Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article a été relu et révisé en 2023 par Julien FORTES DA CRUZ, maître de conférences au sein de l’équipe tribologie et matériaux du laboratoire Quartz (EA7393), ISAE-Supmeca.
RÉSUMÉ
Pour résoudre les problèmes de frottement et d'usure dans les contacts mécaniques, les informations disponibles se traduisent souvent par plusieurs options possibles plutôt qu'une solution unique. L'expérimentation en tribologie est donc importante pour le choix final des solutions. L'article présente un ensemble de règles de conception pour la construction mécanique, couvrant des domaines tels que la géométrie, la topographie, la lubrification et les matériaux.
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To solve friction and wear problems in mechanical contacts, the available informations often allows only several possible options rather than a single solution. Tribology experimentation is therefore important for the final selection of solutions. The paper presents a set of design rules for mechanical construction, covering areas such as geometry, topography, lubrication and materials.
Auteur(s)
-
Michel CARTIER : Responsable du département mécanique des surfaces et tribologie de HEF Groupe (R & D)
-
Philippe KAPSA : Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Directeur du laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes, UMR CNRS 551
INTRODUCTION
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 possibles. 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 surface) 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 volet d’une série consacrée à l’usure des contacts mécaniques :
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
coating | surface treatment | lubrication | roughness
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2001 par Michel CARTIER, Philippe KAPSA
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Mécanique > Fonctions et composants mécaniques > Comportement en service des systèmes et composants mécaniques > Usure des contacts mécaniques - Maîtrise de l’usure et du frottement > Conclusion
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Règles de conception
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3. Conclusion
La maîtrise de l’usure et du frottement au sein d’interfaces mécaniques pose un problème de conception complexe et multidisciplinaire, à l’image de la tribologie en général. L’analyse de ces interfaces en tant que système tribologique permet d’identifier un ou plusieurs facteurs prépondérants, et de mettre en place les solutions palliatives adaptées présentées dans cet article. La multiplicité des facteurs d’influence peut entraîner des cas où les solutions sont contradictoires. La recherche de compromis lors de la phase de conception, appuyée idéalement par des confirmations expérimentales, est alors la base du choix d’une interface tribologique robuste.
Une impasse de conception peut être levée par l’utilisation de traitements de surface ou revêtements qui ont la capacité de radicalement modifier les propriétés locales des surfaces tout en conservant les performances à cœur du matériau. Si les règles de conception de base des interfaces tribologiques sont maintenant bien connues et complétées par un savoir-faire industriel, les performances et limites de ces solutions sont régulièrement repoussées (propriétés mécaniques, adhésion sur le substrat, épaisseurs affectées…), et étendues avec l’utilisation de solutions composites combinant plusieurs procédés superposés. La démarche de conception générale bénéficie fortement d’une validation expérimentale, non seulement pour filtrer une sélection de plusieurs procédés potentiels, mais également pour l’optimisation des paramètres du procédé de dépôt (ou de la mise au point de la gamme de procédés en cas de dépôt composite).
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BELOT (J.M.), RIGAUT (B.) - Importance économique de l’usure. - CETIM informations n° 141, p. 29-32 (1994).
-
(2) - TIMOSHENKO (S.), GODIER (J.N.) - Theory of elasticity. - DUNOD (1951).
-
(3) - CAUBET (J.J.), CARTIER (M.) - Analyse des contraintes résultant du contact de deux corps frottants. - Les mémoires du CETIM n° 1 (1969).
-
(4) - VAZIRI (M.), STOTT (F.H.), SPURR (R.T.) - Studies of the friction of polymeric materials. - Wear, vol. 22, p. 313-327 (1988).
-
(5) - CARTIER (M.) - Les revêtements autolubrifiants ou vernis de glissement. - Journées CETIM « Le frottement sec et la lubrification solide », p. 15-16 (1998).
-
(6) - CARTIER (M.) - Positionnement...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1.1 Organismes de formation (liste non exhaustive)
Conservatoire national des Arts et Métiers (CNAM Entreprises, anciennement Centre d’Actualisation des Connaissances et de l’Étude des Matériaux Industriels (CACEMI)) :
– Dégradation des surfaces par usure en construction mécanique
Institut national des Sciences Appliquées (INSA) – INSAVALOR (Lyon/Toulouse) :
– Frottement – Lubrification – Tribologie : Applications aux mécanismes
Centre technique des Industries mécaniques (CETIM Academy) :
– Frottement, usure et lubrification des organes mécaniques
– Traitements de surface
HEF Formation :
– La tribologie : Savoir traiter les problèmes de frottement et d’usure
– Traitements et revêtements de surfaces appliqués aux problèmes de frottement
École centrale de Lyon (ECL) – ECL Pro :
– Les principes de la Tribologie et leurs applications
– Expertise de pièces usées en Tribologie
– Pratique de la microscopie à force atomique (AFM), nanodureté et mécanique du contact
Institut supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace – Supméca (ISAE-Supméca anciennement Institut Supérieur des Matériaux et de la Construction Mécanique (ISMCM) – Centre d’Études Supérieures des Techniques Industrielles (CESTI)) :
– Tribologie et conception mécanique
Association française de Normalisation (AFNOR Compétences)
– Tribologie
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