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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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MOTS-CLÉS
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- Version archivée 1 de déc. 2010 par Robert PROGRI, François ROBBE-VALLOIRE
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9. Glossaire
Lubrification ; Lubrication
Principe qui consiste à interposer dans le contact un matériau (liquide dans le cadre de ce document) qui favorise le glissement relatif entre les deux pièces.
Mode local de lubrification en film mince continu
Situation particulière de lubrification dans le cas d’un lubrifiant liquide (souvent de l’huile) présent avec une épaisseur plus grande que 0,1 µm. Cette épaisseur garantit un nombre de molécules dans l’épaisseur du film suffisamment grand pour garantir un écoulement fluide entre les deux parois.
Équation de Reynolds ; Reynolds equation
Équation différentielle générale décrivant le comportement du film lubrifiant mince et continu, obtenu avec un fluide newtonien.
Fluide newtonien ; newtonian fluid
Fluide dont la rhéologie suit la loi de Newton (la contrainte de cisaillement est proportionnelle à la vitesse de cisaillement et inversement proportionnelle à l’épaisseur du film d’huile).
Mode local de lubrification en film limite
Situation particulière de lubrification en présence d’interface liquide dans le contact avec seulement quelques molécules dans l’épaisseur.
Rugosité ; roughness
Variations de hauteur observées à la surface des pièces manufacturées. En général, la rugosité est l’image du procédé de fabrication utilisé pour la réalisation de la pièce.
Coefficient de frottement ; coefficient of friction
Rapport entre l’effort tangentiel et l’effort normal sur un contact. Ce coefficient sans dimension est un indicateur du potentiel lubrifiant du contact. Un lubrifiant solide (ou un film liquide limite) génère un coefficient de frottement voisin de 0,1 tandis qu’un film lubrifiant mince continu peut permettre d’atteindre et dépasser les valeurs de 0,01.
Loi d’usure d’Archard ; Archard wear equation
Pour un contact soumis à une charge normale constante, après une phase d’accommodation des surfaces en contact (rodage), l’usure (volume de matière perdu sur chaque pièce) apparaît proportionnelle à la distance parcourue par le contact. Par ailleurs, pour une même distance parcourue, l’amplitude de l’usure est directement proportionnelle à la charge normale exercée sur le contact. L’association de ces deux propriétés empiriques donne la loi d’usure d’Archard qui prévoit...
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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).
-
(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).
-
(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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