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ATTRITO NEI PERNI

DEFINIZIONE: si chiamano perni le porzioni di albero motore che si trovano dentro i supporti (protetti da cuscinetti). Possono essere perni di estremità o intermedi o di spinta. Il foro del supporto che contiene il perno prende il nome di boccola. Durante il funzionamento la boccola tende ad ovalizzarsi, cioè a perdere la forma circolare per diventare a forma di "uovo". Per evitare questa deformazione non basta la presenza del lubrificante.
DESCRIZIONE: la figura a sinistra rappresenta la situazione di perno e supporto nuovi, subito prima che inizi il moto. La figura a destra rappresenta la situazione di supporto ovalizzato durante il moto. Nella prima situazione il contatto avviene sul "fondo" della boccola; nella seconda situazione il contatto avviene più in alto del fondo, dalla parte dalla quale il perno può opporsi al movimento(a). A lungo andare la porzione di supporto dove si ha il contatto si usura di più dell'altra parte, per cui si ha una usura non simmetrica.

RIMEDII: i rimedii alla ovalizzazione, sempre limitati nel tempo, sono almeno due: 1) lubrificazione forzata; 2) cuscinetti.
1) la lubrificazione si dice forzata quando il lubrificante è posto in pressione da una pompa: il perno deve "galleggiare"(b) dentro la boccola, in modo da non toccare mai il supporto. In questo caso, se il lubrificante ha una sufficiente adesione, l'usura si può verificare solo per effetto di occasionali contatti fra perno e supporto dovuti a cattivo funzionamento(c). Se le condizioni di funzionamento(d) sono sempre buone, l'usura sparisce del tutto perchè non c'è attrito ma resistenza del mezzo.
2) i cuscinetti sono anelli che si interpongono fra perno e supporto per evitare il loro contatto diretto(e). Essi sono di due tipi: a) cuscinetti a strisciamento (bronzine); b) cuscinetti a rotolamento (a sfere o a rulli).
a) cuscinetti a strisciamento (bronzine): sono anelli di materiale più "tenero" di quello del perno in modo che, se c'è usura, questa sia a carico del cuscinetto, che costa di meno e si sostituisce più facilmente. La bronzina è fissata al supporto, mentre il perno si muove dentro di essa.
b) cuscinetti a rotolamento (a sfere o a rulli): sono costituiti da due anelli, di materiale più "duro" di quello del perno, uno fissato al supporto, l'altro fissato al perno. Fra i due anelli si trova una (o più) corona di sfere o di rulli (dello stesso materiale) le quali rotolano su una pista ricavata sugli anelli. In questo caso l'attrito è presente, ma è molto piccolo perchè è attrito di rotolamento con lubrificante (di solito grasso animale o minerale).

(a) Per produrre la rotazione in verso orario, come rappresentato in figura, il momento motore è appunto in verso orario. Il peso del perno, applicato al suo centro, produce un momento antiorario rispetto al centro della boccola. In altro modo si può dire che il perno tende a "cadere" e quindi il motore deve fare "più fatica" per tenerlo in posizione. E' questo un effetto della forza di inerzia, cioè della forza che tende in ogni caso ad ostacolare il movimento.
Un fenomeno analogo si verifica all'inizio del moto: il perno "si arrampica" nella boccola verso destra.
(b) Sia P la reazione nel supporto in figura, D il diametro del perno ed L la sua lunghezza. La pressione esercitata dal perno sul lubrificante vale: p = P / (D * L). Se il lubrificante ha la stessa pressione, il perno galleggia dentro la boccola perchè la forza P è equilibrata dalla spinta del liquido.

(c) Ciò può avvenire ad esempio quando l'olio è "vecchio" oppure quando, a causa del freddo, l'olio si è congelato; in questa situazione è opportuno riscaldarlo prima di "accendere" la macchina.
(d) Nei manuali si trovano le tabelle che indicano i parametri per un buon funzionamento degli organi meccanici. Per esempio, nei perni l'olio non deve superare una determinata temperatura, per cui, partendo da questa condizione, si determina la lunghezza L dell'appoggio.
(e) Perno e supporto sono fra gli elementi più importanti e costosi delle macchine, per cui è bene evitare la loro usura, anche accidentale.