedkategorier:

• Produktbeskrivelser, som inkluderer kategori IV og III for å sikre overførbarhet av resultatene.

• Produksjons- / produksjonsovervåking, inkludert kategori VI til IV, med kategori III også en mulighet.

• Kunderelatert testing av lagre kan omfatte kategori III til V, med tanke på at kategori V bare er relevant hvis testen kan tilpasses så nær applikasjonen som mulig.

• Alle kategorier kan brukes til å støtte materialdesignere, med lavere kategorier i de tidlige utviklingsstadiene for forhåndsvalg og kategoriene med høyere nummer kommer inn i spillet da underkomponentene og det endelige produktet er tilgjengelig.

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

HVA ER GGBS TILGANG TIL Å UTVIKLE LAGERLØSNINGER GJENNOM TRIBOLOGISK KOMPETANSE?