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.

Fonte: https://www.bearing-news.com/tribology-study-interacting-surfaces-motion/