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RÉSUMÉ
Le fonctionnement et la fiabilité des contacts entre éléments de mécanismes sont des sujets au coeur de la tribologie. Dans les contacts très chargés, dits en régime «élastohydrodynamique», tels que ceux rencontrés dans les roulements, les engrenages et les cames-poussoirs, l'intensité notamment des pressions et des températures peut être à l'origine d'avaries de surface qui dégradent la "peau" des massifs. Cet article étudie plus particulièrement les fatigues de surfaces à partir de modélisations tribomécaniques de ces contacts et permet d'évaluer les limites admissibles des paramètres fonctionnels.
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Louis FLAMAND : Professeur à l'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures – UMR CNRS 5259
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Philippe SAINSOT : Maître de conférences à l'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures – UMR CNRS 5259
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Ton LUBRECHT : Professeur à l'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures – UMR CNRS 5259
INTRODUCTION
Les mécanismes industriels utilisent des pièces en mouvement relatif dont les liaisons sont généralement des paliers hydrostatiques ou hydrodynamiques, des roulements à billes ou à rouleaux, des engrenages ou encore des cames et des poussoirs. Alors que la performance de ces mécanismes dépend de concepts globaux, par exemple la dynamique, l'élasticité, leur fonctionnement et leur fiabilité sont tributaires de concepts locaux de tribologie ou de mécanique des contacts. En effet, les sollicitations provoquées par le contact entre les éléments en mouvement relatif induisent des champs de contraintes et de températures dans la « peau » de ces éléments qui, comparés aux limites admissibles pour les matériaux, peuvent être à l'origine d'avaries. Cet article a pour objectif de définir les critères qui permettent d'analyser la sévérité du fonctionnement du contact et les risques d'avaries de surface. C'est un problème important, à la fois du point de vue industriel et du point de vue scientifique. En effet, la plupart des mécanismes utilisent des contacts dans leurs liaisons, dont les dégradations constituent encore aujourd'hui un handicap important pour leur fiabilité. Par ailleurs, la modélisation de leur fonctionnement et de leurs dégradations constitue un domaine récent dont les aspects pluridisciplinaires en font un secteur très ouvert.
Le domaine de cette étude est limité à celui des contacts élastohydrodynamiques, c'est-à-dire ceux dans lesquels la pression de contact est élevée, de l'ordre de grandeur des limites de comportement élastiques des matériaux. Il s'agit notamment des roulements, des engrenages et des cames, à l'exclusion des paliers.
Dans un premier temps, les familles d'avaries seront présentées puis, à partir de concepts mécaniques, les paramètres du fonctionnement de ces contacts seront définis et enfin certaines limites seront établies.
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Avaries de surface dans les contacts élastohydrodynamiques
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4. Conclusion
Cet article a traité des avaries de surface dans les contacts hertziens lubrifiés et plus particulièrement des fatigues superficielles.
Les différentes avaries de surface ont été classées en fonction des sollicitations qui les produisent.
L'analyse du fonctionnement de contact qui a été proposée ici repose sur des concepts mécaniques : géométrie, champs de contraintes et de température. Elle concerne les domaines habituels d'un problème tribologique : les premiers corps, c'est-à-dire les massifs, et le troisième corps, c'est-à-dire le film visqueux lubrifiant.
Cette démarche est particularisée par la prise en compte d'échelles géométriques couvrant plusieurs ordres de grandeur.
L'une est classique : celle du contact global. Elle a fait l'objet de nombreux travaux théoriques et expérimentaux relatifs :
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à la géométrie du film lubrifiant ;
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à la pression en surface et aux contraintes dans les massifs ;
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à l'augmentation de température.
L'autre échelle est plus fine, c'est celle des contacts locaux au niveau des aspérités des surfaces des massifs. Elle est moins bien connue et elle est, depuis deux décennies, au cœur des travaux sur ce sujet.
Par contre, l'analyse du problème thermique à cette échelle reste à entreprendre.
Des paramètres traduisant l'état mécanique, c'est-à-dire l'environnement mécanique du contact, et des paramètres fonctionnels du contact découlent de ces analyses. La sévérité du fonctionnement peut alors être décrite par des grandeurs mécaniques objectives : pressions, contraintes, températures aux deux échelles significatives.
Des relations ont été établies entre ces paramètres fonctionnels et les différents types d'avaries de surface observés dans les contacts hertziens lubrifiés. Les résultats principaux sont que, pour des conditions physiques et chimiques données et constantes, deux paramètres gouvernent les fatigues superficielles :
-
la pression hertzienne maximale qui est prépondérante sur la formation des écailles qui constituent la réponse des massifs aux sollicitations à l'échelle globale ;
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le rapport de rugosité qui est essentiel pour la formation des microécailles, elles-mêmes réponses des peaux des massifs aux...
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BIBLIOGRAPHIE
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