Comment réduire les effets de stiction (stick-slip) dans les guides linéaires

Surface de contact de la surface d'appui linéaire

Qu'est-ce qui cause la stiction? Comment les réduire.

À moins que vous ne jouiez du violon, de la stiction ou du stick-slip, il y a une condition indésirable causée par la différence entre le frottement statique et dynamique entre les deux surfaces. Lorsque la stiction se produit dans les guides linéaires, cela peut entraîner des bruits (mouvement «saccadé»), un mouvement saisi, des exigences de couple fluctuantes ou une perte de précision sous forme de dépassement.

Qu'est-ce qui cause la stiction? 

Le coefficient de frottement statique (μs) entre deux surfaces est presque toujours supérieur au coefficient de frottement dynamique (cinétique) (μk), et cette variation de frottement est la cause sous-jacente du stick-slip.

Toutes les surfaces ont une certaine rugosité. Même les surfaces très finies et polies ne sont pas parfaitement lisses - elles ont 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 aucun contact entre les surfaces.

Parce que les zones de contact individuelles sont très petites, la pression entre les surfaces est extrêmement élevée (pression = force ÷ surface) et l'adhérence se produit à ces points par un processus connu sous le nom de soudage à froid.

Avant que les surfaces puissent bouger, les liaisons qui provoquent cette adhérence doivent être rompues. De même, là où les surfaces s'imbriquent (les pics d'une surface se déposent dans les vallées de l'autre surface), une abrasion ou une déformation plastique doit se produire pour briser ces zones imbriquées et permettre aux surfaces de se déplacer.

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

Comment réduire la stiction

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 entraîne la lubrification dans les espaces microscopiques entre les surfaces. Lorsque la vitesse relative des surfaces augmente, le film de lubrification devient plus épais et le contact surface à surface est réduit, de sorte que le frottement entre les surfaces diminue.

Mais les roulements linéaires parcourent une distance finie puis reviennent dans la direction opposée (par opposition aux roulements radiaux, qui peuvent tourner dans le même sens indéfiniment), ils passent donc une bonne quantité de temps dans ce que l'on appelle la lubrification mixte, où le frottement est déterminé à la fois par les propriétés des surfaces et les propriétés du lubrifiant. Par conséquent, une lubrification appropriée est le meilleur moyen de contrôler ou de réduire les effets de la friction dans les roulements à recirculation (et dans certains paliers lisses).

Le glissement de bâton, ou stiction, est souvent plus problématique dans les paliers lisses que dans les paliers à recirculation. En effet, les paliers lisses subissent une plus grande différence entre les coefficients de frottement statiques et dynamiques. 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 avec la finition de surface la plus élevée (rugosité de surface la plus faible) qui soit pratique. Et suivre le rapport 2: 1 (également appelé règle 2: 1 ou rapport de fixation) - qui spécifie que la distance du bras de moment ne doit pas être plus de deux fois la longueur de portée - est très souvent nécessaire pour éviter le glissement du bâton applications de palier lisse.

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


Heure du Message: 11 janvier 2021