Tribologie ... mais qu'est ce qu'on peu bien faire avec ce truc !?

Hello

La Tribologie, on en parlais, voila un petit calcul pour montrer ce que l'on peut en faire:

- Soit un roulement qui roule sur un rail, un barreau a clavette en XC48 :

XC48:

• Résistance à la traction - Rm (MPa) 560 - 750
  
• Limite élastique à la traction - Re (MPa) 275 - 485
  
• Résistance à la compression (MPa) 560 - 750
  
• Limite élastique à la compression (MPa) 275 - 485

Ce roulement est soumis à une force de 140N qui le plaque sur le chemin de roulement.


Le roulement est un 6982Z :

• dimensions = 8x19x6
  
• charge dynamique = 2250 N
  
• Charge statique = 930N

Afin de calculer la résistance au matage du rail , on utilise la théorie des contacts de hertz : ici il s'agit un contact linéaire entre un cylindre et une surface plane.
L'aire de contact est un rectangle étroit dont la largeur est cotée b.
Pmax est la contrainte maximun subie, au milieu de contact.

• Module de Young pour les aciers:
  E= 210000 Mpa
  
• Coef de poisson pour les aciers:
  v = 0.29

• données de calcul
  
  
  
• Calcul du module et du rayon equivalent :
  
  
  
• Calcul de la largueur de contact:
  
  
  
• Calcul de pression et Pression Maxi:
  
  

Pm = 238 Mpa, inférieur à la limite élastique à la compression ( 275 - 485 Mpa ), le rail résistera au matage lors du passage répété du roulement.

pour augmenter la résistance au matage du rail, il faudrai soit:

• Changer la matière du rail
  
• Tremper le rail afin d'augmenter sa dureté
  
• Augmenter le nombre de roulements afin de diminuer la pression de contact.

Un exemple pratique de réalisation de ce type : Rail de la table de BigCn



Pour s'assurer d'une fonctionnement dans de bonnes conditions, il faut s'efforcer de régler l'alignement des roulements afin de bénéficier d'un contact effectif sur chaque roulement. ( montage des roulements sur excentriques )

Le système est tout à fait fiable, pour peut que les contraintes soient parfaitement connues, les calculs fait sérieusement.
En alternative, une queue d'aronde XC48/Bronze présente un excellent compromis qualité/facilité de réalisation.


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Cdlt
Ln

Salut et merci,

c'est une application d'un vrai intérêt pratique.

Et ça m'a permis de corriger une erreur sémantique de mon côté: je croyais que la tribologie était la science des lubrifiants, alors que c'est celle des contacts...

Bonsoir,
Et moi, je pensai que seul un certain Damart s'en servait ...

Bonjour

Lnx2051, tu pars sur une charge statique de 930 N. A quoi correspond ce chiffre ?
Lorsque la charge est portée par plusieurs roulements, tu préconise d' augmenter le nombre de roulements ce qui pourrait impliquer que chaque roulement supportera la même charge ... ce qui n'est pas tout à fait vrai dans l'absolu. Un coefficient de pondération ne serait-il pas nécessaire ?

A te lire ...

Hi Everybody

Calamentran a écrit: Lnx2051, tu pars sur une charge statique de 930 N. A quoi correspond ce chiffre ?
Lorsque la charge est portée par plusieurs roulements, tu préconise d' augmenter le nombre de roulements ce qui pourrait impliquer que chaque roulement supportera la même charge ... ce qui n'est pas tout à fait vrai dans l'absolu.

You're right Maurice, c'est même inadapté dans l'exemple montré, car le montage n'est pas compliant avec déjà un montage hyper-statique suivant 2 axes des contraintes maxi ...

Amitiés

hello touti

Calamentran a écrit:Bonjour

Ln, tu pars sur une charge statique de 930 N. A quoi correspond ce chiffre ?

A te lire ...

bah ... Ce sont des données constructeur :

La charge dynamique équivalente “C” est la charge radiale (pour un roulement), axiale (pour une butée) fixe, constante, pour laquelle la durée de vie limitée par le phénomène de fatigue sera celle atteinte par le roulement ou la butée, en conditions réelles de charge.

La “charge statique équivalente” C0 est la charge fictive (radiale pour les roulements et axiale pour les butées) qui, dans le cas de charges radiale Fr et axiale Fa combinées, provoquerait les mêmes déformations que les charges réelles Fr et Fa appliquées.

Calamentran a écrit:
Lorsque la charge est portée par plusieurs roulements, tu préconises d' augmenter le nombre de roulements ce qui pourrait impliquer que chaque roulement supportera la même charge ... ce qui n'est pas tout à fait vrai dans l'absolu. Un coefficient de pondération ne serait-il pas nécessaire ?

La réflexion porte sur un système idéal afin d'illustrer la ce qu'est la tribologie.

Si on considère maintenant le sujet dans sa réalisation pratique :
Augmenter le nombre de roulements augmente l’étendue des points de contact, conduisant à réduire cette pression de contact.
En effet à ceci il faut considérer un point très important : celui du problèmes des doubles portées, une pseudo "aberration mécanique " illustrée ci dessous :



La règle de repartions de charge ne prend tout son sens que si tous les roulements portent, de façon homogène , ce qui pose effectivement un ÉNORME problème de réglage et de précision d'usinage.

On pourrait penser que le rapprochement dû l’écrasement élastique pourrait venir à notre secours pour peu que la différence de niveau des roulements soit minime et absorbable par cette plasticité ... ce même "concept" qui expliquerai pourquoi in finé des patins à billes ou a rouleaux THK, INA, HIWIN, SFK soient conçu avec des classes de pré-charge ....

De façon pratique, pour régler tout ça, j'utiliserai une partie la science du grattage:
je ferai un réglage au bleu, en enduisant la surface plane et observant les surfaces de contact des roulements, sauf qu'au lieu de gratter on règle les excentriques sur lesquels sont montés les roulements
Le fait est que cette CNC montrée en exemple fonctionne très très bien

Lil a écrit:
le montage n'est pas compliant avec déjà un montage hyper-statique suivant 2 axes des contraintes maxi ...

tu peux développer un ti pneu Lil ?
pourquoi tu dis "hyperstatique" ? le V est la pour supprimer les degrés de libertés adéquat, on a la même chose avec une glissière en V sur des systèmes éprouvés :



moi j'veux bien... mais j'veux comprendre


Cdlt
Ln

je trouve l'exemple intéressant pour expliquer de façon chiffré pourquoi on dit souvent qu'il ne faut pas de rail alu pour les cnc ce qui parfois est difficile à faire comprendre par les mots
il suffit juste de changer le module de Young (E) pour voir les dégats que ça peut causer sur un rail alu notamment sur la taille de la largeur "b"
cela dit dans la réalité la charge n'est pas systématiquement répartie sur la zone de largeur "b" mais il peut y avoir un léger effort plus important d'un côté que de l'autre du roulement ce qui passe la zone de contact d'un rectangle à un trapèze et inscite le roulement à prendre un "virage"
Nota: E(alu)=69 GPa contre 210 Gpa pour un acier soit 3 fois plus que l'alu classique

tu mets du cuivre dans ton alu et le problème est réglé

Ordinerf a écrit: il peut y avoir un léger effort plus important d'un côté que de l'autre du roulement ce qui passe la zone de contact d'un rectangle à un trapèze et incite le roulement à prendre un "virage"

Et oui Ordinerf, il faut une certaine précision dans la réalisation de ce type de système mais ce n'est pas impossible à réaliser avec un peu de soin :)
Si le roulement est monté de traviole, ça va se voir tout de suite, les surfaces seront rayées.
Pour éviter ce genre de désagrément, on peut utiliser des galets, dont la surface est légèrement arrondie ( R=500mm ), on transpose alors les contacts linéaires en contact ponctuels, la donne change alors , et de beaucoup.

Le choix des matières, comme le dit Gavroche, est essentiel si on veut que la glissière dure dans le temps.
Cdlt
Ln

Bon Matin à Tous

Ah! De la tribologie au guidage en translation ... Vaste sujet

Lnx2051 a écrit: .../... Augmenter le nombre de roulements augmente l’étendue des points de contact, conduisant à réduire cette pression de contact.

Je te dirais oui et non.
Non car il est impossible d'aligner 3 points sur un même plan et donc 3 roulements sur un même rail et donc plus à fortiori.
Le réglage par excentrique de chaque roulement ne résout pas le problème car le réglage ne tient pas compte d'une déformation du chemin de roulement, mais uniquement du point local de contact.



Oui, car il existe des systèmes qui permettent le contact multiple (1) en fonction de la charge (mais avec une charge constante et dans le même sens)

Auquel cas tu vas me rétorquer qu'une glissières traditionnelle n'est qu'une multiplicité de points.
Je te dirais oui et non.
Oui car à l'échelle moléculaire après rodage on pourrait être à même de penser que l'on a des creux et des bosses ...
Non car on fait alors intervenir le lubrifiant qui vient parfaitement équilibrer les pressions de l'ensemble des sommes des pressions ∑p (sur la longueur des glissières) et qui rend, paradoxalement, le principe des glissières statiques compliant (2)
Important, la dimension d'une molécule de lubrifiant est "énorme" par rapport à certaines exigences d'usinage.
Un film d'huile peut faire "grimper" une glissière de plusieurs tonnes de 5µm ou plus (3) !!!

Tu vas donc pouvoir me rétorquer que c'est la même chose pour les roulements.
Et bien non, car la pression ponctuelle des contacts (ligne de contact ou points de contact) est tellement élevée, que le lubrifiant est évacué entre les points de contact et donc le frottement se fait directement sur le métal.

L'apparente simplification des guidages en translation grâce aux composants standards (glissières à billes, à roulements, à rouleaux, patins, etc ...) est un leurre pour des machines outils standards (CN ou manuelles).
Les Centre d'Usinages les plus modernes utilisent des guidages dynamiques d'une incroyable complexité et n'ont rien à voir avec des boîtiers ou des patins de chez Rex-Roth (Bosh) ou autres, qui sont très bien pour des applications légères (portiques d'usinages légers) mais inutilisables pour de la M-O traditionnelle à gros enlèvement de copeaux sans bien sûr parler d'UGV.

Un wikibook http://fr.wikibooks.org/wiki/Tribologie/Généralités intéressant pour approcher la Tribologie

Amitiés

(1) Compliance en anglais pour lequel je ne connais pas l'équivalent français
(2) Exemple des "pattes d'araignées" ou autres désignations de zones de lubrification des glissières
(3) P = F / S