Rapport TP Frottement

TP FROTTEMENT
1 Principe de fonctionnement
Le but de cette section est de décrire le fonctionnement de l’appareil de
mesure. Pour déterminer le coefficient de frottement d’un matériau beaucoup
de méthodes existe. Nous connaissons tous le phénomène de frottement, il
nous est tous arrivé de déplacer un meuble sans le soulever, c’est à ce moment
précis que nous pouvons nous rendre compte de la réalité des frottements.
L’appareil utilisé effectue la même démarche que le déplacement d’un
meuble. En effet, un disque tournant sur lui même (voir figure 1) simule le
déplacement du sol par rapport à l’objet à déplacer, et le meuble est remplacé
par une bille en acier appliquant une force normale sur le sol (le disque) .
Lorsque cette force normale est appliqué sur le disque tournant une force
tangentielle apparait pour contrer le déplacement du disque, ainsi le disque
est ralenti et la force nécessaire au ralentissement est mesuré.
Figure 1 – Principe de fonctionnement
2 Essais effectués
2.1 Variation de la force normale
Un matériau a été testés le PTFE connut sous le nom de Teflon. En
passant cet échantillon dans la machine une première question que l’on peut
se poser est : est-ce que les frottements réagissent selon la loi de coulomb
(1) ? En effet, il est légitime de se poser cette question car c’est l’une des
rares lois décrivant le phénomène de frottement.
F orce T angentielle
f“ (1)
F orce N ormale
1
T pen N q N pen N q f ftheorique
0,945 7 0,135 0,03
0,984 8 0,123 0,03
1,06 10 0,106 0,03
Table 1 – Résultats PTFE
Pour le PTFE les résultats sont :

Avec ,
T : Force tangentielle, en Newton
N : Force normale, en Newton
f : Coefficient de friction, sans unités
f : Coefficient de friction théorique, sans unités
1,08
1,06 y = 0,0383x + 0,6773

Force tangentielle (en N)
1,04
1,02
0,98
0,96
0,94
0,92
6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5
Force normale (en N)
Figure 2 – Force tangentielle par rapport à la force normale
Des tests de répétabilités ont été exécuté, la valeur du coefficient de frotte-

ment avec les mêmes conditions de tests (N “ 7 N ) varient peu. Dans un se-
cond temps nous avons fait varier la force normale appliquée sur l’échantillon.
Lorsque nous observons le graphique 2 nous obtenons une droite comme le
prédit la loi de coulomb 1. De plus, la pente de cette droite est supposée être
égale au coefficient de frottement f, d’où fP T F E “ 0, 0383 ce qui est proche de
2
la valeur théorique fP T F E{ACIER “ 0, 03. Ainsi, la loi de coulomb est vérifiée
pour un contact entre le PTFE et l’acier.
ATTENTION : le coefficient f donné par la machine ne correspond pas
au coefficient réel. le coefficient nous donne simplement une indication sur la
variation de f.
2.2 Vitesse de rotation

Le second paramètre que l’on règle dans la machine est la vitesse de
rotation de l’échantillon par rapport à la bille en acier. Nous avons fait varier
la vitesse de 90 mm.s´1 jusqu’à 600 mm.s´1 . Les résultats sont représentées
dans le graphique 3.
0,13
Coefficient de frottement machine
0,128
0,126
0,124
0,122
0,12
0,118
0,116
0 100 200 300 400 500 600 700
Vitesse de rotation échantillon (en mm/s)
Figure 3 – Variation du coefficient de frottement par rapport à la vitesse

de rotation échantillon
Techniquement, si le PTFE répond à la loi de Coulomb 1, alors le coef-

ficient de frottement est indépendant de la vitesse à laquelle deux éléments
frottent. Ce qui manque pour avoir une analyse fine de la situation est la
détermination du coefficient f pour chaque vitesse, car comme nous la mon-
tré les expériences précédentes le f machine ne correspond pas au f réel.
Cependant, si le graphique 3 représente la variation du coefficient de frotte-
ment réel en fonction de la vitesse, alors le fP T F E{ACIER est dépendant de la
vitesse à laquelle nous déplaçons les échantillon l’un par rapport à l’autre.
3
3 Etat de surface
Pour déterminer un coefficient de frottement il y a obligation de faire
des tests intrusifs. En effet, on est obligé d’avoir un contact avec l’outil de
mesure et l’échantillon. De plus, si les efforts de contacts sont trop intenses
l’échantillon peut être amené à se déformer localement et ainsi perturber les
mesures effectuées. Pour cela nous nous sommes intéressé à l’empreinte que
laissait l’appareil de mesure.
Figure 4 – Variation de hauteur sur la surface du PTFE
La figure 5 nous montre que le passage par l’appareil de mesure de co-

efficient de frottement, marque l’échantillon. Cependant, la figure 4 mesure
la variation de hauteur sur une section de passage. le graphique de la figure
4 est essentiellement composé de bruit et les variations de ce bruit sont de
l’ordre du µm. Ainsi, l’appareil de mesure ne déforme pas à grande échelle le
matériau.
4
Figure 5 – Profilèmetre 3D
BIBLIOGRAPHIE
[1] : http ://www.pats.ch/formulaire/tables/tables1.aspx

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Figure 1 – Principe de fonctionnement

Pour le PTFE les résultats sont :

1,06 y = 0,0383x + 0,6773

Figure 2 – Force tangentielle par rapport à la force normale

Des tests de répétabilités ont été exécuté, la valeur du coeﬀicient de frotte-

2.2 Vitesse de rotation

Figure 3 – Variation du coeﬀicient de frottement par rapport à la vitesse

Techniquement, si le PTFE répond à la loi de Coulomb 1, alors le coef-

Figure 4 – Variation de hauteur sur la surface du PTFE

La figure 5 nous montre que le passage par l’appareil de mesure de co-

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