Prof. Ing. Enrico Ciulli
Progetto di supporti e dispositivi di lubrificazione <Link alla pagina BigBlueButton delle lezioni> Info su pagina e-learning del corso
Professore Ordinario di Meccanica Applicata alle Macchine (ING-IND/13)
Dip. di Ingegneria Civile e Industriale, DICI
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Progetto di supporti e dispositivi di lubrificazione
Il corso si propone di fornire agli allievi nozioni ed elementi essenziali su lubrificazione e relativi supporti e dispositivi. La conoscenza degli aspetti legati ai sistemi con lubrificanti consente una corretta progettazione tribologica, di particolare importanza sia al fine del risparmio energetico sia per la riduzione dell’usura degli elementi.
Il corso vuole fornire conoscenze aggiornate nei settori della tribologia ed in particolare della lubrificazione. Esso vuole mettere in grado gli allievi di:
- approfondire la conoscenza degli aspetti fondamentali della lubrificazione e degli accoppiamenti lubrificati;
- saper verificare i più comuni supporti lubrificati;
- possedere conoscenze sufficienti per una progettazione, per lo meno preliminare, di sistemi lubrificati.
Programma
ELEMENTI DI TRIBOLOGIA – Regimi di lubrificazione e curva di Stribeck; spessore specifico del film lubrificante. Elementi di meccanica dei contatti: contatti Hertziani; superfici reali. Attrito di strisciamento e di rotolamento. Usura: classificazione dei principali meccanismi; usura nelle coppie lubrificate; quantificazione dell’usura; fattore pv. Attrezzature e prove sperimentali per la misura dell’altezza del meato, dell’attrito e dell’usura.
LUBRIFICANTI – Fluidi: Newtoniani; viscosità dinamica e cinematica. Comportamenti non Newtoniani; viscosità equivalente. Lubrificanti liquidi: oli animali e vegetali, minerali, sintetici. Misura della viscosità. Leggi di variazione della viscosità con la temperatura e con la pressione. Variazione della viscosità con lo scorrimento. Classificazione degli oli. Altre caratteristiche chimico-fisiche degli oli; additivi. Lubrificanti aeriformi; grassi; lubrificanti solidi. Prove standard per la caratterizzazione dei lubrificanti (in particolare test tribologici).
TEORIA DELLA LUBRIFICAZIONE A FILM COMPLETO – Equazioni fondamentali della teoria elementare; equazione di Reynolds (lubrificazione idrodinamica, idrostatica, per accostamento). Significato fisico dei termini dell’equazione di Reynolds. Forme diverse dell’equazione di Reynolds: in coordinate polari e cilindriche; per lubrificanti gassosi; per flusso turbolento; generalizzata. Equazione di bilancio energetico semplificata per meato sottile.
SUPPORTI DI SPINTA IDRODINAMICI – Flusso monodimensionale: problematiche di cavitazione e di scarsa alimentazione; condizioni al contorno. Slitta piana: andamenti della pressione e delle altre grandezze caratteristiche. Diagrammi di Raimondi e Boyd e formule di Stahl e Jacobson nel caso di flusso bidimensionale per pattino piano ad inclinazione fissa e orientabile. Criteri di verifica: altezza minima ammissibile. Criteri di progetto: diagrammi per la scelta di valori ottimizzati. Tipologie di pattini; rivestimenti superficiali.
SUPPORTI IDRODINAMICI PORTANTI – Problema piano. Soluzione e numero di Sommerfeld: determinazione delle grandezze caratteristiche. Soluzione half-Sommerfeld con diverse condizioni al contorno. Soluzione di Ocvirk per cuscinetto corto. Soluzione numerica dell’equazione di Reynolds completa: problematiche di alimentazione, frontiere di cavitazione e di riformazione del meato. Diagrammi di Raimondi e Boyd. Tipologie di cuscinetti. Cuscinetti in condizioni di funzionamento severe. Criteri di verifica e di progetto dei cuscinetti portanti. Dinamica dei cuscinetti radiali: half-speed whirl; coefficienti rotodinamici. Instabilità dei cuscinetti radiali: metodo di Lund; massa e velocità critica; diagrammi di stabilità per cuscinetti diversi.
LUBRIFICAZIONE DI COPPIE NON CONFORMI – Soluzione dell’equazione di Reynolds nel caso di coppie non conformi. Aspetti fondamentali della lubrificazione elastoidrodinamica (EHL). Equazioni per la soluzione del problema dei contatti di linea in regime isotermo stazionario; gruppi adimensionali; andamenti caratteristici di forma del meato e di pressione; influenza di carico e velocità. Formule e diagrammi per il calcolo dell’altezza minima del meato in contatti di linea e di punto nei vari regimi di lubrificazione. Effetti di scarsa alimentazione, termici, dell’orientamento della rugosità. Applicazioni a cuscinetti a rotolamento, denti di ruote dentate; accoppiamenti camma-piattello, protesi d’anca. Attrezzature e prove sperimentali su cuscinetti, ingranaggi e dischi.
SUPPORTI IDROSTATICI – Principio di funzionamento, elementi di compensazione a capillare e a orifizi. Supporti di spinta a pattino circolare: andamento della pressione e delle altre grandezze caratteristiche. Risultati in forma grafica. Rigidezze dei supporti idrostatici con alimentazioni diretta e compensata. Supporti a pattini contrapposti: principio di funzionamento. Cuscinetti radiali.
SUPPORTI A BASSISSIMO ATTRITO – Supporti lubrificati a gas. Sostentamento magnetico passivo.
LIMITI TRIBOLOGICI – Limitazioni fisiche degli accoppiamenti lubrificati; diagrammi per la scelta del tipo di cuscinetto. Principali danneggiamenti di coppie lubrificate.
IMPIANTI DI LUBRIFICAZIONE – Sistemi di applicazione dei lubrificanti. Sistemi a tutta perdita: ad erogazione intermittente e ad erogazione continua. Sistemi a reimpiego: a bagno d’olio, a sbattimento, a circolazione forzata. Componenti degli impianti; serbatoio e suo dimensionamento; esempi di pompe volumetriche. Depurazione dell’olio in servizio: livello di contaminazione; metodi di depurazione (sedimentazione, filtrazione, centrifugazione); tipologie e caratteristiche dei filtri e loro posizionamento. Sistemi di applicazione dei grassi. Esempi di impianti; principali segni grafici di sistemi oleodinamici. Impianti per lubrificazione di vari componenti di banchi prova.
Bibliografia e materiale didattico
- Appunti a cura del docente e del prof. Piccigallo.
- Per eventuali approfondimenti:
- E. Ciulli, B. Piccigallo, “Complementi di Lubrificazione”, SEU, Pisa, 1996.
- B.J. Hamrock, “Fundamentals of Fluid Film Lubrication”, McGraw-Hill, Inc., New York, 1994.
- J. Halling, “Principles of Tribology”, Scholium Int., 1975.
