Bibliographie & annexes
Présentation
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 > Règles de conception
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Rôle des matériaux et traitements de surface1. Règles de conception
La technologie du frottement restant encore très complexe, l’ensemble des prescriptions proposées ici ne constitue bien évidemment que des tendances.
Par ailleurs, certaines règles étant souvent établies sur la base d’un paramètre donné, il est possible de tomber sur des contradictions dès lors que sont pris en compte plusieurs paramètres ; face à ce type de situation, le choix entre les options possibles devra être réalisé en identifiant le (ou les) facteur(s) prépondérant(s), pour la situation de frottement concernée, à partir de l’analyse du système tribologique, supportée, si nécessaire, par l’expérimentation.
Enfin, l’application d’un certain nombre de principes tribologiques, comme ceux liés à l’affectation des matériaux, doit être dans tous les cas validée avec les autres éléments du cahier des charges et, en particulier, tenir compte des spécifications liées à une fonction particulière et/ou à des impératifs de construction (sollicitations mécaniques, mise en œuvre des matériaux, répartition des masses…).
1.1 Contraintes mécaniques superficielles
Les efforts supportés par les pièces étant imposés par construction, le niveau ou l’effet des contraintes de contact peut être limité moyennant un certain nombre d’actions dont les principales sont récapitulées ci-après :
-
optimisation de la géométrie de contact :
-
augmenter les rayons de courbure,
-
supprimer les concentrations de contraintes, les efforts sur arêtes dus aux désalignements : améliorer les guidages (réduction des jeux, etc.), remplacer les arêtes vives par des rayons, introduire un degré de liberté supplémentaire (par exemple coussinet monté sur élastomère, ou sur rotule dans le cas d’un palier) ;
-
-
amélioration de la répartition des charges :
-
optimiser les paramètres géométriques (planéité, etc.) et la rugosité (rodage préalable, etc.),
-
améliorer les facultés d’adaptation-accommodation des surfaces,
-
lubrifier ;
-
-
contrôle des contraintes résiduelles :
-
utiliser des contraintes résiduelles de compression,
-
supprimer des contraintes...
-
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Règles de conception
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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