INTRODCERE - Definirea domeniului Tribologia, = frecarea, uzarea şi lubrifierea cuplelor existente în maşini, utilaje dar şi în natura, respectiv în corpul uman Tribo a freca Logos + studiu, ştiinţă = TRIBOLOGIE Tribologia este domeniul de studiu interdisciplinar al fenomenelor de frecare, uzare şi lubrificaţie care apar în zonele de contact a două corpuri aflate în mişcare relativă. CPLA DE RECARE Tribology Raport prof. Peter JOST, 9 martie 966 MECANICA CONTACTLI LBRIICATIE Contact Solid / Solid total sau partial Solid + Lubrifiant + Solid / Solid + Lubrifiant Legile mecanicii contactului recare + zura Legile mecanicii fluidelor Portanta + Debit + recare / INTRODCERE Istorie (i) 2400 i.e.n. D. Dowson History of Tribology, 998 Imperiul roman Rulmentii imaginati de Leonardo da Vinci (aprox 500), primul cercetator cunoscut al frecarii usacte de alunecare abricatia rulmentilor in serie mare a inceput dupa 900 2/ INTRODCERE Bio-Tribologie (Protezare) Articulatie normala (Kyocera, Japan) /
INTRODCERE Reviste internationale 4/ INTRODCERE - Definitii recare rezistenţa opusă la mişcarea relativă a unui corp pe suprafaţa altui corp MECANICA CONTACTLI Interactiune permanenta zare modificarea calitativă şi cantitativă a stării iniţiale a suprafeţelor de frecare, având ca rezultat uzura ASTM uzarea este o pierdere sau o redistribuire a materialului de la poziţia normală pe suprafaţa ţ corpurilor OECD uzarea este pierderea progresivă de substanţă de la suprafaţa corpurilor ca rezultat al mişcării relative la acea suprafaţă Lubrificatie Regim de functionare a unei cuple de frecare in care contactul metal/metal este eliminat total prin generarea unui film fluid relativ subtire (-00 μm) MECANICA LIDELOR recare viscoasa zura nula 5/ INTRODCERE Clasificarea cuplelor de frecare Miscare relativa Mediu 2 Incarcare 6/ 2
CPLA DE RECARE elementul de bază în toate analizele cu caracter tribologic ansamblul de două sau mai multe corpuri în contact şi aflate în mişcare relativă de alunecare, de rostogolire, de pivotare sau o combinaţie a acestora INTRODCERE Cuple de frecare STAREA IZICĂ A SPRAEŢELOR Particulă contaminantă 0μm Lubrifiant / Contaminanţi Strat adsorbit 20Å Strat oxidat 0 00Å Strat deformat 5 200μm Incluziuni Material de bază Structură cristalină de bază STAREA GEOMETRICĂ A SPRAEŢELOR ATENTIE la factorul de scara! my=200 mx=200 raza palpatorului my=200 mx=20 7/ RECAREA - Caracterizare recarea - rezistenţa opusă la mişcarea relativă a unui corp pe suprafaţa altui corp - forţa rezistentă, paralelă cu direcţia de mişcare; forţă tangenţială. Tipuri de alunecare de rostogolire Regimuri Statica orta de frecare < μst 2μ k Cinetica (dinamica) scata Limita luida Mixta enomen util (frane, pneu/cale de rulare, transmisii prin curele) enomen nedorit (rezistentala inaintare, consum de energie) Legile frecarii uscate de alunecare f este independentă de mărimea ariei nominale sau aparente de contact f este direct proporţională cu forţa normală: f este independentă de viteza de alunecare. Coulomb model = μ f n 8/ COEICIENTL DE RECARE - Caracterizare nu este o constantă de material ci o caracteristică a cuplului de materiale în contact depinde de modul de prelucrare a suprafeţelor (starea suprafeţelor) ca şi de condiţiile de mediu μ OL/grafit =0. la suprafeţe umede, μ OL/grafit =0.5 la suprafeţele uscate μ OL/ OL =0.6 la suprafeţe tehnic uscate, μ OL/ OL >> în vid, nu există nici o metodă teoretică de estimare a coeficientului de frecare pentru orice cuplu de materiale procesul de frecare are un caracter dinamic, coeficientul de frecare putându-se modifica în aceleaşi condiţii de funcţionare singura modalitate de evaluare corectă a coeficientului de frecare pentru condiţii date este experimentul 9/
COEICIENTL DE RECARE - Masurare Coeficientul de frecare static ` Gsinθ θ Gcosθ G Stand cu plan inclinat f G sinθ μ = = = tanθ G cosθ Coeficientul de frecare cinetic Standuri pentru frecare & uzare a)stift/disc b) saiba /plan c) stift pe cilindru (stand Amsler) d) stift semisferic /disc e) cilindru pe plan (maşina Timken) 0/ TEORIILE RECARI SCATE DE ALNECARE Teoria adeziunii Contactul doar intre asperitati Suprafata reala de contact este extrem de redusa fata de aria nominala Deformare elastica urmata de deformare plastica Micropunti de sudura orta de frecare este forta necesara forfecarii micropuntilor de sudura DR MOALE 2 Transfer de material Particule de uzura Teoria brazdarii orta de frecare este forta necesara brazdarii materialului mai moale de catre asperitatile materialului dur. recarea uscata este rezultatul insumat al acestor mecanisme la care se adauga alte mecanisme precum: interactiunea plastica a rugozitatilor, hysterezis elastic, efecte electrostatice, efecte energetico-cuantice. / ZAREA Metode de evaluare particulele desprinse; forma şi aspectul suprafeţelor deteriorate; reducerea dimensiunilor cântărire măsurarea dimensiunilor examinare optică INDICATORI Extensivi a) uzura gravimetrică (masică) g ; b) uzura liniară = grosimea stratului uzat, în condiţiile unei amprente uniforme h ; c) uzura planimetrică =aria secţiunii perpendiculară pe suprafaţa de uzură, măsurabilă dacă lăţimea urmei de uzură este constantă; d) uzura volumetrică reprezentată de volumul de material uzat v. h uzura planimetrică profil de uzare Intensivi a) viteza de uzare d Δ V u = dt Δt t b) intensitatea de uzare d I u = d l f l f 2/ 4
ZAREA Variatia in timp Vu Zona Zona 2 Zona d V u = d t Rata defectărilor ( intensitatea ieşirilor din uz) t t Rodaj t2 uncţionare normală t Ieşire din uz / ZAREA orme de uzare Pierderea de material Importanta economica covarsitoare! Costuri in Marea britanie in 988 2.000.000.000! zare (Pierdere de material) foarte dificil de prezis, chiar mai greu decat in cazul coeficientului de frecare Coeficient de frecare uscata μ = 0. Coeficient de uzare K = 0 2 7 0! ORME DE ZARE. uzarea de adeziune; 2. uzarea de abraziune;. uzarea de oboseală superficială (oboseală de contact); 4. uzarea de coroziune. 4/ ZAREA ADEZIVA Contacte conforme (Inferioare) Viteze mari si/sau sarcini mari Lubrifiere saraca Temperaturi ridicate SOLTII DE REDCERE Cuplu de materiale dur/moale Materiale diferite Lubrifiere Racire Reducerea vitezei Reducerea rugozitatilor Legea uzarii adezive I u = K H Volumul de material uzat este proporţional cu lungimea drumului de frecare. Volumul de material uzat este direct proporţional cu încărcarea. Volumul de material uzat este invers proporţional cu duritatea (sau tensiunea de curgere) materialului mai moale. 5/ 5
ZAREA ABRAZIVA Contacte conforme si (rareori) neconforme Mediu contaminat Lubrifiere saraca sau cu ulei nefiltrat Legea uzarii abrazive SOLTII DE REDCERE Cuplu de materiale dur/moale Lubrifiere Etansare adecvata iltrare eficienta Proeminenţă dură particulă dură Aşchie Aşchie a) rmă, brazdă rmă, brazdă b) c) 6/ ZAREA DE OBOSEALA SPERICIALA inclusiune micro fisura 7/ ZAREA DE OBOSEALA SPERICIALA Numai pentru contacte non-conforme (Cuple superioare) Cuplu de materiale dur/dur (Durificare superficiala) Lubrifianti cu viscozitate mare Viteze de alunecare reduse Suprafete finisate Angrenaje Rulmenti Came Legea Durabilitatii L = const SOLTII DE REDCERE Cuplu de materiale dur/dur (Durificare superficiala) Lubrifianti cu viscozitate mare Viteze de alunecare reduse Suprafete finisate 8/ 6
RECAREA LIMITA Curba Stribeck recarea limită este regimul de frecare în care între suprafeţele cuplei este prezent un strat de lubrifiant de grosime extrem de mică, continuu sau discontinuu, de ordinul de mărime al unei molecule - strat monomolecular - sau de ordinul de mărime al câtorva molecule - strat plurimolecular. Suprafetele solide sunt atat de apropiate incat contactul dintre asperitatile opuse este apreciabil. recarea si uzarea sunt determinate in mod preponderent de interactiunea dintre cele doua suprafete solide si dintre solide si lubrifiant. Viscozitatea lubrifiantului N influenteaza frecarea si uzarea. Coeficient de I. recare limita sau frecare uscata 0 frecare, μ II. Regim mixt & Lubrificatie EHD III. Lubrificatie HD sau EHD I IV. Regim superlaminar (Turbulent) 0. 0.0 0.00 II Experimentele lui Stribeck Lubrificatie EHD 5 0 5 20 III 9/ Modelul Petrov IV Numarul η n Striebeck p m RECAREA LIMITA Modele f i i 0.5...5 nm Model Hardy fi i Model Bowden & Tabor ONCTOZITATE α A ri A ri Adsorbtie Chemisorbtie zarea suprafetelor solide este inlocuita prin uzarea straturilor limita. Straturile limita distruse (uzate) se refac in mod continuu (proces stabil dinamic). Caracteristicile chimic ale lubrifiantului reprezinta factorul cheie in generarea stratului limita ADITIVII sunt determinanti 20/ RECAREA LIMITA Experimente 5200 Otel/Otel Masina cu 4 bile LBRIIANT Coeficient de frecare Coeficient de uzura. (~) (~) Durabilitate (~) Argon uscat 0.5 0 2 Minute Aer uscat 0.4 0 Minute lei isoparafinic /Aer 0. 0 5 Ore lei isoparafinic /Aer 0.2 0 7 Ore lei aromatic /Aer 0.06 0 8 Saptamani lei isoparafinic cu acid gras / Aer 0.08 0 9 Ani lei de masina / Aer 0 0 Ani Efectul cel mai important al frecarii limita il constituie reducerea drastica a uzurii (care poate scadea cu de 00 0000 ori fata de frecarea uscata) 2/ 7