Lubrificante (lubrificazione)

Per lubrificazione si intende la riduzione del contatto tra superfici in moto relativo mediante l’interposizione tra di esse, di un apposito mezzo detto lubrificante. In questa circostanza l’attrito si abbassa in modo significativo, riducendo resistenze e usura.

Due organi contigui di un meccanismo collegati in modo che sia possibile un moto relativo tra di loro costituiscono una coppia cinematica. Tale collegamento è realizzato tramite un contatto tra le superfici di ciascun elemento, spesso in presenza di strisciamento. La pratica della lubrificazione consente di sostituire il contatto diretto solido-solido delle superfici della coppia con un contatto mediato solido-lubrificante-solido.

Esistono molte sostanze che possono essere usate come lubrificanti e che sono classificate in base alle loro proprietà fisiche. In particolare, una possibile classificazione è in base al loro aspetto.

  • Liquidi: sono di gran lunga i più utilizzati e in genere sono costituiti da oli minerali derivati dal petrolio od oli sintetici.
  • Solidi: sono adatti a impieghi gravosi e resistono a pressioni e temperature molto elevate, sono caratterizzati da una conformazione lamellare e i più comuni sono le grafiti e il bisolfuro di molibdeno.
  • Grassi: lubrificanti ad elevata viscosità adatti a lubrificare superfici su cui agiscono alte pressioni, sono costituiti da miscele complesse a base di sostanze saponose, Bario, Litio, Calcio; di solito non resistono all’acqua e non proteggono da corrosione e ruggine; sono adatti per basse velocità di strisciamento e movimento non continuativo.
  • Gas: impiegati per velocità di esercizio elevate, risultano di impiego molto costoso in quanto prevedono l’adozione di circuiti pneumatici di mandata e filtraggio; esempi di gas lubrificanti sono l’elio, l’azoto, l’esafloruro di uranio, l’anidride carbonica o l’aria.

Tecniche di lubrificazione

Lubrificazione limite

Consiste in uno strato di lubrificante di spessore molecolare (qualche micron) aderisce a ciascuna delle superfici affacciate.

L’aderenza avviene o per fenomeni elettrostatici di assorbimento o per attrazione elettrostatica di molecole non elettricamente neutre o infine per reazioni chimiche. In questo ultimo caso il lubrificante reagisce con il materiale costituente le superfici formando, nel caso in cui si usano lubrificanti a base di acidi grassi, saponi che facilitano il moto relativo.

Anche se spesso non rientra nel caso di lubrificazione limite, un esempio particolare e interessante di reazioni chimiche si ha in fase di rodaggio quando sono usati additivi che, reagendo con le superfici, formano solfuri o cloruri che vanno a usurare le superfici stesse, sopperendo così alle imperfezioni dovute ai limiti tecnici di lavorazione superficiale.

La lubrificazione limite è in genere utilizzata per basse velocità di strisciamento e permette di ottenere coefficienti di attrito pari a 0,1.

Lubrificazione mediata

Tra le superfici affacciate viene interposto uno strato di lubrificante dell’ordine del decimo di millimetro che separa completamente le superfici formando tra di esse un film fluido.

Il lubrificante contenuto nell’intercapedine, chiamata meato, è tipicamente un liquido e deve essere in grado di reagire alle forze normali che i due membri della coppia si trasmettono e contemporaneamente sviluppare azioni tangenziali relativamente piccole.

Tali risultati possono essere ottenuti con un’opportuna progettazione della coppia e scelta del lubrificante, con particolare riferimento alla viscosità.

Se la pressione del lubrificante nel meato, necessaria a reagire ai carichi della coppia, è dovuta al solo moto relativo tra le superfici si è in presenza di lubrificazione idrodinamica o fluidodinamica. Altrimenti, se la pressione deve essere garantita da un circuito oleodinamico, si ha lubrificazione idrostatica o fluidostatica. Di seguito si tratta soltanto il caso della lubrificazione idrodinamica.