CONSEQUENCES DU FROTTEMENT DANS LES LIAISONS MECANIQUES

Transcription

1 CONSEQUENCES DU FROTTEMENT DANS LES LIAISONS MECANIQUES

2 CONSTATATIONS : Les forces de frottements sont partout présentes dans la nature, on cherche soit à les utiliser, soit à en diminuer les effets. Pour la construction des machines, la lubrification et la bonne connaissances des forces de friction permettront de diminuer les pertes d énergie par frottement et d augmenter le rendement de l appareil. Dans d autres cas elles seront le garant de la stabilité et de l équilibre de ces mêmes machines. Energie perdue ; E frott = E cal + E def + E son Exemples : Embrayage à friction; le frottement assure la transmission Freins ; les frottements assurent l immobilisation Liaisons mécaniques; le frottement est néfaste usure Frottements de l air (CX) sur les véhicules; perte de puissance

3 ORIGINE DU FROTTEMENT : Le frottement entre 2 solides a pour origine principale les phénomènes liés aux surfaces de contact : Exemple : mvt de 2/1 2 ZOOM 1 (immobile) MICROSCOPIQUE Irrégularités des surfaces de contact : Aspérités qui s enchevêtrent et s opposent au glissement Déformations des aspérités : Bourrelets frontaux qui se forment devant les 2 corps par ref. de matière Adhésion mutuelle : Attraction moléculaire d origine électrique Formation de micro-soudures : Diffusion des métaux et échauffements locaux

4 Suivant le type de frottement (Sec, Mixte ou Hydrodynamique) ces phénomènes sont plus ou moins prépondérants. Nous nous limiterons au cas du frottement Sec et en particulier à la formulation de COULOMB : Les résistances passives liées au frottement dépendent uniquement de la nature des matériaux en contact et dans une moindre mesure de la rugosité des surfaces (rugosité=état de surface). Dans certains cas cette formulation s éloigne de la réalité car elle ne tient pas compte de facteurs pourtant influents sur les frottements ( pression de contact, vitesse relative, température, actions d adhésion)

5 ÉTUDE D UN EXEMPLE : Soit un colis (1) de poids P et de centre de gravité G, en équilibre sur un plan horizontal (O) ; On se propose d analyser le comportement du colis et l évolution des actions de contact (plan/colis)lorsqu on exerce une traction latérale F graduellement croissante. 0 1 TREUIL 3 situations se présentent :

6 LES 3 SITUATIONS POSSIBLES : 1. «Le colis est au repos». 2. «Le colis subit une force de traction F insuffisante pour le mettre en mvt». 3. «Le colis subit une force de traction F suffisante pour le mettre en mvt».

7 1 Situation : «Le colis est au repos» Colis isolé Colis isolé : modélisation R G f P Commentaires : Le colis est soumis à son propre poids P. P f symbolisent les actions élémentaires du sol sur le colis Hypothèse : La répartition des f est symétrique et f = R Le PFS 2 forces permet d écrire que R + P = O Equilibre d où R = - P

8 2 Situation : «Le colis subit une force de traction F insuffisante pour déplacer le colis» Colis isolé Colis isolé : modélisation R G F F f P Commentaires : Il n y a plus de mvt, le colis est en équilibre. Il y a ADHERENCE. Le PFS permet d écrire que R+P+F = O d où l angle α α Remarque : La décomposition de R met en évidence que N = P et T = F Si F augmente ( F>F limite ) le colis glisse et on passe en phase de FROTTEMENT d où F lim / N = tg α lim

9 3 Situation : «On exerce une force de traction F suffisante pour déplacer le colis» mvt Colis isolé G F Colis isolé : modélisation R F P α f Commentaires : F > F lim ; Le colis glisse sur le plan horizontal. Il y a FROTTEMENT entre le sol et le colis. Le glissement continuera à vitesse uniforme si F= N tg α avec tg α < tg α lim Le mvt sera accéléré si F est supérieur à une nouvelle valeur limite de tg α

10 CONCLUSION On définit donc un angle d inclinaison maxi de l action de contact du sol sur le colis au delà duquel il n y a plus ADHÉRENCE ; Cet angle est appelé : Il est pris par rapport à : ANGLE D ADHERENCE La NORMALE AU PLAN DE CONTACT On le note φ S On définit aussi le COEFF. D ADHERENCE f s ou μ s tel que Tg φ s = μ s = f s Remarque : Dans la plupart des cas (sauf indication) et pour des raisons de simplification, le coefficient d adhérence et le coefficient de frottement seront considérés comme identiques. (fs = f ) On emploiera donc plus souvent le terme de COEFFICIENT DE FROTTEMENT

11 CÔNE DE FROTTEMENT Utilisé avec les résolutions graphiques, le cône de frottement permet de donner une «IMAGE» au frottement et simplifier les études..

12