Il faut que ça glisse
pour comprendre comment ça frotte...
Acquis antérieurs |
Les notions abordées |
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Convention d'écriture
Les vecteurs sont en gras dans le texte, avec les flèches habituelles sur les images
Le frottement est un phénomène constaté au niveau de la surface de contact entre deux solides.
Phénomène utile ou néfaste, il est dissipateur d'énergie.
Les lois du frottement ( ~ de Coulomb)
Cas du glissement :
Soit un point de contact P entre deux solides 1 et 2. Le solide étudié
est le solide 2 dans son mouvement par rapport à 1 : |
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Dans le cas d'un contact parfait, l'action mécanique élémentaire transmissible par le contact est modélisée par une force élémentaire |
Cas du glissement - 1ère loi
Le phénomène
de frottement est modélisé par une composante tangentielle
d'action mécanique
qui s'oppose au point d'étude à
la vitesse de glissement constatée.
Cette proposition se traduit par
(
1 ) : Le produit vectoriel nul exprime la colinéarité de
la composante tangentielle et de la vitesse de glissement.
( 2 ) : Le produit scalaire négatif exprime la dissipation d'énergie
au niveau du contact.
Cas du glissement - 2ème loi
Le module de la composante
tangentielle se déduit du module de la composante normale
par la
relation
le coefficient f étant appelé coefficient de frottement de glissement.
Soit un point de contact P entre deux solides 1 et 2. Le solide étudié
est le solide 2 : Soit le vecteur vitesse V(P,2/1) modélisant le mouvement qui apparaîtrait s'il n'y avait pas de frottement. |
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Dans le cas d'un contact parfait, l'action mécanique élémentaire transmissible par le contact est modélisée par une force élémentaire |
Cas de l'adhérence - 1ère loi
Le phénomène
de frottement est modélisé par une composante tangentielle
d'action mécanique
qui s'oppose au point d'étude à
la vitesse de glissement
qui apparaîtrait s'il n'y avait pas de
frottement.
Cette proposition se traduit par
( 1 ) et ( 2 ) : cf. cas du glissement.
Corollaire :
L'absence d'apparition de vitesse
de glissement s'il n'y a pas de frottement entraîne l'absence de composante
tangentielle, ou plutôt sa nullité.
Cas de l'adhérence - 2ème loi
Le module de la composante tangentielle est majoré par un terme proportionnel au module de la composante normale, ce qu'exprime la relation
le coefficient f étant appelé coefficient de frottement d'adhérence.
Le cas particulier d'égalité est appelé cas limite du glissement.
Considérons le cas de l'adhérence
Pour un effort normal donné, le module de la composante tangentielle est majoré par un nombre proportionnel au module de la composante normale, il a une valeur comprise entre 0 et f.N12
La deuxième loi du frottement se traduit donc graphiquement par :
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La direction du vecteur t étant a priori quelconque dans le plan tangent, il apparaît que la force élémentaire transmissible est à l'intérieur d'un cône de demi angle au sommet φMAX Ce cône est souvent appelé cône de frottement. |
Dans le cas du glissement, la proposition est immédiate : la force élémentaire transmissible est sur le cône de frottement
L'action mécanique transmissible par un contact ponctuel est un glisseur dont l'axe central passe par le point de contact
Il suffit donc de remplacer par dans tout ce qui a été dit précédemment.
Pour toutes les liaisons où il existe une surface de contact, il faut reconstruire le torseur d'actions mécaniques transmissibles par intégration à partir du point de vue local.
Exemple : Étude d'une transmission par embrayage.
Valeur des coefficients de frottement
La valeur d'un coefficient de frottement
de glissement dépend :
( par ordre d'importance décroissant )
La valeur d'un coefficient d'adhérence pour un couple de matériaux donnés est supérieure ou égale à la valeur du coefficient de frottement de glissement pour ce même couple de matériaux, du fait de l'influence plus grande de l'état de surface. Néanmoins, pour une première approche et dans la majorité des cas, confondre les deux valeurs est tout à fait raisonnable. |
La valeur d'un coefficient de frottement ne dépend pas :
Coefficients de frottement de glissement | |||
Matériaux en contact | Nature du frottement | Exemples d'utilisation | |
à sec | lubrifié | ||
|
0,15 à 0,20 | 0,10 | Variateurs à friction |
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0,15 | 0,10 | Engrenages à roue et vis sans fin |
|
0,05 | Paliers lisses | |
|
0,02 à 0,10 | ||
|
0,05 à 0,15 | ||
|
0,25 à 0,45 | Courroies | |
|
0,15 | 0,10 | |
|
0,20 à 0,50 | Freins, embrayages |
Qu'ai-je appris ? |
Pour en savoir plus | Utilisez un moteur de recherche avec comme mot clé TRIBOLOGIE |
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