Laboratorio "Attriti e guarnizioni"

Obiettivi

Il laboratorio si occupa delle problematiche relative agli organi di tenuta statici e dinamici. In particolare vengono misurate e analizzate le forze di attrito, l'usura, la durata e la capacità di tenuta di singole guarnizioni e di componenti per pneumatica.

Alcuni progetti:

Misura della forza d’attrito in guarnizioni ed attuatori

Guido Belforte, Luigi Mazza, Andrea Manuello Bertetto

E’ stato progettato e realizzato un banco prova modulare per la misura di forze di attrito in :

  • cilindri commerciali;
  • guarnizioni per pistone singole o in coppia;
  • guarnizioni per stelo;
  • guarnizioni per valvole a cassetto.

In figura è visibile il banco nella configurazione per la misura di forza di attrito su cilindro. Un elettrocilindro muove lo stelo del cilindro in prova a velocità costante; la forza di attrito, dovuta al moto relativo, è trasmessa alla canna, supportata da una guida pneumostatica, e misurata da una cella di carico.

  • G. Belforte, A. Manuello Bertetto, L. Mazza, “Test rig for friction force measurements in pneumatic components and seals”,Proc. of IMechE, Part J: Journal of Engineering Tribology, 227, 1, pp 43-59, (2013).
  • G. Belforte, M. Conte, A. Manuello, L. Mazza, “Performance and behavior of seals for pneumatic spool valves”, Tribology Transactions,54, pp. 237-246, (2011).

Misura di forza radiale e pressione di contatto in guarnizioni

Guido Belforte, Terenziano Raparelli, Luigi Mazza, Carmen Visconte, Andrea Manuello Bertetto

E’ stato progettato e realizzato un banco prova per la misura indiretta della pressione di contatto tra una guarnizione per stelo di cilindro pneumatico e la controparte. La guarnizione è fatta passare, spinta da un attuatore lineare, a velocità bassa e costante, su una parte sensorizzata di stelo. La forza radiale esercitata è acquisita nel tempo. La pressione di contatto è ottenuta per derivazione del segnale acquisito. Al fine di isolare la forza di attrito esercitata dalla guarnizione, il banco è stato equipaggiato con boccole e pattini pneumostatici.

Misura della pressione di contatto in guarnizioni

Guido Belforte, Luigi Mazza, Carmen Visconte, Andrea Manuello Bertetto

E’ stata definita una procedura sperimentale per la misura della pressione di contatto tra guarnizioni per pneumatica e controparte metallica, che utilizza sensori di pressione a film interposti tra le parti a contatto. E’ possibile effettuare misure sia su provini piani di guarnizione sia su guarnizioni commerciali per pistone di attuatori pneumatici (Ø = 50 mm), per diverse pressioni di lavoro e condizioni di lubrificazione. Con riferimento alle prove su guarnizione pistone, il banco prova consiste in un cilindro commerciale opportunamente modificato, sul quale è stata ricavata una finestra per l’inserimento del sensore a film.

  Prove di vita accelerate su attuatori e guarnizioni

Guido Belforte, Luigi Mazza, Carmen Visconte, Andrea Manuello Bertetto

Analisi sperimentali di prestazioni di attuatori pneumatici lineari in diverse condizioni di carico permettono di prevedere vita e usura di attuatori consentendo anche un'analisi statistica. A tal fine sono state costruite attrezzature sperimentali in grado di sottoporre cilindri pneumatici a prove prolungate di vita in diverse condizioni di carico.

E’ stato realizzato un dispositivo di misura con sensore laser che permette di misurare lo spessore di materiale asportato dalle guarnizioni al progredire dell’usura.

  • Manuello, L. Mazza, P. Orrù, “Contact pressure distribution in guide bearings for pneumatic actuators”, Experimental Techniques, doi:10.1111/ext.12014, (2013).
  • G. Belforte, L. Mazza, C. Visconte, “Non contact wear measurement on pneumatic seals”,Tribology International, 48, pp. 73-77, (2012).
  • G. Belforte, A. Manuello Bertetto, L. Mazza, P.F. Orrù “Life prediction of guide bearings for linearpneumatic actuators”,2nd European Conference on Tribology – ECOTRIB 2009, Pisa, Italy, (2009).

  Sistemi di tenuta non convenzionali per attuatori pneumatici a basso attrito

Guido Belforte, Terenziano Raparelli, Luigi Mazza, Carmen Visconte, Andrea Trivella

Questa attività discute la possibilità di utilizzare le guarnizionia labbro con un montaggio non convenzionale sul pistoneal fine di ottenere un semplice sistema a perdita di tenutaper la riduzione delle forze di attrito nei cilindri pneumatici inmodo efficace ed economico. Il montaggio non convenzionale consiste nel posizionare la guarnizione a labbro in versocontrario a quello convenzionale cosicché la pressione di contatto diminuisca all’aumentare della pressione dell’aria nellacamera. In questo modo l’aria nella camera in pressione agendo sul labbro della guarnizione trafila grazie alla creazionedi un meato all’interfaccia strisciante, riducendo così la forzadi contatto sulla canna. Il pistone è dotato di un foro per ilpassaggio dell’aria di trafilamento all’ambiente esterno. Sono analizzate sia guarnizioni a labbro energizzate da molla siaprototipi appositamente realizzati.

  • T. Raparelli, L. Mazza, A. Trivella, “Non-conventional lip seal mountings for pneumatic cylinders”,European Conf. onTribology ECOTRIB 2015, Lugano, Switzerland, 3-5 June 2015.
  • G. Belforte, L. Mazza, C. Visconte, “Design methodology for an air lubricated seal”,Tribology International, 75, pp. 104-110, (2014).
  • T. Raparelli, L. Mazza, A. Trivella, “Study of a non-conventional sealing system for low-friction pneumatic cylinders,inProc. of4thInt. Conf. on Tribology and Design, Kos, Greece, 3-5 September 2012.
  • Visconte C.; Conte M; Mattone M.C, “Analysis of the leakage pathin an air-lubricated seal”, Tribology International,42(6), pp. 844-848, (2009)
  • Raparelli Terenziano, Mazza Luigi, Trivella Andrea. Sistema di tenuta per la riduzione dell'attrito in attuatori pneumatici. In Atti del 6° workshop dell'Associazione Italiana di Tribologia, CD ROM, ISBN:978-88-901916-0-2

Visualizzazione della deformazione di guarnizioni

Guido Belforte, Andrea Manuello Bertetto, Luigi Mazza

E’ stato progettato e realizzato un banco prova per la visualizzazione della deformazione di guarnizioni perpneumatica. Il banco consente di analizzare le deformate e l'eventuale estrusione delle guarnizioni al variare dellecondizioni di lavoro e del montaggio. In particolare,è possibile cambiare in modo indipendente la pressionedilavoro, il materiale, la geometria della sede, il gioco tra sede e superficie strisciante. Utilizzando talebanco, è statopossibile definire modelli di tipo “black box” per laprevisione del comportamento di diversi tipi di guarnizione.

  • C. Bignardi, A. Manuello, L. Mazza, “Photoelastic Measurements and Computation of the Stress Field and ContactPressure in a Pneumatic Lip Seal”,Tribology International, 32, pp. 1-13, (1999)
  • T. Raparelli, A. Manuello Bertetto, L. Mazza "Experimental Study of Pneumatic Seal Extrusion",Tribology Transaction,40, 4, pp. 715-719, (1997)