Banc de friction de type joint facial
Ce banc permet d’étudier la thermique du frottement. Un tel dispositif présente l’avantage d’obtenir des transferts de chaleurs quasi-unidirectionnels lorsque l’épaisseur radiale des échantillons est faible devant leur rayon moyen. L’adjonction d’un élément isolant sur les faces radiales rend les transferts quasi unidirectionnels, condition favorables à la faisabilité de l’identification à partir de mesures de température. Cependant, une telle machine est limitée en chargement, donc en pression de contact, et en vitesse de rotation. Ces deux contraintes limitent donc le niveau de flux généré par frottement lors d’un essai. Sachant qu’il est difficile voire impossible d’avoir un contact homogène entre deux surfaces, ce montage est néanmoins celui qui permet d’obtenir la meilleure homogénéité de contact entre les deux solides en frottement. Le schéma cinématique présenté sur la Figure 1 illustre le principe de fonctionnement mécanique du dispositif expérimental. Il met en évidence l’échantillon mobile, relié au moteur (M) par une broche une courroie lisse. L’échantillon fixe coulisse librement en translation par rapport au bâti sous l’action de la charge normale, et permet la mesure du couple résistant en laissant la rotation libre (rotation dans le plan de contact). De plus, pour assurer la meilleure conformité des surfaces de contact, l’échantillon fixe est monté sur une rotule (réalisée à l’aide d’un double joint cardan).
Figure 1 : Schéma de principe de la machine
La Figure 2 présente le banc dans sa globalité ainsi que le système d’éprouvette avec l’élément chauffant permettant d’obtenir un gradient initial de températures.
Le dispositif expérimental est constitué de deux cylindres creux dont l’épaisseur est petite devant le rayon moyen et dont les surfaces radiales sont isolées. Ceci permet d’assurer un transfert de chaleur unidirectionnel, favorable à l’identification des paramètres de couplage thermique. Figure 2 représente le montage des deux éprouvettes. La détermination de la résistance de contact nécessite un gradient thermique à l’interface. Pour générer ce gradient indépendamment du niveau de flux généré, un élément chauffant est placé sur la face supérieure de l’un des échantillons (ici sur l’éprouvette mobile). L’éprouvette tournante est entraînée par un moteur électrique dont la vitesse de rotation est contrôlée. L’éprouvette fixe est montée sur un double joint cardan de façon à assurer la meilleure uniformité du contact entre les deux solides. Le chargement axial est transmis à cette éprouvette via ce cardan. Les températures sont mesurées à différentes hauteurs des éprouvettes par des thermocouples de type K de 100 µm de diamètre.
Figure 2 : Photos du banc