Lubrificazione delle catene a rulli

Le catene a rulli sono un'ampia classificazione di catene utilizzate per la trasmissione di potenza. Hanno tutte in comune un rullo a manicotto che ruota intorno ai giunti a perno o agli assi della catena; questo rullo riduce l'attrito e l'usura tra la catena e un pignone.

Tra queste, le catene di trasmissione trasmettono la coppia tra due pignoni; un esempio è la catena di una bicicletta o di una moto. Le catene di trascinamento sono progettate per tirare un carico; un esempio potrebbe essere la catena usata per tirare una montagna russa in cima alla collina. Le catene di distribuzione trasmettono con precisione e senza intoppi la posizione di rotazione.

Tutte queste trasmettono la potenza attraverso la tensione della catena. La catena rigida è un prodotto unico che, a differenza dei precedenti, può anche spingere. La catena rigida SERAPID diventa rigida quando è dritta e può quindi essere utilizzata, a vuoto, per spingere o sollevare un carico.

Corrosione, abrasione e materiali giusti

A causa della loro applicazione e della loro geometria, la lubrificazione di queste catene presenta alcuni requisiti e difficoltà specifiche. Le condizioni operative possono presentare opportunità di usura eccessiva: le catene possono essere all'aperto, a contatto diretto con la pioggia e lo sporco, e poco pulite o lubrificate. I rulli della catena potrebbero rotolare su pignoni sporchi o granulosi, o le piastre della catena che scorrono l'una sull'altra e ruotano sull'asse della catena potrebbero avere contaminazione tra le piastre causando usura abrasiva. Se i rulli sono sepolti nella catena, può essere difficile ottenere la lubrificazione tra il rullo e l'asse. E, naturalmente, qualsiasi ossidazione si aggiunge all'usura corrosiva e abrasiva. Solo la catena di distribuzione automobilistica funziona in una condizione in cui la lubrificazione è ben controllata, pulita e continuamente fornita.

Idealmente, il materiale della catena dovrebbe avere un'alta resistenza alla trazione (snervamento) e una superficie dura per minimizzare l'attrito e l'usura. Dovrebbe anche essere resistente alla corrosione. Sfortunatamente, molti materiali con una buona resistenza alla corrosione non sono compatibili con i requisiti di alta resistenza e durezza. per superare questo, alcuni componenti possono essere induriti (rulli e assi), e si possono usare trattamenti superficiali per aumentare la resistenza alla corrosione e la lubrificazione. Ci può anche essere una placcatura sacrificale sulle piastre della catena che crea una coppia galvanica per proteggere i componenti non placcati.

Scegliere i lubrificanti

Tutto questo richiede che si possa ottenere la lubrificazione dove è necessaria. A causa della velocità e del carico della catena, essa opera tipicamente in un regime di lubrificazione limite in cui non c'è abbastanza lubrificazione o velocità per avviare uno strato idrodinamico. I componenti della catena scorrono e rotolano l'uno sull'altro con solo uno strato limite di lubrificazione. Lo spessore di questo strato si misura su scala molecolare.

Una lubrificazione efficace ha alcuni requisiti importanti. Innanzitutto, deve penetrare. Deve tirarsi tra le piastre della catena e tra il rullo e l'asse. Questa penetrazione avviene per azione capillare, quindi il lubrificante deve avere un'alta tensione superficiale - le molecole del lubrificante devono avere un'alta forza di attrazione e un basso angolo di contatto con il metallo per attirare il lubrificante dove è necessario.

Il lubrificante deve anche avere additivi EP/AW (Extreme Pressure / Anti Wear). Gli additivi EP mantengono la loro lubrificazione e non vengono estrusi tra le superfici, anche in spessori molecolari.  Spesso MoS2, grafite o PTFE sono usati come additivi EP. Gli additivi AW si legano o reagiscono chimicamente con la superficie, assicurando che la catena del polimero lubrificante diventi un tutt'uno con la superficie della catena. Questo legame separa le molecole metalliche dei componenti della catena e previene l'adesione e la formazione di gallerie.

Il lubrificante per catene è disponibile in diverse forme; la più comune è un lubrificante umido. Va sul bagnato e rimane bagnato. I lubrificanti secchi si applicano tramite un vettore umido che evapora rapidamente. Questi spesso non hanno gli additivi AW che interagiscono chimicamente con il metallo per assicurarsi che rimanga al suo posto. Può essere necessaria una rilubrificazione frequente. Il suo più grande vantaggio è che lo sporco non vi si attacca.

Allo stesso modo, i lubrificanti a base di cera si bagnano ma si asciugano rapidamente, lasciando una pellicola di cera; le parti ricorderanno un'auto con cera in pasta, molto liscia e scivolosa. Il grasso è talvolta usato dove l'acqua è un problema, perché esclude molto bene l'acqua. Sfortunatamente, il grasso è un olio con un addensante; questo addensante vanifica la capacità di penetrazione che è così critica per la catena.

Pianificare un programma di manutenzione

L'applicazione della lubrificazione può essere periodica e manuale o automatica.  Per un sistema manuale, la lubrificazione può essere gocciolata o spruzzata.  Il vantaggio è che la lubrificazione può essere messa esattamente dove si vuole.  Sfortunatamente, è facile dimenticarsene, e potrebbe non ricevere mai la lubrificazione.  

Per la lubrificazione automatica, può essere gocciolata, spruzzata, spazzolata o anche applicata con un applicatore di pignoni.  La lubrificazione a umido è il metodo di lubrificazione più semplice.

Sia i lubrificanti a secco che quelli a base di cera si basano su un vettore molto volatile che generalmente non si presta a uno stoccaggio non sigillato, poiché il vettore può evaporare nel distributore.  I solidi possono depositarsi, quindi questi lubrificanti dovrebbero essere controllati per questa probabilità.  Se la sedimentazione è probabile, il distributore dovrebbe avere un agitatore nel serbatoio.  Un pennello come distributore non è suggerito né per i lubrificanti secchi né per quelli a cera.

Ci sono molti sistemi di distribuzione del grasso disponibili.  Un pennello è generalmente il più semplice per il grasso perché sparge il lubrificante il più possibile.  Il grasso non migrerà in aree non coperte dal pennello.

Qualunque sia il sistema di lubrificazione automatico utilizzato, non deve essere azionato continuamente.  Dovrebbe funzionare solo quando la catena è in movimento, e non ha bisogno di funzionare ogni volta.  Va oltre lo scopo di questo articolo raccomandare il volume di lubrificazione, ma semplicemente: il serbatoio dovrebbe essere sufficiente a fornire lubrificante tra i periodi di manutenzione, ma non così tanto da causare un ristagno sotto la trasmissione della catena.

By Robert C. Adams, PhD, PE

Global Director of Research and Development

SERAPID Group