Le condizioni di lubrificazione spaziano fra due estremi legati soprattutto ai valori del carico, della velocità e della viscosità del lubrificante: la lubrificazione a film spesso (o completa, o idrodinamica o, più in generale, fluidodinamica) e la lubrificazione limite. La condizione di lubrificazione fluidodinamica si verifica quando l'altezza del meato (in genere l’altezza minima) è maggiore delle rugosità delle superfici delimitanti il meato, quella limite quando l’elemento separatore è costituito da uno strato di lubrificante di ordine di grandezza molecolare. Il passaggio da un regime di lubrificazione all’altro avviene, al variare di fattori come il carico, la velocità e la viscosità del lubrificante, in maniera graduale con un cambiamento delle percentuali di carico sopportate dal film fluido e dalle asperità superficiali ricoperte dallo spessore molecolare di lubrificante. Partendo da condizioni di lubrificazione completa (“full fluid lubrication”), al diminuire della viscosità e/o della velocità, o all’aumentare del carico, le asperità più elevate delle due superfici entrano in contatto: una parte del carico viene quindi sostenuta dal contatto diretto e la parte rimanente dalla pressione del fluido (condizioni di lubrificazione mista, “mixed lubrication”). Al diminuire dello spessore del meato una parte sempre più rilevante del carico viene sostenuta dalla pressione di contatto fra le asperità, finché non è più possibile generare nel lubrificante pressioni rilevanti: l’annullarsi del rapporto fra la frazione del carico sostenuta dal lubrificante e la frazione sostenuta dalle asperità in contatto segna il passaggio alla lubrificazione limite (“boundary lubrication”).
 

Il passaggio da un regime all'altro è ben evidenziato dalle cosiddette curve di Stribeck, di cui è riportato un esempio in Figura. In tale grafico il coefficiente d’attrito è riportato in funzione di un parametro di servizio SP che spesso è indicato come numero di Sommerfeld (o di Gümbel, o di Stribeck) prodotto della viscosità per la velocità diviso il carico per unità di lunghezza. Il coefficiente d’attrito f può essere espresso come somma di due componenti (i cui andamenti sono riportati in Figura, con fs il coefficiente d’attrito legato al contatto fra le asperità superficiali e fh quello per contatti completamente lubrificati).     Forma tipica della curva di Stribeck con evidenziate le zone corrispondenti ai diversi regimi di lubrificazione.

Benché la forma classica della curva di Stribeck, ottenuta inizialmente in base a risultati di prove sperimentali sui cuscinetti portanti lisci, sia quella riportata in Figura, andamenti sostanzialmente diversi del coefficiente d'attrito possono essere ottenuti al variare di ulteriori parametri. Molto importante è per esempio l’effetto della rugosità superficiale, specialmente nell’ambito dei regimi di lubrificazione mista e limite, mentre tende a diminuire in regime di lubrificazione completa. Come gli effetti di carico, velocità e viscosità del lubrificante vengono inglobati nelle curve di Stribeck, uno dei parametri più significativi per tener conto anche della rugosità è sicuramente l'altezza adimensionale del meato L, funzione dello spessore del meato h e delle rugosità quadratiche medie delle superfici dei corpi a contatto, R_q1 e R_q2:
 

Poiché l'altezza del meato è funzione di viscosità, velocità e carico, con esponenti diversi a seconda del tipo di coppia lubrificata e delle condizioni di lubrificazione, in definitiva l'espressione di L è simile al numero di Sommerfeld con in più la rugosità. Il diagramma del coefficiente d'attrito in funzione di L è quindi qualitativamente simile a quello di Stribeck, ed ai passaggi fra i vari regimi corrispondono ben determinati valori di L (valori indicativi in Figura). L'immagine sottostante chiarisce come L sia più significativo dell'altezza minima ai fini dei contatti fra asperità superficiali e quindi del regime di lubrificazione.

Tipica “curva L”

Altri aspetti influenzano l'andamento del coefficiente d'attrito. Ad esempio il tipo di lubrificante ed in particolare la presenza di additivi nel lubrificante può influenzare notevolmente l'andamento del coefficiente d'attrito, con possibili spostamenti delle transizioni da lubrificazione limite a mista e da mista a completa. Importante è anche la forma dei corpi a contatto.

Nel caso di contatti non conformi influisce molto il rapporto di scorrimento S (rapporto fra le velocità di strisciamento e di rotolamento). Per contatti di linea (cilindro contro piano) e di punto (sfera contro piano) sono stati ottenuti sperimentalmente andamenti del coefficiente d'attrito significativamente diversi.
 

Alcuni riferimenti bibliografici

• Ciulli, E., Piccigallo, B., ‘‘Complementi di lubrificazione’’, SEU (Servizio Editoriale Università di Pisa), Marzo 1996, 150 pp.
• Ciulli, E., Piccigallo, B., ‘‘Fondamenti di lubrificazione elastoidrodinamica’’, ATA - Ingegneria Automotoristica, Vol. 49, n. 3, Marzo 1996, pp.109-116.
• Ciulli, E., ‘‘Friction in lubricated contacts: from macro- to microscale effects’’, in: Fundamentals of Tribology and Bridging the Gap Between the Macro-and Micro/Nanoscales, NATO Sciences Series, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 2001, pp. 725-734.