Qu’est-ce qui cause la friction ? Comment les réduire.

À moins que vous ne jouiez du violon, le frottement ou le stick-slip est une condition indésirable causée par la différence entre le frottement statique et dynamique entre les deux surfaces. Lorsqu'un frottement se produit dans les guides linéaires, cela peut entraîner des vibrations (mouvement « saccadé »), un grippage, des exigences de couple fluctuantes ou une perte de précision sous forme de dépassement.

Qu’est-ce qui cause la friction ?

Le coefficient de frottement statique (μs) entre deux surfaces est presque toujours supérieur au coefficient de frottement dynamique (cinétique) (μk), et cette variation de frottement est la cause sous-jacente du stick-slip.

Toutes les surfaces présentent une certaine rugosité. Même les surfaces hautement finies et polies ne sont pas parfaitement lisses : elles présentent des pics (appelés « aspérités ») et des creux qui réduisent la surface de contact effective des surfaces. En d’autres termes, à certains endroits, seuls les sommets des deux surfaces sont en contact, tandis qu’à d’autres endroits, les sommets d’une surface se déposent dans les vallées de l’autre surface. Et à certains endroits, il n’y a aucun contact entre les surfaces.

Étant donné que les zones de contact individuelles sont très petites, la pression entre les surfaces est extrêmement élevée (pression = force ÷ surface) et l'adhésion se produit à ces points grâce à un processus appelé soudage à froid.

Avant que les surfaces puissent bouger, les liaisons qui provoquent cette adhérence doivent être rompues. De même, là où les surfaces s'emboîtent (les sommets d'une surface s'installent dans les creux de l'autre surface), une abrasion ou une déformation plastique doit se produire pour briser ces zones imbriquées et permettre aux surfaces de se déplacer.

Une fois que la force motrice est suffisamment élevée pour rompre ces liens entre les surfaces et surmonter le frottement statique, le mouvement commence. Mais même pendant le mouvement, une certaine abrasion se produit encore car les surfaces ne sont pas encore parfaitement lisses. La résistance au mouvement due à la rugosité de surface restante est appelée frottement dynamique ou cinétique.

Comment réduire la friction

Pour les roulements linéaires qui utilisent une lubrification (presque tous les roulements à recirculation et certains roulements lisses), le mouvement entre les surfaces de roulement entraîne la lubrification dans les espaces microscopiques entre les surfaces. À mesure que la vitesse relative des surfaces augmente, le film lubrifiant devient plus épais et le contact surface à surface est réduit, donc la friction entre les surfaces diminue.

Mais les roulements linéaires parcourent une distance finie puis reviennent dans la direction opposée (contrairement aux roulements radiaux, qui peuvent tourner indéfiniment dans la même direction), ils passent donc beaucoup de temps dans ce que l'on appelle une lubrification mixte, où la friction est importante. déterminé à la fois par les propriétés des surfaces et par les propriétés du lubrifiant. Par conséquent, une lubrification appropriée est le meilleur moyen de contrôler ou de réduire les effets du frottement dans les roulements à recirculation (et dans certains roulements lisses).

Le stick-slip, ou frottement, est souvent plus problématique dans les paliers lisses que dans les paliers à recirculation. En effet, les paliers lisses présentent une plus grande différence entre les coefficients de frottement statiques et dynamiques. Et le coefficient de frottement d'un palier lisse peut varier en fonction de la charge appliquée, de l'usure et des facteurs environnementaux.

Pour les roulements lisses montés sur des arbres ronds, une façon de contrer les effets du stick-slip consiste à choisir des arbres avec la finition de surface la plus élevée (rugosité de surface la plus faible) qui soit pratique. Et suivre le rapport 2:1 (également appelé règle 2:1 ou rapport de liaison) — qui spécifie que la distance entre les bras de moment ne doit pas être supérieure à deux fois la longueur d'appui — est très souvent nécessaire pour éviter le stick-slip dans applications sur paliers lisses.

Une autre option pour minimiser, voire empêcher, le stick-slip consiste à utiliser des guides sur coussin d'air. Pour les coussinets à air, la friction est uniquement fonction du cisaillement de l'air dû au mouvement. Par conséquent, la différence entre le frottement statique et cinétique dans un ensemble de roulements à air est pratiquement nulle, de sorte que le problème du stick-slip est pratiquement éliminé.