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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)
-
François ROBBE-VALLOIRE : Professeur des universités - Responsable de l’axe Dynamique, Matériaux et Structures du laboratoire Quartz - Institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
-
Robert PROGRI : Docteur ingénieur - Docteur ès sciences - Ancien professeur d'université de Tirana et de l'institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
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 partie 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 archivée 1 de déc. 2010 par Robert PROGRI, François ROBBE-VALLOIRE
DOI (Digital Object Identifier)
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Aspects phénoménologiques de la lubrification mixte
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1. Contexte
Le mécanisme de lubrification mixte traduit une phénoménologie d’interaction entre deux pièces en contact dans un milieu fluide. Cette interaction est basée sur la coexistence dans le contact de deux modes locaux de lubrification qui vont avoir des comportements différents. Ainsi, la répartition entre ces deux modes de lubrification va directement influencer le comportement global du contact. La rugosité joue un rôle important car elle est à l’origine des variations géométriques de la morphologie de l’interface entre les deux pièces en contact, ce qui conduit à la coexistence dans des zones voisines de ces deux modes locaux de lubrification. Cette section va détailler ces deux modes locaux de lubrification et la rugosité qui constituent les principaux phénomènes à l’origine de la lubrification mixte.
1.1 Mode local de lubrification en film mince continu
D’une manière générale, la lubrification en film mince continu est obtenue lorsque localement l’épaisseur du film lubrifiant est telle que l’on peut avoir un grand nombre de molécules de lubrifiant dans l’épaisseur, cette dernière restant néanmoins très faible devant les dimensions du contact.
En particulier, sachant que l’ordre de grandeur des dimensions d’une molécule de lubrifiant est le centième de micromètre pour la longueur, le nanomètre pour le diamètre, et compte-tenu de l’organisation des molécules dans le contact (figure 1), ce mode d’action est généralement attribué à une épaisseur de film lubrifiant locale supérieure ou égale à 0,1 μm environ .
Ce mode de lubrification donne des frottements extrêmement faibles (coefficient de frottement de Coulomb de l’ordre de 0,01 voire moins), ce qui est attribué à la facilité de glissement des molécules de lubrifiant les unes sur les autres et à l’effet de fractionnement des glissements compte-tenu du grand nombre de molécules dans le film ...
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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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
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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