L’architettura della tenuta modifica la resistenza all’avviamento attraverso il contatto del labbro, l’interferenza radiale, l’energizzazione dovuta alla pressione, la scelta della mescola, la ritenzione del lubrificante e il controllo della cava. Il titolo richiede però un limite preciso. «Fino al 70%» descrive il risultato di una prova comparativa eseguita in condizioni equivalenti. Questa regola vale per PTFE e poliuretano, ma anche per NBR e per qualsiasi altro profilo.
In sede di approvazione tecnica occorre verificare se una soluzione candidata avvia lo stesso cilindro con una resistenza misurata inferiore, rispettando al contempo i limiti di trafilamento, usura, pressione, temperatura, contaminazione e durata utile. È indispensabile definire una configurazione di riferimento. Le evidenze devono provenire dal primo movimento dopo una sosta controllata, non dall’impressione soggettiva che la corsa risulti più fluida.
Il contesto determina la percentuale.
Punti chiave
- Uno studio del 2019 ha attribuito alle tenute del pistone il 90% dell’attrito nelle configurazioni di cilindri pneumatici sottoposte a prova, non in tutti i cilindri.
- Una riduzione del 70% richiede misurazioni equivalenti della configurazione di riferimento e di quella candidata.
- Un attrito inferiore è accettabile soltanto se continuano a essere soddisfatti anche i criteri di trafilamento, usura, guida e durata.
Che cosa significa «fino al 70%» in una prova della tenuta del pistone?
Belforte e i suoi collaboratori hanno sottoposto separatamente a prova le tenute del pistone e dello stelo in cilindri pneumatici commerciali, rilevando che, nelle configurazioni esaminate, le tenute del pistone generavano il 90% dell’attrito totale. In ogni confronto è essenziale definirne l’ambito. Questo risultato dimostra perché un’affermazione del 70% debba identificare la tenuta di riferimento e le esatte condizioni di prova (Studio sperimentale dell’attrito nelle tenute pneumatiche, 2019).
La riduzione dell’attrito di distacco è la diminuzione relativa della resistenza misurata al primo movimento confermato del pistone. Confronta una configurazione candidata con una configurazione di riferimento identificata, mantenendo invariati i limiti della prova. La percentuale si calcola come segue:
Il simbolo esprime la riduzione percentuale. I valori e rappresentano le rispettive resistenze all’avviamento in newton. Possono essere ricavati dalle pressioni sincronizzate delle camere e dalle aree effettive oppure misurati con un trasduttore di forza calibrato. Occorre utilizzare sempre lo stesso metodo.
Per esempio, un cilindro di riferimento può richiedere 100 N per avviarsi dopo una sosta di 60 secondi. La configurazione candidata ne richiede 30 N con pressione, temperatura, direzione, lubrificante e carico identici. La riduzione è del 70%. Modificare il tempo di sosta o il grasso rende il confronto non valido.
Sono le misurazioni a stabilire il risultato.
Una percentuale elevata può nascondere una variazione assoluta modesta. Anche ridurre la forza di distacco da 10 N a 3 N equivale al 70%, ma il valore per la macchina è diverso rispetto a una riduzione da 300 N a 90 N. Registrare sia la percentuale sia la forza. Confrontare quindi il margine di forza residuo con il carico utile reale, la pressione nella camera opposta, le guide esterne e l’accelerazione richiesta.
I dati della configurazione di riferimento e di quella candidata devono corrispondere nelle seguenti condizioni:
| Limite del confronto | Parametri che devono rimanere controllati |
|---|---|
| Componenti del cilindro | Alesaggio, stelo, corsa, pistone, canna, guide, fissaggio, attacchi e ammortizzatori |
| Installazione della tenuta | Profilo, orientamento del labbro, cava, utensile di montaggio, tipo e quantità di lubrificante |
| Condizione operativa | Pressione di alimentazione, pressioni di entrambe le camere, temperatura, direzione, carico e orientamento |
| Cronologia dell’avviamento | Tempo di sosta, movimento precedente, stato di depressurizzazione e condizione a freddo o a caldo |
| Misurazione | Campi dei sensori, frequenza di campionamento, soglia del primo movimento, filtraggio e metodo di calcolo |
| Accettazione | Trafilamento esterno, trafilamento interno, comportamento della corsa, usura e ispezione dopo la prova |
Per i calcoli pressione-area e per il bilancio delle forze in estensione e retrazione, consultare la guida specifica alla misurazione della forza di distacco; questo articolo valuta invece come la costruzione del pistone modifichi il risultato all’avviamento.
In che cosa differiscono l’attrito di distacco e l’attrito durante il movimento?
Esperimenti pubblicati nel 2026 hanno registrato posizione, velocità, pressioni di entrambe le camere e forza d’attrito per tre cilindri pneumatici. Un primo picco ha raggiunto circa 15 N, mentre i picchi successivi sono variati durante il movimento. Ciò ha permesso di distinguere la soglia di avviamento dalla resistenza determinata dalla cronologia del sistema (studio pubblicato su Actuators nel 2026, 2026).
Avviamento e scorrimento sono condizioni diverse.
L’attrito di distacco è la resistenza presente prima di un movimento relativo visibile. Durante una sosta, i labbri possono aderire e il grasso può ridistribuirsi. Anche le tensioni dell’elastomero si rilassano. Il movimento inizia soltanto quando la forza pneumatica netta supera tutte le reazioni opposte dovute a tenute, cuscinetti, guide, carico e installazione.
L’attrito durante il movimento è la resistenza registrata dopo l’inizio del moto, quando la velocità, l’energizzazione dovuta alla pressione, il calore e la condizione del film lubrificante influenzano l’interfaccia. La distinzione è pratica: un avviamento agevole può essere seguito da una corsa instabile o da trafilamenti, mentre un basso attrito in movimento non garantisce mai il distacco dopo una sosta prolungata.
| Comportamento osservato | Grandezza probabile | Dati da registrare successivamente |
|---|---|---|
| Un unico picco di forza elevato dopo un arresto prolungato | Resistenza di distacco dopo la sosta | Durata della sosta, temperatura, grasso e pressione al primo movimento |
| Movimento ripetuto di arresto e rilascio | Stick-slip durante il movimento | Posizione, velocità, pressioni di entrambe le camere, comando della valvola e carico |
| Movimento regolare ma differenza di pressione elevata | Attrito durante il movimento o resistenza esterna | Direzione, velocità, forza della guida, allineamento dello stelo e pressione di scarico |
| Il problema compare in un punto della corsa | Difetto meccanico o superficiale | Canna, stelo, guida, cavo, tubo, ingresso nell’ammortizzatore e geometria del fissaggio |
| L’attrito cambia dopo diversi cicli | Ridistribuzione termica o del lubrificante | Numero di cicli, temperatura superficiale, migrazione del grasso e condizione della tenuta |
Non diagnosticare uno stick-slip ripetitivo basandosi soltanto sulla forza di distacco. Gli esperimenti del 2026 hanno rilevato che la portata d’aria, la pressione di alimentazione, il carico esterno, la posizione iniziale e l’attrito statico dipendente dal tempo di sosta interagiscono con la dinamica delle camere. La guida alla diagnosi dello stick-slip a bassa velocità spiega come distinguere questo ciclo dalla resistenza all’avviamento che si manifesta una sola volta.
Quando più attuatori cambiano comportamento contemporaneamente, controllare la dinamica dell’alimentazione prima di sostituire le tenute; la guida alle oscillazioni della pressione dell’aria descrive le evidenze da cercare, perché nessun profilo del pistone può correggere un guasto del regolatore, della valvola, del tubo, del silenziatore o della rete d’aria condivisa.
Quali caratteristiche della tenuta del pistone modificano l’attrito di distacco?
Il catalogo Parker delle tenute pneumatiche attribuisce il basso attrito del profilo C2 alla sua breve area di contatto e, per le applicazioni con aria secca, indica il profilo intercambiabile E4, destinato all’aria senza olio dopo la lubrificazione iniziale in fase di montaggio. Questi dettagli mostrano perché il solo nome del materiale non consenta di prevedere le prestazioni al distacco (Tenute pneumatiche Parker, consultato nel 2026).
Il nome del materiale non determina il risultato.
L’interferenza radiale e il carico sul labbro definiscono il contatto iniziale. Uno schiacciamento eccessivo ostacola il movimento. Se è insufficiente, invece, può causare trafilamenti o lo spostamento della tenuta nella cava; per questo i disegni approvati devono correlare il recupero della mescola, la sezione e la tolleranza dell’alesaggio.
L’energizzazione dovuta alla pressione modifica il contatto all’aumentare della pressione nella camera. Un labbro o un elemento energizzato in PTFE può premere con maggiore forza contro l’alesaggio quando è sottoposto a pressione. Ciò favorisce la tenuta, ma può rendere l’attrito dipendente dalla pressione. Nell’esperimento del 2019 sulle tenute pneumatiche, la pressione ha esercitato un’influenza maggiore della velocità nelle condizioni esaminate; le misurazioni devono quindi essere effettuate alla pressione di esercizio, non su un banco non pressurizzato. La geometria di contatto controlla la zona in cui agisce questo carico di tenuta. Un contatto più corto può ridurre l’area di scorrimento, ma la larghezza non è di per sé un obiettivo. Angolo del labbro, raggio del bordo, spessore della cerniera, direzione di tenuta, supporto della cava e deformazione locale determinano la forma dell’impronta di contatto. Un labbro nominalmente stretto può allargarsi dopo la pressurizzazione o la dilatazione termica. I disegni dei prototipi devono mettere in relazione il comportamento di contatto previsto con la forza di avviamento misurata lungo le tolleranze di produzione e nei diversi stati di pressione.
La scelta della mescola modifica la deformazione e il comportamento di scorrimento. Le cariche cambiano la resistenza all’usura e la risposta termica. Parker descrive il PTFE come un materiale a basso attrito e idoneo al funzionamento a secco, ma il materiale vergine ha una resilienza ridotta, presenta scorrimento viscoso sotto carico e si usura rapidamente. I gradi caricati con carbonio trovano impiego nei sistemi pneumatici, ma la scelta resta subordinata alla controfaccia e al ciclo di lavoro (Guida Parker alla progettazione delle tenute in PTFE, consultata nel 2026).
La ritenzione del lubrificante influisce sulla prima corsa dopo una sosta e sull’andamento dell’attrito nei cicli ripetuti. La tenuta per pistone Z5 di Parker utilizza una geometria del labbro che trattiene il lubrificante, mentre i profili pneumatici distinguono tra aria senza olio e montaggio a secco: molti richiedono comunque un’ingrassatura iniziale. Consultare la guida alle tenute autolubrificanti prima di aggiungere olio alla linea dell’aria o cambiare il grasso di montaggio. Il controllo della cava e della controfaccia può compromettere anche un profilo altrimenti idoneo. Verificare innanzitutto rotondità e finitura dell’alesaggio, quindi smussi, bave, dimensioni della cava, danni di montaggio e guida del pistone. Il carico laterale richiede poi una verifica specifica con la guida al carico laterale sui cilindri, perché l’inclinazione modifica la pressione locale sul labbro.
| Parametro di progetto | Possibile vantaggio in termini di attrito | Guasto introdotto se la modifica è eccessiva |
|---|---|---|
| Interferenza inferiore | Minore forza di contatto iniziale | Trafilamento, posizione instabile del labbro, scarsa tenuta a bassa pressione |
| Impronta di contatto più corta | Minore area di scorrimento | Maggiore tensione locale o margine di tolleranza ridotto |
| Elemento di scorrimento a base PTFE | Basso attrito e minore tendenza allo stick-slip | Scorrimento viscoso, usura, sensibilità al montaggio, recupero elastico insufficiente |
| Elemento energizzante elastomerico | Mantiene il contatto al variare delle tolleranze e della pressione | Precarico aggiuntivo, incompatibilità chimica, deformazione permanente a compressione |
| Geometria di ritenzione del lubrificante | Film più stabile dopo le inversioni | Ritenzione di contaminanti o migrazione del grasso |
| Controfaccia più liscia | Minore abrasione e minori danni alla tenuta | Una finitura non conforme alla specifica della tenuta può trattenere una quantità insufficiente di lubrificante |
Il basso attrito deve essere bilanciato con trafilamento e usura
SMC documenta un funzionamento stabile fino a 0,5 mm/s per alcuni cilindri a bassa velocità, ma gli stessi dati indicano 1 mm/s per alesaggi pari o inferiori a 16 mm. Le dimensioni modificano il limite. Le evidenze specifiche della serie prevalgono quindi su qualsiasi classificazione basata sul materiale (Cilindri SMC a movimento uniforme e a bassa velocità, consultato nel 2026).
L’attrito non può essere l’unico criterio decisivo.
La finestra di accettazione della tenuta è l’intervallo in cui il trafilamento per bypass rimane sotto controllo senza una resistenza allo scorrimento eccessiva. Il carico di contatto può migliorare il comportamento all’avviamento finché tolleranze, temperatura, usura o variazioni della superficie non aprono un percorso di trafilamento inaccettabile. L’usura restringe ulteriormente questa finestra. Uno studio del 2014 ha sviluppato una tenuta pneumatica multilobata per pistone la cui geometria iniziale offriva un attrito ridotto ma una resistenza all’usura inferiore rispetto a una tenuta commerciale a labbro. I ricercatori hanno modificato la zona di contatto e i serbatoi di lubrificante prima di eseguire prove di durata accelerate (Tenuta multilobata a basso attrito per attuatori pneumatici, 2014). L’attrito rilevato alla prima prova e le prestazioni nel tempo richiedono valutazioni distinte.
Ottimizzare una finestra, non un singolo valore minimo isolato. Un avviamento regolare definisce soltanto uno dei suoi limiti. Trafilamento, usura, generazione di particelle, calore, perdita di forza utile e deriva della durata definiscono il limite opposto; una riduzione iniziale dell’attrito può quindi non superare l’accettazione della macchina.
Prima di approvare un profilo a bassa forza di distacco, verificare i seguenti compromessi:
- Tenuta a bassa pressione: confermare l’energizzazione del labbro dopo una sosta.
- Intervallo di pressione: verificare pressione stabile, transitori, gioco di estrusione e supporto antiestrusione rispetto ai dati del profilo approvato.
- Distanza di usura: specificare i cicli e la corsa accumulata.
- Temperatura: qualificare il recupero della mescola, il precarico dell’elemento energizzante, la viscosità del grasso, l’interferenza e la dilatazione termica all’avviamento a freddo e nel funzionamento stabilizzato.
- Qualità dell’aria: sottoporre a prova particelle, acqua, trascinamento d’olio ed esposizione ad aria secca pertinenti.
- Guida: dimostrare che i cuscinetti sostengono il carico laterale per l’intera corsa, anziché utilizzare la tenuta come supporto radiale.
- Pulizia del processo: indicare grassi, particelle e oli non ammessi.
Per una valutazione dei materiali che vada oltre l’attrito, utilizzare il metodo di valutazione della compatibilità delle tenute. La più ampia guida alle tenute dinamiche e statiche aiuta a evitare che tenute scorrevoli, tenute della canna, raschiatori ed elementi di ammortizzazione vengano specificati come se svolgessero la stessa funzione.
Come devono essere misurati e specificati dagli ingegneri i risultati di una modifica della tenuta?
La norma ISO 19973-3 esprime la durata dei cilindri pneumatici con stelo in cicli o chilometri e comprende le apparecchiature di prova e i livelli di soglia. Applicare la stessa disciplina al confronto tra tenute: utilizzare componenti equivalenti, definire il guasto, ripetere le misurazioni e conservare i dati grezzi di ogni configurazione approvata (ISO 19973-3, confermata nel 2026).
Iniziare con la procedura di controllo delle energie approvata per la macchina. Mettere in sicurezza il carico utile e isolare tutte le fonti di energia prima di scollegare un cilindro o uno strumento di pressione. Una prova di distacco può causare un movimento improvviso quando la forza pneumatica accumulata supera la resistenza; prima di applicare pressione occorre quindi verificare attrezzatura di prova, carico, protezioni e limiti di corsa.
Utilizzare la seguente sequenza di misurazione:
La misurazione deve essere tracciabile.
- Identificare la configurazione. Registrare codice del cilindro, alesaggio, stelo, corsa, profilo, mescola, revisione della cava, guida, fissaggio, ammortizzatori e posizione degli strumenti.
- Definire il primo movimento. Indicare la soglia di spostamento o velocità e la regola di filtraggio.
- Controllare la cronologia. Stabilire depressurizzazione, direzione precedente, sosta, stato termico e cicli di condizionamento, affinché ogni avviamento abbia la stessa preparazione.
- Misurare entrambe le camere. Sincronizzare pressione del lato fondello, pressione del lato stelo e posizione. Conservare come canali diagnostici anche la pressione di alimentazione e il comando della valvola, pur se non rientrano nel calcolo della forza.
- Determinare la resistenza. Applicare in modo coerente le aree effettive e il carico esterno oppure utilizzare un trasduttore calibrato.
- Ripetere in ogni direzione. Estensione e retrazione hanno aree diverse; anche orientamento del labbro, tenuta dello stelo, carico utile, gravità e reazioni delle guide possono invertirsi o cambiare entità.
- Completare il ciclo di lavoro. Misurare stabilità del movimento, trafilamento, tempo di corsa, temperatura e comportamento a bassa velocità dopo il primo avviamento riuscito.
- Ispezionare tempestivamente. Registrare l’usura e la migrazione del lubrificante prima della pulizia.
Lo stato del montaggio è importante. Nella nostra esperienza, il grasso appena applicato o un alesaggio lucidato possono mascherare l’effetto della modifica del profilo. Lo stesso vale per guide nuove e allineamento corretto. Questi interventi possono essere validi, ma una modifica combinata non consente di attribuire il miglioramento misurato alla sola geometria della tenuta.
Definire i criteri di accettazione prima di scegliere la soluzione migliore:
| Voce di accettazione | Registrazione minima |
|---|---|
| Distacco | Soglia di forza o pressione per direzione, sosta, temperatura e numero di ripetizione |
| Movimento durante la corsa | Velocità media, variazione della velocità, arresti, distanza di slittamento e pressioni delle camere |
| Trafilamento | Metodo per trafilamento interno ed esterno, pressione, tempo di stabilizzazione e limite ammesso |
| Durata | Cicli, corsa accumulata, carico, velocità, intervallo di ispezione e soglia di guasto |
| Condizione | Usura della tenuta, segni sull’alesaggio, spostamento del grasso, usura delle guide ed evidenze di particelle |
| Tracciabilità | Lotto della tenuta, mescola, revisione del disegno, lubrificante, codice del cilindro e taratura del sensore |
Preparare la RFQ partendo da dati misurati. Identificare i codici del cilindro e della tenuta; aggiungere alesaggio, cava, pressione, velocità, corsa, sosta, ciclo di lavoro, temperatura, qualità dell’aria, lubrificante, carico utile, orientamento, guida, risultati di distacco, limite di trafilamento, obiettivo di durata e materiali ammessi. Allegare fotografie scattate prima della pulizia. Indicare sempre le unità.
Se le prove equivalenti rilevano 100 N per la configurazione di riferimento e 30 N per quella candidata, un’affermazione del 70% è matematicamente corretta per quella configurazione. Approvarla soltanto se superano le verifiche anche trafilamento, movimento durante la corsa, usura e durata. Senza questi limiti, «fino al 70%» resta un titolo, non una specifica tecnica.
Le evidenze chiudono il processo.
Le affermazioni richiedono un contesto.
I dati dell’editore e un canale per segnalare correzioni tecniche sono disponibili nelle pagine Chi siamo e Contatti.
Domande frequenti sull’attrito di distacco delle tenute del pistone
Lo studio del 2019 sulle tenute pneumatiche ha rilevato che, negli esperimenti condotti, la pressione influiva più della velocità. Uno studio del 2026 su tre cilindri ha inoltre collegato l’attrito statico dipendente dal tempo di sosta allo stick-slip. Le risposte che seguono considerano quindi il distacco come una misura specifica delle condizioni, non come una percentuale fissa della forza teorica (Tribology International, 2019; Actuators, 2026).
Il PTFE riduce automaticamente del 70% l’attrito di distacco della tenuta del pistone?
No. Parker identifica il PTFE come materiale a basso attrito, ma ne documenta lo scorrimento viscoso e la resilienza limitata. Le cariche modificano questo equilibrio. Le prestazioni del componente finito dipendono comunque da elemento energizzante, profilo, interferenza, controfaccia, cava, pressione, lubrificante e preparazione della controfaccia. Solo una prova comparativa equivalente può, per esempio, dimostrare una riduzione del 70% per una determinata configurazione approvata.
Come si calcola una riduzione del 70% dell’attrito di distacco?
Calcolare la differenza, dividerla per il valore di riferimento e moltiplicare per 100%. Il passaggio da 100 N a 30 N corrisponde al 70%. Questa è l’operazione aritmetica. Tutti i limiti devono però rimanere identici: cilindro, direzione, sosta, temperatura, lubrificante, metodo di misurazione della pressione, carico esterno e soglia del primo movimento.
La pressione di distacco equivale alla forza di distacco?
No. La pressione di distacco è il valore di una camera al primo movimento. Per determinare la forza servono le pressioni di entrambe le camere e le rispettive aree effettive del pistone. L’area sul lato stelo è diversa. Anche la direzione del carico esterno modifica il bilancio; occorre quindi sincronizzare la pressione con la posizione, anziché considerare il valore di un solo manometro come resistenza totale.
La lubrificazione può ridurre la forza di distacco senza cambiare la tenuta del pistone?
Sì. Tipo, quantità e distribuzione del grasso, oltre al tempo di sosta, possono modificare la resistenza iniziale; per questo la lubrificazione deve rimanere controllata in una prova A/B delle tenute. Anche alcuni cilindri definiti non lubrificati ricevono grasso durante il montaggio. Non aggiungere olio alla linea dell’aria, a meno che le istruzioni dello specifico cilindro non lo consentano e la manutenzione possa garantire la continuità del nuovo regime.
Quali verifiche devono essere superate dopo l’installazione di una tenuta del pistone a basso attrito?
Verificare entrambe le direzioni dopo soste definite. Proseguire controllando stabilità del movimento, trafilamento interno ed esterno, tempo di corsa, temperatura, ammortizzazione e prestazioni sotto carico. La norma ISO 19973-3 collega i risultati di affidabilità alle apparecchiature e alle soglie; limiti di accettazione espliciti e registrazioni di taratura conservate rendono queste evidenze verificabili.
Fonti e riferimenti tecnici
- Belforte et al., «Studio sperimentale dell’attrito nelle tenute pneumatiche», Tribology International 135, 432-443, 2019; consultato il 19/07/2026.
- Belforte et al., «Tenuta multilobata a basso attrito per attuatori pneumatici», Wear 320, 7-15, 2014; consultato il 19/07/2026.
- Ngoc, Pham e Xuan, «Studio sperimentale e mediante simulazione a livello di sistema delle caratteristiche dello stick-slip nei cilindri pneumatici», Actuators 15(5), 243, 2026; consultato il 19/07/2026.
- ISO 19973-3:2015, prove di affidabilità e redazione dei rapporti per cilindri pneumatici con stelo; confermata nel 2026, consultata il 19/07/2026.
- Catalogo Parker delle tenute pneumatiche PTD3351, geometria, materiali, lubrificazione e limiti di installazione delle tenute del pistone; consultato il 19/07/2026.
- Guida Parker alla progettazione delle tenute in PTFE PTD3354, attrito, scorrimento viscoso, usura, cariche e limiti applicativi del PTFE; consultata il 19/07/2026.
- Dati SMC sui cilindri a movimento uniforme e a bassa velocità, dati configurati su velocità minima e forza sviluppata; consultati il 19/07/2026.