Tribologia

CAPITOLUL I INTRODUCERE ÎN TRIBOLOGIE

1.1. Obiectul și istoricul tribologiei

Tribologia este o disciplină interdisciplinară care se ocupă cu problemele complexe de frecare, uzare și ungere. Din punct de vedere etimologic, termenul de tribologie, provine din cuvintele grecești ,,tribos” - frecare și ,,logos” - știință.

DEX definește tribologia ca ,, Știința și tehnologia interacțiunii dintre două suprafețe în contact aflate în mișcare relativă; știința frecării.”

Tribologia a devenit în ultimul timp un nou domeniu de mare importanță al tehnicii avansate, într-o strictă interdependență cu mecanica, fizica solidelor, chimia fizică, studiul lubrifianților și al maselor plastice și al rezistenței materialelor. Ca știință independentă ea conține următoarele subramuri:

- Tribotehnica cuprinde aplicațiile practice ale cunoștințelor tribologice.

- Tribofizica se ocupă de fenomenele fizice care se produc la nivel submicroscopic datorită frecării.

- Tribochimia se ocupă de transformările în domeniul submicroscopic ale materiei, ce se produc, datorită concentrațiilor energetice locale pronunțate, în timpul frecării dintre corpuri.

- Tribometria este o totalitate a metodelor de măsurare a intensității frecării corpurilor aflate în contact. Aparatele pentru măsurare forțelor de frecare se numesc tribometre.

Ca știință Tribologia se desprinde în anii 1950-1960 din disciplina Organe de Mașini. Denumirea de tribologie a fost introdusă de Tabor în anul 1954.

Din punct de vedere economic tribologia are o importanță deosebită. Cunoașterea fenomenelor de frecare și uzare, a cauzelor ce le produc, precum și acționarea asupra acestor cauze în sensul diminuării efectelor negative duc la creșterea fiabilității mașinilor și utilajelor, determinând importante economii de energie și materiale.

Reducerea frecării și implicit a uzării, prin ungere cu unsori de origine animală sau cu uleiuri vegetale, a fost cunoscută din antichitate și folosită pentru ușurarea deplasării. Comerțul, construcțiile și războaiele au necesitat dezvoltarea transportului de bunuri materiale. La început transportul s-a făcut pe role sau pe sănii. În Egiptul antic se folosea uleiul de măsline lubrifiant pentru ungere. La roțile noi și curate, uleiul de măsline se scurgea repede din zona de contact, în schimb după un timp, atunci când uleiul se amesteca cu praf, se forma o pastă mai consistentă, iar reungerea era necesară mai rar. Uleiul mineral a fost cunoscut cu mult timp în urmă, când în unele regiuni, țițeiul a apărut la suprafață spontan și a fost folosit inițial la etanșarea bărcilor, pentru torțe etc. În Evul Mediu majoritatea lagărelor morilor și a roților de apă erau deja unse curent.

Primele experiențe privind frecarea se datoresc Iui Leonardo Da Vinci (in jurul anului 1500), care a încercat să determine experimental și coeficientul de frecare.

Studiile asupra frecării sunt reluate mai târziu (1700) de către Amontons și apoi după aproape 100 de ani, de către Coulomb,care publică rezultatele cercetărilor sale sub forma unor memorii (legile frecării). Paralel cu Coulomb și Amontons (Franța), Newton (Anglia) descoperă legea fundamentală a rezistenței vâscoase pentru curgerile fluide, iar Stefan (Germania) face primele experimentări în domeniul lubrifianților.

Probleme majore în legătură cu studiile tribologice au fost legate de dezvoltarea rapidă a căilor ferate și a producției de petrol de la sfârșitul secolului al 19-lea. În această perioadă Hertz (Germania) analizează contactul între corpurile elastice, iar Reynolds descoperă ecuațiile care stau și astăzi la baza lubrificației hidrodinamice.

Principalele realizări din domeniul tribologiei au apărut mai clar la începutul secolului XX. Astfel în primul sfert al secolului XX, apar din punct de vedere conceptual lagărele oscilante căptușite și lagărele de alunecare automatizate, care au ridicat mult siguranța în funcționare a mașinilor. În cel de-al doilea sfert al secolului XX multe din realizările în domeniul tribologiei și tribotehnicii au apărut ca o necesitate pentru extinderea fabricației de autovehicule. Profesorii Abbot și Firestone de la Universitatea din Michigan (SUA) au introdus în anul 1933, profilometria. Înțelegerea fenomenului de frecare de alunecare s-a făcut în această perioadă pe baza conceptului de adeziune. În cel de-al treilea sfert al secolului XX atenția este îndreptată asupra naturii contactului între suprafețele de frecare. Astfel iese în evidență conceptul indicelui de plasticitate, pentru determinarea naturii deformațiilor asperităților în contact.

În prezent, țările cu economie dezvoltată au laboratoare specializate în tribologie unde se fac cercetări asupra fenomenelor din lubrificația fluidă, din frecarea uscată, studiul fenomenului de uzare, studiul lubrifierii la presiuni înalte, studiul frecării și ungerii în condiții aerospațiale etc.

1.2. Importanța economică a tribologiei

Factorul uzură este elementul esențial din toată tribologia. Fiecare nou pas în dezvoltarea construcției de mașini, de mecanisme și dispozitive trebuie să fie strâns legat de studiul fenomenelor care au loc în contactul corpurilor conjugate, ținându-se seamă de caracteristicile suprafețelor în contact și de influența lor asupra intensității sau rezistenței la uzură. În lupta cu uzura, pe primul loc trebuie să stea sarcina cunoașterii și dezvoltării teoriei generale a rezistenței la uzură a materialelor. Această teorie este necesară pentru justificarea metodelor și mijloacelor constructive, tehnologice și de exploatare, în vederea realizării uzurii minime. Nu se poate vorbi de rezolvarea problemelor de rezistența la uzură, fără a se ține seamă de factorii de frecare și ungere, de asemenea nu se poate stabili o tehnologie de ungere, fără a se avea în vedere frecarea și uzura pieselor în contact.

În domeniul mecanicii agricole, unde cheltuielile cu întreținerea și repararea utilajelor agricole reprezintă între 30 și 40 % din totalul cheltuielilor efectuate cu mecanizarea lucrărilor agricole, studierea fenomenelor de frecare, uzură și ungere atât dintre organele de mașini cât și dintre acestea și sol, materiale și produse agricole, constituie un vast domeniu de activitate cu efecte economice dintre cele mai evidente.

O influență deosebită asupra eficienței economice o are reducerea pierderilor datorate frecării. Statisticile mondiale arată că aproape 40% din energia produsă astăzi în lume se irosește prin diferite forme ale frecării. Pierderile de energie datorate frecării nu pot fi complet înlăturate, însă este importantă diminuarea lor într-un procent oricât de mic.

Prin îmbunătățirea ungerii și reducerea frecărilor crește capacitatea de producție a mașinilor, se îmbunătățește calitatea lucrărilor, se reduc cheltuielile de întrețineri și reparații și, totodată, se prelungește durata de exploatare, se reduc accidentele etc.

Tribologia nu studiază numai fenomenele legate de efectele negative, ci și fenomenele utile. Prin frecare se asigură aderența roților de sol, se realizează frânarea vehiculelor, se realizează depănușarea știuleților de porumb, separarea semințelor etc.