TRIBOLOGIE L'étude des surfaces en interaction en mouvement

Cependant, le mécanisme réel du frottement par glissement se produit à un niveau microscopique, ce qui signifie que les théories tribologiques sur le frottement impliquent également la topographie des surfaces. Le tribologue fait la différence entre la zone de contact réelle et la zone de contact nominale (dimensions géométriques), qui tient compte des vides ou des parties sans contact d'un élément solide. Les mécanismes responsables du processus de transformation d'énergie dans la zone de surface proche comprennent:

Qu'est-ce que l'usure?

L'usure est définie comme la perte de matière irréversible des surfaces en interaction. Les processus élémentaires physiques et chimiques dans la zone de contact d'une paire de glissements conduisant ultérieurement à un changement de matériau et de forme des partenaires de friction sont appelés mécanismes d'usure. Ces mécanismes d'usure comprennent:

Les mécanismes de frottement et d'usure sont fortement affectés par la structure du système tribologique ainsi que par la contrainte collective induite:

µ=f (tribo-structure (t), contrainte collective induite (t))

w=f (tribo-structure (t), contrainte collective induite (t))

Les mécanismes de friction et d'usure ne se produisent pas de manière isolée, mais plutôt par une superposition de mécanismes difficiles à quantifier et à contrôler. Cette superposition se produit dans les systèmes tribo-techniques dans des proportions non détectables et dans des proportions qui varient dans le temps et dans l'espace, ce qui rend presque impossible le calcul des processus de frottement et d'usure dans un tribo-contact. C'est pourquoi les tests tribologiques sont si cruciaux pour estimer le comportement tribologique. Si nous voulons interpréter et comprendre les données mesurées tribologiquement et la recherche orientée vers les mécanismes, nous avons besoin d'une connaissance complète des mécanismes agissant dans un tribo-contact.

Les tribologues classent les conditions de friction, d'usure et de lubrification selon les horaires suivants:

• Régime de friction 0:Frottement solide: Le frottement est créé entre des surfaces solides en contact direct sans aucun lubrifiant.

• Régime de friction I:Frottement limite: Frottement solide, dans lequel les surfaces des partenaires de friction sont recouvertes d'un film de lubrifiant moléculaire qui n'a pas de capacité de charge. Le lubrifiant a une influence sur les caractéristiques de frottement et d'usure.

• Régime de friction II:Frottement mixte: les régimes de friction I et III coexistent. La valeur de friction est une combinaison de friction solide et hydrodynamique. Un film fluide créé par le lubrifiant a une capacité de charge.

• Régime de friction III:Frottement hydrodynamique: la valeur de frottement est déterminée par le cisaillement dans le fluide. La capacité de charge du film fluide empêche le contact direct entre les deux surfaces solides.

• Régime d'usure a:Taux d'usure élevés dus au frottement solide et au contact direct des surfaces.

• Régime d'usure b:Baisse des valeurs d'usure grâce à un film de fluide moléculaire.

• Régime d'usure c:Légère usure due à une séparation partielle des surfaces à travers un film fluide plus épais.

• Régime d'usure d:«Zéro usure», résultant de films fluides hydrodynamiques ou élastohydrodynamiques qui empêchent le contact direct des deux surfaces.

QUELS RÉSULTATS PEUVENT ÊTRE ATTEINTS EN APPLIQUANT LA TRIBOLOGIE À LA CONCEPTION DES ROULEMENTS?

Comment la tribologie peut-elle conduire à une amélioration mesurable du produit?

Les tests tribologiques nous permettent d'obtenir des informations sur la tribo-performance des matériaux pour conduire de nouvelles et meilleures conceptions de matériaux. Nous pouvons alors cibler des compositions de matériaux pour obtenir des propriétés tribologiques spécifiques et meilleures.

Les résultats des tests tribologiques et les méthodes d'analyse de surface nous aident à estimer la tribo-performance, y compris le frottement et l'usure, les mécanismes de défaillance, la cinétique des films de transfert de matériaux existants et de nouveaux prototypes basés sur divers facteurs et influences. Ces informations nous aident à voir et à comprendre des variables telles que les effets de diverses compositions de matériaux, y compris la charge, la concentration de la charge, les effets synergiques des charges, la structure du matériau ainsi que l'impact d'autres éléments de la structure du système.

Comment la tribologie améliore-t-elle l'efficacité et prolonge la durée de vie des matériaux de roulement?

Surfaces de contact tribologiquement optimisées

• Identifier les facteurs critiques influençant le tribo-système

• Identifier des solutions pour améliorer l'efficacité et réduire l'usure, notamment:

• Utilisation de matériaux optimisés pour la friction et l'usure.

• Optimiser les appariements de matériaux, ce qui conduit à de faibles niveaux de friction et d'usure.

• Sélection et utilisation des bons lubrifiants.

• Arriver à des changements de conception qui ont un impact bénéfique sur les performances globales du tribo-système.

Quels sont quelques exemples des progrès de la technologie des roulements que la recherche tribologique a apportés?

Pour un aperçu des progrès historiques de la technologie des roulements grâce à la tribo-recherche, lisezcet article dans Eureka Magazine. Il couvre les roulements à rouleaux rudimentaires utilisés par les anciens Égyptiens, les roulements à billes utilisés par les Romains 40BC, les rôles du traitement thermique de l'acier trempé et des céramiques à base d'oxydes. Il couvre également le développement du premier palier métal-polymère autolubrifiant de GGB.

Dans quelles industries et applications la tribologie est-elle utile?

La tribologie joue un rôle central dans les applications dans lesquelles deux surfaces en contact se déplacent l'une par rapport à l'autre. Certaines industries imposent des exigences plus élevées aux systèmes tribologiques en raison de leur criticité de mission, des exigences de fonctionnement continu ou des conditions extrêmes.

À QUOI UN INGÉNIEUR DOIT-IL PENSER LORS DE LA CONCEPTION DE PRODUITS OU D'EXPÉRIENCES DE FRICTION / USURE?

Cela dépend fortement de l'application. Certaines applications nécessitent un faible frottement (par exemple des matériaux de palier) tandis que d'autres nécessitent un frottement élevé (par exemple des systèmes de freinage). Pour la plupart des applications, une usure minimale des matériaux est un objectif principal. Pour de nombreuses applications, un point idéal défini entre de faibles niveaux de friction et de bonnes performances d'usure est souvent visé.

Lors de la conception d'expériences décrivant le frottement et l'usure, les essais tribologiques peuvent être classés dans l'une des six catégories principales, des essais sur le terrain de la catégorie I aux essais sur modèle de laboratoire les plus simples de la catégorie VI.

Catégorie I:Un essai sur le terrain est effectué dans des conditions de fonctionnement normales, qui peuvent inclure des conditions de fonctionnement prolongées. Cela se traduit par une mauvaise répétabilité, mais est proche des exigences du monde réel auxquelles le système tribologique sera confronté.

Catégorie II:Les expériences sont menées avec un équipement complet dans un environnement d'usine. Ces expériences peuvent atteindre des résultats proches des conditions de fonctionnement normales et peuvent être menées sur une période de temps pour reproduire des conditions de fonctionnement prolongées tout en limitant l'impact sur l'environnement.

Catégorie III:Les composants, sous-systèmes ou assemblages sont testés dans un laboratoire se rapprochant des conditions normales de fonctionnement prolongé, donnant une répétabilité moyenne

Catégorie IV:Les tests en laboratoire sont effectués sur des composants standard en série à l'aide d'un appareil d'essai réduit.

Catégorie V:Des expériences sont menées sur un échantillon avec un équipement de test pour fournir des conditions de fonctionnement proches des normales avec une excellente répétabilité.

Catégorie VI: Un banc d'essai est effectué avec un équipement de test de laboratoire simple.

Il est important de se rappeler que dans les catégories I à III, la structure du système du tribo-agrégat d'origine reste cohérente, et seule la contrainte collective est simplifiée. Les catégories II et III offrent des contraintes collectives plus reproductibles que la catégorie I. En revanche, dans les catégories IV à VI, la structure du système est simplifiée avec l'inconvénient de diminuer la prévisibilité de la transférabilité des résultats d'essai à des systèmes tribo-techniques pratiques comparables. Les catégories IV à VI offrent une meilleure métrologie du sous-tribo-contact, un coût moindre et un délai de test plus serré.1Ainsi, avec un ordre croissant des catégories de test, la durée du test ainsi que le coût du test augmentent considérablement, mais la transférabilité du résultat du test augmente également.

Comment appliquer les catégories de test au roulement du sous-tribo-système?

Les essais tribologiques des matériaux de roulement peuvent être divisés en quatre catégories principales:

• Descriptions des performances des produits, qui comprendraient les catégories IV et III pour garantir la transférabilité des résultats.

• Surveillance de la production / fabrication, y compris les catégories VI à IV, la catégorie III étant également une possibilité.

• Les tests de roulements liés au client peuvent inclure les catégories III à V, en gardant à l'esprit que la catégorie V n'est pertinente que si le test peut être adapté aussi près que possible de l'application.

• Toutes les catégories peuvent être utilisées pour soutenir les concepteurs de matériaux, avec des catégories inférieures dans les premiers stades de développement pour la présélection et des catégories plus numérotées entrant en jeu lorsque les sous-composants et le produit final sont disponibles.

1Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg + Teubner Verlag, 2010

QUELLE EST L'APPROCHE DE GGB POUR DÉVELOPPER DES SOLUTIONS DE ROULEMENT GRÂCE À L'EXPERTISE TRIBOLOGIQUE?