Tribology on kulumise, hõõrdumise ja määrimise teadus, mis hõlmab seda, kuidas suhtlevad pinnad ja muud tribo-elemendid käituvad suhtelises liikumises looduslikes ja kunstlikes süsteemides. See vihjeid, millel on disain ja määrimine.
Triboloogia ei ole isoleeritud teadus, vaid pigem keeruline, multidistsiplinaarne ettevõtmine, kus edusamme tehakse teadlaste ühiste jõupingutustega valdkondadest, sealhulgas masinaehitus, tootmine, materjaliteadus ja inseneriteadus, keemia ja keemiatehnika, füüsika, matemaatika, biomeditsiiniteaduse ja inseneriteaduse, arvutiteaduse ja palju muud.
MIS ON TRIBOLOGY ALUSED?
Üks tähtsamaid triboloogia sambaid on süsteemi analüütiline ja süsteemiga seotud mõtlemine.
Tribological süsteemid123
Hõõrdumine ja kulumine ei ole materiaalsed omadused. Need on vastused konkreetsele tribological süsteem, mis tavaliselt sisaldab laager, võlli ja määrdeaine kombinatsioon ja sellisena mõjutavad mitmesuguseid tegureid. Joonisel 1 kujutatud triboloogiline alasüsteem annab ülevaate hõõrdumise ja kulumise väärtusi mõjutavatest ühistest teguritest:
See tribological süsteem koosneb kollektiivse stressi / operatiivsisendid, süsteemi struktuuri ja funktsionaalne ja kahju väljundid. Kollektiivne stress hõlmab tehnilisi ja füüsilisi koormusparameetreid, sealhulgas koormust, libisemiskiirust ja kestust ning süsteemi struktuuri rõhutavaid liikumis- ja temeratuure tingimusi. Süsteemi struktuur määratakse kindlaks oluliste elementide, sealhulgas aluse, vastaspoole keha ja ümbritseva keskkonna ning vahekandja omandiprofiilide alusel.
1Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg +Teubner Verlag, 2010
2Theo Mang, Kirsten Bobzin, Thorsten Bartels: Tööstuslik triboloogia: tribosüsteemid, hõõrdumine, kulumine ja pinnatehnika, määrimine, Wiley-VCH, 2011
3Theo Mang et al.: Määrdeainete ja määrdeentsüklopeedia, Springer Verlag, 2014
MILLISED ON PEAMISED VÄLJAKUTSED, MILLEGA TRIBIOLOOG SILMITSI SEISAB?
Suurim väljakutse on see, et hõõrdumise ja kulumise väärtusi ei saa kergesti ühest süsteemist teise kanda, nt tribological testrig reaalsesse rakendusse. Mõõdetud väärtuste võrdlus on teostatav ainult siis, kui need põhinevad väga sarnasel tribological-süsteemil. Materjalide triboloogilist käitumist saab hinnata konkreetsete rakenduste puhul modelleerimise ja simulatsiooni testimise põhjal, tingimusel et rakendus- ja katsekeskkonna konkreetsed töötingimused on samad.
HÕÕRDUMINE JA KULUMINE (1, 2, 3)
Mis on hõõrdumine?
Hõõrdumise on kahe kontaktasutuse vahelise liikumise vastupanujõud. Hõõrdumist saab kirjeldada makroskoopilisel tasandil füüsikute Guillaume Amontonsi ja Charles-Augustin de Coulombi hõõrdumise põhiseadustega. Need füüsikud leidsid lineaarse seose saadud hõõrdejõu ja rakendatud normaalse koormuse vahel. Selle põhjal saab tuletada dimensioonita põhiparameetri, mida nimetatakse hõõrdeteguriks. See määratletakse saadud hõõrdejõu ja rakendatud tavalise jõu suhtega.
Tegelik libisemishõõrdumise mehhanism toimub siiski mikroskoopilisel tasandil, mis tähendab, et hõõrdumise triboloogilised teooriad hõlmavad ka pindade topograafiat. Tribioloog eristab tegelikku kontaktpinda ja nominaalset kontaktpinda (geomeetrilisi mõõtmeid), mis moodustab kõik tahke elemendi tühimikud või mittekontaktseosa. Energia muundamise protsessi eest vastutavad mehhanismid lähipinnal on järgmised:
Mis on kulumine?
Kulumine on määratletud kui pöördumatu materjali kadu suhtlevad pinnad. Füüsilisi ja keemilisi elementaarseid protsesse libisemise kokkupuute piirkonnas, mis seejärel põhjustab hõõrdepartnerite materjali ja kuju muutust, nimetatakse kulumismehhanismideks. Need kulumismehhanismid on järgmised:
Hõõrdumise ja kulumise mehhanisme mõjutab tugevalt nii tribological-süsteemi struktuur kui ka esilekutsutud kollektiivne stress:
μ=f(tribostruktuur(t), esilekutsutud kollektiivne stress(t))
w=f(tribostruktuur (t), esilekutsutud kollektiivne stress(t))
Hõõrdumise ja kulumise mehhanisme ei esine isoleeritud viisil, vaid pigem läbi superposition mehhanismid, mis on raske kvantifitseerida ja kontrollida. See superasend esineb kolmebotehnilistes süsteemides mittetuvastatavates proportsioonides ja proportsioonides, mis erinevad aja ja koha lõikes, mistõttu on peaaegu võimatu arvutada hõõrdumist ja kulumist kolmerattalises kontaktis. See on põhjus, miks tribological testid on nii oluline hinnata tribological käitumist. Kui me tahame tõlgendada ja mõista triboloogiliselt mõõdetud andmeid ja mehhanismile suunatud teadusuuringuid, vajame täielikku teadmisi kolmepoolse kontakti toimimismehhanismide kohta.
Triboloogid klassifitseerivad hõõrde-, kulumis- ja määrimistingimusi vastavalt järgmistele ajakavadele:
Hõõrderežiim 0:Tahke hõõrdumine: hõõrdumine tekib otsekokkupuutuvate tahkete pindade vahel ilma määrdeaineta.
Hõõrderežiim I:Piirhõõrdumine: tahke hõõrdumine, kus hõõrdepartnerite pinnad on kaetud molekulaarmäärdekilega, millel ei ole kandevõimet. Määrdeaine mõjutab hõõrdumise ja kulumise omadusi.
Hõõrderežiim II:Segahõõrdumine: Hõõrdumise režiim I ja III eksisteerivad koos. Hõõrdumise väärtus on tahke ja hüdrodünaamilise hõõrdumise kombinatsioon. Määrdeaine poolt loodud vedelikukile kandevõime.
Hõõrderežiim III:Hüdrodünaamiline hõõrdumine: Hõõrdumise väärtus määratakse vedelikus lõikamise teel. Vedelikukile kandevõime takistab otsest kontakti kahe tahke pinna vahel.
Kulumisrežiim a:Kõrge kulumismäärad tänu tugevale hõõrdumisele ja pindade otsesele kokkupuutele.
Kulumisrežiim b:Molekulaarsest vedelikukilest tingitud madalamad kulumise väärtused.
Kulumisrežiim c:Kerge kulumine tänu osalisele eraldatusele pinnad läbi paksem vedelikukile.
Kulumisrežiim d:"Nullkulumine", mis tulenevad hüdrodünaamilistest või elastohüdrodünaamilistest vedelike kiledest, mis takistavad kahe pinna otsest kokkupuutumist.
MILLISEID TULEMUSI ON VÕIMALIK SAAVUTADA TRIBOLOGY KANDMISEKS DISAIN?
Kuidas võib triboloogia viia mõõdetava toote paranemiseni?
Triboloogiline testimine võimaldab meil saada teavet tribo-tulemuslikkuse materjalide juhtida uusi ja paremaid materjali disainilahendusi. Seejärel saame sihtida materjali kompositsioone, et saavutada konkreetseid ja paremaid triboloogilisi omadusi.
Tribological testi tulemused ja pinna analüüsimeetodid aitavad meil hinnata tribo-toimivust, sealhulgas hõõrdumist ja kulumist, rikkemehhanisme, olemasolevate materjalide ülekandekilede kineetikat ja uusi prototüüpe, mis põhinevad erinevatel teguritel ja mõjuteguritel. See teave aitab meil näha ja mõista muutujaid, nagu erinevate materjalikompositsioonide mõjud, sealhulgas täiteaine, täiteaine kontsentratsioon, täiteainete sünergiline mõju, materjali struktuur ning süsteemi struktuuri muude elementide mõju.
Kuidas parandab triboloogia laagrimaterjalide tõhusust ja pikendab kasutusiga?
Triboloogiliselt optimeeritud kontaktpinnad
Tribosüsteemi mõjutavate kriitiliste tegurite kindlakstegemine
Lahenduste kindlakstegemine tõhususe parandamiseks ja kulumise vähendamiseks, sealhulgas:
Hõõrde- ja kulumise kasutamine optimeeritud materjalides.
Materjalisid, mis viivad madala hõõrdumise ja kulumistasemeni, optimeerides materjalisid.
Õigete määrdeainete valimine ja kasutamine.
Jõudes disaini muudatusteni, millel on kasulik mõju tribosüsteemi üldisele jõudlusele.
Millised on mõned näited tehnoloogia arengust, mida tribological research on toonud?
Ülevaate saamiseks tribo-uuringute st lähtuva tehnoloogia kandmise ajaloolistest edusammudest lugegesee artikkel Eureka Magazine. See hõlmab algelist rull-laagreid, mida kasutavad muistsed egiptlased, roomlaste 40EBC kasutatavad kuullaagrid, karastatud terase ja oksiidipõhiste keraamikade kuumtöötlemise rollid. See hõlmab ka ta arengu esimene isemäärivad tavaline metallist-polümeer laager GGB.
Millistes tööstusharudes ja rakendustes on triboloogia kasulik?
Triboloogia mängib keskset rolli rakendustes, kus kaks kontaktpinda liiguvad üksteise suhtes. Mõned tööstusharud esitavad triboloogilistele süsteemidele suuremaid nõudmisi, kuna nende missiooni kriitilisus, pidevad käitusnõuded või äärmuslikud tingimused on täidetud.
MIDA PEAB INSENER TOODETE VÕI HÕÕRDUMISE/KULUMISE KATSETE KAVANDAMISEL MÕTLEMA?
See sõltub suuresti taotluse. Mõned rakendused nõuavad madalahõõrdumist (nt laagrimaterjalid), samas kui teised nõuavad kõrgehõõrdumist (nt pidurisüsteemid). Enamiku rakenduste puhul on esmane eesmärk materjalide minimaalne kulumine. Paljude rakenduste jaoks on sageli suunatud määratletud magus koht madala hõõrdumise taseme ja hea kulumisvõime vahel.
Hõõrdumist ja kulumist kirjeldavate katsete kavandamisel võib triboloogilisi katseid teha ühte kuuest põhikategooriast, alates I kategooria välikatsetest kuni kõige lihtsamate laborimudeli katseteni VI kategooria.
I kategooria:Välikatse viiakse läbi tavapärastes töötingimustes, mis võivad hõlmata laiendatud töötingimusi. Selle tulemuseks on halb korratavus, kuid on lähedal reaalses maailmas nõuetele tribological süsteem seisab silmitsi.
II kategooria:Katsed tehakse täieliku seadmega taimekeskkonnas. Need katsed võivad saavutada tulemusi, mis on lähedased tavapärastele töötingimustele, ning neid võib teha aja jooksul, et korrata laiendatud töötingimusi, piirates samal ajal keskkonnamõju.
III kategooria:Komponente, allsüsteeme või koostudkatsetatakse laboris, mis on ligikaudu tavalised laiendatud töötingimused, mis annavad keskmise korratavuse
IV kategooria:Jadastandardkomponentidega tehakse laboratoorsed katsed, kasutades mõõteseadmete allakatseseadmeid.
V kategooria:Katseid tehakse katseseadmega katseseadmega, et saavutada tavapärased töötingimused suurepärase korratavusega.
VI kategooria: Stendikatse tehakse lihtsate laborikatseseadmetega.
Oluline on meeles pidada, et I–III kategoorias on algse tribo-gregaadi süsteemistruktuur järjepidev ja lihtsustatakse ainult kollektiivset stressi. II ja III kategooria pakuvad reprodutseeritavamaid kollektiivseid pingeid kui I kategooria. Seevastu IV–VI kategooria puhul lihtsustatakse süsteemi struktuuri, vähendades katsetulemuste ülekantavust võrreldavate praktiliste kolmebotehniliste süsteemidega. IV kuni VI kategooria pakub paremat metroloogiat ala-tribo-kontakt, madalamad kulud ja rangem katsetamine ajakava.1Nii et katsekategooriate tõusvas järjekorras suureneb nii katseaeg kui ka testi maksumus märkimisväärselt, kuid katsetulemuse ülekantavus suureneb samuti.
Kuidas me saame kohaldada katsekategooriaid ala-tribo-süsteemi laager?
Laagrimaterjalide triboloogilised katsed võib jagada nelja põhikategooriasse:
Toote toimivuskirjeldused, mis hõlmaksid IV ja III kategooriat, et tagada tulemuste ülekantavus.
Tootmis-/tootmisseire, sealhulgas VI–IV kategooria, kusjuures samuti on võimalik kasutada III kategooriat.
Laagrite kliendiga seotud testimine võib hõlmata III–V kategooriat, pidades silmas, et V kategooria on asjakohane ainult juhul, kui katset on võimalik taotlusele võimalikult lähedalkohandada.
Kõiki kategooriaid võib kasutada materjalidisainerite toetamiseks, madalamad kategooriad eelvaliku algfaasis ja kõrgema arvuga kategooriad, mis tulevad mängima, kuna alamkomponendid ja lõpptoode on saadaval.
1Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg +Teubner Verlag, 2010
MIS ON GGB lähenemine laager lahendusi arendada tribological teadmisi?
GGB arendab triboloogiliselt optimeeritud materjale, mis põhinevad tribological tulemustel. Ühendame selle materjaliteaduse ja -jõudluse alased teadmised põhjaliku arusaamaga meie toodete tribological-esitusest ja sellest, kuidas need on kooskõlas meie klientide rakendusnõuetega.
MILLISED ON MÕNED GGB saavutused triboloogia valdkonnas, kui neid kohaldatakse kandvate lahenduste suhtes?
2015. aastal käivitatiHpmb ––––––®isemäärivad hõõgniidi haavalaager mehaanilise vooderdisegajaGGB-SZ pliivabad bimetalllaagrid.
2014. aastal käivitas ta seeria isemäärivaid paagutatud pronksi ja paagutatud raualaagreid, sealhulgas2007. aasta mais.,GGB-FP20Jaggb-so16.
GGB laagrid mängis osa 2012 kuu maandumine NASA uudishimu Rover. Komisjon onisemääriv DU®metallpolümeerlaagridolla rover's drill võlli esmane vedrustus komponent.
2010. aastal käivitati vähesel määral määritud või kuivades tingimustes suurepärase ks toimimiseks mõeldud materjalid, sealhulgas pliivabad metallpolümeermaterjalidDP10 –– – – – – – – – –JaDP11 –– – – – – – – – –.
Käivitas 2009.
UusDx®10 laagriton tunnustatud võitnud 2008 Põhja-Ameerika Frost & Sullivan auhinna Product Innovation of the Year auhinna klassi 7-8 veoauto laagrid kategoorias, mis on antud tipptaseme uute toodete ja tehnoloogiate tööstuses.
2003. aastal võeti kasutuselepliivaba DP31 metallpolümeermaterjaltäiustatud jõudlusega määritud tingimustes ja madalama hõõrdumisega, parema kulumiskindlusega ja parema väsimustugevusega.
KäivitatudEpTm, uus valik sissepritsega vormitud termoplastiline tahke polümeerlaagrid.
1995. aastal võeti kasutuselepliivaba, terasest tagatud DP4 metallpolümeermaterjalrahuldada autoamortisaatorite ja muude hüdrauliliste rakenduste vajadusi.
Võttis kõrgetemperatuuriliste rakenduste 1986 käivitadaHi-EX – hea® laagrimaterjal.
Käivitas esimese hõõgniidi haava tootevaliku USA sealhulgasGar-MAX (Gar-MAX)®, toetades kõrge staatilisi ja dünaamilisi koormusi.
1965. aastal käivitativähesel määral määritud DX®metalli-polümeeri materjalmäärdeaine või õliga määritud rakenduste jaoks.
1956. aastal võttis GGB kasutuseleDu®, esimene terasest tagatud metallpolümeerlaager materjali pronks ja PTFE voodersuurepärase madala hõõrdumise ja kulumiskindluse tagamiseks. Samal aastal, firma tutvustas DU-B, pronksselja parema korrosioonikindluse.
1887. aastal patenteeris Olin J. Garlock oma esimese tööstusliku tihendussüsteemi, et sulgeda kolbvardad tööstuslikes aurumootorites.
KUIDAS SAAB TRIBOLOGY VÄHENDADA VÕI KÕRVALDADA VAJADUST VEDELATE MÄÄRDEAINETE JÄRELE?
Määrdeained on osa triboloogiast, kuid mõnel juhul võib määrimise sisse ehitada tribo-süsteemi komponentide materjali.
Materjali disainerid seetõttu luua konkreetseid materjale kuiva määrimine tingimused, saavutada hea tribological tulemuslikkuse seotud hõõrdumise ja kulumise vähendamise või kõrvaldamise vedelate määrdeainete.
Kuidas võlli ja ülekandekihi seisund mõjutab triboloogilist jõudlust?
Kuna võll on laagrialasüsteemi tribological-süsteemi struktuuri oluline osa. Selle omadused on otsene mõju hõõrdumise ja kulumise samuti kõik muud esinemised laager / võlli kontakt. Olulised võlli omadused on järgmised:
Materjalid ning nende keemilised ja füüsikalised omadused
Geomeetrilised omadused, sealhulgas topograafia ja kontaktsuhe.
MILLISEID TRIBOLOOGILISI TEGUREID TULEB VALIKUS ARVESSE VÕTTA? KUIDAS MÕJUTAVAD NEED TEGURID LAAGER VALIK?
Tribological süsteemi ulatus on valiku kandmisel väga oluline. Kõrgetasemeline ülevaade kaalutlustest hõlmaks järgmisi
1. Esilekutsutud kollektiivne stress, sealhulgas:
Veose laad
Ettepaneku laad
Temperatuur
Ajategur
2. Paarituspartner:
Materjalid, sealhulgas füüsikalised ja keemilised omadused
Geomeetrilised omadused, sealhulgas kontaktsuhe ja topograafia (karedus, isotroopia ja anisotroopia)
3. Interfacial keskmise ja selle vara profiili
4. Ümbritseva keskkonna sööde ja selle omadused
5. Ehituse soojusjuhtivus.