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Article

1 - ÉLÉMENTS SUR LES ESSAIS TRIBOLOGIQUES

2 - EXEMPLES DE TRIBOMÈTRES

3 - PROBLÈMES SPÉCIFIQUES DES MESURES TRIBOLOGIQUES

4 - ANNEXE : ESSAIS NORMALISÉS SOUVENT UTILISÉS

Article de référence | Réf : TRI2010 v1

Exemples de tribomètres
Tribomètres et essais tribologiques

Auteur(s) : Yan-Ming CHEN, Caroline RICHARD

Relu et validé le 26 juin 2019

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RÉSUMÉ

Dans un procédé de fabrication mécanique, l’augmentation de cadence, conséquence de l’actuelle course à la productivité, entraîne souvent une accélération de l'usure des outils, responsable des pannes dues au grippage d'un palier ou d'une rotule. Pour ces raisons, les ingénieurs ont le souci constant d’optimiser la fiabilité des pièces en frottement et en durée de vie. Des essais sur banc préalablement à leur mise en production sont nécessaires sur les nouveaux matériaux, afin de les valider. Le choix d'une méthode d'essais tribologiques représentatifs du système réel est une étape incontournable dans la réussite de l'ensemble du projet. Les différentes techniques de mesure sont présentées en fonction du type de contact, ainsi que les tribomètres qui y sont associés.

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ABSTRACT

Tribometers and tribollogical tests

In a process of mechanical fabrication, the increase in production, a consequence of the current race for productivity, often leads to an increase in tools wear which is responsible for failures due to the seizure of a bearing or a knuckle. For these reasons, engineers constantly endeavor to optimize the reliability of parts in friction and during their life-cycle. Bench tests on new materials prior to their production are necessary in order to validate them. The choice of a tribologic test method representative of the real system is an essential stage for the success of the project. This article presents the various measurement techniques according to the type of contact as well as the related tribometers.

Auteur(s)

  • Yan-Ming CHEN : Ingénieur au laboratoire de tribologie du Cetim

  • Caroline RICHARD : Professeur des universités, Université de Tours François Rabelais – Polytech'Tours.

INTRODUCTION

Le Cetim, comme de nombreux laboratoires, est pleinement impliqué dans l'augmentation de la compétitivité dans l'industrie mondialisée. Dans le contexte économique actuel, cette compétitivité dépend fortement de la productivité et de la qualité des produits, ce qui se traduit pour les entreprises par des améliorations de la qualité de produits en un temps plus court. Dans un procédé de fabrication mécanique, depuis la mise forme des métaux jusqu'à l'assemblage final du produit par exemple, cette augmentation de cadence entraîne souvent une accélération de l'usure d'outils ayant pour conséquences des pannes dues au grippage d'un palier ou d'une rotule qui seront d'autant plus lourdes que la cadence de production est plus élevée.

Afin d'augmenter la fiabilité des pièces en frottement et la durée de vie des outils, les ingénieurs proposent souvent des solutions au niveau de l'optimisation de la conception, du choix de matériaux et de traitements de surfaces et de la lubrification. L'enjeu sécuritaire et économique des machines exige souvent une validation préalable par des essais sur banc avant d'intégrer la nouvelle solution dans le système, notamment dans le domaine de transport et de production d'énergie. Le choix d'une méthode d'essais tribologiques représentatifs du système réel devient donc une étape incontournable dans la réussite de l'ensemble du projet.

L'objectif de cet article est de donner aux ingénieurs et aux techniciens une vision à la fois globale et structurée des essais tribologiques existants à partir des classifications des essais selon les besoins des différents acteurs de l'industrie. La présentation de démarches de choix et des techniques de mesures est détaillée à travers des exemples « type » de tribomètres. Un tableau de synthèse des essais tribologiques courants rassemble une grande majorité des essais selon le type de contact.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-tri2010


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2. Exemples de tribomètres

2.1 Pion-disque rotatif

Le pion-disque est un des modèles de tribomètre les plus courants dans les laboratoires de par sa simplicité. On va prendre le tribomètre à grande vitesse du Cetim (17 et 18) comme exemple pour comprendre les principes de fonctionnement de ce type de tribomètre. Ce tribomètre est conçu et fabriqué par Cetim initialement pour simuler le frottement des pièces segment/chemise de compresseurs à sec. Il a été utilisé dans de nombreux cas d'applications comme guides fils de machines textile, frein automobile et ferroviaire, rotules de tramways, cage de roulements à billes et vis à rouleaux aéronautiques, caténaire/pantographe du TGV (Trains à Grande Vitesse), fourchettes de boîte à vitesse,… Il permet également de réaliser des essais bille/disque selon la norme ASTM G-99 avec des accessoires.

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2.1.1 Motorisation et transmission

La rotation du disque est entraînée par un moteur électrique à courant continu fixé sur un bloc avec des amortisseurs. Ce bloc est indépendant du bloc sur lequel se fixe la broche, ce qui évite la transmission des vibrations du moteur sur la partie contact pion-disque. La transmission du couple est réalisée par une courroie tissée et imprégnée d'élastomère qui ne laisse pas passer les vibrations à hautes fréquences. La broche est supportée par deux roulements obliques à rouleaux afin d'avoir une raideur élevée et un frottement faible. La vitesse est réglée par la vitesse de rotation du moteur et par le rayon de la piste de contact. Elle peut varier entre 1 et 80 m/s.

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2.1.2 Système de mise en charge

La mise en charge est réalisée par un système de masse comme de nombreux tribomètre de ce type. La particularité est que la charge est appliquée dans le sens horizontal via une poulie et un parallélogramme en lames d'acier très minces, ce qui permet d'appliquer des charges très faibles. Un autre avantage du système horizontal est la possibilité de modifier...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BELOT (J.-M.) et, RIGAUT (B.) -   Importance Économique de l'usure.  -  Cetim Information no 141 (1994).

  • (2) - CZICHOS (H.) -   Tribology.  -  Elsevier (1978).

  • (3) - DOWSON (D.) -   Histrory of Tribology.  -  Professional Engineering Publishing (1998).

  • (4) - NEAL (M.J.), GEE (M.) -   Guide to Wear Problems and Testing for Industry.  -  William Andrew Publishing (2000).

  • (5) - CHEN (Y.-M.), RIGAUT (B.), PAVY (J.-Cl.), ARMANET (F.) -   Wear particles forming by phase transformation in PSZ ceramics during high speed sliding.  -  Leeds-Lyon symposium. Elsvier (2002).

  • (6) - CHEN (Y.-M.), RIGAUT (B.), PAVY (J.-Cl.) -   Usure des céramiques à grandes vitesses.  -  Cetim Information. no 126 (1992).

  • ...

1 Sites Internet

Cetim http://www.cetim.fr

Nanonics Imaging Ltd http://www.nanonics.co.il

NanoSurf AG http://www.nanosurf.com

NT-MDT http://www.ntmdt.ru

Omicron GmbH http://www.omicron.de

Pacific Scanning Corp. http://www.pacificscanning.com

Quesant Instrument Corp http://www.quesant.com

RHK Technology Inc. http://www.rhk-tech.com

Surface Imaging Systems http://www.sis-gmbh.com

TM Microscopes (Veeco Group) http://www.tmmicro.com

Triple-O http://www.triple-o.de

Veeco Metrology http://www.veeco.com

The University Sheffield http://www.shef.ac.uk/~mpe/tribology/research/research.html

ASTM : http://www.ASTM.org

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