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Un tribómetro es un instrumento que mide magnitudes tribológicas , como el coeficiente de fricción , la fuerza de fricción y el volumen de desgaste , entre dos superficies en contacto. Fue inventado por el científico holandés del siglo XVIII Musschenbroek [ 1 ] [ 2 ].
El tribómetro es el nombre genérico que se le da a una máquina o dispositivo utilizado para realizar pruebas y simulaciones de desgaste, fricción y lubricación , que son el objeto de estudio de la tribología. A menudo, los tribómetros tienen una función muy específica, ya que los fabricantes los diseñan para probar y analizar el rendimiento a largo plazo de sus productos. Un ejemplo son los fabricantes de implantes ortopédicos , que desarrollan tribómetros para reproducir con precisión los movimientos y las fuerzas que se producen en las articulaciones de la cadera humana para realizar pruebas de desgaste acelerado.
Teoría
Un tribómetro simple se describe mediante una masa colgante y una masa apoyada sobre una superficie horizontal, conectadas entre sí mediante una cuerda y una polea. El coeficiente de fricción , μ , cuando el sistema está en reposo, se determina aumentando la masa colgante hasta el momento en que la masa apoyada comienza a deslizarse. Luego, utilizando la ecuación general para la fuerza de fricción:
Donde N , la fuerza normal, es igual al peso (masa x gravedad) de la masa sentada ( m T ) y F , la fuerza de carga, es igual al peso (masa x gravedad) de la masa colgante ( m H ).
Para determinar el coeficiente de fricción cinética, se aumenta o disminuye la masa colgante hasta que el sistema de masas se mueve a una velocidad constante.
En ambos casos, el coeficiente de fricción se simplifica a la relación de las dos masas:
En la mayoría de las pruebas con tribómetros, el desgaste se mide comparando la masa o la superficie de las muestras antes y después del ensayo. Los equipos y métodos utilizados para examinar las superficies desgastadas incluyen microscopios ópticos , microscopios electrónicos de barrido , interferometría óptica y rugosímetros mecánicos.
Tipos
Los tribómetros suelen denominarse según la disposición de contacto específica que simulan o según el fabricante del equipo original. Existen varias disposiciones, entre ellas:
- Cuatro bolas [ 3 ]
- Pin-on-disc
- Bola sobre disco
- Anillo sobre anillo
- Bola sobre tres platos
- Pasador alternativo (generalmente denominado SRV o HFRR ) [ 4 ]
- Bloque sobre anillo
- Pelota que rebota [ 5 ]
- Máquina de prueba de desgaste por fricción
- Doble disco
Pelota que rebota
Un tribómetro de bola rebotante consiste en una bola que se golpea en ángulo contra una superficie. Durante una prueba típica, la bola se desliza en ángulo a lo largo de una pista hasta que impacta contra la superficie y rebota. La fricción producida en el contacto entre la bola y la superficie genera una fuerza horizontal sobre la superficie y una fuerza de rotación sobre la bola. La fuerza de fricción se determina midiendo la velocidad de rotación de la bola mediante fotografía de alta velocidad o midiendo la fuerza sobre la superficie horizontal. La presión en el punto de contacto es muy alta debido a la gran fuerza instantánea causada por el impacto con la bola.
Los tribómetros de bola rebotante se han utilizado para determinar las características de cizallamiento de los lubricantes bajo altas presiones, como las que se encuentran en los rodamientos de bolas o los engranajes .
Pin-on-disc
Un tribómetro de pasador sobre disco consta de un pasador fijo que normalmente se carga contra un disco giratorio. El pasador puede tener cualquier forma para simular un contacto específico, pero a menudo se utilizan puntas cilíndricas para simplificar la geometría de contacto. El coeficiente de fricción se determina mediante la relación entre la fuerza de fricción y la fuerza de carga aplicada al pasador.
La prueba de pasador sobre disco ha demostrado ser útil para proporcionar una prueba sencilla de desgaste y fricción para recubrimientos de baja fricción, como los recubrimientos de carbono tipo diamante en los componentes del tren de válvulas en los motores de combustión interna .
Véase también
Referencias
- ↑ Instrumentos científicos históricos en Dinamarca
- ↑ Hutton, Charles. Diccionario matemático y filosófico. Archivado el 26 de septiembre de 2011 en Wayback Machine.
- ↑ Jones, William R.; Poslowski, Agnieszka K.; Shogrin, Bradley A.; Herrera-Fierro, Pilar; Jansen, Mark J. (1999). "Evaluación de varios lubricantes espaciales mediante un tribómetro de cuatro bolas al vacío". Tribology Transactions . 42 (2): 317– 323. doi : 10.1080/10402009908982223 . hdl : 2060/19990013975 . S2CID 137361318 .
- ↑ Wei, DP; Spikes, HA; Korcek, S. (1999). "La lubricidad de la gasolina". Tribology Transactions . 42 (4): 813– 823. doi : 10.1080/10402009908982288 .
- ↑ Höglund, Erik (marzo de 1989). "La relación entre la resistencia al corte del lubricante y la composición química del aceite base". Wear . 130 : 213– 224. doi : 10.1016/0043-1648(89)90234-2 .
- tribología
- Instrumentos de medición
- Ciencias de los materiales