Laboratoire 2 - Laboratoir 2 sur l\'estimation des coefficients de friction PDF

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Laboratoir 2 sur l'estimation des coefficients de friction...

Description

ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE UNIVERSITÉ DU QUÉBEC

MEC727 - Tribologie

Laboratoire 2 : Étude expérimentale du coefficient de frottement pour différentes combinaisons de matériaux

Présenté à Raynald Guilbault Par

TREF07039300 - TREMBLAY Francis LEBA13099507 – LEBLANC-BUISSON Antoine

Date de remise: 28 juillet 2021

Table des matières 1.

Description des conditions expérimentales.........................................................................................4

2.

Présentation des résultats...................................................................................................................4 2.1 Exemple de calcul pour le Nylon / Laiton (essai 2).............................................................................6

3.

Comparaison des valeurs mesurées aux valeurs expérimentales........................................................9

4.

Analyse des mesures et description des mécanismes en présence...................................................10 4.1 Force d’adhésion..............................................................................................................................10

5.

Conclusion.........................................................................................................................................10

6.

Références.........................................................................................................................................10

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Liste des tableaux Tableau 1 : Rugosités et masses...................................................................................................................4 Tableau 2 : Résultats expérimentaux...........................................................................................................7 Tableau 3 : Comparaison Nylon / Laiton avec la littérature.........................................................................9 Tableau 4 : Comparaison aluminium / laiton avec la littérature..................................................................9

Liste des figures Figure 1 : Force en fonction du temps d’un bloc d’étain sur de l’aluminium (essais 1)................................5 Figure 2 : Représentation des données sur le graphique.............................................................................6 Figure 3 : Force en fonction du temps d’un bloc d’étain sur de l’aluminium (essais 2)................................8 Figure 4 : Force en fonction du temps d'un bloc d'étain sur du nylon (essai 1)...........................................8 Figure 5 : Force en fonction du temps d'un bloc d'étain sur du nylon (essai 2)...........................................9

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1. Description des conditions expérimentales Dans ce laboratoire, nous allons mesurer les coefficients de friction des matériaux à l’étude à l’aide de notre montage expérimental avec un bloc, des plaques et une force appliquée au bloc qui engendre un mouvement et les forces appliqués et le mouvement est enregistré avec l’aide de capteurs et d’un logiciel. La température des blocs et plaques durant le laboratoire était de 20°C à 21°C pour tous les tests faits sur le montage alors la température n’est pas une variable qui a été variée pour observer s’il avait une différence pour les valeurs des coefficients de frictions lorsqu’on changeait la température. Ce test est pour mesurer les coefficients de friction de façon expérimentale. Voire le Tableau 1 : Rugosités et masses. Tableau 1 : Rugosités et masses

Bloc de Laiton Support d’acier Plaque Aluminium Plaque Nylon Masse totale

Rugosité µm 0,331 0,197 0,377 -

Masse g 150,07 870,70 1 020,77

2. Présentation des résultats La Figure 1 : Force en fonction du temps d’un bloc d’étain sur de l’aluminium suivante montre la force en fonction du temps appliqué au bloc en laiton 360 sur une surface d’aluminium.

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Figure 1 : Force en fonction du temps d’un bloc d’étain sur de l’aluminium (essais 1)

Afin de mesurer les forces requises, nous avons mesuré la force maximale avant le déplacement pour trouver le coefficient statique. Ensuite, avec le logiciel Matlab, nous avons fait une moyenne lors de l’intervalle constant afin de déterminer le coefficient dynamique tel qu’illustré à la figure suivante. Cette méthode a été utilisée pour l’ensemble de nos valeurs. Les résultats sont présentés dans le Tableau 2 : Résultats .

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Figure 2 : Représentation des données sur le graphique

2.1 Exemple de calcul pour le Nylon / Laiton (essai 2) Poids :

W =1,02077 kg∗9,81

m =10,0138 N s2

Moyenne de la force appliquée sur le bloc pendant qu’il bouge:

F=2,7721 N

Coefficient de frottement dynamique :

µ d=

F 2,7721 N =0,27662 = W 10,0138 N

Coefficient frottement statique :

µ s=

3,19 N F = =0,31856 W 10,0138 N 6

Tableau 2 : Résultats expérimentaux

Matériau

Nylon / Laiton (essai 1) Nylon / Laiton (essai 2) Métal / Laiton (essai 1) Métal / Laiton (essai 2)

Moyenne de la force appliquée sur le bloc pendant qu’il bouge (N)

Écart-type de cette force

0.2863

2.8402

0.0838

0.31856

0.2766

2.7721

0.0815

0.539

0.34

3.4017

0.1215

0.473

0.3275

3.2799

0.1076

Coefficient frottement statique

Coefficient de frottement dynamique

µs

µd

0.379

Mettre en annexe ou à effacer Coefficient de frottement dynamique = (F/W) = 2.8402 N / 10.0138 N = 0.28363 Moy:2.8402 N 1348 p Std:0.0838 Coefficient frottement statique = 3.8 N = (F/W) = 3.8 N / 10.0138 N = 0.379

Moy: 3.2799 N 134637m Coefficient frottement dynamique = 3.2799 N = (F/W) = 3.2799 N / 10.0138 N = 0.32754 Std:0.1076 Coefficient frottement statique = 4.74 N / 10.0138 N = 0.473349

Moy:3.4017 N 134605m Coefficient frottement dynamique = 3.4017 N = (F/W) = 3.4017 N / 10.0138 N = 0.339703 Std:0.1215 Coefficient frottement statique = 5.4 N = (F/W) = 5.4 N / 10.0138 N = 0.539

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Les figures Figure 3 : Force en fonction du temps d’un bloc d’étain sur de l’aluminium (essais 2),Figure 4 : Force en fonction du temps d'un bloc d'étain sur du nylon (essai 1) et Figure 5 : Force en fonction du temps d'un bloc d'étain sur du nylon (essai 2) représentent la force en fonction du temps pour les trois autres essais.

Figure 3 : Force en fonction du temps d’un bloc d’étain sur de l’aluminium (essais 2)

Figure 4 : Force en fonction du temps d'un bloc d'étain sur du nylon (essai 1)

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Figure 5 : Force en fonction du temps d'un bloc d'étain sur du nylon (essai 2)

3. Comparaison des valeurs mesurées aux valeurs expérimentales Le Tableau 3 : Comparaison Nylon / Laiton avec la et le Tableau 4 : Comparaison aluminium / laiton avec la suivant présentent l’écart entre les essais expérimentaux et les valeurs théoriques trouvés dans la littérature. Il est à noter qu’aucune donnée n’a été trouvée pour le laiton et l’aluminium. Nous avons donc choisi la combinaison de matériaux représentant au mieux l’état de notre laboratoire. Soit le laiton et l’acier doux.

Tableau 3 : Comparaison Nylon / Laiton avec la littérature

Matériaux

Essai

Nylon / Laiton

1 2 Literature

Nylon / Laiton

Coefficient statique 0,379 0,320 0,3

Écart

Coefficient dynamique

Écart

26,3 % 6,67 % -

0,286 0,277

27.11 23.11 -

0.225

Tableau 4 : Comparaison aluminium / laiton avec la littérature

Matériaux

Essai

Aluminium /

1

Coefficient statique 0,539

Écart 5,69 %

Coefficient dynamique 0,340

Écart -22,7 % 9

Laiton Laiton / Acier doux

2

0,473

-7,25 %

0,328

-25,5 %

Littérature

0,51

-

0,44

-

4. Analyse des mesures et description des mécanismes en présence Pour débuter, nous remarquons que tous les coefficients statiques sont plus élevés que les coefficients dynamiques. Ceci est normal puisque lorsque la pièce n’est pas en mouvement, les forces d’adhésions sont dominantes et font augmenter le µ statique. Deux phénomènes dictent le frottement, l’adhésion et la déformation. Considérant qu’il n’existe que peu d’interaction entre les deux phénomènes, nous pouvons utiliser la formule suivante.

Fi =F a + F d

Fa = force de frottement engendrée par l’adhésion des aspérités Fd = force de frottement engendrée par la déformation des surfaces

Nous pouvons aussi conclure que les coefficients s’additionnent telle la formule suivante.

µ i =µ a + µ d

4.1 Force d’adhésion La force d’adhésion représente la surface de contact réelle des aspérités entre les deux surfaces. L’aire réel est toujours plus petit que l’air total puisque seulement une petite partie des matériaux se touche. La force est aussi liée à la résistance au cisaillement moyenne du contact sec τ a .

F a= A réelle∗τ a Les 2 tests faits sur chacun des scénarios (laiton/nylon et laiton/métal) sont légèrement différents et voici pourquoi. Premièrement, les capteurs montraient à plusieurs endroits des incohérences par exemple, le bloc avançait et reculait à plusieurs endroits même si la force était appliqué dans une seule direction alors cela peut amener des erreurs dans nos mesures de coefficients de friction surtout que c’est une masse de seulement 1 kg alors les mesures sont déjà petites alors les erreurs des capteurs ont plus d’influence. Deuxièmement, le bloc n’était pas à la même place sur les planches pour les deux essais alors à un endroit sur la planche, il avait peut-être plus de rugosité ou d’aspérité ce qui pourrait expliquer une différence dans les mesures de coefficient de friction dynamique et statique. Troisièmement, si l’essai a été fait à la même endroit sur la planche, c’est possible que certains aspérité sont été égalés alors le nombre d’aspérité entre le premier essai et le deuxième essai serait différents alors la différence entre le coefficient de friction statique et dynamique serait différent.

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Adhésion/déformation (4-36) effet de la température (4-37) al+Zc+Cu compatible (0.5) Broutage pour métal

5. Conclusion Pour conclure, je crois que ces essais nous ont permis de mieux comprendre les coefficients de friction

6. Références 1. https://www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html 2. Handbook_of_Reliability_Prediction_Procedures_for_Mechanical_Equipment_15_May_2011_p p_170.pdf 3. https://www.teachengineering.org/content/nyu_/activities/nyu_heavy/nyu_heavy_activity1_co ftable.pdf 4. Friction Coefficient. Retrieved from https://app.knovel.com/hotlink/itble/rcid:kpFTPPE004/id:kt001DIRO4/fatiguetribological/nylon-6-pa-friction-coefficient

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