铁姆肯开创新转动产品 超越轴承谈轴承效率

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几年前,坐在 Ryan Evans 对面的汽车制造商客户提出了一个很不平常的要求。“他想知道我们若何可以精确展望我们的轴承在他们的应用中的功耗。”Evans 说道。他今朝负责铁姆肯公司的轴承研发工作。铁姆肯公司的 SYBER 轴承机能猜测软件不仅或许用来进行轴承选型剖析,还能用于估算扭矩和功耗,但对于该客户的应用,该客户似乎想要获得更靠得住的展望后果。

轴承的功耗涉及很多学科 —— 从流体力学到固体力学、热力学和热传递等等。铁姆肯公司产物根蒂科学家 Bill Hannon 说道:“这要研究物质(无论是钢照样液体)的性质在摩擦接触中碰到高压、高速和高温时会发生如何的改变。”

例如,某个圆锥滚子轴承中可能包含 15 个滚子,这些滚子就是接触点。如需较量扭矩,您必需考虑所有这些分歧的接触点会若何响应特定应用的载荷和速度 。例如,材料是否会在这些接触点下变弯曲,或者它们之间的润滑油是否会受到剪切效应。

“要考虑上述所有身分,进而获得轴承的总功耗或扭矩机能,将是一项让人望而却步的工作。”Evans 说道。

超越轴承谈轴承效率

然而,近似的客户要求接续涌现。“我们的客户面临着提高燃油效率的压力。”Evans 说道。从拖拉机到送货卡车再到豪华轿车,各类制造商都起头转向电动汽车。为了最大限度地削减电池重量并最大限度地延伸车辆的行驶里程,他们必需要将机械中每个点的摩擦降至最低。

轴承效率就是此中之一,而铁姆肯公司几十年前就起头设计节能轴承。1975 年美国企业平均燃油经济性 (CAFE) 律例要求提高燃油效率尺度,铁姆肯公司的节油轴承在传统和夹杂动力汽车设计中施展了主要感化。

铁姆肯公司的高级产物开发工程师 Bob Sadinski 曾与客户就动力传动系统的设计睁开直接合作,协助开发铁姆肯公司的节油轴承 (ePDFE) 。

他说道:“在铁姆肯公司,我们一向存眷轴承滚动过程中的摩擦情形和能量损失。为了进一步提高轴承效率,我们需要认识整个系统,包罗客户的润滑系统。”

认识流体的性质

“客户但愿使用重量更轻、粘度更低的润滑剂,可是如许会带来硬件上的问题。”Sadinski 说道。为了匡助客户优化轴承润滑剂组合,以实现最高的效率,铁姆肯公司团队需要将轴承手艺与流变学研究连系起来。流变学是物理学中研究液体流动的一个分支。

Hannon 说道:“当我拿手沾上一些润滑油时,我可摩擦手指进行感触。我感觉它柔软而轻盈。但在轴承内,就完全不是如许。当滚动体与滚道相遇时,接触压力非常大,油膜很薄,润滑油几乎会变为固体。”

换句话说,跟着接触点的感化压力、温度和剪切速度增加到极端水平,润滑油的粘度或流动阻力会发生新鲜的改变。更糟糕的是,石油化工在曩昔十年中发生了庞大转变。“以前只有少数几种粘度调节剂,而此刻稀有百种之多。”Hannon 说道。

要展望轴承效率,就要领会每种应用中切实液体、润滑油或润滑脂的性质。Hannon 示意,在一个幻想的情况中,应用工程师可以测量三千兆帕或每平方英寸435,000 磅压力下的润滑剂机能。

他说道:“没有人能做到这一点。世界上很少有实验室能够测量大于一千兆帕的数值。”

此外,他表现,工程师还需要认识润滑油粘度是若何跟着感化压力、温度和剪切力而转变的。“我们知道,世界上只有三个处所或许做到这一点。”Hannon 说道,即:佐治亚理工学院 (Georgia Tech),位于法国里昂的法国国立应用科学学院 (INSA) 以及而今的铁姆肯公司。

一间可供科学家窥察润滑脂的实验室

Hannon 暗示,铁姆肯公司的流变学实验室所依据的理论是,让公司或许使用物理学道理来改良扭矩猜测模型。为磨练这一理论,研发团队要求 Georgia Tech 的研究人员测量两种油的粘度。随后,铁姆肯公司的研究人员将测量成绩输入到他们的模型中,事实证实他们的确能够做出更正确的轴承效率展望。

“就在那一刻,我们决议进行投资。”Hannon 说道。现在,铁姆肯公司的流变学实验室配备了两台落体粘度计,可在各类压力和温度下测量粘度和密度。借助库艾特粘度计,我们的团队还能测量润滑剂对高剪切速度的回响。

Hannon 还示意,该实验室还拥有一些非常实用的设备,包罗:一台傅里叶变换红外光谱仪,可匡助我们的团队识别未知流体;一台能量色散 X 射线光谱仪,可匡助我们的团队识别液体中对设备有磨损的成分;一台卡尔费休滴定装配,可检测油中的水分;以及其他一些“让我们可以剖析润滑脂的设备”。

让理论鞭策模型

使用这些设备,Hannon 和 Sadinski 能够测量单个流体并使用数据设立新的数学模型,让他们可以展望多维空间内无限规模的前提。

“我们已经回来流体力学道理,是以是理论促成我们模型的建置。”Hannon 说道。从第一道理层面研究事物让我们的团队可以展望摩擦,而不仅仅是测量摩擦。与此同时,他认为:“借助流变学实验室,我们将能更接近实际,削减假设,进而便能让我们的模拟更接近实际应用前提。”

Evans 说道:“这些新的测量手艺让我们可以以前所未有的体式进行润滑油测量。我们将这些数据插入到数学模型中,然后便能匡助我们猜测轴承中的流体在高压和高剪切前提下的施展。这些信息使我们可以更好地展望整体扭矩或功耗机能。”

从实验室到客户设计表

在研发团队将新的数学模型添加到铁姆肯公司的 SYBER 系统后,世界各地的应用工程师都可进行更精确的功耗估算。“SYBER 匡助我们从实验室获守信息和常识,然后再传递给客户。”Evans 说道。

Hannon 和 Sadinski 一向与润滑剂制造商连结亲切关联,而润滑剂制造商对各类流体的接管水平越来越高。Hannon 说道:“如斯一来,日后或许可以做到润滑剂与轴承配对使用。在流变学实验室,我们确信能够做到这一点,所以而今我们所有人都在为此尽力,包孕润滑剂制造商、轴承制造商和客户。”

Sadinski 指出,铁姆肯公司的整个动力传动产物系列都将能受益于流变学实验室。“它开启了我们接济客户应对整个系统的能力,而不仅仅只是为客户供应轴承解决方案。”

Hannon 也如许认为。他说道:“十年前,客户想购置的是一个轴承。而今天,他们想采办的是一套系统。他们想知道,您的轴承将若何合营这种润滑剂、这个密封件、这个齿轮?”借助流变学实验室的新模型和数据,工程师能够更好地认识各个部门将若何协同工作,然后与客户分享相关信息。

客户很欢腾有机会可以进一步优化他们的设计。Evans 说道:“经由这些方式,我们在展望轴承机能时布满决心,而且决定远胜畴前。几乎所有铁姆肯公司设计的轴承和机械动力传动产物都依靠润滑来实现优秀的浮现。我们所做的一切几乎都得益于这项工作”。

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