Tribometro a quattro sfere (caricamento manuale) - Tester di attrito e usura

Teoria e metodo

Il tribometro a quattro sfere si basa su un principio di contatto geometrico collaudato: una singola sfera d'acciaio superiore rotante viene caricata contro tre sfere d'acciaio inferiori disposte su un piano orizzontale all'interno di una coppa riempita di lubrificante. La configurazione tetraedrica risultante crea contatti puntiformi di Hertz con pressioni locali estreme, simulando direttamente le condizioni tribologiche più severe presenti nei fianchi dei denti degli ingranaggi, nei cuscinetti volventi e nei componenti di macchine a scorrimento sottoposti a carichi elevati.

Nel Toron4B10P™, il carico normale viene applicato tramite un sistema di leva meccanica di precisione con rapporto 1:20. I pesi posizionati sul braccio della leva vengono moltiplicati per il rapporto 1:20 per sviluppare la forza di contatto richiesta all'interfaccia della sfera. Questo approccio di carico basato sul peso è meccanicamente diretto e intrinsecamente stabile, eliminando la deriva dell'attuatore elettronico e fornendo un percorso di calibrazione della forza immediatamente verificabile tramite semplici pesi di riferimento.

Il lubrificante di prova riempie la coppa, inondando completamente tutte le zone di contatto. Mentre il mandrino ruota la sfera di trasmissione superiore, il film lubrificante tra le superfici subisce uno sforzo di taglio al punto di contatto. La transizione dalla lubrificazione a film completo alla lubrificazione mista, alla lubrificazione limite e, infine, al grippaggio adesivo, viene monitorata attraverso la misurazione della forza di attrito e l'esame delle tracce di usura post-test.

Per i test EP (ASTM D2783), il carico viene aumentato a passi definiti. Il diametro della traccia di usura sulle tre sfere inferiori viene misurato dopo il test a ogni carico. PB è l'ultimo passo senza saldatura; PD è il carico di saldatura; ZMZ integra l'usura su tutte le fasi di carico. Per i test antiusura (ASTM D2266/D4172), il tribometro a quattro sfere funziona in condizioni fisse e il diametro della traccia di usura risultante quantifica direttamente le prestazioni del film protettivo del lubrificante in condizioni di attrito e usura concentrate.

Fasi del metodo di prova

1. Preparazione e caricamento delle sfere — Tre sfere d'acciaio da Ø12.7 mm vengono bloccate nella culla a sfera; la sfera motrice viene montata nel mandrino. La coppa viene riempita con il lubrificante di prova fino al livello specificato.

2. Impostazione della temperatura — Viene impostata la temperatura target (da temperatura ambiente a 200 °C) e il sistema di riscaldamento si stabilizza a ±2 °C. La temperatura viene mantenuta per tutta la durata della prova di attrito e usura.

3. Applicazione del carico ponderale — I pesi morti vengono posizionati sul braccio della leva. Il rapporto 1:20 amplifica la forza del peso per raggiungere la forza normale target (60 N–10 kN) all'interfaccia di contatto a quattro sfere.

4. Impostazione della velocità e avvio del test — La velocità del mandrino viene impostata tra 200 e 2000 giri/min (precisione di ±10 giri/min). Il timer viene configurato (da 1 secondo a 99 ore) e viene avviata la prova.

5. Monitoraggio della forza di attrito — La forza di attrito (fino a 200 N) viene misurata continuamente durante il test, consentendo il rilevamento in tempo reale delle transizioni del regime di lubrificazione e degli eventi di grippaggio.

6. Misurazione e segnalazione dell'usura — Dopo il test, viene misurato il diametro dell'usura sulle tre sfere fisse. PB, PD, ZMZ, diametro dell'usura e coefficiente di attrito vengono riportati secondo lo standard ASTM applicabile.