TEORÍA DE ADHESIÓN Tema 5 Teoría de Adhesión · elementos de mÁquinas y vibraciones. parte 1:...

ELEMENTOS DE MÁQUINAS Y VIBRACIONES. Parte 1: ELEMENTOS DE MÁQUINASELEMENTOS DE MÁQUINAS Y VIBRACIONES. Parte 1: ELEMENTOS DE MÁQUINAS - 5.- 5.11 - -

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Tema 5TEORÍA DE ADHESIÓN

Tema 5Tema 5TEORÍA DE ADHESIÓNTEORÍA DE ADHESIÓN

Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de MaterialesIngeniaritza Mekanikoa, Energetikoa eta Materialeen Saila


Teoría de AdhesiónTeoría de Adhesión

q La teoría de adhesión trata de explicar los fenómenosmacroscópicos que se aprecian en dos superficies encontacto:ðRozamientoðDesgasteðAdhesión

q El elemento fundamental de la teoría son las “juntas”, quepermiten explicar la aparición del rozamiento y el desgaste.


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Área real y área aparenteÁrea real y área aparentede contacto (I)de contacto (I)

q En dos sólidos en contacto se observan zonas separadaspor distancias interatómicas.

q Estas zonas se denominan “juntas” y en ellas se presentanfuerzas de interacción.

q La suma del área de las juntas define el “área real” decontacto; el “área aparente” de contacto es mucho mayor.

q El cálculo del “área real” es muy complejo; puede calcularseun valor mínimo Ar, asumiendo que la junta está en régimenplástico.


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Área real y área aparenteÁrea real y área aparentede contacto (II)de contacto (II)

q Se supone que la junta estásometida a un estado triaxial detensiones, bajo la acción de lacarga Pn.

q La mayor tensión de compresiónpuede asimilarse por la dureza apenetración H.

q Un límite inferior del “área real” decontacto es:

HP

A nr =


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Fricción según la Teoría deFricción según la Teoría dela Adhesión (I)la Adhesión (I)

q En dos sólidos en contacto, alaplicar una fuerza tangencial Ptse deberían romper las juntas.

q Si la tensión de cortadura mediaen las juntas es τav, la fuerzatangencial viene dada por:

q Pt es la fuerza de fricción

ravt AP τ=


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Fricción según la Teoría deFricción según la Teoría dela Adhesión (II)la Adhesión (II)

q El límite superior de la tensión de cortadura τav es límite deresistencia a cortadura del material más débil, dado por k.

q La fuerza de rozamiento es:

q El coeficiente de rozamiento se calcula como:rt kAP =

Hk

HAkA

PP

r

r

n

t ===µ


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Fricción según la Teoría deFricción según la Teoría dela Adhesión (III)la Adhesión (III)

q De la ecuación anterior, se deduce que el coeficiente derozamiento se define como la relación de dos parámetros delmaterial más débil.

q El coeficiente de rozamiento es independiente de:ðla cargaðla velocidad de deslizamientoðla rugosidad de las superficiesðla superficie aparente de contacto

q El coeficiente de rozamiento es constante (aunque puedeestar afectado por factores de segundo orden)


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Fricción según la Teoría deFricción según la Teoría dela Adhesión (IV)la Adhesión (IV)

q Las conclusiones anteriores son universalmente aceptadas.q La teoría de la adhesión presenta algunos inconvenientes:ðLa experiencia indica que el rozamiento no es independiente de la

rugosidad de las superficiesðLa teoría sólo es aplicable a materiales dúctilesðLos valores de dureza de penetración H y resistencia a cortadura

k no son independientes entre sí

q Para materiales y condiciones de trabajo habituales, lashipótesis de la teoría de la adhesión son aplicables


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Fricción según la Teoría deFricción según la Teoría dela Adhesión (V)la Adhesión (V)


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Fricción según la Teoría deFricción según la Teoría dela Adhesión (VI)la Adhesión (VI)

q Características de la fuerza decizalladura plásticað proporcional al área cizalladað independiente de la formað poco dependiente de la

deformaciónð si la fuerza no supera un límite,

aparece una fuerza resistenteð si la fuerza supera un límite, se

produce el deslizamiento

q Leyes de la fricciónð si no hay deslizamiento, el

rozamiento es igual y opuesto a lafuerza aplicada

ð si hay deslizamiento, el rozamientoalcanza un valor característico

ð es proporcional a la carga normalð es independiente del área de

contactoð el coeficiente de rozamiento no

depende de la velocidad


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Desgaste según la Teoría deDesgaste según la Teoría dela Adhesión (I)la Adhesión (I)

q Se llama desgaste a la pérdida de material debido alcontacto entre dos sólidos con deslizamiento relativo

q En el desgaste por adhesión se supone que existenpartículas que se separan de una superficie y quedanadheridas a la otra

q El tratamiento cuantitativo de este fenómeno fue realizadopor Archad; esta aproximación trata de cuantificar elvolumen de material adherido por unidad de longitud dedeslizamiento


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Desgaste según la Teoría deDesgaste según la Teoría dela Adhesión (II)la Adhesión (II)

q Hipótesis de partidaðSupone que los fragmentos desprendidos tienen forma de

semiesfera de diámetro dðSupone que d coincide con la distancia de existencia de una junta

q En la aproximación de Archad se consideran los siguientesparámetrosðni: número de juntas en cualquier instante tðNj: número de juntas formadas en un deslizamiento ∆lðNf: número de fragmentos formados


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Desgaste según la Teoría deDesgaste según la Teoría dela Adhesión (III)la Adhesión (III)

q Estos parámetros se calculancomo:

donde K es la constante dedesgaste

HdP

dA

n nri 22

44ππ

==

Hd?lP

d?l

nN nij 3

4π

==

if KNN =


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Desgaste según la Teoría deDesgaste según la Teoría dela Adhesión (IV)la Adhesión (IV)

q El volumen desgastado porunidad de longitud es:

q El número de partículaspérdidas viene dado por:

donde γ es un factor deconversión

HKP

?ldN

?l?V nf

3123

==π

HKP

?l?V n

3γ

=


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Desgaste abrasivo (I)Desgaste abrasivo (I)

q Se denomina desgaste abrasivo al producido por unasuperficie dura al deslizar sobre otra superficie más blanda

q En este deslizamiento se crean surcos en la superficieblanda originando una pérdida de material

q Este tipo de desgaste puede producirse también por laexistencia de una partícula dura atrapada entre dossuperficies más blandas que deslizan entre sí

q En la cuantificación de este fenómeno se supone que lapartícula abrasiva tiene forma cónica


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Desgaste abrasivo (II)Desgaste abrasivo (II)

q El volumen desprendido aldeslizar la partícula abrasivauna longitud ∆l es:

donde tgθ es el ángulo del conoq Considerando la expresión de la

carga normal Pn, se obtiene:

?lr?V θtg2=

HrPn2π=

HP

?l?V n

πθtg

=


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Otros tipos de desgasteOtros tipos de desgaste

q Desgaste corrosivoð Se produce por un ataque químico sobre alguna de las superficies; el

deslizamiento hace que se desprenda el material afectadoð Es difícil de cuantificar y debe estudiarse caso por caso

q Desgaste por fatigað Por efecto de las cargas alternadas (fatiga) se producen tensiones de cortadura

en el interior del material, las cuales dan lugar a grietas que progresan hasta lasuperficie y producen un “desconchamiento” de la misma

ð Es muy común en superficies sometidas a contacto de rodaduraq Corrosión por ludimientoð Se origina por partículas que se oxidan y quedan atrapadas entre las superficies

en contacto, actuando como agentes abrasivosð Se presenta en superficies sometidas a elevadas cargas de compresión: piezas

zunchadas, hojas de ballesta, etc.


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Otras Otras consideracionesconsideraciones

q El desgaste por adhesión puede reducirse si se empleanlubricantes entre las superficies en contacto; puedenlograrse reducciones de desgaste de varios órdenes demagnitud

q El desgaste abrasivo es poco sensible al uso de lubricantes;puede reducirse empleando superficies suaves y eliminandolas partículas abrasivas

q Las expresiones cuantitativas del desgaste por adhesión ypor abrasión son muy similares, aunque las constantes de laexpresión son más elevadas en el desgaste abrasivo

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