Tribolex Expertise, ervaring en creativiteit
Smeerfilmopbouw en smeringsregimes
Smering is het gescheiden houden van twee samenwerkende en ten opzichte van elkaar bewegende oppervlakken ("loopvlakken") door een smeermiddel. Er dient dus zowel beweging, een tweetal loopvlakken en een smeermiddel te zijn. Als de beweging ontbreekt, kan er geen sprake zijn van smering.
Smeermiddel
De taak van het smeermiddel is beide loopvlakken van elkaar te scheiden. Om dat te kunnen moet het smeermiddel goed aan de loopvlakken hechten terwijl de verschillende laagjes smeermiddel met weinig weerstand over elkaar moeten kunnen bewegen.
De aanwezigheid een smeermiddel garandeert nog niet dat er volledige scheiding van de loopvlakken zal optreden. De dikte van de smeerfilm kan nog ontoereikend zijn.
Er worden een drietal verschillende situaties onderscheiden:
- grenssmering
- gemengde smering
- vollefilm smering
Bij grenssmering treedt er nog veelvuldig contact op tussen de beide loopvlakken. Zowel wrijving als slijtage zullen hoog zijn omdat de scheiding van de loopvlakken slecht is. Door de ruwheid van de loopvlakken haken ze op microschaal veelvuldig in elkaar.
Wanneer de smeerfilm dikker is (er meer laagjes smeermiddel "op elkaar gestapeld" zijn) zal de afstand tussen de loopvlakken zodanig worden vergroot dat contact nog wel plaats vindt, maar niet meer zo frequent. Die situatie wordt aandgeduid met gemengde smering.
Bij gemengde smering treedt nog steeds contact op en zowel wrijving als slijtage zullen nog hoog zijn, zij het minder dan bij grenssmering.
Bij de meeste technische constructies is vollefilm smering het na te streven ideaal, omdat dan geen slijtage optreedt en relatief weinig wrijving. Daardoor zal er ook weinig warmte ontstaan en kan bijvoorbeeld een koelsystem achterwege blijven.
Smeerfilmopbouw
Wil er een voldoende draagkrachtige laag smeermiddel ontstaan, dan zal in de smeerfilm voldoende druk moeten ontstaan om de optredende belasting te kunnen dragen. Drukopbouw kan zowel "hydrodynamisch" (door de beweging van het smeermiddel) als "hydrostatisch" (door middel van een externe drukbron) plaats vinden. Hydrodynamische drukopbouw komt het meeste voor - er is daarbij geen externe drukbron (pomp) nodig.
Hydrodynamische drukopbouw
Bij hydrodynamische drukopbouw ontstaat de druk door de beweging van het ene loopvlak ten opzichte van het andere. Door een geringe scheefstelling van ene loopvlak ten opzichte van het andere ontstaat een soort wig waar het smeermiddel door heen stroomt. Omdat de volumestroom (afgezien van eventuele lekverliezen) constant is, zal bij een geringere doorstroomopening de druk moeten toenemen om het debiet in stand te houden. De situatie kan vergeleken worden met een waterskier: door de skis ten opzichte van het horizontale wateroppervlak iets te kantelen, ontstaat er een wig. Wanneer de skier met voldoende snelheid beweegt, zal daardoor zoveel opwaartse druk ontstaan dat hij niet naar de bodem zinkt maar door het water wordt "gedragen". Hetzelfde gebeurt in bijvoorbeeld een glijlager. Wanneer de snelheid van de waterskier te laag wordt - en daardoor de volumestroom te klein - zal er geen of onvoldoende drukopbouw plaats vinden en zakt hij naar de bodem. Ook bij glijlagers is een zekere minimum bewegingssnelheid nodig - zonder voldoende bewegingssnelheid zal er geen smeerfilmopbouw zijn.
Hydrostatische drukopbouw
Bij hydrostatische drukopbouw is er geen snelheidsverschil tussen de loopvlakken nodig voor loopvlakscheiding omdat de druk door een externe bron wordt gegenereerd. Zelfs in rust kan volledige scheiding van loopvlakken plaats vinden. Hydrostatische drukopbouw wordt toegepast bij apparatuur waarbij zelfs zeer geringe wrijving en slijtage een goede werking nadelig zouden beinvloeden. Voorbeelden: computergestuurde gereedschapswerktuigen, spiegeltelescopen, luchtkussenvaartuigen etc.
Elasto-hydrodynamische drukopbouw
Een bijzondere vorm van hydrodynamische drukopbouw treedt op bij contraforme contacten. Bij belasting verandert het punt- of lijncontact door elastische vervorming tijdelijk in een circelvormig of ellipsvormig contact. Hierdoor is ook bij dergelijke contactvormen drukopbouw en smering mogelijk. Men spreekt dan van "elasto-hydrodynamische smering". Zonder elastische vervorming zou het niet mogelijk zijn om in wentellagers, bij tandwielen en bij nokmechanismen een draagkrachtige smeefilm op te bouwen. In de afbeelding is de opbouw van een smeerfilm in een wentellager geschetst.
Invloed van het smeermiddel
De werking van het smeermiddel is gebaseerd op een tweetal zaken: enerzijds een goede hechting aan de loopvlakken, anderzijds een gemakkelijk over elkaar heen schuiven van de verschillende laagjes smeermiddel, min of meer zoals een glad stel speelkaarten: