Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Michel CARTIER : Responsable du département Mécanique des surfaces et tribologie de HEF R & D (Hydromécanique et Frottement)
-
Philippe KAPSA : Directeur de recherches au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Directeur du Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes, UMR CNRS 5513
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Lire l’articleINTRODUCTION
Faute de pouvoir s’appuyer sur des prescriptions formelles, et, qui plus est sur des « catalogues » de solutions, la résolution des problèmes de frottement et d’usure repose aujourd’hui essentiellement sur un certain nombre de « règles de l’art » issues de lois générales construites le plus souvent sur la base de retours d’expériences, recoupements...
Malgré les efforts consentis pour essayer de formaliser les connaissances et le savoir-faire (modélisations, bases de données, guides d’emploi...), les informations accessibles restent des indicateurs qui, le plus souvent, permettent de conclure non pas sur le choix d’une solution, mais sur plusieurs options pos-sibles. Cette situation très courante justifie la place importante de l’expérimentation en tribologie, qui constitue un moyen souvent incontournable de sélection et choix définitifs des solutions.
On trouvera ci-après un certain nombre de règles de conception utilisables en construction mécanique, ces prescriptions impliquant la plupart des paramètres du contact tribologique : géométrie, topographie, lubrification, matériaux... Les règles et recommandations proposées s’articulent de la façon suivante :
-
le premier groupe de recommandations, relatif aux contraintes mécaniques superficielles, aux températures, au coefficient de frottement, à la lubrification, correspond à des principes applicables aux situations (les plus fréquentes) où les phénomènes d’usure mettent en cause le comportement mécanique et thermique des contacts frottants ;
-
les prescriptions concernant la topographie regroupent des spécifications à adapter au cas par cas, en fonction du contexte d’utilisation et notamment du mode de lubrification ;
-
les indicateurs spécifiques aux matériaux (incluant les traitements de sur-faces) portent, d’une part sur les critères de choix et d’orientation en fonction des principaux modes d’usure, d’autre part sur les propriétés de base et domaines d’utilisation de quelques grandes familles de solutions possibles.
Cet article constitue le dernier chapitre d’une série consacrée à l’Usure des contacts mécaniques :
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de août 2023 par Michel CARTIER, Philippe KAPSA
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Rôle des matériaux et traitements de surfaces
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1. Règles de conception
La technologie du frottement restant encore très complexe, l’ensemble des prescriptions proposées ici ne constitue bien évidemment que des tendances.
Par ailleurs, certaines règles étant souvent établies sur la base d’un paramètre donné, il est possible de tomber sur des contradictions dès lors que sont pris en compte plusieurs paramètres ; face à ce type de situation, le choix entre les options possibles devra être réalisé en identifiant le (ou les) facteur(s) prépondérant(s), pour la situation de frottement concernée, à partir de l’analyse du système tribologique, supportée, si nécessaire, par l’expérimentation.
Enfin, l’application d’un certain nombre de principes tribologiques, comme ceux liés à l’affectation des matériaux, doit être dans tous les cas validée avec les autres éléments du cahier des charges et, en particulier, tenir compte des spécifications liées à une fonction particulière et/ou à des impératifs de construction (sollicitations mécaniques, mise en œuvre des matériaux, répartition des masses...).
1.1 Contraintes mécaniques superficielles
Les efforts supportés par les pièces étant imposés par construction, le niveau ou l’effet des contraintes de contact peuvent être limités moyennant un certain nombre d’actions dont les principales sont récapitulées ci-après.
-
Optimisation de la géométrie de contact :
-
augmenter les rayons de courbure ;
-
supprimer les concentrations de contraintes, les efforts sur arêtes dus aux désalignements :
-
améliorer les guidages (réduction des jeux...),
-
remplacer les arêtes vives par des rayons,
-
introduire un degré de liberté supplémentaire (par exemple coussinet monté sur élastomère, ou sur rotule dans le cas d’un palier).
-
-
-
Amélioration de la répartition des charges :
-
optimiser les paramètres géométriques (planéité...) et la rugosité (rodage préalable...) ;
-
améliorer les facultés d’adaptation-accommodation des surfaces ;
-
lubrifier.
-
-
Contrôle des contraintes résiduelles :
- ...
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