TRIBOLOGIA. Docente: Mario Meozzi

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1 TRIBOLOGIA Docente: Mario Meozzi FINALITÀ DEL CORSO Breve descrizione (5-10 righe) di carattere generale sullo scopo del corso specifico inquadrato nella struttura generale del corso di studi. Approfondimento degli aspetti fisici e tecnici relativi al contatto tra superfici con riferimento all analisi, progettazione e diagnostica dei sistemi meccanici, nei limiti fissati dal collegamento con gli altri Corsi relativi alla Meccanica, Costruzione e Progettazione delle Macchine. Occasione di ripasso ed esercitazione su alcune tematiche trattate nei Corsi precedenti. OBIETTIVI DEL CORSO Descrizione generale delle competenze e delle capacità che gli allievi acquisiranno alla fine del corso. E opportuno limitare il più possibile indicazioni sulle capacità di carattere conoscitivo (del tipo conoscere, sapere,.) sottolineando invece le capacità operative (saper calcolare, progettare, analizzare, risolvere problemi del tipo ). Maturazione di una sufficiente sensibilità nell affrontare correttamente l analisi di un problema di contatto, basata sulla conoscenza dei vari aspetti della Disciplina (parte descrittiva del corso, necessariamente importante data la multi-disciplinarietà della materia e quindi l elevato numero e diversità degli argomenti toccati); sulla capacità critica ed operativa in semplici problemi (parte di esercitazione del corso). In particolare: sufficiente capacità di organizzare razionalmente procedure progettuali e diagnostiche; sufficiente capacità di definire e riconoscere le interfacce tra gli aspetti tribologici e quelli relativi alle restanti caratteristiche di esercizio di un sistema. METODOLOGIA Parte che si rivolge prevalentemente agli allievi e che riguarda le modalità generali con cui gli argomenti verranno proposti. Si possono specificare ad esempio: il tipo di lezioni ed esercitazioni (numeriche, guidate, con lavori di gruppo, laboratori ecc.) il tipo di rapporto tra docenti e allievi (eventuali tutorati, progettini) Lezioni tradizionali (aperte all intervento degli Studenti) con esercitazioni contestuali (cioè integrate) che consentono l immediata analisi critica delle conoscenze acquisite. Esercitazioni di laboratorio. PRE-REQUISITI Indicazione chiara delle abilità (più che delle conoscenze astratte) che sono ritenute necessarie per una proficua frequenza del corso. E opportuno distinguere i corsi precedenti in gruppi omogenei, ad esempio: Dai corsi di Matematica: saper risolvere semplici equazioni differenziali lineari del 2 ordine Dai corsi di Fisica Saper risolvere problemi di dinamica del punto materiale. Dai corsi di Matematica: Calcolo algebrico, differenziale ed integrale, anche con equazioni simultanee. Dai corsi di Fisica Variabili e funzioni di stato,

2 Principi di conservazione ed evoluzione, Termodinamica dei processi dissipativi. Dai corsi di Meccanica: Meccanica del Corpo Rigido, Meccanica dei Continui. COMPETENZE MINIME RICHIESTE PER IL SUPERAMENTO DELL ESAME Indicazione puntuale (possibilmente sotto forma di lista) delle competenze ritenute necessarie per raggiungere la sufficienza. Questo serve sia agli studenti per tarare la loro preparazione sia ai colleghi dei corsi successivi come indicazione dei prerequisiti. Sufficiente base di conoscenza dei vari aspetti della Materia (particolare riferimento a quanto di utilità nello studio delle altre discipline del Corso di Studi e nell esercizio generico della professione); sufficiente capacità di risolvere o impostare semplici problemi o casi tecnici di natura tribologica. MODALITÀ DI VERIFICA Indicazioni chiare sulle modalità di svolgimento dell esame: articolazione delle prove (scritto-orale, compitini, tavole, progetti.) modalità di svolgimento (es. :uso di materiale allo scritto) tipo di prova (problemi, tests, prova pratica, domande aperte ) criteri di valutazione (modo con cui viene definito il voto finale sulla base degli elementi) Prova di tipo orale; articolazione su tre domande, in forma di colloquio; voto finale: media dei punteggi (in trentesimi) riportati nelle tre domande. CONTENUTI E ARTICOLAZIONE TEMPORALE Descrizione cronologica degli argomenti con l indicazione del numero di ore in cui si sviluppano nuovi argomenti (L) e del numero di ore in cui si svolgono esemplificazioni ed esercitazioni di laboratorio (E). Devono essere indicati anche i valori complessivi. INTRODUZIONE n. di ore per nuovi argomenti: 1 - n. di ore per esemplificazioni: 0. DEFINIZIONE DELLA DISCIPLINA. QUADRO GENERALE E CONCETTI DI BASE. CENNI STORICI. RILEVANZA. Economica. Tecnica. Scientifica. PROSPETTIVE. NATURA INTERDISCIPLINARE. ATIVITA' A PISA. NATURA DELLE SUPERFICI E LORO INTERAZIONI. n. di ore per nuovi argomenti: 10 - n. di ore per esemplificazioni: 3. CENNI DI FISICA DELLE SUPERFICI. SOLLECITAZIONI SUPERFICIALI. Carico concentrato (normale, tangenziale, combinato). Carico distribuito (normale, tangenziale, combinato). Criteri di plasticità. DISTRIBUZIONE DI TEMPERATURA. Calcolo approssimato. CARATTERIZZAZIONE DELLE SUPERFICI (a fini tribologici).

3 Cratterizzazione geometrica. Cratterizzazione fisico-chimica. IL PROCESSO DI CONTATTO DIRETTO TRA SOLIDI n. di ore per nuovi argomenti: 30 - n. di ore per esemplificazioni: 10. GENERALITÀ. ACCOSTAMENTO. Comportamento elastico. Contatti Hertziani. Contatti Hertziani in presenza di adesione. Comportamento plastico. Accostamento tra superfici reali. Effetto della rugosità. Coefficiente di adesione. Usura nel distacco. Urto (usura da impatto). STRISCIAMENTO. Comportamento elastico. Attrito all'insorgere del moto relativo. Attrito in presenza di moto relativo. Comportamento plastico. Strisciamento tra superfici reali. Leggi storiche e loro campo di validità. Struttura della forza di attrito Attrito di strisciamento. Attrito statico. Attrito cinetico. Componente adesiva. Componente deformativa. Usura di strisciamento. Usura adesiva. Usura abrasiva. Usura per fatica. Usura per corrosione. Meccanismi di usura complessi. Fretting. Erosione. Usura per fusione. Usura diffusiva (Usura per accostamento e impatto: v. sopra). Il prodotto pv. Esempi di approccio tecnico. Comportamento tribologico dei materiali in contatto di strisciamento. Comportamento generale. Metalli. Polimeri. Ceramiche. Altri materiali. Comportamento in presenza di adesione. Comportamento in presenza di abrasione. Comportamento in presenza di fatica superficiale. Comportamento in presenza di tribocorrosione. Comportamento in presenza di fretting. Comportamento in presenza di erosione.

4 Cuscinetti radenti e tenute striscianti senza lubrificazione fluida (materiali o rivestimenti auto-lubrificanti e anti-usura). Guarnizioni d'attrito. Vibrazioni ed instabilità indotte dall'attrito. ROTOLAMENTO Comportamento elastico (perdite per microstrisciamento). Comportamento plastico e viscoso (perdite per imperfetta elasticità). Rotolamento tra superfici reali. Attrito. Usura (cenni sulla teoria della durata dei cuscinetti volventi). Materiali per cuscinetti a rotolamento. IL PROCESSO DI CONTATTO MEDIATO TRA SOLIDI n. di ore per nuovi argomenti: 35 - n. di ore per esemplificazioni: 20. LUBRIFICANTI SOLIDI. LUBRIFICANTI FLUIDI. Oli lubrificanti. Caratteristiche chimiche Caratteristiche fisiche. Grassi. Emulsioni e lubrificanti acquosi (Fluidi lubrorefrigeranti). LUBRIFICAZIONE LIMITE. LUBRIFICAZIONE MISTA. LUBRIFICAZIONE FLUIDODINAMICA. Concetti di base. Equazioni di equilibrio (Navier-Stokes). Equazione di continuità. Equazione di Reynolds generale. Equazione di Reynolds in funzione delle componenti tangenziali e normali delle velocità superficiali. Equazione di Reynolds in coordinate cilindriche. Meato anulare. Meato circonferenziale. Equazione dell'energia. Casi semplificati dell'equazione di Reynolds: applicazione ai cuscinetti. Calcolo quantità caratteristiche. Cuscinetti con lubrificazione per accostamento e mista. Cuscinetti a pattino. Cuscinetti radiali. Cuscinetti porosi. Contatto tra cilindri non conformi. Effetto delle forze d'inerzia. Effetto della turbolenza. Effetto delle caratteristiche non newtoniane del lubrificante. Effetto della temperatura. Effetto della pressione (inclusi cuscinetti a gas). Materiali per cuscinetti fluidodinamici. LUBRIFICAZIONE ELASTOIDRODINAMICA (EHD). Approccio semplificato (Grubin-Ertel). Formulazione generale del problema EHD. Altezza del meato. Attrito nei contatti EHD. Caso di portata insufficiente (effetto delle condizioni al contorno). Comportamento non newtoniano del lubrificante. Effetto dela temperatura. Effetto della rugosità superficiale (Micro-EHD). Metodi sperimentali. MECCANISMI DI LUBRIFICAZIONE COMPLESSI.

5 LIMITI DELLA LUBRIFICAZIONE FLUIDODINAMICA. LUBRIFICAZIONE FLUIDOSTATICA Parametri caratteristici. Analisi nel caso di alimentazione con lubrificanti liquidi. Cuscinetto singolo. Cuscinetto e sistema di alimentazione. Compensazione a portata costante. Compensazione a pressione costante. Ottimizzazione. Confronto tra i principali tipi di compensazione. Sistemi di compensazione reali. Forme costruttive di cuscinetto singolo. Sistemi multicuscinetto. Schema dell'impianto. Procedura generale di analisi. Soluzioni costruttive per sistemi multipattino. Soluzioni costruttive per sistemi multirecesso. Cuscinetti ibridi. Cenni sulla alimentazione con lubrificanti gassosi (Lubrificazione Aerostatica). CENNI SUL SOSTENTAMENTO ELETTROMAGNETICO n. di ore per nuovi argomenti: 1 - n. di ore per esemplificazioni: 0 N.TOTALE DI ORE PER NUOVI ARGOMENTI: 77 N. TOTALE DI ORE PER ESEMPLIFICAZIONI: 33. TESTI DI RIFERIMENTO Libri, materiale didattico, software consigliati [1] J. Halling, Principles of Tribology, The Macmillan Press, [2] J. A. Williams, Engineering Tribology, Oxford Science Publications, [3] R. Bassani, Elementi di Tribologia, SEU (Serv. Edit. Univ. di Pisa, 1993).