Трибология

Основы

Авторы: Тимур Юзькив,  Диана Герасимова.

Трибология – это наука о трении (раздел физики). Изучает инженерию контактного взаимодействия механических твердых тел. Включает изучение и применение принципов трения, износа, смазки деталей и компонентов.

Разработки в области трибологии востребованы в машиностроении, часовом деле, медтехнике, космической механике.

Ежегодно в мире проходят симпозиумы и конференции, посвящённые новым разработкам в области трибологии. Участники конференций: учёные, научные институты, коммерческие компании – производители материалов, инженеры и образовательные учреждения.  

Ознакомиться с календарём запланированных конференций, списками участников и темами презентаций можно по ссылке: Tribology Events

Основные задачи трибологии: 

1. Создание смазочных материалов для уменьшения трения. 

2. Создание защитных материалов для долговечной работы механизмов. Особенно актуально это в космической технике, когда механический узел (робот, машина), отправленный на другую планету должен долететь до неё и через 30 лет заработать, что бы все шестеренки за долгое время не подверглись слипанию или коррозии и в нужный момент по сигналу электроники заработали “как по маслу”.

3. Создание новых материалов способных работать на бессмазочных технологиях, взамен старых, которые требуют смазки – например замена стальной детали на керамическую.

4. Создание принципиально новых конструкций взамен старых – например замена gear train механической колесной передачи на гидравлическую.  

5. Выявление оптимальной массы и геометрии деталей, минимизирующей сопротивление при движении.

Все перечисленные задачи трибологии актуальны и в часовой сфере. Лидером в производстве масел и смазок является подразделение MOEBIUS корпорации Swatch group. Данное подразделение также разрабатывает и эпиламы – мономолекулярные пленки, изменяющие поверхностное натяжение и уменьшающие трение (здесь вы можете прочитать про эпиламы).

Использование новейших материалов также не обошло часовую промышленность. Исторически, методом проб и ошибок, было установлено, что коэффициент трения между стальной и латунной деталью минимален, первые часы как правило имели латунные опоры скольжения для стальных деталей. Такую же схему построения пар трения можно встретить и в современных механических настольных и настенных часах. Но у латуни есть существенный недостаток – это относительно мягкий металл, что быстро приводит к его износу. Второй существенный недостаток латуни – это её окисление.

Что бы сделать работу часов более долговечной, часовые мастера стали применять в опорах скольжения натуральные рубины. Рубины имеют схожий коэффициент трения со сталью, что и латунь, но в отличие от латуни они химически инертны, и почти(!) не подвержены износу в нормальных режимах эксплуатации. Обработка камней на заре становления часовой часовой промышленности была очень затратной, поэтому в очень старых часах, стоимость часов напрямую зависела от количества функциональных камней в часах. Сейчас повсеместно используют синтетические рубины, а их обработка происходит в промышленных масштабах, поэтому на сегодняшний день зависимости между ценой часов и количеством функциональных камней – нет. Более того, качество часов не зависит от количества функциональных камней в механизме. 

В XX веке производители часов начинают первые эксперименты по использованию керамики в часах. Поначалу керамика использовалась в элементах внешнего оформления: корпус, заводная головка. 

Пионером в этой области является компания Rado, которая и сегодня известна, в первую очередь своими керамическими часами. В корпусах как правило используется TZP-керамика (tetragonal zirconia polycrystal или циркониевая керамика). В дальнейшем некоторые производители научились использовать керамику и в механизме часов, например в категории haute horology почти повсеместно используются подшипники качения в роторе автоподзавода и в реверсивных колесах с использованием керамических шариков. В данном случае используется ATZ-керамика (Alumina Toughened Zirconia или упрочнённая оксидом алюминия циркониевая керамика). Керамические подшипники долговечны, и не требуют смазки.

Быстрое развитие электронной промышленности и MEMS (Micro-electromechanical systems) напрямую затронуло и часовую промышленность. В настоящий момент, многие компании ведут разработку кремниевых деталей, в частности, узла спуска. Благодаря технологии Dry etching (сухое травление в плазме), возможно получить кремниевые детали с допуском в несколько Ангстрем. Такая чистота поверхности не требует смазки для нормальной работы механизма. 

Традиционные материалы в часовой промышленности так же обрабатываются методами MEMS, например компания Mimotec S.A. производит анкерные колеса методом UV-liga, суть данной технологии заключается в использовании ультрафиолетового компаунда под маской и гальваническом наращивании металла. Точность этой технологии гораздо выше традиционной токарной и фрезерной обработки.

Коаксиальный спуск

Создание принципиально новых конструкций, позволяющих снизить трение, ведется постоянно: в прошлом веке, знаменитый английский изобретатель Джордж Дэниелс, изобрел новый спуск, известный как коаксиальный, который и по сегодняшний день используется компанией Omega S.A. Коаксиальный спуск принципиально отличается от анкерного, в нем снижены потери от передачи энергии от колесной системы к маятнику (балансу) за счет существенного сокращения момента скольжения зуба анкерного колеса по паллете анкерной вилки. Компания Audemsrus Piguet разработала свой спуск, который так же имеет минимальные потери на трение. Новые технологии, позволяют получать детали с большей точностью. На сегодняшний день, многие производители все чаще используют эвольвентный профиль зуба взамен циклоидного в зубчатых передачах часов. Зубчатая передача с эвольвентным профилем зуба характеризуется постоянством крутящего момента, что необходимо для изохронизма колебания баланса. Использование эвольвентного профиля зуба повышает точность хода часов. 

Copyright Watchschool.ru

О трибологии в часовом рассказывает Rolex -

по ссылке: Rolex наука о трении

Оцените статью
Часовая школа
Добавить комментарий

  1. Nick

    Да, сейчас цена часов не зависит от числа камней, потому для современных часов достаточно двух камней: на один положить, а другим прихлопнуть. И к черту всю эту науку, если от нее нет материальной отдачи.

    Ответить
T r a n s l a t e