Tribometr pro Tokio

TRIBOMETRY Z ÚSTAVU KONSTRUOVÁNÍ POUŽÍVAJÍ I JAPONSKÉ AUTOMOBILKY

Tribologie je relativně mladý multidisciplinární vědní obor zabývající se studiem tření, mazání a opotřebení. Ať už si to uvědomujeme nebo ne, tribologie proniká do našeho každodenního života. Výběr správné obuvi, pasty a kartáčku na zuby nebo vhodných pneumatik pro automobil v závislosti na počasí jsou jen některé z mnoha příkladů našeho chápání důležitosti tribologických procesů. V automobilovém, leteckém a spotřebním průmyslu, ve sportu, zdravotnictví, v kloubních implantátech a dokonce i u produktů osobní hygieny přináší pochopení a využití poznatků tribologie a jejich procesů značné materiálové úspory.

Výzkum v oblasti tribologie má na Ústavu konstruování dlouholetou tradici. Díky pochopení tribologických principů jsme schopni výrazně minimalizovat ztráty způsobené třením a opotřebením. Při konstrukci strojních součástí pro automobilový průmysl, jako jsou např. valivá a kluzná ložiska, převody atd., určuje tribologie optimální výběr maziva, geometrii třecích ploch a volbu vhodného materiálu. Význam tření a opotřebení je zásadní z ekonomického i ekologického hlediska. Úspory nákladů jsou při vhodném použití tribologických znalostí značné.

Pro experimentální studium tribologických procesů jsme vyvinuli světově unikátní optický tribometr, který je schopen měřit velmi tenké mazací filmy. V tomto tribometru je mazací film vytvářen ve styku mezi rotujícím skleněným nebo safírovým kotoučem a otáčející se ocelovou kuličkou. Tloušťka mazacího filmu, který se v kontaktu vytváří, dosahuje běžně hodnot pouhých několika desítek nanometrů. To je méně, než činí vlnová délka světla. Přímé měření tloušťky je tudíž nemožné. Proto jsme vyvinuli speciální metodu – kolorimetrickou interferometrii. Ta umožňuje měřit tloušťku s přesností na jeden nanometr. Stali jsme se tak jednou z mála laboratoří na světě, která dokáže vizualizovat a vyhodnotit tloušťky velmi tenkých mazacích filmů.

Výsledky z oblasti tribologie, které vznikly za užití unikátních optických tribometrů publikujeme v prestižních zahraničních časopisech. Za posledních 5 let jsme v nich publikovali více než 180 článků a máme více než 450 ohlasů (zdroj Scopus SciVal) formou citací zahraničními autory. Jsme držiteli mnoha prestižních ocenění: např. Maurice Godet Award 2009 pro mladého vědce za nejlepší prezentaci a článek nebo Captain Alfred E. Hunt Memorial Award za nejvýznamnější publikaci v oblasti tribologie.

Díky světovému ohlasu na naše unikátní a nekonvenční řešení projevil zájem o jeden z optických tribometrů také japonský automobilový průmysl. Komerční poptávka od přední japonské automobilky byla zaměřena na možnost pozorovat dění uvnitř vysoce zatíženého elastohydrodynamického kontaktu, který je jinak schován mezi neprůhlednými tělesy, například v celokovovém valivém ložisku, a nelze jej tedy přímo pozorovat či studovat.

Naším úkolem bylo vyvinout variantu jednoho z tribometrů. Oproti běžnému postupu, kdy se zařízení sestavuje přímo na místě použití, bylo zadání výrazně komplikovanější. Celé 250 kg vážící zařízení jsme museli navrhnout, vyrobit, sestavit a odzkoušet v ČR, poté jej rozebrat, opatrně sbalit a bezpečně odeslat do 9 tisíc kilometrů vzdáleného Tokia.

Požadavky z japonské strany byly specifické. Rozhodli jsme se tedy vytvořit celé zařízení téměř znovu, pouze s využitím konceptu předchozího modelu. Vyvinuli jsme novou přesnější mechanickou část a uživatelsky vylepšili ovládací software Achilles, který využívá zmíněnou kolorimetrickou interferometrii. Velký důraz jsme museli dát na bezpečnost zařízení. Tribometr, který umožňuje temperaci vnitřní komory až na 150 °C, musel být izolován tak, aby ani neopatrným dotykem obsluhy během experimentu nemohlo dojít k popálení. Celý byl navíc důsledně zakrytován, aby při simulaci pohybu, který může dosahovat rychlosti až 3 m∙s-1 nemohlo dojít ke zranění.

Tribometr byl do Japonska úspěšně doručen a na místě sestaven a otestován. Prošel přísnými certifikačními testy. Po sestavení jsme zopakovali experimenty, které jsme provedli před demontáží zařízení v ČR. Výsledky musely být v rámci předepsané přísné tolerance shodné, aby se prokázalo, že žádná součást zařízení neutrpěla poškození přepravou či opakovanou montáží. Tribometr prošel rovněž přísnou kontrolou bezpečnosti obsluhy a je úspěšně využíván. O rok později jsme na poptávku japonské strany dodali nadstavbu s infrakamerou, která umožňuje kromě měření tloušťky v kontaktu také měřit teplotu třecích povrchů a maziva samotného.

V současnosti vyvíjíme novější model s vylepšenými parametry pro dalšího, tentokrát evropského průmyslového zákazníka.