Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l’article TRI1520 intitulé « Régime de lubrification mixte » paru en 2010, rédigé par Robert Progri et François Robbe-Valloire.
RÉSUMÉ
Le régime de lubrification mixte est caractérisé par l’existence d’un film liquide lubrifiant ayant une épaisseur pouvant aller, suivant l’endroit considéré du contact, de quelques molécules jusqu’à un grand nombre de molécules d’huile. Ces deux morphologies de film lubrifiant induisent des comportements en cisaillement très différents (frottement fluide pour les fortes épaisseurs et frottement de type coulomb pour les épaisseurs de quelques molécules). Le comportement spécifique induit par la morphologie particulière du film en présence du régime de lubrification mixte est présenté, selon un point de vue phénoménologique, et quantitativement à travers l’influence des principaux paramètres. L’article présente des techniques expérimentales et les approches de modélisation pour la lubrification mixte.
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A mixed lubrication regime is characterized by an interfacial fluid lubricant film of uneven thickness. According to the point of contact considered, fluid film thickness can range from a few to a large number of oil molecules, with radically different local friction behavior (fluid shearing for the thickest films and Coulomb-type friction for films a few molecules thick). The specific behavior induced by the combination of these two behaviors is presented, first from a phenomenological point of view, and then quantitatively through the influence of the main parameters. Practical applications, and experimental techniques involving a mixed lubrication regime, are also developed. The article concludes with the presentation of modeling approaches for the mixed lubrication regime.
Auteur(s)
-
Robert PROGRI : Docteur ingénieur, Docteur es sciences, ancien professeur d'université de Tirana et de l'institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
-
François ROBBE-VALLOIRE : Professeur des universités, responsable du groupe Tribologie et matériaux (SUPMECA) - Laboratoire d'ingénierie des systèmes mécaniques et des matériaux (LISMMA)
INTRODUCTION
La lubrification intervient non seulement dans un grand nombre d'applications industrielles où le fluide lubrifiant est généralement l'huile, mais aussi dans le domaine biomédical avec l'ensemble de nos articulations lubrifiées par le liquide synovial. En général, pour la plupart de ces applications, les faibles niveaux d'usure et de frottement sont obtenus grâce à l'absence totale de contact en raison de la présence d'un film séparant complètement les deux pièces antagonistes. En revanche, dans certains cas particuliers, ce film continu entre les deux pièces ne peut pas être maintenu et les interactions directes entre les deux pièces prennent alors place. La morphologie du film fluide doit être analysée à l'échelle de la microgéométrie.
Même si elle présente une certaine aptitude à la déformation, la microgéométrie des deux pièces ne permet pas d'assurer, dans la zone de contact, l'absence d'interpénétrations. Elle conduit donc à un morcellement du film d'huile au niveau des aspérités de l'une ou l'autre pièce les plus saillantes, les creux restant remplis par le film d'huile. La discontinuité du film d'huile est la caractéristique principale de la lubrification en régime mixte. Le contact est ainsi le siège de deux types de comportement, l'un similaire au film mince continu et l'autre proche d'un contact direct au niveau des aspérités les plus hautes.
Après une première section destinée à présenter les généralités de la lubrification mixte (son positionnement dans le contexte de la lubrification, puis une description phénoménologique), cet article détaillera les aspects pratiques liés à l'utilisation de la lubrification mixte (influence des paramètres, cas d'utilisation et choix des matériaux). La dernière partie du document présentera les différentes méthodes permettant l'étude de la lubrification mixte. Dans un premier temps, nous détaillerons les techniques expérimentales. Nous terminerons par une revue des différentes méthodes permettant de modéliser le comportement en présence de lubrification mixte.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
friction | wear | thin film | lubrication
VERSIONS
- Version courante de juin 2016 par François ROBBE-VALLOIRE, Robert PROGRI
DOI (Digital Object Identifier)
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Modélisation théorique6. Caractérisation expérimentale
La description du comportement tribologique en présence du régime de lubrification mixte repose, comme pour les autres domaines de la tribologie, sur la quantification des paramètres tels que le coefficient de frottement et le coefficient d'usure. Ces différents éléments ont été largement développés dans la sous-section 2 consacrée à l'analyse phénoménologique.
La totale détermination de ces paramètres (frottement et usure en régime mixte ou limite) est extrêmement délicate, car ils sont liés à un très grand nombre d'aspects (chimiques, physiques et mécaniques). Un des moyens les plus fiables pour la détermination de ces différents éléments reste le recours à des moyens d'essais et des protocoles spécifiques qui vont être détaillés dans cette section.
6.1 Tribomètres utilisés pour les caractérisations en régime de lubrification mixte ou limite
En amont de l'essai sur composant réel, le tribomètre est un outil très intéressant pour caractériser, sans une mise en œuvre trop lourde, le comportement du contact. La 19 ci-après présente la configuration d'un tribomètre de type pion-disque adapté à la mesure du comportement en présence du régime de lubrification mixte. C'est ce type de tribomètre qui a permis de réaliser par exemple la plupart des caractérisations expérimentales détaillées dans la section 3.
Ce tribomètre présente les caractéristiques de base du tout tribomètre. Il permet d'imposer au contact, une force normale et un glissement, tous deux contrôlés. Par ailleurs, l'instrumentation de la force tangentielle, associée à la connaissance de la force normale permet d'estimer le coefficient de frottement et de le relier à la vitesse de glissement. Il est donc possible de tracer les courbes de Stribeck du contact étudié, par exemple en réalisant une programmation en vitesse. La 20 ci-après détaille un exemple de protocole basé sur une évolution de la vitesse de glissement par paliers (durée de chaque palier de l'ordre de 1 à 3 minutes) qui permet d'évaluer la variation du coefficient de frottement en fonction de la vitesse.
D'autre part, l'atout essentiel d'un tribomètre est également de permettre l'utilisation de forme simple pour les éprouvettes afin de caractériser aisément l'usure, par...
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Caractérisation expérimentale
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LELOUP (L.) - Étude de la lubrification et calculs de paliers, lois théoriques et expérimentales. - DUNOD (1954).
-
(2) - FRENE (J.), DEGUEURCE (B.), RIOLLET (G.) - Lubrification hydrodynamique : Paliers et butées. - EYROLLES (1990).
-
(3) - Handbook of Lubrication - – Volume II : Theory and design. CRC PRESS (1984).
-
(4) - BOWDEN (F.Ph.), TABOR (D.) - The friction and lubrication of solids. - Clarendon Press, OXFORD (1953).
-
(5) - PAFFONI (B.), ROBBE-VALLOIRE (F.), PROGRI (R.), GRAS (R.) - An asperity based model for wear rate in mixed lubrication, - Proc. of the 31 Leeds-Lyon Symposium, Tribology and Interface Engineering Series, Vol. 48, Elsevier, p. 555-561 (2005).
-
(6) - PATIR (N.), CHENG (H.) - An average flow model for determining effects of three-dimensionnal roughness...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Lubrifiants – Propriétés et caractéristiques.
-
Lubrifiants – Constitution.
-
Lubrifiants – Additifs à action chimique.
-
Lubrifiants – Additifs à action physique ou physiologique.
-
Butées et paliers hydrodynamiques.
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