Comportement tribologique acoustique d'un contact élastomère / verre : Contribution à la compréhension de l'éssuyage : Application aux systèmes automobiles d'essuie glace

Tribological and vibroacoustic behavior of a rubber / glass contact : wiping analysis

• Auteur / Autrice : Fabrice Deleau
• Direction : Denis Mazuyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Tribologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tribologie (technologie)

Frottement

Mots clés libres

Rubber

Stick slip

Crissement

Résumé

L'essuyage d'un pare-brise est assuré par le mouvement alternatif d'une lèvre en caoutchouc qui permet l’évacuation de l’eau par un contact linéique de très petite dimension (40 µm). Cette interface exige une meilleure connaissance de son comportement tribologique et vibratoire et ces travaux de thèse proposent donc de simuler ce contact caoutchouc/verre en fonction d’une quantité d’eau et avec une instrumentation qui analyse son comportement tribologique dans des conditions sèche, lubrifiée et de séchante. L'épaisseur du film d'eau à l'interface est estimée par une technique d’interférométrie optique. Les instabilités de frottement, lorsqu’elles sont observées, sont caractérisées par des capteurs dédiés et à l’aide d’une visualisation rapide du contact à l'échelle micrométrique. Cinq situations peuvent être différenciées selon l'évolution du frottement. Le premier est observé en condition sèche et trois autres en condition mouillée et ceci en fonction de la vitesse de glissement. La contribution relative des aires sèches et humides de la surface de contact est discutée en fonction de la vitesse de glissement, de la charge normale et des matériaux. Dans un contact sec, les expériences donnent un accès direct à la zone de contact solide donc à sa contribution au frottement. En condition humide, les performances en essuyage sont observées et l'évolution du niveau de frottement par rapport à la vitesse est corrélée à une réduction de l’aire réelle de contact. Le plus haut coefficient de frottement définit un 5ième régime de frottement qui apparaît lorsque la quantité d’eau au sein du contact est réduite à quelques nano litres, ce régime est appelé «séchante». Des ménisques d’eau restent confinés dans la zone de contact et cette "zone humide" augmente le niveau de frottement par une action capillaire

The wiping of a car windshield is carried out with the reciprocating motion of a rubber blade on glass which allows the water removal. This function is realized by a contact between rubber and glass of very small dimension (40 µm). The analysis of rubber lip sliding on a smooth surface requires a better understanding of both their frictional response and its stability. This work analyses the tribological behaviour of micrometer rubber spots sliding on a smooth surface (nanometer surface roughness) with a controlled amount of water. Our experiment proposes to simulate the rubber/glass contact with a complete instrumentation to analyse the sliding steady state behaviour within different conditions: dry, lubricated and tacky and the unstable one. The friction instabilities are characterised with dedicated sensors and a fast camera record system. These aspects have been investigated at the nanometer scale using the resources of a modified elasto hydrodynamic tribometer in order to measure the water film thickness at the interface by interferometric technique. Five tribological situations can be differentiated by the evolution of friction stress, the real contact area and the section strain. One is observed in dry condition and three in wet one according to the sliding velocity. The relative contribution of both dry and wet contact area on frictional response according to sliding velocity, normal load and slider’s material, is discussed. In a dry contact, the experiments give direct access to the solid contact area contribution to friction stress. In wet condition, the wiping performance is observed and the evolution of the friction stress versus the sliding speed is correlated to a reduction of the real contact area. The highest friction coefficient appears when the quantity of liquid is reduced to few nanoliters, this fifth regime is called “tacky”. Droplets are confined in the contact zone and this “lubricated zone” increases the friction stress.