TRIBOLOGIA

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Lubrificanti Liquidi (oli), Solidi, (grafite, TFE (tetrafluoroetilene, come il Teflon), Gas (aria compressa).

Lubrificanti I grassi sono lubrificanti liquidi utilizzati quando il lubrificante deve rimanere nel cuscinetto e in particolare quando una lubrificazione frequente è difficile o costosa. Prevengono l’ingresso di contaminanti dannosi tra le superfici del cuscinetto ma non servono per raffreddamento e pulizia

Gli oli contengono additivi per: avere scorrimento alle temperature più basse (abbassanti il punto di scorrimento); diminuire la variazione di viscosità con la temperatura prevenire la formazione di schiuma se agitati da macchine ad alta velocità (additivi antischiuma) resistere all’ossidazione alle alte temperature (additivi antiossidanti); prevenire la corrosione delle superfici metalliche (additivi anticorrosivi); ridurre l’attrito e l’usura quando non è possibile mantenere un velo di lubrificante completo (additivi antiusura).

Le caratteristiche più importanti di un lubrificante sono la viscosità, la densità e le proprietà termiche. Altre proprietà fisico-chimiche (ossidabilità,infiammabilità, etc.) hanno tuttavia grande importanza pratica e devono essere opportunamente considerate nella scelta del lubrificante. Nella lubrificazione EHL, invece, date le elevatissime pressioni che si verificano nel meato, la densità può variare in modo rilevante ed avere effetti non trascurabili nel calcolo dello spessore minimo del meato.

Nella lubrificazione idrodinamica si considerano fluidi newtoniani ovvero caratterizzati dalla proporzionalità tra tensioni tangenziali e velocità di deformazione. con μ viscosità dinamica funzione dalla temperatura e della pressione. Le sue dimensioni sono quelle di una pressione per un tempo ovvero: Ns/m 2, = kg/(m*s), nel sistema cgs= gr/(cm*s)= Poise La viscosità cinematica è data dal rapporto tra quella dinamica e la densità: ν = μ / ρ, ossia m 2 /s, nel sistema cgs: cm 2 /s= Stokes

La viscosità dinamica dipende dalla temperatura tramite la relazione : μ = μ0 e

Tipi di lubrificazione 1. Lubrificazione a film spesso o idrodinamica: il film di lubrificante è molto più spesso della rugosità delle superfici delimitanti il meato. Il carico tendente ad avvicinare le superfici è sopportato interamente dalla pressione del fluido generata dal moto relativo delle superfici. Non si ha usura superficiale e l’attrito è solo quello interno al fluido lubrificante.

Tipi di lubrificazione 2. Lubrificazione parziale (o mista): corrisponde ad una lubrificazione a film sottile nella quale possono aversi contatti tra le superfici e pertanto attrito, quindi dipende oltre che dalle proprietà del lubrificante (viscosità), anche dalle proprietà delle superfici (rugosità). In questo caso l’usura superficiale può risultare modesta.

Tipi di lubrificazione 3. Lubrificazione limite: si ha uno spessore dell’ordine di grandezza di qualche nanometro, quindi la maggior parte del carico è sopportata dalle asperità a contatto delle superfici.

Tipi di lubrificazione 4. Lubrificazione elastoidrodinamica: si parla di lubrificazione EHD quando la pressione è dell’ordine dei GPa e dove predomina l’effetto di aumento della viscosità con la pressione

La lubrificazione EHL è basata sull’azione combinata di tre meccanismi: Effetto idrodinamico: aumento della pressione in un film di lubrificazione fra due superfici dovuta sia al moto relativo che alla forma delle superfici stesse;. Deformazione dei solidi: nel caso di contatto non conforme di solidi ad alto modulo elastico (Hard-EHL) lo schiacciamento dei solidi risulta molto simile a quello che si verifica nel contatto Hertziano (tanto più quanto più elevato è il carico) ed è molto maggiore dello spessore del meato; ( parametri fondamentali sono le caratteristiche elastiche dei corpi);

Piezoviscosità: la viscosità dei lubrificanti è fortemente dipendente dalla pressione:alla pressione di 1GPa (corrispondente ad un carico medio per cuscinetti a rotolamento o ruote dentate) la viscosità di un comune lubrificante è tipicamente 3÷8 ordini di grandezza maggiore rispetto alla pressione ambiente.

Il passaggio da un tipo all’altro di lubrificazione avviene al variare di fattori come il carico, la velocità e la viscosità del lubrificante.

Curva di Stribeck numero di Sommerfeld

f in funzione dell’altezza adimensionale del meato

La separazione completa delle superfici può essere ottenuta anche con la lubrificazione idrostatica: Un fluido in pressione come aria, olio, o acqua viene introdotto nella zona caricata. La completa separazione può essere ottenuta sia in presenza che in assenza di moto relativo delle due superfici. Vantaggio principale: avere sempre attrito estremamente basso, anche all’avviamento e alle basse velocità. Svantaggi: il costo, la complessità e l’ingombro della fonte esterna di fluido compresso. La lubrificazione idrostatica è utilizzata solo in applicazioni particolari.

Viscosimetro a capillare Il metodo classico di misura è dovuto a Gabriel Stokes e consiste nel misurare il tempo che un fluido impiega a transitare attraverso un capillare di vetro di lunghezza nota. Questo metodo è tuttora utilizzato per la misurazione standard della viscosità dell'acqua e più in generale per i fluidi newtoniani. In condizioni ideali può avere una precisione dello 0,1% circa.

Viscosimetro di Engler Il viscosimetro di Engler si basa sull'efflusso per gravità di una data quantità di fluido (200 ml) attraverso un capillare. È costituito da un recipiente di modeste dimensioni in ottone provvisto di un foro calibrato (orifizio) disposto in basso ed al centro. Il rapporto fra il tempo impiegato da 200 ml del liquido in esame alla temperatura di prova ad effluire, attraverso il foro calibrato ed il tempo impiegato dallo stesso volume di acqua distillata alla stessa temperatura, esprime la viscosità in gradi engler (°E) del liquido in esame.

- Il lubrificante sia un fluido newtoniano: proporzionalità tra tensioni tangenziali e velocità di deformazione. - Il lubrificante sia un fluido incomprimibile. - La viscosità del lubrificante si mantenga costante lungo tutta la zona interessata dall’accoppiamento. - Gli effetti dovuti all’inerzia del fluido siano trascurabili.. - Il peso del lubrificante sia trascurabile. - Il moto del fluido sia piano, laminare e stazionario. - Lo strato di lubrificante presente tra i due elementi in moto relativo sia così sottile da consentire di trascurare la curvatura degli stessi. - In ogni sezione normale alla direzione della velocità del fluido la pressione si mantenga costante. Equazione di Reynolds Ipotesi:

- Il lubrificante sia un fluido newtoniano: proporzionalità tra tensioni tangenziali e velocità di deformazione. - Il lubrificante sia un fluido incomprimibile. - La viscosità del lubrificante si mantenga costante lungo tutta la zona interessata dall’accoppiamento. - Gli effetti dovuti all’inerzia del fluido siano trascurabili.. - Il peso del lubrificante sia trascurabile. - Il moto del fluido sia piano, laminare e stazionario. - Lo strato di lubrificante presente tra i due elementi in moto relativo sia così sottile da consentire di trascurare la curvatura degli stessi. - In ogni sezione normale alla direzione della velocità del fluido la pressione si mantenga costante. Equazione di Reynolds Ipotesi:

- Il lubrificante sia un fluido newtoniano: proporzionalità tra tensioni tangenziali e velocità di deformazione. - Il lubrificante sia un fluido incomprimibile. - La viscosità del lubrificante si mantenga costante lungo tutta la zona interessata dall’accoppiamento. - Gli effetti dovuti all’inerzia del fluido siano trascurabili.. - Il peso del lubrificante sia trascurabile. - Il moto del fluido sia piano, laminare e stazionario. - Lo strato di lubrificante presente tra i due elementi in moto relativo sia così sottile da consentire di trascurare la curvatura degli stessi. - In ogni sezione normale alla direzione della velocità del fluido la pressione si mantenga costante. Equazione di Reynolds Ipotesi:

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coefficiente di portanza. coefficiente di resistenza distanza della risultante delle forze di pressione.

Pattino ad allungamento finito

Pattini orientabili, vantaggio principale: autoregolazione. Cm = xo/L

δ = R-r

Cuscinetto portante

Pattino con immissione forzata lubrificazione idrostatica

Si consideri l’equazione di Reynolds: poiché V=0 in entrambi i tratti si ha:

ulteriore condizione

Per aumentare il carico sopportabile Cuscinetto idrostatico elementare con cavità centrale

Lubrificazione riduttori

Squeeze