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Tribologie 1/5 Lubrification et Graissage Nader BEN SALEM I- La tribologie : - La tribologie est la branche de la mécanique qui étudie le frottement, l'usure et la lubrification des surfaces de contact entre deux solides. Elle s’intéresse principalement aux corps solides ou à l’interaction entre un solide et un lubrifiant liquide (huile), onctueux (graisse) ou granulaire (poudre). - La lubrification permet de séparer les surfaces en contact par un film lubrifiant, et donc de limiter le frottement et l’usure. - La Figure suivante décrit schématiquement les relations qui existent entre les trois aspects de la tribologie. - La force de frottement est une force de réaction, qui s'oppose toujours au mouvement relatif entre deux corps en contact. - Cette force augmente de zéro à un maximum avant le début du mouvement macroscopique : c’est la force de frottement statique. - Après le début du mouvement, elle diminue jusqu’à une nouvelle valeur qui demeure constante tant que le mouvement persiste. C’est la force de frottement dynamique. Le travail effectué par les forces de frottement a un triple effet : - (1) de l’énergie est dissipée sous forme de chaleur. - (2) des déformations plastiques sont générées. - (3) des particules solides sont arrachées sur les surfaces de contact. Objectifs - Comprendre les trois phénomènes : frottement, usure et lubrification des surfaces de contact entre deux solides. Fig 2 Force de frottement statique Force de frottement dynamique Fig 3 Cause Diminue Elimine Fig 1 Légende 1 ére Frottement 3 éme Lubrification 2 éme Usure Glissement - Adhérence - Labourage - Déformation plastique Roulement Visqueux Aérodynamique Adhérence Abrasion Fatigue Erosion - Chimique - Fretting Liquides Solides Onctueux

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  • Tribologie

    1/5

    Lubrification et Graissage Nader BEN SALEM

    I- La tribologie :

    - La tribologie est la branche de la mcanique qui tudie le frottement, l'usure et la

    lubrification des surfaces de contact entre deux solides. Elle sintresse principalement aux corps solides ou linteraction entre un solide et un lubrifiant liquide (huile), onctueux (graisse) ou granulaire (poudre).

    - La lubrification permet de sparer les surfaces en contact par un film lubrifiant, et donc de

    limiter le frottement et lusure. - La Figure suivante dcrit schmatiquement les relations qui existent entre les trois aspects de

    la tribologie.

    - La force de frottement est une force de raction, qui

    s'oppose toujours au mouvement relatif entre deux corps

    en contact.

    - Cette force augmente de zro un maximum avant le

    dbut du mouvement macroscopique : cest la force de frottement statique.

    - Aprs le dbut du mouvement, elle diminue jusqu une nouvelle valeur qui demeure constante tant que le

    mouvement persiste. Cest la force de frottement dynamique.

    Le travail effectu par les forces de frottement a

    un triple effet :

    - (1) de lnergie est dissipe sous forme de chaleur.

    - (2) des dformations plastiques sont gnres.

    - (3) des particules solides sont arraches sur

    les surfaces de contact.

    Objectifs - Comprendre les trois phnomnes : frottement, usure et

    lubrification des surfaces de contact entre deux solides.

    Fig 2

    Force de frottement statique

    Force de frottement dynamique

    Fig 3

    Cause Diminue Elimine

    Fig 1 Lgende

    1re Frottement

    3me Lubrification

    2me Usure Glissement - Adhrence - Labourage - Dformation plastique

    Roulement Visqueux Arodynamique

    Adhrence Abrasion Fatigue Erosion

    - Chimique - Fretting

    Liquides Solides Onctueux

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    Lubrification et Graissage Nader BEN SALEM

    - Dans les machines, la gnration de chaleur et les dformations plastiques sont responsables

    des pertes de rendement, tandis que l'arrachement progressif des particules la surface des

    pices est la cause de l'usure.

    - En transmission de puissance, les pertes de rendement et l'usure doivent tre limines le plus

    possible. La lubrification constitue le principal moyen pour minimiser l'impact de ces deux

    phnomnes invitables : elle fait lobjet du troisime sujet d'tude de la tribologie. Cependant la lubrification n'est pas toujours possible. Son efficacit est dautant plus grande que les surfaces en contact possdent des proprits compatibles et de bonnes caractristiques

    gomtriques, notamment au niveau microscopique. C'est pourquoi une bonne connaissance

    des phnomnes de frottement et d'usure peut aider contrler et minimiser leurs effets

    ngatifs.

    - En tribologie, ltat de surface des corps en contact possde une importance critique. En effet, la nature et les dfauts des surfaces gnrent adhrence, abrasion, fatigue et rosion.

    II- Les rgimes du frottement :

    II.1. Le rgime du frottement sec :

    - Aucun film lubrifiant entre les surfaces en contact. Le

    glissement y est le plus difficile et lusure la plus rapide. Il est caractris par des contacts locaux frquents sur les

    asprits (irrgularit) des surfaces, des chauffements, des

    arrachements et des microsoudures.

    II.2. Le rgime de lubrification limite, ou onctueuse :

    - Un filme de lubrifiant recouvre les surfaces en contact sous

    la forme dun pilamen (trs fine couche). Le frotement est diminu (f 0.03 0.2) et le glissement favoris. Les contacts locaux directs, sans pilamen, sont plus rares. Il y a moins

    darrachement, de microsodures et dusure.

    - Ce rgime est favoris par des faibles vitesses, des faibles

    viscosits de lhuile et des fortes pressions de contact.

    II.3. Le rgime de lubrification hydrodynamique :

    - Il n y a plus aucun contact entre les surfaces. Celles-ci est

    toujours spares par une couche de lubrifiant dpaisseur minimale (e = 0.02 0.008 mm). Le mouvement, condition

    que la vitesse soit suffisante, cre une portance

    hydrodynamique comparable au ski nautique.

    - Le frottement est trs rduit (f 0.008 0.02) et lusure pratiquement nulle.

    II.4. Le rgime de lubrification mixte :

    - Cest un mlange de frottement onctueux et de frottement hydrodynamique, caractris par une portance hydrodynamique intermittente avec quelques contacts locaux. Le frottement (f 0.04 0.1) et lusure sont encore rduits.

    II.5. Le rgime lasto-hydrodynamique :

    - Cet tat est obtenu avec des surfaces de contact

    lastiques, fortement charges et gnralement en contact

    selon un point ou une ligne.

    Exemples typiques : roulements, engrenages, cames...

    Fig 4

    Fig 5

    Fig 6

    Fig 7

  • Tribologie

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    Lubrification et Graissage Nader BEN SALEM

    - Pour ces systmes la gomtrie des surfaces n'est pas favorable la formation du film

    hydrodynamique, de plus la pression de contact y est trs leve (>>1GPa). Cependant, du fait

    des dformations lastiques des surfaces en contact, de leur vitesse relative, de la gomtrie du

    dbut de contact, le tout combin l'accroissement de la viscosit entrane par la forte

    augmentation de la pression, amne la formation d'un film trs mince (0,5 1 mm) appel

    film lasto-hydrodynamique. Le frottement est pratiquement nul dans le cas d'un roulement pur

    et de l'ordre 0,06 pour un glissement pur.

    III- Etats de surface :

    III.1. Principaux dfauts de surfaces :

    - Les dfauts possibles dune surface peuvent tre diviss en quatre catgories, en allant du plus grand au plus petit.

    Dfaut dordre 1 : - Ils correspondent aux dfauts gomtriques des surfaces : planit, rectitude, circularit

    Dfaut dordre 2 : - Ils sont relatifs aux ondulations, sortes de collines et de valles successives, inscrites dans le

    profil et engendres par les vibrations, dformations des machines, traitements thermiques

    Dfaut dordre 3 : - Ce sont les stries de rugosit, sortes de sillons tracs avec rgularit dans le relief des

    ondulations par les outils de coupe.

    Dfaut dordre 4 : - Plus irrgulires, parfois accidentels, ils correspondent des arrachements, fentes III.2. Caractristique du profil :

    Longueur dvaluation (ln) : Longueur, mesure suivant la direction

    gnrale du profil.

    Longueur de base (lr) : Partie de la longueur dvaluation utilise pour sparer les irrgularits du profil.

    Ligne enveloppe suprieure : Segments de droites joignant les points les plus

    hauts des saillies locales du profil.

    Ligne moyenne : Cest une droite ayant la direction gnrale du profil et qui divise le profil de telle sorte qu lintrieur de la longueur de base, la somme des carrs des carts partir de cette ligne soit

    minimale ligne des moindres carrs .

    Fig 8 Fig 9

    Fig 10

    Fig 11

    Fig 12

  • Tribologie

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    Lubrification et Graissage Nader BEN SALEM

    III.3. Paramtres :

    III-3-1/-Paramtre lis aux motifs :

    III-3-2/-Paramtre lis la ligne moyenne :

    Ecart arithmtique du profil Ra :

    Hauteur maximale de saillies Rp :

    Hauteur maximale du profil Rz :

    Taux de longueur portante Rmr(c) :

    Fig 13

    Fig 14

    Fig 15

    Fig 16

    Fig 17

  • Tribologie

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    III.4. Choix des tats de surface :

    Ra > 6.3 : Spcifications peu svres, correspondant ce quil est possible dobtenir avec un grand nombre de pices brutes, sans usinage complmentaire.

    1.6 Ra 6.3 : Spcification moyennes, correspondent ce quil est possible dobtenir usuellement avec les procds dusinages classiques. Ra < 1.6 : Spcifications devenant svres.

    Rugosits de diffrentes fonctions de surface

    Fig 18

    Fig 19