FROTTEMENT

Données numériques et conclusions pratiques

Dans les problèmes de freinage, on cherche à avoir les coefficients de frottement les plus élevés, mais il est difficile, sans courir le risque d'une détérioration rapide des surfaces, de dépasser f = 0,5. En mécanique, on cherche généralement, au contraire, à obtenir les coefficients de frottement les plus faibles.

En première approximation, on obtient les valeurs suivantes :

– acier cémenté trempé sur bronze (graissé) : 0,1 ;

– acier sur acier avec des huiles riches en acide gras : 0,09 ;

– acier sur acier avec palier à huile en régime hydrodynamique : 0,005.

Le coefficient de frottement peut décider de la réversibilité ou de l'irréversibilité de certains organes mécaniques (vis et roue tangente, trains épicycloïdaux, etc.).

Les pertes par frottement diminuent le rendement des machines ; le cas le plus typique est celui d'une automobile, qui consacre plus de la moitié de l'énergie qu'on lui fournit à vaincre les frottements du moteur, de la boîte de vitesses, des cardans, du pont arrière, des pneus sur la route et de l'air sur la carrosserie.

La nature a fort bien réussi ses couples de frottement ; l'adhérence du pied de l'homme sur la terre est remarquable, surtout si on la compare à celle, fort médiocre, d'une roue de locomotive sur un rail ; les articulations du corps humain, coudes, genoux, etc., sont des paliers hydrostatiques très difficiles à reproduire qui, tant du fait de leur conception mécanique que des qualités propres du fluide synovial, ont un coefficient de frottement de 0,02.

Pour mieux lutter contre les effets néfastes du frottement, la mécanique moderne dispose de toute une panoplie d'armes performantes, qui permettent d'apporter une solution à près de 80 p. 100 des problèmes : on envisagera successivement les matériaux, les traitements et revêtements de surface, les lubrifiants liquides et les règles technologiques. Matériaux. Aux alliages cuivreux, fontes ou antifrictions traditionnels, s'ajoutent maintenant entre autres :

– les céramiques (oxydes, carbures, nitrures, etc.), dont les qualités de dureté, d'inertie chimique, de résistance aux températures extrêmes, en font des armes efficaces contre l'abrasion, la corrosion, l'usure aux hautes ou basses températures ;

– les frittés, dont les plus usités sont les frittés fer et les frittés bronze, qui s'emploient généralement imprégnés d'huile, mais aussi parfois imprégnés de lubrifiants solides ;

– les plastiques (P.T.F.E., polyéthylènes, polyamides, polyimides, Téflon, etc.) qui, grâce à leurs propriétés mécaniques sans cesse améliorées, leur stabilité dimensionnelle de mieux en mieux maîtrisée, leur résistance accrue à la température (près de 400 ⁰C pour certains polyimides), font bénéficier de leurs qualités (légèreté, prix, facilité de mise en œuvre, grande aptitude à l'accommodement, bonne inertie chimique, faible densité, bas contenu énergétique...) toutes sortes de pièces mécaniques (engrenages, palettes de pompes, jupes de pistons...) ;

– les matériaux composites, qui offrent en général une bonne résistance au grippage, ce qui autorise certains frottements secs, dont les caractéristiques mécaniques sont tout à fait acceptables (tenue au fluage, à la compression...) et dont on peut ajuster les propriétés (conductivité thermique par exemple) en fonction de l'application visée ;

– les lubrifiants solides, qui sont des corps finement divisés et qui, par leur structure lamellaire, permettent la séparation des deux corps qui frottent par un film orienté à faible coefficient de frottement ; les plus employés sont le graphite et le bisulfure de molybdène ; Traitements et revêtements de surface. On peut citer notamment :

– les revêtements galvaniques[...]