TRIBOLOGIA Flashcards
Descrivere la forza d’attrito, con le sue componenti, fare l’esempio della macchina e il gradino
La forza d’attrito non è altro che il rapporto fra, forza tangenziale che si oppone al contatto e la normale al contatto. ( Vedi f. su appunti)
La f. d’attrito sarà adimensionale, perché avremmo il rapporto di due forze.
Man mano che aumento la forza tangenziale arrivo a una forza d’attrito limite in cui la risultante va sulla superficie del cono chiamato “ cono d’attrito” μ= T/N μ= tan (phi).
CASO 1) Se abbiamo un’autovettura con trazione anteriore e dobbiamo superare un gradino dobbiamo innanzi tutto sapere che si ha solamente una coppia.
Se il coefficiente d’attrito tra ruota e gradino è uguale a φ con la normale di contatto come asse centrale del cono d’attrito. La risultante Ra di cui avrei bisogno affinché si abbia l’equilibrio va fuori dal cono di attrito, questo non è possibile, quindi si ha lo strisciamento della ruota.
CASO 2) Avendo 2 ruote motrici avrei una componente tangenziale anche sulla ruota posteriore e quindi per avere equilibrio le tre forze devono andare verso un punto e la sommatoria dei vettori dovrà essere nulla, quindi posso calcolare le forze risultanti che in questo caso si troveranno all’interno del cono d’attrito, questo mi garantisce che la macchina riuscirà a salire il gradino
CASO 3) Quello che possiamo fare per ovviare al caso 1 è quello di andare ad abbassare il gradino, in questo modo la normale al contatto rientrerà nel cono di attrito e posso salire sul gradino.
Quanti tipi di attrito possiamo avere? Descriverli
Quando parliamo di attrito, possiamo distinguere questi in attrito classico, μ= T/N , attrito di rotolamento μ=h/r anche detto attrito volvente, quando la superficie rotola su un’altra. Oppure abbiamo attrito di imperniamento quando la superficie rotola attorno ad un’asse perpendicolare alla controparte come una trottola.
Il coefficiente d’attrito volvente è dovuto alla deformazione di un solido che entra in contatto con un altro.
Stiamo parlando di rotolamento, quindi possiamo dire che non abbiamo strisciamento, quindi dissipazione d’energia, anche se una piccola parte grazie al contatto comunque viene dissipata.
Cosa succede al campo di pressione su campo deformabile?
Sul piano deformabile la distribuzione di pressione non è più centrata. Questo significa che il corpo non sta più in equilibrio e la reazione normale si è spostata di una distanza u. Questo significa che si formerà un momento angolare e quindi per equilibrare tutto devo andare ad applicare una coppia.
C=Nu
Se ho una forza di traslazione orizzontale, dovrò avere per forza anche una componente uguale e contraria a questa. Questa è la nostra T che quindi andrà a generarmi un momento che sarà uguale a Tr.
Tr e μN sono uguali e opposti e questo mi permette di tenere una velocità costante w.
DESCRIVERE IL FENOMENO DI ATTRITO SUL PERNO
In posizione statica la forza di reazione boccola su perno è uguale e opposta. Quando questo inizia a ruotare il perno che si troverà all’interno tenderà ad arrampicarsi a sinistra o destra a seconda della rotazione. Ad ogni istante della rotazione avremmo una forza R, chiamata Risultante di contatto. Questa è sempre tangente al cerchio d’attrito e avrà una distanza rho dal centro, quindi significa che mi genererà un momento che dovrà essere uguale alla coppia applicata per far in modo che le forze stiano in equilibrio tra loro
Parlare della rugosità, dei difetti macroscopici e micro
Quando si parla di rugosità nei materiali parliamo di una topografia, quindi una distribuzione di asperità.
Avremmo quindi dei difetti nei materiali, questi potranno essere di due tipi. Difetti Macroscopici e microscopici.
Difetti Macroscopici: questi definiscono la rugosità del materiale, sono dovuti a vibrazioni nel processo di lavorazione, saranno quindi dei difetti di forma, planarità, circonferenza., sono detti del 2 ordine
I difetti microscopici sono difetti del 4 ordine, difetti superficiali
Parametri che descrivono la rugosità, classificazione
Rq= è il valore quadratico medio.
Rt = Distanza dal punto più alto al punto più basso del profilo
Ra= è la media aritmetica del valore assoluto del profilo
In cosa consiste la prova di durezza del materiale? Come avviene
La durezza del materiale viene testata misurando la resistenza del materiale all’indentazione o al graffio della sua superficie.
Un pezzo di materiale duro, chiamato identatore, viene premuto contro la superficie del materiale.
Potremmo avere diversi identatori, quello sferico, base quadratica a punta di diamante e quello a sfera d’acciaio.
Deformazioni al contatto, descriverle e parlare del problema di contatto visto da Hertz
Abbiamo 2 tipi di contatto, contatto di tipo uniforme e contatto di tipo non-uniforme.
Nei contatti di tipo uniforme avremmo un’area estesa, quindi pressioni e distribuzioni delle forme saranno distribuite in modo uniforme e quindi avremmo tipo di pressioni medio/basse, dovute appunto alla distribuzione. Nei contatti di tipo non uniforme avremmo dei contatti concentrati in un punto, comunque su un’area ristretta, questo quindi mi porterà ad avere pressioni più elevate in un determinato punto.
Hertz ha risolto il problema di contatto tra due corpi e quindi si è in grado di calcolare tutte l’espressione in prossimità della superficie di contatto, con pressione massima al centro del contatto.
Ipotesi di base della teoria di Hertz
Problematiche nella teria di Hertz
Ipotesi di base per la teoria di Hertz:
Le deformazioni sono piccole, entro il limite classico;
le superfici sono continue e non conformi, significa che abbiamo un solo punto di contatto;
ogni corpo può essere considerato un semispazio elastico;
le superfici sono prive di attiro
Le problematiche nella teoria di Hertz sono:
In primo luogo questa teoria è valida solamente se abbiamo dei contatti lineari, quindi non conformi, esempio due sfere, sfera piano. Nei contatti conformi invece avremmo che le pressioni saranno distribuite quasi costantemente nella superficie.
Il secondo problema è dovuto al fatto che in questi tipi di contatti la pressione applicata è molto elevata e quindi si potrebbe avere la plasticizzazione del materiale.
Il terzo problema riguarda la rugosità, Hertz assume una distribuzione di rugosità media, invece la rugosità dei solidi è bene diversa da quella media.
Quarta problematica, Hertz non considera l’attrito, questo significa che la distribuzione non sarà più simmetrica, ci sarà un aumento della componente in compressione all’ingresso del contatto ma anche tensione all’uscita del contatto, questo può portare al danneggiamento del materiale.
Nei contatti reali la teoria di Hertz e i modelli successivi sono utili formulazioni analitiche per la previsione delle distribuzioni dello stress e delle distribuzioni di pressione.
Che cos’è l’usura?
Descrivere i due tipi di usura, fare l’esempio del disco e della matita
L’usura è la quantità di materiale che viene persa al contatto.
Inizialmente avrò un distacco delle particelle dai due solidi in contatto, inizialmente queste particelle saranno all’interno dell’interfaccio, in seguito queste verranno espulse all’esterno dal contatto.
Lo spessore usurato è proporzionale al lavoro compiuto dalle forze d’attrito.
Abbiamo due tipi di usura: usura adesiva e usura abrasiva
L’usura adesiva ha un coefficiente K che mi dice la probabilità che un’interazione tra due asperità mi produce una particella di usura, inoltre compare 1/3, questo ci dice che se superato la pressione di contatto è troppa, quindi si ha usura catastrofica.
L’usura abrasiva tiene conto della forma e della posizione della particella abrasiva rispetto alla superficie soggetta ad abrasione.
Quando si parla di usura si parla di un fenomeno molto complesso, perché si va a considerare oltre che all’interazione tra due corpi, l’interazione che c’è tra il 3 corpo, cioè le particelle.
Se ad esempio andiamo ad analizzare l’usura su un freno del disco, possiamo avere due casi. Se l’orientazione è rivolta verticalmente allora si avrà che le particelle cadranno a terra. Se il freno invece è disposto orizzontalmente avremmo che le particelle rimarranno lì, in questo caso quindi si possono avere due casi. Se le particelle sono adesive, si fonderanno con il materiale e costituiranno un ulteriore pattina che rallenterà ulteriormente l’usura del freno, se invece sono abrasive si verificherà l’opposto.
Un esempio pratico è quello della matita. Se si prende una matita e si scrive su un foglio, si vedrà che l’usura della matita è molto meno lenta se si scrive sempre in un verso, cioè senza cambiare il modo in cui è direzionata la punta din grafite, questo succede perché la grafite ha delle caratteristiche che permettono la nascita di particelle terze che vanno a ridurre il tempo di usura.
Tripletta tribologica: spiegare il fenomeno
Quando si progetta un cuscinetto a sfere di cosa si tiene conto, nel caso reale.
Quando si va a progettare un sistema meccanico si deve tenere conto del problema di contatto tra le due superfici e tra la superficie che si trova in mezzeria. Quindi dobbiamo andare a studiare la risposta cinematica, dinamica e il funzionamento delle superfici a contatto.
Se si va a progettare un cuscinetto a sfere, si deve tenere conto che questo si troverà all’interno di un valvola nel motore, questa quindi sarà sollecitata da vibrazioni. Il nostro obiettivo è quello di ridurre il più possibile l’usura tra le superfici, quindi si andranno a studiare le geometrie, le distribuzioni dei materiali e quindi andremmo ad applicare tra la separazione delle superfici dei determinati oli o grassi che riduranno l’usura. In genere un cuscinetto dovrà durare quanto il sistema meccanico stesso.
Cosa ci dice la reologia?
Quando si parla di contatto dobbiamo tener presente anche la reologia del contatto, cioè tutti i flussi di materia che si sviluppano all’interno del contatto. Questi flussi sono dovuti dal contatto tra le superfici e quindi potremmo dire flussi di particelle.
Cos’è l’accomodamento?
Quando si parla di accomodamento si parla si deformazione plastica tra i corpi, quindi potremmo avere deformazioni plastiche con fratture superficiali o rottura del corpo.
