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icona-lubrificante

29/11/2014

Attrito - Riduzione dell'attrito con lubrificanti sintetici

La forza di attrito e i lubrificanti sintetici 

Che cos'è ? Come si misura ? In quali forme si presenta? Qual'è la differenza tra coefficiente di attrito statico e coefficiente attrito dinamico ? Come un grasso lubrificante è in grado di ridurlo?

analisi_coefficiente_attrito

Attrito! Grazie di esistere ! Non sarebbe così semplice la vita senza di te. Camminare, salire le scale, afferrare gli oggetti....l'assenza di frizione meccanica impedirebbe le più semplici attività quotidiane.

Qualsiasi cinematismo per svolgere correttamente la propria funzione necessita di due superfici a contatto e in contrasto, basti pensare alle trasmissioni, la variazione della coppia e velocità di rotazione non sarebbe possibile senza frizione da contatto.

In questo articolo introdurremo e analizzeremo il concetto di frizione con particolare riferimento all’aspetto lubrificazione, all’usura meccanica, e alle possibili modalità di riduzione della stessa grazie all’impiego di grassi e oli lubrificanti sintetici.

 

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Con il termine “attrito" o "frizione" si intende qualunque fenomeno dissipativo che si genera fra due corpi solidi o fluidi a contatto, in presenza di movimento.

Per spiegare meglio i concetti che sono alla base del fenomeno, occorre analizzare più nel dettaglio i protagonisti principali: le superfici di contatto.

Se interponiamo tra le due superfici un fluido lubrificante, si possono distinguere due tipologie di frizione:

 

  • Esterna:  è il mezzo attraverso il quale l’usura si compie e rappresenta la forza che impedisce o ostacola  il movimento di due superfici a contatto. Deriva principalmente dai microscopici contatti che si creano tra le superfici, che tendono ad aderire una sull’altra provocando deformazione dei materiali e scanalature. L’energia che si genera dal contatto viene trasformata in calore e/o vibrazioni meccaniche. 

  • Interna : frizione esistente tra le molecole all’interno del film lubrificante interposto tra i materiali a contatto, viene anche definito viscosità ed è una delle variabili di maggior rilevanza.

tribosistema

 

A seconda della morfologia delle superfici, l'a. può essere ulteriormente distinto in:

  • Radente: è quello che si genera durante puro strisciamento di due superfici, in assenza di rotolamento e/o rotazione

attrito_radente

  • Volvente: è quello che si genera durante il rotolamento, come  nei cuscinetti a sfera tra le piste e i corpi volventi.

 

attrito_volvente

  • da perforazione: si crea al contatto tra due corpi per effetto della rotazione di uno dei due intorno al proprio asse.

 

attrito_foratura_utensile_2




 

Usura Meccanica

La riduzione della frizione tra due corpi a contatto e in reciproco strisciamento può essere ottenuta interponendo una sostanza in grado di ridurre lo sforzo di taglio necessario per permettere lo scorrimento. Questa sostanza, che può essere solida, liquida o gassosa, è chiamata LUBRIFICANTE.

Il lubrificante può intervenire producendo una riduzione del coefficiente di frizione, definito come rapporto tra la forza Fr che si oppone al movimento e la forza motrice Fa.

analisi_coefficiente_attrito

A seconda dell’entità delle due forze in contrasto possiamo distinguere due importanti valori

  • Coefficiente statico : quando Fa < Fr
  • Coefficente dinamico : quando Fa >/=  Fr

 

Coefficiente di frizione e velocità : La curva di Stribeck

 

In ogni tribosistema è possibile identificare delle condizioni di interfaccia variabili a seconda delle velocità di scorrimento dei partner in contatto. Un metodo per individuare l’entità della variazione in rapporto alle velocità di reciproco scorrimento è l'utilizzo della curva di Stribeck, nella quale il coefficiente di frizione viene  messo in relazione alle velocità di reciproco scorrimento delle superfici a contatto

 

coefficiente_di_attrito

 

Dalla figura si possono identificare tre differenti zone di funzionamento con relativo decorso del coefficiente:

 

  • Limite:  film lubrificante insufficiente, le superfici in reciproco scorrimento sono in contatto diretto per oltre il 50% , l’erosione e il consumo dei materiali risultano rilevanti. Le formulazioni lubrificanti in queste condizioni devono essere equipaggate di speciali additivi antiusura.

 

  • Misto: condizione intermedia nella quale si ha una separazione parziale delle superfici in contatto, combinata con zone di totale assenza del film lubrificante (dal 20-40%). Si verifica in questa area di funzionamento un'abbassamento progressivo del coefficiente di frizione dinamica con l'incremento della velocità, per effetto del progressivo instaurarsi del film portante di lubrificazione.

 

  • Fluido: totale separazione delle superfici a contatto, il fenomeno può essere assimilato all'effetto di galleggiamento degli pneumatici rotolanti sull'asfalto bagnato. La condizione idrodinamica rappresenta quella ottimale per il mantenimento in  piena efficienza  del tribosistema con la minore usura meccanica possibile. 

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Una buona formulazione lubrificante ha come obiettivo la riduzione del coefficiente di frizione e l’abbattimento della relativa usura meccanica che si genera, nella guida di seguito verranno analizzati 5 fondamentali requisiti per perseguire lo scopo:

  1. Composizione chimica adeguata dell’olio base

  2. Utilizzo di lubrificanti solidi nella formulazione

  3. Utilizzo di additivi antiusura (AW) ed estrema pressione (EP)

  4. Alta viscosità dell’olio base

  5. Elevata capacità termo-ossidativa

 

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Marco Gandelli

Scritto da Marco Gandelli

Imprenditore. Co-fondatore di Macon Research. Esperto e appassionato di meccanica e chimica della lubrificazione. Da 15 anni dopo migliaia di analisi condotte su dispositivi elettro-meccanici, formulo per i progettisti soluzioni lubrificanti su misura per l'incremento dell'efficienza, della durata e il controllo dell'attrito. Amante dell'efficienza dei processi aziendali e del digital marketing.

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