Tribological and vibro-acoustic behaviour of a lubricated contact subjected to the stick-slip phenomenon : The case of the spring-brake system
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Abstract EN:
The thesis works propose a complementary approach, combining dynamic and tribological analyzes, to the stick-slip problem of a greased contact, in a mechanical spring brake. Stick-slip instability is the result of the coupling between the dynamic response of the mechanical system (brake) and the local response of the lubricated contact at the brake interface. The local response of the greased contact was first characterized by experimental tests performed on a tribometer. Then, the conditions which lead to instability have been investigated in detail, using a numerical lumped model of the complete system. This model simulates the overall dynamic behavior of the mechanical braking system. As inputs, it takes the parameters specific to the operation and design of the brake, as well as the local frictional behavior obtained experimentally. At the output, the influence of each of the parameters on the generation of the stick-slip has been therefore analyzed. Finally, an experimental study of the influence of the different lubricant components (DLC and grease) on the behavior of the lubricated frictional contact has been carried out. Dependent on thickener, oil and additives, the complex rheology of grease is a key point for the understanding of the stick-slip appearance. Indeed, if lubrication is traditionally supposed to reduce friction losses, it can also participate in the appearance of instabilities. Understanding the conditions for which a system is predisposed to the stick-slip phenomenon can help prevent the appearance of such instabilities and the nuisance they cause. However, in the presence of lubricated contacts, the literature shows a lack of informations. It is in this context that the multi-approach analysis presented in this thesis makes it possible to contribute to the understanding of the appearance of friction instabilities in contacts lubricated with grease, by also providing elements of solution in the case of a specific application.
Abstract FR:
Les travaux de thèse proposent une approche complémentaire, combinant analyses dynamiques et tribologiques, au problème de stick-slip d’un contact graissé, dans un frein mécanique à ressort. L’instabilité de stick-slip est le résultat du couplage entre la réponse dynamique du système mécanique (frein) et la réponse locale du contact lubrifié à l’interface de freinage. La réponse locale du contact graissé a d’abord été caractérisée par des tests expérimentaux effectués sur tribomètre. Ensuite, les conditions qui conduisent à l'instabilité ont pu être investiguées en détail, à l’aide d’un modèle numérique a paramètres concentres du système complet. Ce modèle simule le comportement dynamique global du système de freinage mécanique. En entrées, il prend les paramètres propres au fonctionnement et à la conception du frein, ainsi que les courbes de frottement locales. En sortie, le poids de chacun des paramètres sur la génération du stick-slip a donc pu être analysé. Enfin, une étude expérimentale de l’influence des différents composants de la lubrification (DLC et graisse) sur le comportement du contact frottant lubrifié a été réalisée. Dépendante de l’épaississant, de l’huile et des additifs, la rhéologie complexe de la graisse est un point clé pour comprendre l'apparition du stick-slip. En effet si la lubrification est traditionnellement censée réduire les pertes par frottement, elle peut malgré tout participer à l’apparition d’instabilités. La compréhension des conditions pour lesquelles un système est prédisposé au phénomène de stick-slip peut permettre de prévenir l'apparition de telles instabilités et des nuisances qu’elles engendrent. Néanmoins, en présence de contacts lubrifiés, la littérature n’y consacre que peu de travaux. C’est dans ce contexte que l’analyse multi-approches présentée dans cette thèse permet de contribuer à la compréhension de l’apparition des instabilités de frottement dans les contacts lubrifiés avec graisse, en apportant également des éléments de solution dans le cas d’une application spécifique.