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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l’article TRI1520 intitulé « Régime de lubrification mixte » paru en 2010, rédigé par Robert Progri et François Robbe-Valloire.
RÉSUMÉ
Le régime de lubrification mixte est caractérisé par l’existence d’un film liquide lubrifiant ayant une épaisseur pouvant aller, suivant l’endroit considéré du contact, de quelques molécules jusqu’à un grand nombre de molécules d’huile. Ces deux morphologies de film lubrifiant induisent des comportements en cisaillement très différents (frottement fluide pour les fortes épaisseurs et frottement de type coulomb pour les épaisseurs de quelques molécules). Le comportement spécifique induit par la morphologie particulière du film en présence du régime de lubrification mixte est présenté, selon un point de vue phénoménologique, et quantitativement à travers l’influence des principaux paramètres. L’article présente des techniques expérimentales et les approches de modélisation pour la lubrification mixte.
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Lire l’articleAuteur(s)
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François ROBBE-VALLOIRE : Professeur des universités - Responsable de l’axe Dynamique, Matériaux et Structures du laboratoire Quartz - Institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
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Robert PROGRI : Docteur ingénieur - Docteur ès sciences - Ancien professeur d'université de Tirana et de l'institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
INTRODUCTION
La lubrification intervient non seulement dans un grand nombre d’applications industrielles où le fluide lubrifiant est généralement l’huile, mais aussi dans le domaine biomédical avec l’ensemble de nos articulations lubrifiées par le liquide synovial. En général, pour la plupart de ces applications, les faibles niveaux d’usure et de frottement sont obtenus grâce à l’absence totale de contact en raison de la présence d’un film séparant complètement les deux pièces antagonistes. En revanche, dans certains cas particuliers, ce film continu entre les deux pièces ne peut pas être maintenu et les interactions directes entre les deux pièces prennent alors place. La morphologie du film fluide doit être analysée à l’échelle de la microgéométrie.
Même si elle présente une certaine aptitude à la déformation, la microgéométrie des deux pièces ne permet pas d’assurer, dans la zone de contact, l’absence d’interpénétrations. Elle conduit donc à un morcellement du film d’huile au niveau des aspérités de l’une ou l’autre pièce les plus saillantes, les creux restant remplis par le film d’huile. La discontinuité du film d’huile est la caractéristique principale de la lubrification en régime mixte. Le contact est ainsi le siège de deux types de comportement, l’un similaire au film mince continu et l’autre proche d’un contact direct au niveau des aspérités les plus hautes.
Après une première partie destinée à présenter les généralités de la lubrification mixte (son positionnement dans le contexte de la lubrification, puis une description phénoménologique), cet article détaillera les aspects pratiques liés à l’utilisation de la lubrification mixte (influence des paramètres, cas d’utilisation et choix des matériaux). La dernière partie du document présentera les différentes méthodes permettant l’étude de la lubrification mixte. Dans un premier temps, nous détaillerons les techniques expérimentales. Nous terminerons par une revue des différentes méthodes permettant de modéliser le comportement en présence de lubrification mixte.
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- Version archivée 1 de déc. 2010 par Robert PROGRI, François ROBBE-VALLOIRE
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2. Aspects phénoménologiques de la lubrification mixte
Le régime de lubrification mixte (figure 6) fait référence à un mélange au sein du contact des deux modes locaux d’action du lubrifiant (film mince continu, film limite). Nous allons, dans ce paragraphe, détailler les conséquences de ce mélange de comportement sur le frottement, l’usure et l’écoulement du fluide dans l’interface.
2.1 Description du frottement
Le contact étant partagé entre deux modes locaux de lubrification, l’interface peut se décomposer en zones contigües où règnent le film mince continu et en zones où l’épaisseur locale est suffisamment faible pour induire un mode de lubrification en film limite. Supposons qu’on dénombre n zones fonctionnant en film mince continu et m zones fonctionnant en film limite. Le raisonnement effectué ne préjuge pas de la forme de ces zones . Notons N M i (i variant de 1 à n) et N L j (j variant de 1 à m) les forces normales agissant sur chacune des zones travaillant respectivement en film mince continu et en film limite (figure 7).
La force normale sur l’ensemble du contact résulte de l’association des forces sur chacune des zones :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LELOUP (L.) - Étude de la lubrification et calculs de paliers, lois théoriques et expérimentales. - DUNOD (1954).
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(2) - FRENE (J.), DEGUEURCE (B.), RIOLLET (G.) - Lubrification hydrodynamique : Paliers et butées. - EYROLLES (1990).
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(3) - Handbook of Lubrication - – Volume II : Theory and design. CRC PRESS (1984).
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(4) - BOWDEN (F.Ph.), TABOR (D.) - The friction and lubrication of solids. - Clarendon Press, OXFORD (1953).
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(5) - PAFFONI (B.), ROBBE-VALLOIRE (F.), PROGRI (R.), GRAS (R.) - An asperity based model for wear rate in mixed lubrication, - Proc. of the 31 Leeds-Lyon Symposium, Tribology and Interface Engineering Series, Vol. 48, Elsevier, p. 555-561 (2005).
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(6) - PATIR (N.), CHENG (H.) - An average...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Lubrifiants – Propriétés et caractéristiques.
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