Tribologia reprezint un domeniu de studiu intens
interdisciplinar, care se ocup cu problemele complexe de frecare,
uzare, ungere
Capitolul 2.
Elemente de tribologie
Tribologia reprezint un domeniu de studiu intens
interdisciplinar, care se ocup cu problemele complexe de frecare,
uzare, ungere. Denumirea acestei tiine multidisciplinare provine de
la cuvntul grecesc tribos (care nseamn frecare).
Abordarea problemelor din acest domeniu implic cunotine de
teoria elasticitii i plasticitii, mecanica fluidelor, termodinamic,
metalurgie, chimie etc. Acest domeniu a cptat o dezvoltare din ce n
ce mai mare n ultimele 3-4 decenii. Au aprut cursuri, monografii i
publicaii destinate exclusiv acestui domeniu: la noi n ar ultima
lucrare poart titulul "TRIBOTEHNICA", autor Dan Pavelescu,
1983.
2.1 Frecare caracterizare,clasificare
Frecarea este fora de rezisten tangenial, care apare la
contactul direct sau indirect (prin intermediul unui film portant),
sub sarcin, a dou corpuri, atunci cnd ntre acestea exist micare
relativ sau tendin de micare relativ. Tipurile de frecare ntlnite
se pot clasifica dup urmtoarele criterii:
a) Dup starea de micare
a.1. Frecarea static (de repaos), cea care face posibil
transmiterea de sarcini ntre dou corpuri sub apsare, fr consum de
energie i uzur.
a.2. Frecarea cinetic (de micare), cea care provoac consum de
energie, respectiv creterea temperaturii i uzarea pieselor n
contact sub sarcin.
n construcia de maini, aparate i utilaje, frecarea apare att ca
fenomen do-rit, ca de exemplu n cazul asamblrilor prin frecare,
cuplajelor, transmisiilor prin cu-rele, transmisiilor prin friciune
etc. ct i ca fenomen nedorit, ca de exemplu n cazul lagrelor,
ghidajelor, etanrilor, transmisiilor prin roi dinate, lanuri, came
etc.
b)Dup felul micrii relative a elementelor cuplei cinematice
b.1. Frecarea de alunecare, cnd cele dou elemente ale cuplei
cinematice se afl n micare relativ de alunecare (lagre cu
alunecare, ghidaje, piston-cilindru
etc.).
b.2. Frecarea de rostogolire, cnd cele dou elemente ale cuplei
cinematice efectueaz o rostogolire n jurul unei axe situat n planul
momentan de contact (rulmeni etc.).
b.3. Frecarea combinat (de alunecare i rostogolire), apare
atunci cnd cele dou elemente ale cuplei cinematice execut simultan
o alunecare i o rostogolire (angrenaje etc.).
c)Dup modul n care se realizeaz contactul dintre cele dou
elemente ale cuplei cinematice (dup regimul de ungere)
c.1. Frecarea uscat exist atunci cnd elementele cuplei
cinematice sunt n contact direct. Se poate vorbi de un regim de
frecare riguros uscat numai n condiii de laborator atunci cnd ntre
cele dou suprafee se poate asigura absena total a oricrui mediu
fluid sau solid. n aplicaiile practice, ntre cele dou suprafee ale
elementelor cuplei cinematice se gsesc ntotdeauna aer sau straturi
de oxizi, motiv pentru care se poate vorbi de un regim de frecare
tehnic uscat.
c.2. Frecarea la limit poate aprea atunci cnd la suprafeele
celor dou elemente ale cuplei cinematice exist straturi continui
adsorbite (determinate de aciunea cmpurilor de fore
intermoleculare) de lubrifiant, prin intermediul crora se realizeaz
contactul. Practic acest regim de frecare este greu de
reprodus.
c.3. Frecarea fluid are loc cnd ntre suprafeele n micare relativ
exist o pelicul (strat, film) continu de lubrifiant, contactul
direct, fie chiar local, fiind cu totul exclus (se impune deci ca
grosimea stratului de fluid s fie mai mare dect nlimea rugozitilor
suprafeelor celor dou elemente ale cuplei).
c.4. Frecarea mixt apare atunci cnd la contactul dintre cele dou
suprafee exist zone cu regimuri de frecare diferit, din cele
anterior menionate (parial fluid + parial la limit sau parial uscat
+ parial la limit).
Regimurile de frecare fluid i frecare mixt constituie stadiile
de frecare cel mai frecvent ntlnite la cuplele de frecare la care
fenomenul de frecare este nedorit.
2.1.1 Frecarea uscat
Legea frecrii uscate de alunecare se exprim prin relaia Amontons
-Coulomb:
Ff = m Fn (2.1)
n care:
Fn - fora normal la suprafaa de contact;
m - coeficientul de frecare.
Mrimea coeficientului de frecare este dependent de materialele
din care sunt confecionate cele dou elemente ale cuplei cinematice
i de gradul de prelucrare a celor dou suprafee n contact
(rugozitatea suprafeelor) i considerat independent de mrimea
suprafeei de frecare, deci de presiunea de contact, precum i de
mrimea vitezei relative a celor dou elemente ale cuplei cinematice
[fig. 2.1 - cupl cinematic cu contact de suprafa (inferioar)].
Figura 2.1 Cupl cinematic cu contact de suprafa (inferioar).
innd seama de faptul c suprafeele reale nu sunt perfect netede,
ele prezentnd ondulaii i rugoziti, este necesar introducerea
urmtoarelor precizri referitor la suprafaa de contact a celor dou
elemente ale cuplei:
a) aria nominal de contact An = b x l;
b) aria aparent de contact Aa = Aai , respectiv suma zonelor de
contact
dintre cele dou suprafee;
c) aria real de contact Ar = Ari , respectiv suma ariilor
efective de contact,
determinate de contactul dintre rugoziti.
n cazul aa numitelor contacte hertziene" (cuple neconforme),
respectiv al cuplelor de frecare la care contactul pentru corpuri
nedeformabile este un punct sau o linie (fig. 2.2), vor aprea
numai:
Figura 2.2
1) aria aparent: Aa;
2) aria real: Ar = Ari .
Trebuie precizat c aria real Ar este cu mult mai mic dect aria
aparent Aa i cu att mai mult n raport cu aria nominal An . Prin
msurarea rezistenei electrice de contact s-a obinut, de exemplu,
pentru un contact OL/OL, valori:
(2.2)
Valorile acestui raport vor crete pe msur ce valoarea forei de
apsare normal Fn se majoreaz.
Cu aceste precizri, rezult c fora de frecare Ff va fi determinat
de fenomenele care apar la nivelul ariei reale de contact.
Rezistena la naintare, respectiv fora de frecare, se pot
datora:
a) deformrii elastice a rugozitilor n contact;
b) deformrii plastice a rugozitilor n contact;
c) forfecrii rugozitilor n contact la nivelul ariei reale de
contact unde s-au produs microsuduri sau n alte seciuni;
d) zgrierii suprafeei confecionate din material mai slab (moale)
de ctre rugozitile suprafeei confecionate din material mai dur;
e) ruperii" cmpului de fore de interaciune molecular dintre cele
dou suprafee.
Evident, fora de frecare este rezultatul nsumrii statistice a
acestor rezistene.
Dac se vor considera ca determinante rezistenele ce provin din
forfecarea microjonciunilor, conform ipotezei lui Bowden i Tabor
(valabil numai pentru suprafee metalice), atunci fora de frecare se
va exprima astfel:
Ff = Ar Ir (2.3)
n care ir -tensiunea de rupere prin forfecare pentru materialul
mai moale al cuplei.
Figura 2.3 Straturi adsorbite sau chemisorbite.
n cazul frecrii-limit, coeficientul de frecare se modific puin
(scade de 2 + 5 ori), dar uzarea suprafeelor n contact scade foarte
mult (100 + 10.000 ori).
2.1.2 Frecarea fluid
Frecarea fluid [fig. 2.4, a - ungere hidrodinamic prin efect de
pan, b - ungere hidrostatic prin introducerea lubrifiantului sub
presiune, c - ungere hidrodinamic prin efect de expulzare
(extrudere) la micarea de apropiere] se realizeaz n condiiile n
care prile solide ale cuplei de frecare sunt separate de un strat
(pelicul, film) de fluid (lichid sau gaz) portant, a crui grosime
minim hm este mai mare dect suma nlimilor maxime a rugozitii
suprafeelor elementelor cuplei.
Figura 2.4 Frecare fluida:
a - ungere hidrodinamic prin efect de pan;
b - ungere hidrostatic prin introducerea lubrifiantului sub
presiune;
c - ungere hidrodinamic prin efect de expulzare (extrudere) la
micarea de apropiere.
Fora de apsare normal Fn este preluat de ctre rezultanta
presiunilor create n pelicula de lubrifiant prin una din metodele
prezentate anterior.
Dac sub efectul cmpului de presiuni suprafeele nceteaz s fie
practic rigide i deformaiile locale sau globale ce se produc sunt
de ordinul grosimii filmului fluid, atunci ungerea devine o problem
elastohidrodinamic sau elastohidrostatic.
n cazul n care fluidul utilizat este un gaz, atunci se utilizeaz
denumirile de ungere gazodinamic, respectiv gazostatic.
Pentru a vedea, n mare, dependena forei de frecare fluid, se va
considera cazul a dou suprafee paralele separate printr-un strat de
fluid (lubrifiant) de grosime constant,
la care unul din perei este fix, iar cellalt mobil cu viteza u
(curgere COUETTE) - fig. 2.5.
Figura 2.5 Fora de frecare fluida.
Dac regimul de curgere este laminar (Re < Recr) , fora de
frecare se poate exprima prin relaia:
(2.3)
n care An reprezint aria nominal de contact cu fluidul, iar t
este tensiunea tangenial la contactul dintre fluid i suprafaa
mobil. n cazul considerat, tensiunea tangenial va fi dat de
expresia (nu exist gradient de presiune n direcia x -legea lui
Newton):
(2.4)
n care reprezint vscozitatea dinamic a lubrifiantului. Fora de
frecare va rezulta:
(2.5)
Se observ c, principial, fora de frecare fluid este generat de
cu totul alte legiti dect n regimurile de frecare anterioare; ea
crete odat cu mrirea ariei nominale, a vscozitii dinamice a
fluidului (lubrifiantului) i a vitezei tangeniale relative i scade
cu creterea grosimii filmului de lubrifiant.
Un element esenial este acela c, n condiiile frecrii fluide,
fora de frecare este de cteva ordine de mrime mai mic dect fora de
frecare corespunztoare regimurilor anterioare de frecare.
Dac:
2.1.3. Frecarea mixt
Frecvent, din aplicaiile tehnice, nu sunt ndeplinite condiiile
pentru realizarea riguroas unuia din cele trei regimuri de frecare
prezentate anterior, motiv pentru care apare o suprapunere
statistic spaial-temporal a celor trei regimuri sau a dou din cele
trei. n acest caz se poate vorbi de un regim de frecare mixt.
n practic intereseaz cum se trece de la un regim de frecare la
altul i care sunt factorii ce determin acest lucru. Un asemenea
studiu a fost ntreprins de ctre Stribeck n 1902, care apoi a fost
dezvoltat i aprofundat de numeroi cercettori (fig. 2.6), n care
s-au notat:
- frecare tehnic uscat
- frecare mixt: uscat + limit
- frecare mixt: limit + fluid
- frecare fluid.
Figura 2.6 Graficul frecrilor.
Existena unor asemenea curbe, respectiv cunoaterea valorii ,
permite proiectantului i celui care exploateaz cuplele de frecare s
reduc la minimum pierderile prin frecare i de asemenea s asigure o
funcionare n condiii de maxim fiabilitate. Este de reinut, de
exemplu, c la o cupl cu frecare fluid hidrodinamic, la pornire i la
oprire , regimul de frecare va fi apropiat de cel al frecrii
uscate, motiv pentru care se impun msuri adecvate pentru reducerea
frecrii, cum ar fi cuplul de materiale sau alte soluii constructive
mai complicate (asigurarea pornirii i opririi lagrului n regim
hidrostatic, soluie ntlnit la turbinele de abur de putere mare,
mori cu bile etc.).
2.2. Uzarea i uzura
Uzarea reprezint procesul de degradare a suprafeelor n contact
ale elementelor cuplei cinematice, care se manifest prin pierderea
de material i are ca urmare modificarea dimensiunilor, a formei
geometrice i a jocurilor.
Ea este o consecin a procesului de frecare, proces pe care ns l
influeneaz, ntre acestea existnd o strns interdependen.
Consecinele uzrii influeneaz direct sau indirect capacitatea
portant a organelor de maini (de exemplu la lagre), precizia de
lucru a mainilor (de exemplu la maini unelte), cinematica funcional
(de exemplu la transmisiile prin roi dinate), fcnd totodat s apar
fore dinamice ce pot determina scoaterea din funcionare a
mainii.
Uzura, respectiv rezultatul uzrii, se poate exprima n uniti
absolute (mas, volum, lungime) sau relative. Prin raportare la
distana parcurs sau la timpul de frecare, se obin mrimile denumite
intensitatea uzrii i respectiv viteza uzrii
n ceea ce privete evoluia uzrii, sunt de menionat urmtoarele
caracteristici, confirmate de practic (fig. 2.7, a - valoarea
uzrii, b - intensitatea de defectare):
Figura 2.7 Evoluia uzrii:
a - valoarea uzrii;
b - intensitatea de defectare.
a) uzura este cumulativ i crete, de obicei, cu durata de
funcionare Lh , fr ca evoluia procesului s fie ntotdeauna
liniar;
b) la nceput, la cuplele de frecare noi, intensitatea sau viteza
de uzare cresc rapid datorit condiiilor iniiale de suprafa
(rugozitilor), care tind treptat s se acomodeze; aceasta reprezint
perioada de rodaj - ZONA I;
c) urmeaz perioada de lung durat a uzrii stabile sau normale -
ZONA II , pentru care
d) n final - ZONA III, uzarea devine distructiv (abaterile de
dimensiuni, form, jocuri devin mari, nct cuplul de piese, sau chiar
maina sunt puse n pericol), cu efect ireversibil
e) duratele de funcionare sunt, n general, previzibile, putnd
fi
determinate experimental sau prin calcul, funcie de tipul,
parametrii i condiiile de exploatare ale cuplei cinematice sau
mainii respective;
-este de remarcat o anumit concordan ntre evoluia uzrii i a
intensitii de defectare (fiabilitii).
Att la frecarea uscat, ct i n prezena lubrifiantului, pot aprea
urmtoarele tipuri fundamentale de uzare care, n practic, sunt
ntlnite separat numai n cazuri speciale.
a)Uzarea de adeziune (contact) - este caracteristic cuplelor cu
micarede alunecare. Este provocat de formarea i ruperea prin
forfecare a unor micro-jonciuni sau puni de sudur ce se formeaz
ntre rugozitile celor dou suprafee,aflate n contact sub sarcin i
micare relativ.
Se manifest prin deteriorarea strii iniiale a suprafeelor, prin
apariia transferului de material de la o suprafa la alta i n ultim
instan printr-o nclzire att de accentuat, nct ntre suprafee apar
zone ntinse de sudare, respectiv chiar la blocarea cuplei, situaie
limit cunoscut sub denumirea de gripaj.
Microjonciunile sau punile de sudur apar n condiii de ncrcare i
vitez relativ mare, corelat cu o ungere necorespunztoare din punct
de vedere cantitativ i calitativ, utilizarea unui cuplu de
materiale neadecvat i un grad de prelucrare necorespunztor a
suprafeelor n contact. Toate acestea conduc la nclziri locale
ridicate, ca urmare a forelor de frecare mari.
Gripajul poate fi evitat prin ungerea corespunztoare din punct
de vedere cantitativ i calitativ (utilizarea uleiurilor aditivate),
utilizarea unui cuplu de materiale adecvat, prelucrarea
corespunztoare a suprafeelor n contact, tratament termic de suprafa
(durificare) etc.
Uzarea de aderen poate aprea: la asamblri demontabile, la
lagrele cu alunecare (cupla fus - cuzinet), la ghidaje, glisiere,
la cupla piston - cilindru, la transmisiile prin roi dinate, la
variatoarele de turaie, la sculele achietoare etc.
b)Uzarea abraziv - este determinat de ptrunderea ntre suprafeele
ncontact i micare relativ a unor particule dure din exterior sau de
asperitile dureale uneia din suprafeele de contact.
Se manifest prin urme disperse de microachiere (zgrieturi) pe
ambele suprafee de contact sau numai pe suprafaa piesei confecionat
din material mai moale. Este specific organelor active (brzdare,
cupe, ciocane etc.) ale mainilor de lucru n medii abrazive,
cuplelor de frecare insuficient protejate (piston-cilindru, lagre
cu alunecare, rulmeni, angrenaje etc.) sau supuse direct aciunii
abrazive n prezena mediului fluid (paletele pompelor, angrenaje
etc.).
c)Uzarea de oboseal apare ca urmare a solicitrii ciclice a
straturilor desuprafa n contact. Se manifest prin apariia pe
suprafeele n contact a unor fi-suri, ciupituri, exfolieri etc.
Cauzele apariiei uzrii de oboseal sunt att de naturmecanic
(solicitri ciclice) ct i de natur termomecanic (ocuri
termomecanicecorelate cu existena frecrii). Fenomenul este puternic
influenat de: lipsa de omo-genitate a materialului la suprafa
(incluziuni, dislocaii, defecte de turnare sau for-jare etc.),
rugozitatea suprafeelor, prezena lubrifiantului (att sub raport
chimic cti ca vscozitate).
c.1. Ciupirea (pitingul) se manifest prin apariia pe suprafeele
n contact a unor gropie (ciupituri) vizibile cu ochiul liber.
Fenomenul are, drept origine primar, apariia fisurilor de
oboseal n stratul de suprafa. Formarea ciupiturilor are loc numai n
prezena lubrifiantului i la presiuni de contact mari, specifice
contactelor hertziene; n aceste condiii lubrifiantul va ptrunde n
fisuri i prin efect de pan, va disloca mici particule de material,
pn la apariia gropielor.
Domeniile frecvente de apariie a pitingului: flancurile active
ale dinilor roilor dinate, cile de rulare i corpurile de
rostogolire ale rulmenilor, cupla cinematic cam-tachet, uruburile
cu bile, cile de rulare i bandajele roilor de cale ferat (n prezena
umezelii).
Pitingul poate rmne sub o form incipient (mici pori, vrfuri de
ac) i care pot sista n funcionare sau poate s se prezinte sub form
mai grav - pitingul progresiv.
Ciupirea se poate evita prin alegerea corespunztoare a
materialului prin tratamentul termic de durificare la suprafa a
pieselor, prin utilizarea unui lubrifiant corespunztor din punct de
vedere al vscozitii.
c.2. Exfolierea reprezint o alt form de uzare prin oboseal a
materialului. Se poate prezenta ca o desprindere a stratului de
suprafa sub form de solzi mari provenind fie din piting progresiv,
fie din deformri de oboseal.
d)Uzarea de coroziune este datorat, n principal, reaciei chimice
a mate-rialului suprafeelor cu mediul lubrifiant care conine ap,
substane agresive etc. nprezena sarcinii, a micrii relative i a
forei de frecare, uzarea de coroziune (tribo-coroziunea) se
accentueaz; de asemenea, ea este favorizat de uzarea abraziv.
Uzarea prin oxidare este un caz special de coroziune la care
predomin reacia chimic a suprafeelor metalice cu oxigenul sau cu
mediul nconjurtor oxidant.
Coroziunea de fretare constituie un tip de coroziune tribochimic
fiind datorat unui proces mixt de microalunecri (pe distane
atomice) i de coroziune, care apare pe suprafeele pieselor
asamblate prin strngere.
Coroziunea chimic i tribocoroziunea se pot combate printr-o
alegere judicioas a materialelor i prin limitarea, pe ct posibil, a
mediului agresiv, a concentratorilor de tensiuni. Nu se combate
prin lubrifiere.
e)Uzarea de cavitaie
Cavitaia i are originea ntr-o aciune pulsatorie de natur
hidrodinamic; un mod de explicare este acela al desprinderilor
locale ale lichidului prin scderea presiunii (vaporizare) i
stabilirea ulterioar brusc a contactului prin lovituri puternice;
repetarea continu a procesului conduce la detaarea de particule de
metal, care pot cpta un caracter distrugtor, sensibil, ajutat de
eventuala prezen a substanelor chimic active n mediul fluid.
2.3. Materiale de ungere
2.3.1. Rol funcional. Proprietile materialelor de ungere
n funcie de tipul agregatului, de condiiile de lucru i
posibilitile de ntreinere, pentru ungere sunt folosite materiale
lichide (uleiuri minerale, emulsiile, apa), semisolide (unsorile
consistente), solide (grafitul, bisulfura de molibden etc.) i
gazoase (aerul, alte gaze).
Rolul funcional al materialelor de ungere este multiplu i
anume:
-asigurarea peliculei portante ntre suprafeele aflate n micare
relativ, constituind elementul de preluare a sarcinii;
-protecia suprafeelor mpotriva contactului direct, diminund
pierderile prin frecare i uzare (frecarea la limit sau mixt);
-evacuarea cldurii produse prin frecare sau rezultat din
reaciile chimice, prin fluxul de lubrifiant;
-protecia mpotriva componenilor chimici activi, n principal O2,
care determin formarea stratului de oxizi;
-evacuarea produselor de uzare i modificarea acestora;
-etanarea, respectiv protecia mpotriva ptrunderii ntre suprafee
a particulelor dure din mediul exterior.
Aprecierea calitilor materialelor destinate ungerii se poate
face avnd n vedere urmtoarele proprieti:
a) vscozitatea;
b) capacitatea de ungere (onctuozitatea);
c) greutatea specific;
d) punctul de inflamabilitate;
e) punctul de ardere;
f) punctul de aprindere;
g) punctul de solidificare (congelare);
h) emulsionabilitatea;
i) coninutul de ap, acizi liberi, cenu, impuriti mecanice;
j) stabilitatea chimic.
2.3.2. Uleiurile i aprecierea lor pe baza proprietilor
Uleiurile minerale sunt clasificate n STAS 871-81 pentru
diferite utilizri n construcia de maini (pentru motoare, pentru
transmisii mecanice, pentru instalaii hidraulice, turbine, pentru
mecanic fin, pentru prelucrri, pentru tratamente etc.).
Pentru uleiuri, utilizate n cele mai variate condiii de
temperatur, presiune, mediu ambiant, intereseaz toate proprietile
anterior amintite.
a) Vscozitatea este proprietatea lubrifiantului prin care se
caracterizeaz frecarea intern a acestuia. Nu reprezint o mrime care
indic calitatea lubrifiantului i prin ea se apreciaz dac
lubrifiantul este corespunztor unui anumit scop, unor anumite
condiii de exploatare.
n fizic i n tehnic se cunosc: vscozitatea dinamic , vscozitatea
cinematic (v) i vscozitatea relativ sau tehnic .
Vscozitatea dinamic a unui fluid n curgere laminar apare n legea
lui Newton:
(2.6)
i se poate interpreta ca fiind fora necesar [N] pentru
deplasarea relativ a dou suprafee din masa de fluid, avnd fiecare
mrimea de 1 m2, separate printr-un strat de fluid de grosime egal
cu 1 m, cu viteza relativ de 1 m/s.
Vscozitatea cinematic se exprim ca raport ntre vscozitatea
dinamic i densitatea lubrifiantului:
(2.7)
Vscozitatea relativ se msoar n oE (grade Engler) i se determin
ca raport ntre timpul de scurgere a aceleiai cantiti de ap,
respectiv de ulei, aflate la aceeai temperatur (de obicei 50o
C).
ntre vscozitatea dinamic i cea relativ se poate scrie
relaia:
(2.8)
Majoritatea uleiurilor utilizate pentru ungere sunt medii
newtoniene, ele supunndu-se legii lui Newton pn la temperatura
corespunztoare punctului de tulburare, dup care devine lichid
nenewtonian ( -vscozitate aparent, dependent de gradientul de
vitez). Vscozitatea variaz cu temperatura i presiunea.
Creterea temperaturii determin scderea considerabil a vscozitii
(fig.2.8)
Figura 2.8 Dependenta temperaturii viscozitatii.
Relaia analitic, cea mai apropiat de realitate, prin care se
exprim dependena prin linii drepte este:
constante caracteristice naturii lubrifiantului.
Prin logarimare:
Vscozitatea influeneaz n mod hotrtor capacitatea portant a
filmului (peliculei) de lubrifiant, deci variaia puternic a
vscozitii cu temperatura are efect direct asupra posibilitii de
ncrcare a organelor de maini (lagre, roi dinate
etc.).
Sunt de preferat uleiurile cu o variaie ct mai redus a vscozitii
cu temperatura, deoarece nu modific sensibil regimul de funcionare
ntr-un interval larg de temperaturi.
La proiectare se impun cunoscute: temperatura n regim stabil de
funcionare i valoarea vscozitii lubrifiantului la aceast
temperatur.
Relaia analitic cel mai frecvent utilizat pentru exprimarea
dependenei vscozitii de presiune este:
(2.9)
n care:
p i o sunt vscozitatea dinamic la presiunea p, respectiv la
presiunea atmosferic po;
A' - coeficient caracteristic pentru dependena vscozitii de
presiune, dar a crui valoare depinde i de temperatur; experimental:
A' = 0,005.
Tot experimental s-a constatat c presiunile sub (350...400)
N/cm2 nu influeneaz semnificativ vscozitatea; efectul devine
important la valori foarte mari
ale presiunii (contacte hertziene liniare - roi dinate sau
contacte punctiforme rulmeni etc.). n acest caz, creterea vscozitii
contribuie la meninerea prezenei filmului aderent de lubrifiant,
foarte subire i a capacitii lui de a prelua sarcina exterioar.
Se precizeaz ns c majorarea vscozitii datorit presiunii este
mult atenuat de creterea simultan a temperaturii, motiv pentru care
n aplicaiile practice aceast dependen se poate neglija.
b)Capacitatea de ungere (onctuozitatea) este proprietatea
uleiurilor cu caracter polar de a adera i a crea straturi
moleculare puternic fixate pe suprafeele metalice, concomitent cu o
rezisten redus la alunecare. Nu exist criterii de apreciere
cantitativ a acestei proprieti a lubrifianilor. Prezint o importan
deosebit n formarea regimului de frecare limit sau mixt (fluid +
limit) n situaii dificile de frecare sau la presiuni foarte
ridicate.
c)Greutatea specific (g) d un indiciu asupra originii i puritii
uleiului. Nu caracterizeaz nici calitile de ungere, ni ci
durabilitatea uleiului. Relaii caracteristice:
(2.3)
d)Punctul de inflamabilitate corespunde temperaturii la care
uleiul nclzit, lapresiunea atmosferic, se aprinde n mod trector sub
aciunea unei flcri strine.Pentru uleiurile minerale punctul de
inflamabilitate este cuprins ntre 150...200oC.
Aceast caracteristic este important pentru alegerea uleiurilor
pentru motoarele cu ardere intern, compresoare etc. i mai puin
important pentru uleiurile de transmisii mecanice, uleiurile pentru
lagre etc.
e)Punctul de ardere corespunde temperaturii la care uleiul, odat
aprins,continu s ard de la sine. Valoarea acestuia este cu 20-60oC
mai ridicat dectcel de inflamabilitate.
Punctul de inflamabilitate i punctul de ardere nu sunt n
dependen cu calitile de ungere ale uleiurilor, ci depind de
compoziia chimic.
Punctul de aprindere corespunde temperaturii la care vaporii de
ulei se aprind de la sine.
Punctul de solidificare (congelare) corespunde temperaturii la
care uleiul, sub greutatea proprie, nu mai poate curge n mod
vizibil. Intereseaz n mod deosebit pentru uleiurile de la mainile
ce lucreaz sub zero grade: avioane, locomotive, autovehicule, maini
frigorifice etc.
h)Emulsionabilitatea este proprietatea uleiului de a se amesteca
cu apa cald,formnd emulsie, i de a nu se separa ulterior
ap (scade onctuozitatea)
i)Coninutul de impuriti acizi liberi (favorizeaz coroziunea)
cenu (favorizeaz uzarea) impuriti mecanice (rupe filmul, uzur
abraziv) j) Stabilitatea chimic reprezint capacitatea de a nu
reaciona cu oxigenul din aer. n timp, calitile uleiului scad
datorit oxidrilor, fenomenul purtnd denumirea
de mbtrnirea" lubrifiantului, motiv pentru care, ndeosebi la
ungerea n circuit nchis, uleiul trebuie schimbat periodic.
Alegerea corect a uleiului concur la obinerea performanei i
duratei maxime de funcionare a cuplelor de frecare i deci,
implicit, a acestora. Pentru aceasta se vor lua n discuie:
proprietile lubrifiantului, ndeosebi vscozitatea, onctuozitatea,
punctul de inflamabilitate, punctul de solidificare,
emulsionabilitatea i stabilitatea chimic;
tipul mainii (motoare, de lucru etc.);
condiiile de funcionare (temperatur, mediu etc.);
metoda de ungere (circuit nchis, circuit exterior, prin picurare
etc.);
momentul utilizrii (rodaj sau funcionare normal). Calitile
uleiurilor se pot mbunti prin:
-tratare cu aer cald (70 - 120oC) sau cu descrcri electrice,
rezultnd aa numitele uleiuri voltolizate;
-aditivare.
Aditivii sunt substane chimice care mbuntesc calitile de ungere
ale uleiurilor i unsorilor consistente, proprietile de frecare i
rezistena la uzare a suprafeelor.
Principalele tipuri de aditivi sunt:
cu aciune asupra vscozitii (mrirea acesteia i micorarea variaiei
acesteia cu temperatura) i asupra punctului de congelare;
cu aciune asupra onctuozitii i absorie (meninerea ungerii la
presiuni ridicate, evitarea frecrii uscate);
cu aciune antioxidant a uleiului (simultan reduce i pericolul de
oxidare a suprafeelor metalice);
-cu aciune antispumant;
-cu aciune detergent-dispergent (meninerea corpurilor strine n
suspensie);
cu aciune antigripant, antiuzant;
aditivi polifuncionali (detergeni, anticongelani, antioxidani,
EP);
aditivi de extrem presiune (EP).
Sunt folosite i uleiurile compundate (ulei mineral + ulei
vegetal sau animal 1 ... 10%).
Pentru lubrifierea n condiii de vacuum se vor folosi uleiuri i
unsori consistente din care s-au extras componentele cu greutate
molecular redus i crora li se adaug aditivi care formeaz straturi
protectoare pe suprafeele metalice.
2.3.3. Unsori consistente. Caracteristici
Unsorile consistente sunt dispersii de spunuri metalice (Ca, Na,
Li, Ba, Al) n uleiuri minerale (uleiuri naftenice) sau n lichide
uleioase (STAS 4951- 81 -clasificare).
Caracteristica principal a unsorilor consistente este punctul de
picurare, reprezentat de temperatura la care unsoarea ncepe s
picure sub aciunea propriei sale greuti.
Calitatea unsorii este cu att mai bun cu ct punctul de picurare
este mai ridicat, ungerea fiind totui asigurat la temperatura de
exploatare.
Comparativ cu uleiurile, unsorile consistente prezint urmtoarele
dezavantaje:
1. stabilitate structural sczut;
2. nu pot fi utilizate la orice turaii (ndeosebi cele mari);
3. capacitatea de ungere dispare la temperaturi extreme;
4. au frecare intern mai mare, motiv pentru care nu pot fi
utilizate la aparate sensibile;
5. nlocuirea se poate realiza numai dup demontarea i splarea
pieselor
unse.
Utilizarea unsorilor consistente determin urmtoarele
avantaje:
asigur etaneitatea mpotriva ptrunderii impuritilor;
nlocuirea se realizeaz mult mai rar;
o mai bun aderen la suprafeele n contact, ndeosebi la preluarea
de sarcini cu oc i la funcionare intermitent;
construcie mai simpl a lagrelor etc.
2.3.4. Lubrifiani solizi
Lubrifiani solizi sunt utili n condiii severe de frecare
(temperatur, presiuni de contact). Sunt utilizai ndeosebi:
bisulfura de molibdeu (MoS2) folosit ndeosebi ca aditiv (n
dispersie) n uleiuri sau unsori consistente, sub form de straturi
superficiale la rodaj sau ncorporat ca adaos n piesele din
materiale plastice; nu se utilizeaz peste 445oC;
grafitul se utilizeaz ndeosebi n condiii severe de temperatur;
sub form coloidal n ulei desvrete rodajul; se utilizeaz ncorporat n
materiale plastice folosite pentru cuzineii lagrelor cu
alunecare;
spunurile metalice - stearate de Ca, Na, Al, Mg, acizi grai
solizi (acid stearic, acid palmitic), cerurile sintetice, talcul -
se utilizeaz sub form de soluie aplicate pe suprafee;
teflonul - utilizat sub form de straturi subiri aplicate pe
suprafeele n
contact.
GRIGORA P., Lubrifianii plastici. Fabricare i utilizare,
Tipocart Braovia, Braov, 1993
MUSC I., Comportarea uleiurilor lubrifiante sub presiune,
Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 2004.
GRIGORA P., Lubrifianii plastici. Fabricare i utilizare,
Tipocart Braovia, Braov, 1993