Il principio del film a cuneo è un concetto fondamentale nella tribologia, che è lo studio dell'attrito, della lubrificazione e dell'usura tra le superfici a contatto. È particolarmente importante comprendere i meccanismi di lubrificazione nei contatti striscianti, come i cuscinetti portanti, i cuscinetti reggispinta e i seguicamma.

Quando due superfici solide entrano in contatto sotto carico, subiscono attrito e usura a causa dell'interazione delle loro asperità superficiali (picchi e avvallamenti). Per ridurre l'attrito e l'usura, viene introdotto un sottile strato di lubrificante tra le superfici. Questo film lubrificante separa le asperità, impedendo il contatto diretto e riducendo l'attrito e l'usura.

Il principio del film a cuneo spiega come uno spazio convergente a forma di cuneo tra due superfici scorrevoli può generare e sostenere una pressione idrodinamica all'interno del film lubrificante. Questa pressione è ciò che sostiene il carico e mantiene le superfici separate, ottenendo in modo efficace la lubrificazione idrodinamica.

Come funziona:

1. Cuneo convergente: Quando una delle superfici si muove rispetto all'altra, tra di loro viene creato uno spazio a forma di cuneo. La natura convergente dell'interstizio fa sì che il lubrificante venga attirato all'interno dell'interstizio dalle forze viscose del lubrificante stesso.

2. Generazione di pressione: Quando il lubrificante scorre nel cuneo convergente, subisce un aumento di pressione a causa della diminuzione dello spazio. Questa pressione agisce normalmente sulle superfici scorrevoli, allontanandole.

3. Carica supporto: La pressione generata all'interno del film lubrificante supporta il carico applicato tra le superfici. Questa pressione agisce come un cuneo fluido che separa le superfici, impedendo il contatto diretto e riducendo l'attrito e l'usura.

4. Sforzo di taglio e viscosità: Il lubrificante agisce come un fluido viscoso, resistendo al flusso del cuneo. Le forze di taglio (dovute alla viscosità del lubrificante) controbilanciano il carico applicato, migliorando ulteriormente la capacità di carico del film lubrificante.

Il principio della pellicola a cuneo è essenziale per comprendere la progettazione e il funzionamento dei cuscinetti idrodinamici e di altri sistemi tribologici. Progettando superfici con forme appropriate in grado di creare e sostenere spazi a forma di cuneo, gli ingegneri possono ottenere una lubrificazione efficiente e ridurre significativamente l'attrito e l'usura in vari componenti meccanici.