Comment réduire les effets du frottement (stick-slip) dans les guides linéaires

Quelles sont les causes de la stigmatisation ? Comment les réduire ?

À moins que vous ne jouiez du violon, la friction ou le glissement de la baguette est un état indésirable causé par la différence entre le frottement statique et dynamique entre les deux surfaces. Lorsque le frottement se produit dans les guides linéaires, il peut entraîner un claquement (mouvement "saccadé"), un grippage, une fluctuation du couple requis ou une perte de précision sous forme de dépassement.

Quelles sont les causes du frottement ?

Le coefficient de frottement statique (μs) entre deux surfaces est presque toujours plus élevé que le coefficient de frottement dynamique (cinétique) (μk), et cette variation de frottement est la cause sous-jacente du glissement du bâton.

Toutes les surfaces présentent une certaine rugosité. Même les surfaces très finies et polies ne sont pas parfaitement lisses - elles présentent des pics (appelés "aspérités") et des creux qui réduisent la surface de contact effective des surfaces. En d'autres termes, à certains endroits, seuls les pics des deux surfaces sont en contact, tandis qu'à d'autres endroits, les pics d'une surface se déposent dans les vallées de l'autre surface. Et à certains endroits, il n'y a pas de contact entre les surfaces.

Comme les zones de contact individuelles sont très petites, la pression entre les surfaces est extrêmement élevée (pression = force ÷ surface), et l'adhésion se produit à ces endroits par un processus appelé soudage à froid.

Avant que les surfaces puissent bouger, les liens qui provoquent cette adhérence doivent être rompus. De même, lorsque les surfaces s'emboîtent (les pics d'une surface se déposent dans les vallées de l'autre surface), l'abrasion ou la déformation plastique doit se produire pour briser ces zones emboîtées et permettre aux surfaces de se déplacer.

Une fois que la force motrice est suffisamment élevée pour rompre ces liens entre les surfaces - et surmonter la friction statique - le mouvement commence. Mais même pendant le mouvement, une certaine abrasion se produit car les surfaces ne sont pas encore parfaitement lisses. La résistance au mouvement due à la rugosité de la surface restante est appelée friction dynamique, ou cinétique.

Comment réduire le frottement

Pour les roulements linéaires qui utilisent la lubrification (pratiquement tous les roulements à recirculation et certains paliers lisses), le mouvement entre les surfaces de roulement attire la lubrification dans les espaces microscopiques entre les surfaces. À mesure que la vitesse relative des surfaces augmente, le film de lubrification devient plus épais et le contact entre les surfaces est réduit, de sorte que la friction entre les surfaces diminue.

Mais les roulements linéaires parcourent une distance finie et reviennent ensuite dans le sens opposé (contrairement aux roulements radiaux, qui peuvent tourner dans le même sens indéfiniment), de sorte qu'ils passent beaucoup de temps dans ce qu'on appelle une lubrification mixte, où le frottement est déterminé à la fois par les propriétés des surfaces et par les propriétés du lubrifiant. Par conséquent, une lubrification appropriée est la meilleure façon de contrôler ou de réduire les effets du frottement dans les paliers à recirculation (et dans certains paliers lisses).

Le glissement, ou frottement, est souvent plus problématique dans les paliers lisses que dans les paliers à recirculation. En effet, les paliers lisses présentent une plus grande différence entre les coefficients de frottement statique et dynamique. Et 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 qui roulent sur des arbres ronds, une façon de contrer les effets du stick-slip est de choisir des arbres dont la finition de surface est la plus élevée (rugosité de surface la plus faible), ce qui est pratique. Et le respect du rapport 2:1 (également appelé règle 2:1 ou rapport de liaison) - qui spécifie que la distance entre les bras de levier ne doit pas être supérieure au double de la longueur du palier - est très souvent nécessaire pour éviter le stick-slip dans les applications de paliers lisses.

Une autre option pour minimiser, voire empêcher, le stick-slip consiste à utiliser des guides à coussins d'air. Pour les roulements à air, le frottement est uniquement fonction du cisaillement de l'air lors du mouvement. Par conséquent, la différence entre le frottement statique et cinétique dans un ensemble de paliers à air est essentiellement nulle, de sorte que le problème du stick-slip est pratiquement éliminé.