Engine system oil circulation, 2005 4.6L-3V sohc engine S197

Attrito, condizioni di lubrificazione e curva di Stribeck – Quando due corpi vengono a contatto tra loro si possono avere interazioni di diverso tipo. Le cose si modificano ulteriormente se tra le due superfici a contato viene inserito un lubrificante.

Introduzione
L’argomento della lubrificazione, contenuto all’interno di una scienza molto più ampia, quella nota con il nome di Tribologia, è di fondamentale importanza per i motori a combustione interna e per i componenti meccanici che trasmettono il moto alle ruote del veicolo. Lubrificare due parti metalliche che si muovono una relativamente all’altra non è certo cosa semplice e la ricerca nel settore dei lubrificanti richiede un impiego enorme di risorse tecniche, economiche e culturali. In questa sede vogliamo approfondire il discorso sui diversi tipi di attrito che possono generarsi nelle più usuali condizioni di funzionamento dei motori a combustione interna e dei sistemi meccanici che equipaggiano le automobili.

Attrito tra corpi solidi

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È quello che il lubrificante deve evitare. Affinché ciò sia possibile, è fondamentale che il lubrificante riesca a creare un meato di spessore idoneo a sostenere un corpo sull’altro, impedendone il contatto diretto. Quando siamo in presenza di attrito tra corpi solidi, il coefficiente di attrito, che possiamo genericamente definire come rapporto tra forza trasversale esercitata tra le superfici a contatto e la forza normale che tende a spingere un corpo contro l’altro (μ=Ft/Fn), assume valori molto elevati. Un sistema meccanico soggetto a questo genere di azioni sarebbe messo fuori uso nel giro di pochissimo tempo.

Attrito e lubrificazione limite
Quando tra i due corpi in movimento relativo viene inserito un elemento con caratteristiche lubrificanti, il valore del coefficiente di attrito, e quello di usura delle parti, viene modificato drasticamente. L’attrito in condizioni di lubrificazione limite si ottiene quando il lubrificante è in grado di distribuirsi secondo un sottilissimo strato molecolare che si interpone tra le due superfici. La distribuzione dello strato di lubrificante dipende da moltissimi parametri tra cui il tipo di dinamica del moto, la geometria delle parti interessate e anche le condizioni termiche di funzionamento.

Curva di Stribeck (fonte: Castrol).

Lubrificazione idrodinamica
La lubrificazione dinamica si ottiene quando il fluido interposto tra le parti riesce a tenere separate tra loro le parti stesse. Il meato, ossia lo spessore di lubrificante che evita il contatto dei componenti in movimento, può generarsi in condizioni idrostatiche e idrodinamiche. L’attrito tra le particelle dl fluido, condizionato dalle proprietà reologiche del fluido stesso, è quello che diventa preponderante.Air Bianco Nero Mesh 2014 Nike Max K1JclF

Lubrificazione mista
Abbiamo elencato i due precedenti regimi di lubrificazione per poter introdurre la terza tipologia: la lubrificazione mista. Questo genere di condizione si ottiene quando vengono combinati momenti in cui si ha lubrificazione limite con altri in cui il regime passa a quello idrodinamico. Nel caso dei componenti di un motore o di una trasmissione, il regime di lubrificazione mista si ottiene nelle fasi di avvio e di arresto.

Il diagramma o curva di Stribeck
Per riassumere tutto quello che abbiamo detto fino ad ora, gli ingegneri sono soliti far riferimento al diagramma di Stribeck, spesso noto anche come curva di Stribeck. È inutile entrare nel merito puramente tecnico/scientifico che presiede la costruzione della curva di Stribeck. Può essere sicuramente più importante interpretare ciò che il diagramma vuole rappresentare. Come si vede, all’aumentare della velocità relativa delle parti (quella che conta è ovviamente la velocità periferica dei corpi in moto) lo spessore di lubrificante cresce e scende il coefficiente di attrito. Procedendo in questo senso, si osserva una diminuzione continua dei valori del coefficiente di attrito fino al punto in cui la curva raggiunge un minimo relativo. All’aumentare ulteriore della velocità, diventa preponderante l’attrito interno del fluido e sul diagramma di Stribeck si osserva un nuovo incremento del coefficiente di attrito. Si noti che lo spessore di film lubrificante indicato qualitativamente nel grafico dipende fortemente anche dalle condizioni della superficie.

Come si può osservare, la curva di Stribeck presenta un andamento che mette in evidenza un minimo relativo, che poi in questo caso è anche assoluto, in cui la resistenza di attrito passa da quella propriamente legata ai corpi a quella in seno al fluido che funge da lubrificante.