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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Lire la première partie de la thèse ? Introduction générale ? Chapitre 1 : Utilisations de vibrations dans des systèmes actuels ? Chapitre 2 : Physique du frottement sec

  • ??v ?

  • forces de frottement

  • vitesse donnee

  • angle entre la direction de la vitesse ??v0

  • accommodation des surfaces

  • degradations de surfaces entraınant


Publié le : mardi 19 juin 2012
Lecture(s) : 36
Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 79
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Lire la première partie de la thèse
Introduction générale
Chapitre 1 :
Utilisations de vibrations dans des
systèmes actuels
Chapitre 2 :
Physique du frottement sec
Chapitre
3
Lalubrication´electroactive Contrˆoledufrottementpar contact actif
119
:
1203.Lalubricatione´lectroactive:Controˆledufrottementparcontactactif
3.1 Introduction La lubrification active repose sur l’utilisation de vibrations afin de modi-fier les conditions tribologiques d’un contact. En particulier, son utilisation vise lar´eductiondesforcesdefrottement.Eng´en´eral,cesforcessontdesinconv´enients: Ellesintroduisentdesnon-lin´earit´esquirendentpluscomplexeslesproce´d´es dere´gulation.Lefrottementsecprovoquedesnon-line´arit´esdordre1,ce quiinterditaprioritoutestechniquesdautomatiqueline´aireclassique. Ellesaugmententledegre´decomplexit´edesm´ecanismesarticule´scommeles guidagesoulesroulements.Ellesintroduisentduportea`fauxetdublocage. Ellessontlasourcededissipationde´nergiequisetraduitparunechute durendement.Le´nergieainsidissip´eeestabsorbe´eparlenvironnement ext´erieurquipeutproduiredesd´egradationsdesurfacesentraˆınant`aterme lapertedefonctionnalite´dunme´canisme(ex:uneparticuleduredansun engrenage). Les forces de frottement ne sont pas les seuls effets du frottement, l’usure est aussi uneetdufrottementpouvantprovoquerlade´gradationdunsyste`me.Nousavons montr´ea`traversleschapitrespre´ce´dentsquecesdeuxph´enom`enessontlie´setqua-simentindissociables.Ilestpossibledinterpre´terlusurecommeunecons´equence des forces de frottement : le travail perdu par ces forces dissipatives est converti en´energie.Cettee´nergieesttilis´odieretbriserlastructuredessolides u ee pour m encontact.Uneconclusionrapidepermetalorsdepen´eduirelesforcesde ser que r frottementvare´duirelusureetdoncpr´eserverlinte´grite´dusyste`me.Cesteneet le cas pour des contacts utilisant des lubrifications traditionnelles (huiles, graphite, silicone,...).Celles-ciinterposententrelesdeuxsurfacesuntroisi`emecorpsa`faible re´sistancedecisaillementquisubitlacontraintenormale(pression)ettangen-tielle(frottement).Cettecontraintesetraduitparunede´formationdulubriant. Alextreˆme,lespaliersmagne´tiquesassurentuneusurenullepuisquilnyapas decontactsolideentrelese´l´ements.Cestlapressionmagne´tiquequipermetde compenser la force normale qui charge le contact. De plus, si l’effet de vibrations bassesfr´equencessurlescontactsafaitlobjetderecherches,l´etudedecontacts ende´placementdegrandesamplitudessoumisa`desvibrationsnapase´t´eabord´ee danslalitte´rature.
3.2 Effet d’une sollicitation tangentielle au plan de contact 3.2.1 Les forces de frottement LesloisdeCoulombpeuventde´crirelare´ductiondefrottementobserv´eelorsque desvibrationssontpre´sentesetcelamalgre´leursimplicit´e.Conside´ronsunsolide
3.2. Effet d’une sollicitation tangentielle au plan de contact 121 glissantsurunplanetanim´edunevitesseconstantev−→0lraestne´usmeom´eprc figure 3.1. v−→0=V0−→x(3.1) Nousnousinte´ressonsa`leetduneoscillationalternativesinuso¨ıdale,quisurim-pose une vitessev(t) de pulsationωdte)Tedoire´p(apmilutedVau mouvement d’origine. −→ v(t) =Vsin(ωt)(cos(θ)−→x+ sin(θ) y) (3.2) θest l’angle entre la direction de la vitessev−→0s´poeeteesvsisilmaeurtv(t). En de´composantlavitesser´esultantesurchaqueaxede´nissantleplandeglissement, nous obtenons les relations suivantes : +v−→y(3.3) 0+v(t) =vx xyvr=v vx=V0+Vsin(ωt)cos(θ) (3.4) vy=Vsin(ωt)sin(θ) (3.5) Dapre`slaloideCoulomb,nouspouvonsdonnerlexpressiondesforcesdefrotte-−→−→ mentparalle`lesFx(t) et transversalesFy(t) : F−−(t) =µFNv(3.6) v(t)Fx(t) =F−−(t)x=µFNvx(3.7) v(t)Fy(t) =F−−(t)−→y=µFNvy(3.8) v(t)
Soit :
Fx(t) =VFµ0+cVoc(osωst)(θ)2)+(socV(ωstin)(θ)cos(ωt))2 Np(V0+Vcos(θ) −→ Fy(t) =µFNp(V0+Vcos(θ)Vs(co(sniθtω))c)2o(s+ω(tV(nis)θ)cos(ωt))2 −→ y −→ v0
plan de contact
−→ z
−→ x
Fig.3.1 – Directions des vibrations.
(3.9) (3.10)
1223.Lalubrication´electroactive:Contrˆoledufrottementparcontactactif
Avecµle coefficient de frottement dynamique.uomu-llseostnEsausensdoppos´ee vementetproportionnellesa`leortnormalFN. Les efforts de frottement moyens FxetFyetcˆontdenuvpesapoesntunur´eepdoirerecalcul´eseninte´rgnactahuqcemo de vibration : T pZV0+Vcos(θ)cos(ωt) Fx=µFTN0(V0+Vcos(θ)cos(ωt))2+ (Vsin(θ)cos(t))2dt(3.11) ω T Fy=TFµNZ0p(V0+Vcos(θ)Vcos(si(nωtθ))c)2(+soω(tV)(nisθ)cos(ωt))2dt(3.12) 3.2.1.1Eetduneoscillationparall`eleθ= 0 Danslecasparticuliero`unousconsid´eronsuneoscillationparalle`leaumouve-ment, l’expression des forces de frottement moyennes est : T Fx=FTµNZV0+Vcoscos(ωt) 0p(V0+V(ωt))2dt(3.13) Fy= 0 (3.14) Nouspouvonsde´niruncoecientdefrottementapparentoumacroscopiqueµa tel que : T Fx=µTZsign{V0+Vcos(ωt)}dt(3.15) µa=FN0 L´evolutionducoecientdefrottementrelatifµr=µµaen fonction du taux de vitesse relatifξ=V V0No2.3.reguarlsuee´tnese´rpertseerrauqrsmevunosuop que la surimposition de vibrations fait changer le signe de la force de frottement des queξ >elabolgeatnatsniuesqui1psstevilaedissuisaLng.echann´eeorsageal ` vitessemoyennedusolidenechangepasetesttoujours´egalea`V0. En revanche, int´egr´esurunep´eriode,leortmacroscopiquere´sultantFTesimtd.eeCni´u principe dit de superposition repose sur les hypotheses suivantes : ` Lecoecientdefrottementesttoujoursdynamique.Lecontactestconsid´er´e rigide et n’autorise pas d’accommodation des surfaces. Les phases de collage ne sont pas prises en compte. Lavaleurducoecientdefrottementestind´ependantedelavitesse. Pour se placer dans ce cadre, il convient alors de bien choisir le couple amplitude A/fr´equencefdelavibrationpourunevitessedonn´eeV= 2πfA. Pour pou-voirn´egligerlatransitionstatique/dynamiquequiintervientforc´ementaupassage par0delavitesseinstantane´e,lamplitudedoitˆetregrandedevantladistance daccommodation.Celle-ciestfonctiondelarugosit´edesurfaceetduchargement normalFN.
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