Tribômetro de quatro esferas (carga manual) - Testador de atrito e desgaste

Teoria e Método

O tribômetro de quatro esferas baseia-se em um princípio de contato geométrico comprovado: uma única esfera de aço superior em rotação é pressionada contra três esferas de aço inferiores dispostas em um plano horizontal dentro de um recipiente preenchido com lubrificante. O arranjo tetraédrico resultante cria contatos pontuais hertzianos de extrema pressão local — simulando diretamente as condições tribológicas mais severas presentes nos flancos dos dentes de caixas de engrenagens, rolamentos e componentes de máquinas deslizantes de alta carga.

No Toron4B10P™, a carga normal é aplicada por meio de um sistema de alavanca mecânica de precisão com relação de 1:20. Pesos mortos colocados no braço da alavanca são multiplicados pela relação de 1:20 para desenvolver a força de contato necessária na interface da esfera. Essa abordagem de carregamento baseada em peso é mecanicamente direta e inerentemente estável, eliminando a deriva do atuador eletrônico e fornecendo um caminho de calibração de força imediatamente auditável por meio de padrões de peso simples.

O lubrificante de teste preenche o copo, inundando completamente todas as zonas de contato. À medida que o eixo gira a esfera motriz superior, a película lubrificante entre as superfícies sofre tensão de cisalhamento no ponto de contato. A transição da lubrificação de película completa para a lubrificação mista e, finalmente, para a aderência por adesivo, é acompanhada por meio da medição da força de atrito e da análise das marcas de desgaste após o teste.

Para o teste EP (ASTM D2783), a carga é aumentada em etapas definidas. O diâmetro da cicatriz de desgaste nas três esferas inferiores é medido após o teste, em cada carga. PB é a última etapa sem soldagem; PD é a carga com soldagem; ZMZ integra o desgaste em todos os estágios de carga. Para o teste antidesgaste (ASTM D2266/D4172), o tribômetro de quatro esferas opera em uma condição fixa e o diâmetro da cicatriz de desgaste resultante quantifica diretamente o desempenho da película protetora do lubrificante sob condições concentradas de atrito e desgaste.

Etapas do método de teste

1. Preparação e carregamento das esferas — Três esferas de aço de Ø12.7 mm são fixadas no suporte do copo de esferas; a esfera de acionamento é montada no mandril do fuso. O copo é preenchido com o lubrificante de teste até o nível especificado.

2. Configuração da temperatura — A temperatura alvo (temperatura ambiente a 200 °C) é definida e o sistema de aquecimento estabiliza em ±2 °C. A temperatura é mantida durante toda a duração do teste de fricção e desgaste.

3. Aplicação de Carga de Peso — Pesos mortos são colocados no braço da alavanca. A relação de 1:20 amplifica a força do peso para atingir a força normal alvo (60 N–10 kN) na interface de contato das quatro esferas.

4. Configuração de Velocidade e Início do Teste — A velocidade do fuso é definida entre 200 e 2000 rpm (precisão de ±10 rpm). O temporizador é configurado (de 1 segundo a 99 horas) e o teste é iniciado.

5. Monitoramento da força de atrito — A força de atrito (até 200 N) é medida continuamente durante todo o teste, permitindo a detecção em tempo real de transições no regime de lubrificação e eventos de travamento.

6. Medição e Relatório da Marca de Desgaste — Após o teste, o diâmetro da marca de desgaste nas três esferas estacionárias é medido. Os valores de PB, PD, ZMZ, diâmetro da marca de desgaste e coeficiente de atrito são relatados de acordo com a norma ASTM aplicável.