CHAPITRE 3 - TRIBOLOGIE : FROTTEMENT ET USURE DES SURFACES
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contexte de concepts nouveaux introduits notamment par des équipes françaises
(Institut national des sciences appliquées et École Centrale de Lyon). Le modèle
proposé prend en compte tous les paramètres habituels du système (pression,
vitesse, température, propriétés des matériaux, traitements de surface, conditions ambiantes.. .) mais fait appel à u n mécanisme unique basé sur la formation
d’un troisième corps obtenu à partir de la dégradation, ou plus exactement, de
l’évolution des surfaces en contact (les deux premiers corps).
Ce troisième corps, ou lit de debris, se comporte comme le film d’huile dans
le cas du frottement lubrifié. En frottement lubrifié, les performances dépendent
des qualités du lubrifiant et de son apport à l’interface frottant. En frottement
sec, les performances dépendent du comportement du troisième corps et du
temps pendant lequel il reste << piégé D entre les pièces en frottement.
En conséquence, les résultats seront différents selon qu’on s’intéresse à des
contacts << ouverts x comme le système roue/rail de chemin de fer ou à des
contacts u fermés x comme les systèmes à rotules. Le système ouvert doit être
testé avec u n tribomètre du type de celui de la figure 3 . 3 7 ~ alors que celui de la
figure 3.37d est réservé aux systèmes fermés. Les mécanismes ont été précisés
par Berthier(35) qui tient compte en particulier du fait que, sur les surfaces frottantes, se développent des films d‘oxydes et d’adsorbats qui jouent le rôle
d’écrans limitant l’adhérence entre les solides. Ces écrans sont appelés écrans
statiques.
Dans le frottement fluide, la différence de vitesse entre les surfaces frottantes
est absorbée par le film d’huile qui accommode le mouvement par des cisaillements. Dans le frottement solide, cette accommodation peut être obtenue selon
quatre modes notés de M, à M, :
M, : mode élastique,
M, : mode rupture normale,
M, : mode cisaillement,
M, : mode roulement (particules sphériques ou cylindriques).
On distingue cinq sites, notés de S , à S,, susceptibles d’accueillir ces quatre
modes d’accommodation ; ce sont : les deux corps initiaux, le troisième corps et
les deux écrans statiques.
L a figure 3.39 montre la structure de l’interface proposée par Berthier.
Avec cinq sites et quatre modes d’accommodation, il existe vingt possibilités
de mécanismes d‘accommodation ; dans chaque cas il faut identifier le (les)
mécanisme(s) noté(s) SiMj.
La figure 3.40 rappelle que le fonctionnement de l’interface frottante est
subordonné à la circulation/recyclage des débris d’usure. Ce modèle a été établi
à partir de nombreuses observations sur des systèmes réels. Un même site peut
être le siège de plusieurs mécanismes successifs.
( 3 5 ) Berthier Y . , Mécanismes et tribologie, Thèse, INSA et université Claude B e r n a r d , Lyon
(1988).
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contexte de concepts nouveaux introduits notamment par des équipes françaises
(Institut national des sciences appliquées et École Centrale de Lyon). Le modèle
proposé prend en compte tous les paramètres habituels du système (pression,
vitesse, température, propriétés des matériaux, traitements de surface, conditions ambiantes.. .) mais fait appel à u n mécanisme unique basé sur la formation
d’un troisième corps obtenu à partir de la dégradation, ou plus exactement, de
l’évolution des surfaces en contact (les deux premiers corps).
Ce troisième corps, ou lit de debris, se comporte comme le film d’huile dans
le cas du frottement lubrifié. En frottement lubrifié, les performances dépendent
des qualités du lubrifiant et de son apport à l’interface frottant. En frottement
sec, les performances dépendent du comportement du troisième corps et du
temps pendant lequel il reste << piégé D entre les pièces en frottement.
En conséquence, les résultats seront différents selon qu’on s’intéresse à des
contacts << ouverts x comme le système roue/rail de chemin de fer ou à des
contacts u fermés x comme les systèmes à rotules. Le système ouvert doit être
testé avec u n tribomètre du type de celui de la figure 3 . 3 7 ~ alors que celui de la
figure 3.37d est réservé aux systèmes fermés. Les mécanismes ont été précisés
par Berthier(35) qui tient compte en particulier du fait que, sur les surfaces frottantes, se développent des films d‘oxydes et d’adsorbats qui jouent le rôle
d’écrans limitant l’adhérence entre les solides. Ces écrans sont appelés écrans
statiques.
Dans le frottement fluide, la différence de vitesse entre les surfaces frottantes
est absorbée par le film d’huile qui accommode le mouvement par des cisaillements. Dans le frottement solide, cette accommodation peut être obtenue selon
quatre modes notés de M, à M, :
M, : mode élastique,
M, : mode rupture normale,
M, : mode cisaillement,
M, : mode roulement (particules sphériques ou cylindriques).
On distingue cinq sites, notés de S , à S,, susceptibles d’accueillir ces quatre
modes d’accommodation ; ce sont : les deux corps initiaux, le troisième corps et
les deux écrans statiques.
L a figure 3.39 montre la structure de l’interface proposée par Berthier.
Avec cinq sites et quatre modes d’accommodation, il existe vingt possibilités
de mécanismes d‘accommodation ; dans chaque cas il faut identifier le (les)
mécanisme(s) noté(s) SiMj.
La figure 3.40 rappelle que le fonctionnement de l’interface frottante est
subordonné à la circulation/recyclage des débris d’usure. Ce modèle a été établi
à partir de nombreuses observations sur des systèmes réels. Un même site peut
être le siège de plusieurs mécanismes successifs.
( 3 5 ) Berthier Y . , Mécanismes et tribologie, Thèse, INSA et université Claude B e r n a r d , Lyon
(1988).