0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Exp.

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Po

sit

ion

se

lon

l'a

xe

x (

mm

)

Temps (s)

3A-Mod

3A-Exp

4A-Mod

4A-Exp

5A-Mod

5A-Exp

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Po

sit

ion

se

lon

l'a

xe

x (

mm

)

Temps (s)

3A-Mod 3A-Exp

4A-Mod 4A-Exp

5A-Mod 5A-Exp

6A-Mod 6A-Exp

7A-Mod 7A-Exp

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0 5 10 15 20 25 30 35

Po

sit

ion

(m

m)

Temps (ms)

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0 5 10 15 20 25 30 35

Po

sit

ion

(m

m)

Temps (ms)

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

www.umr6253roberval.fr, laurent.petit@utc.fr

Conception d’un Micro-tribomètre

Laboratoire Roberval, Unité de Recherche en Mécanique, Acoustique et Matériaux

UMR 6253 UTC-CNRS

Objectif : Développer une méthode pour déterminer la valeur du coefficient Objectif : Développer une méthode pour déterminer la valeur du coefficient de frottement à l’aide d’un dispositif sans jonction mécaniquede frottement à l’aide d’un dispositif sans jonction mécanique

Perspectives : Qualification expérimentale, test de l’aptitude à mesurer Perspectives : Qualification expérimentale, test de l’aptitude à mesurer l’usure et étude de l’influence de la rugosité sur le coefficient de frottement.l’usure et étude de l’influence de la rugosité sur le coefficient de frottement.

Actionneur numérique à quatre positions discrètes

Basculement : Effort électromagnétique Maintien : Effort magnétique

Capteur optique

Course 0.5 mmCourse 1 mm

Aimant Mobile (AM)

5 mm

Aimants Fixes (AFs) Conducteurs

Caractéristiques du dispositif expérimental

Aimants

Dimensions 5 × 5 × 2 mm

Aimantation 1,35 T

Masse 0,38 g

Distances

d1 8,5 mm

d2 222 µm

d3 458 µm

Efforts

Maintien 0,96 mN

Pilotage 3 A – CS 4,35 mN

Pilotage 3 A – CI 4,04 mN

Lame de verre

Épaisseur 170 µm

Phénomènes de frottement considérés (modèle de Coulomb) :- Entre l’AM et la lame de verre- Entre l’AM et la butée latérale en aluminium

Comparaisons entre expérimentation et modélisation :

Pilotage avec CS / Maintien avec CI

Fixation d’un échantillon mobile sur l’AM

Utilisation d’un Aimant Vertical (AV) placé sous l’AM afin de générer un effort normal entre les deux échantillons Variation de la valeur de l’effort normal en fonction de la distance d4

Nécessité de mesurer le déplacement de l’AM lors des expérimentations Utilisation d’un capteur optique ou d’un capteur à effet Hall

Performances : FN max = 1 N, FT max = 14 mN, Fréquence max = 115 Hz

Courant de pilotage 3 A Courant de pilotage 7 A

Étude analytique de la sensibilité du dispositif au coefficient de frottement

Maximisation de la sensibilité :• Courant de pilotage faible• Courant de maintien élevé• Effort normal élevé

Mesure expérimentale Courbes théoriques Identification f = 0,4

Un tribomètre basé sur le concept d’un actionneur électromagnétique numérique est présenté. Un dispositif expérimental a été fabriqué et une modélisation a été développée et validée à l’aide de mesures expérimentales. Une étude de la sensibilité de ce dispositif a montré que cette

dernière peut être maximisée en fonction des valeurs des courants de pilotage et de maintien mais aussi de l’effort normal. Enfin, la valeur du coefficient de frottement est obtenue à l’aide d’une méthode inverse à partir de mesures expérimentales et de courbes de déplacement théoriques.

Influence du courant de pilotage

Erreur moyenne sur les temps de montée : 4.2%

Influence du courant de maintien

Conducteur pour basculement selon l’axe y

Aimant Mobile (AM)

Conducteur pour basculement selon l’axe x

Butéed1

d1

Conducteur pour basculement selon l’axe x

Conducteur Supérieur (CS)

Aimants Fixes (AFs)

x

z

Direction de l’aimantation

Lame de verre

d3

1 mmd2

Conducteur pour basculement selon l’axe y Conducteur Inférieur (CI)

x

y

Aimant Mobile (AM)

Aimants Fixes (AFs)

d4

Échantillon mobile

Échantillon fixe

Aimant Vertical (AV)

Principe de l’actionneurPrincipe de l’actionneur Dispositif expérimental Dispositif expérimental

ModélisationModélisation TribomètreTribomètre

SensibilitéSensibilité

Détermination du coefficient de frottementDétermination du coefficient de frottement

ConclusionConclusion