TRIBOLOGIA O Estudo de Superfícies Interativas em Movimento
O QUE É TRIBOLOGIA?
A tribologia é a ciência do desgaste, fricção e lubrificação, e abrange como superfícies interativas e outros elementos tribo se comportam em movimento relativo em sistemas naturais e artificiais. Isso inclui design e lubrificação dos rolamentos. A tribologia não é uma ciência isolada, mas sim um esforço complexo e multidisciplinar, onde os avanços são feitos por esforços colaborativos de pesquisadores das áreas de engenharia mecânica, manufatura, ciência e engenharia de materiais, química e engenharia química, física, matemática, ciências biomédicas e engenharia, ciência da computação e muito mais.
QUAIS SÃO OS FUNDAMENTOS DA TRIBOLOGIA?
Um dos pilares mais importantes da tribologia é o sistema analítico e o pensamento relacionado ao sistema. Sistemas Tribológicos 123 Fricção e desgaste não são propriedades do material. São respostas a um sistema tribológico específico que tipicamente inclui uma combinação de rolamento, eixo e lubrificante e, como tal, é influenciado por uma ampla gama de fatores. O subsistema tribológico da Figura 1 fornece uma visão geral dos fatores comuns que afetam os valores de atrito e desgaste:
Este sistema tribológico é composto pelo estresse coletivo / insumos operacionais, estrutura do sistema e saídas funcionais e de perdas. O estresse coletivo inclui os parâmetros de carga técnica e física, incluindo carga, velocidade de deslizamento e duração, juntamente com as condições de movimento e temperatura que enfatizam a estrutura do sistema. A estrutura do sistema é determinada pelos perfis de propriedade dos elementos substanciais, incluindo a base, o corpo oposto e o ambiente e o meio intermediário.
1 Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologia: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg + Teubner Verlag, 2010
2 Theo Mang, Kirsten Bobzin e Thorsten Bartels: Tribologia Industrial: Tribosistemas, Fricção, Desgaste e Engenharia de Superfícies, Lubrificação, Wiley-VCH, 2011
3 Theo Mang et al .: Enciclopédia de Lubrificantes e Lubrificação, Springer Verlag, 2014
QUAIS SÃO OS DESAFIOS PRIMÁRIOS UM CONFRONTO TRIBOLÓGICO?
O maior desafio é que os valores de atrito e desgaste não podem ser facilmente transferidos de um sistema para outro, por exemplo, de um equipamento de teste tribológico para uma aplicação real. Comparações entre valores medidos são viáveis apenas quando baseados em um sistema tribológico muito semelhante. O comportamento tribológico dos materiais pode ser estimado para aplicações específicas baseadas em modelagem e simulação, desde que as condições operacionais específicas do ambiente de aplicação e teste sejam as mesmas.
FRICÇÃO E DESGASTE (1) (2) (3)
O que é atrito? O atrito é a força de resistência ao movimento entre dois corpos em contato. O atrito pode ser descrito em nível macroscópico pelas leis básicas de fricção dos físicos Guillaume Amontons e Charles-Augustin de Coulomb. Esses físicos encontraram uma relação linear entre a força de atrito resultante e a carga normal aplicada. Com base nisso, um parâmetro principal adimensional pode ser derivado, chamado de coeficiente de atrito.
É definido pela razão entre a força de atrito resultante e a força normal aplicada. No entanto, o mecanismo real de atrito de deslizamento ocorre em um nível microscópico, o que significa que as teorias tribológicas sobre o atrito também envolvem a topografia das superfícies. O tribologista diferencia entre a área de contato real e a área de contato nominal (dimensões geométricas), o que explica qualquer vazios ou partes sem contato de um elemento sólido. Os mecanismos responsáveis pelo processo de transformação de energia na área de superfície próxima incluem:
O que é desgaste?
O desgaste é definido como a perda irreversível de material das superfícies que interagem. Os processos elementares físicos e químicos dentro da área de contato de um emparelhamento deslizante, levando subsequentemente a mudanças no material e na forma dos parceiros de atrito, são conhecidos como mecanismos de desgaste. Esses mecanismos de desgaste incluem: Os mecanismos de fricção e desgaste são fortemente afetados pela estrutura do sistema tribológico e também pelo estresse coletivo induzido:
µ = f (estrutura tribo (t), estresse coletivo induzido (t))
w = f (tribo-estrutura (t), estresse coletivo induzido (t))
Os mecanismos de fricção e desgaste não ocorrem de forma isolada, mas sim através de uma superposição de mecanismos que é difícil quantificar e controlar. Essa superposição ocorre em sistemas tribotécnicos em proporções não detectáveis e em proporções que variam ao longo do tempo e do local, tornando quase impossível calcular os processos de atrito e desgaste em um tribo-contato. É por isso que os testes tribológicos são tão importantes para estimar o comportamento tribológico. Se quisermos interpretar e entender dados medidos tribologicamente e pesquisas orientadas a mecanismos, precisamos de um conhecimento completo dos mecanismos de atuação em um tribo-contato.
Os tribologistas classificam as condições de fricção, desgaste e lubrificação de acordo com os seguintes calendários:
Regime de atrito 0: Atrito sólido: O atrito é criado entre superfícies sólidas de contato direto sem qualquer lubrificante.
Fricção Regime I: Fricção limite: Fricção sólida, na qual as superfícies dos parceiros de atrito são cobertas por um filme lubrificante molecular que não tem capacidade de carga. O Lubrificante influencia as características de atrito e desgaste.
Regime de Fricção II: Fricção mista: O regime de fricção I e III coexiste. O valor de atrito é uma combinação de atrito sólido e hidrodinâmico. Uma película de fluido criada pelo lubrificante tem uma capacidade de carga.
Regime de Fricção III: Atrito hidrodinâmico: O valor de fricção é determinado pelo cisalhamento no fluido. A capacidade de carga da película de fluido impede o contato direto entre as duas superfícies sólidas.
Regime de desgaste a: Altas taxas de desgaste devido ao atrito sólido e contato direto das superfícies.
Regime de desgaste b: Menores valores de desgaste devido a um filme de fluido molecular.
Regime de desgaste c: Desgaste moderado devido a uma separação parcial das superfícies através de um filme fluido mais espesso.
Regime de desgaste d: “desgaste zero”, resultante de filmes hidrodinâmicos ou elasto-hidrodinâmicos que impedem o contato direto das duas superfícies.
(Imagem de demonstração análoga, mostrando similaridades entre a tribologia de rolamentos de alto giro, tipos de materiais e suas peças, em relação as performances de rodas em estradas de asfalto)
Como a Tribologia melhora a eficiência e prolonga a vida útil dos materiais dos rolamentos?
Superfícies de contato tribologicamente otimizadas
- Identificando fatores críticos que influenciam o sistema tribo
- Identificar soluções para melhorar a eficiência e reduzir o desgaste, incluindo:
- Uso de atrito e desgaste de materiais otimizados.
- Otimização de pares de materiais, o que leva a baixos níveis de atrito e desgaste.
- Selecionando e usando os lubrificantes corretos.
- Chegando a alterações de design que têm um impacto benéfico no desempenho geral do sistema tribo.
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