Qu’est-ce qui provoque le grippage ? Comment le réduire ?

À moins de jouer du violon, le phénomène de collage, ou stick-slip, est un problème indésirable dû à la différence entre le frottement statique et le frottement dynamique entre deux surfaces. Dans les guides linéaires, le collage peut provoquer des à-coups (broutage), un blocage, des variations du couple requis ou une perte de précision (dépassement).

Qu'est-ce qui provoque l'adhérence au poignet ?

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 phénomène de stick-slip.

Toute surface présente une certaine rugosité. Même les surfaces polies et finies avec soin ne sont pas parfaitement lisses : elles comportent des aspérités et des creux qui réduisent la surface de contact effective. Autrement dit, à certains endroits, seules les aspérités des deux surfaces sont en contact, tandis qu’à d’autres, les aspérités de l’une s’enfoncent dans les creux de l’autre. Et à certains endroits, il n’y a aucun contact entre les surfaces.

Comme les surfaces de contact individuelles sont très petites, la pression entre les surfaces est extrêmement élevée (pression = force ÷ surface), et l'adhérence se produit à ces points par un processus connu sous le nom de soudage à froid.

Avant que les surfaces puissent se déplacer, les liaisons responsables de leur adhérence doivent être rompues. De même, aux endroits où les surfaces s'imbriquent (les aspérités de l'une s'insèrent dans les creux de l'autre), une abrasion, ou déformation plastique, est nécessaire pour rompre ces zones d'imbrication et permettre le mouvement des surfaces.

Une fois que la force motrice est suffisante pour rompre les liaisons entre les surfaces — et vaincre le frottement statique —, le mouvement commence. Cependant, même en mouvement, une certaine abrasion persiste car les surfaces ne sont pas parfaitement lisses. La résistance au mouvement due à cette rugosité résiduelle est appelée frottement dynamique ou cinétique.

Comment réduire l'adhérence

Pour les paliers linéaires lubrifiés (pratiquement tous les paliers à recirculation et certains paliers lisses), le mouvement entre les surfaces du palier entraîne la pénétration du lubrifiant dans les espaces microscopiques entre ces surfaces. À mesure que la vitesse relative des surfaces augmente, le film lubrifiant s'épaissit et le contact entre elles diminue, réduisant ainsi le frottement.

Cependant, les paliers linéaires parcourent une distance finie puis reviennent en sens inverse (contrairement aux paliers radiaux, qui peuvent tourner indéfiniment dans le même sens). Ils passent donc une bonne partie de leur temps en régime de lubrification mixte, où le frottement est déterminé à la fois par les propriétés des surfaces et celles du lubrifiant. Par conséquent, une lubrification adéquate est le meilleur moyen de contrôler ou de réduire les effets du frottement statique dans les paliers à recirculation (et dans certains paliers lisses).

Le phénomène de stick-slip, ou frottement statique, est souvent plus problématique dans les paliers lisses que dans les paliers à recirculation. Cela s'explique par une plus grande différence entre les coefficients de frottement statique et dynamique dans les paliers lisses. De plus, 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 paliers lisses montés sur des arbres cylindriques, une solution pour contrer les effets de stick-slip consiste à choisir des arbres présentant la meilleure finition de surface possible (rugosité minimale). De plus, le respect du rapport 2:1 (également appelé règle du 2:1 ou rapport de serrage) – qui stipule que la distance du bras de levier ne doit pas excéder deux fois la longueur du palier – est très souvent nécessaire pour éviter le stick-slip dans les applications de paliers lisses.

Une autre solution pour minimiser, voire éliminer, le phénomène de stick-slip consiste à utiliser des guides à coussin d'air. Dans le cas des coussins d'air, le frottement est uniquement dû au cisaillement de l'air causé par le mouvement. Par conséquent, la différence entre le frottement statique et le frottement cinétique dans un ensemble à coussin d'air est pratiquement nulle, ce qui élimine quasiment tout risque de stick-slip.