Il contatto di rotolamento è un fenomeno meccanico che coinvolge corpi volventi come ruote o cuscinetti che entrano in contatto tra loro, o superfici come le carreggiate. Nel punto in cui si incontrano, la velocità relativa è zero. Ciò è alla base di un’ampia gamma di processi meccanici, dagli ingranaggi dentati utilizzati nelle automobili ai nastri trasportatori. I ricercatori studiano la fisica alla base del contatto di rotolamento perché fornisce informazioni importanti su come e quando i cuscinetti si guastano. È un tipo speciale di usura meccanica.
In un semplice esempio, due cuscinetti possono rotolare l’uno contro l’altro per consentire a un giunto di articolarsi e muoversi. Quando cambiano posizione, entrano in contatto rotolante. Questo punto può avere una velocità relativa pari a zero, ma la deformazione può essere molto elevata, perché la forza è concentrata lì. Di conseguenza, la fatica da contatto di rotolamento tende a svilupparsi sulle superfici dei cuscinetti. Possono sviluppare crepe, vaiolature e altri problemi, a seconda della quantità di tensione coinvolta nell’articolazione.
Il livello di attrito presente nei giunti volventi può dipendere dal loro design, da come vengono utilizzati e dai lubrificanti che possono essere aggiunti per uniformarne il movimento. Il basso attrito consente a un giunto di muoversi in modo più fluido e funzionale e può ridurre lo sforzo sui componenti. Può anche causare scivolosità, che può richiedere un compromesso. Con le auto, ad esempio, è necessario un po’ di attrito per aiutare le ruote a fare presa sulla strada, mentre troppo rallenterebbe la macchina e la renderebbe difficile da gestire.
La ricerca sui giunti a contatto volvente esamina i tipi di condizioni che devono essere presenti affinché i componenti o interi giunti si guastino. L’alta pressione e l’alto attrito tendono ad aumentare il tasso di guasto, così come le condizioni difficili. Le tempeste di polvere, ad esempio, possono spingere la sabbia nelle giunture, causando l’usura più rapida dei cuscinetti. Questa ricerca aiuta gli ingegneri a determinare come progettare i cuscinetti in modo più efficace per creare giunti robusti e affidabili con esigenze di manutenzione minime.
Le forme di contatto rotante sono in uso tra le popolazioni umane da molto tempo. Una delle prime forme di cuscinetto era il rullo di tronchi, che permetteva alle persone di spostare oggetti enormi spingendoli lungo matrici di tronchi. Le persone hanno disposto i registri, hanno messo gli oggetti sopra e li hanno spinti. Quando i log giravano sotto gli oggetti, li forzavano in avanti sui log nella parte anteriore del cluster. Alla fine, i singoli registri sarebbero saltati fuori da sotto e potrebbero essere riciclati posizionandoli nuovamente nella parte anteriore dell’array.