Etude expérimentale des instabilités de frottement à l'origine du crissement des courroies poly-V en environnement humide

Experimental study of the friction-induced vibrations at the origin of the wet v-ribbed belt squeal

• Auteur / Autrice : Simon Gatignol
• Direction : Alain Le Bot, Thierry Demassougne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Régis Dufour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Le Bot, Thierry Demassougne, Marie-Ange Bueno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Chevallier, Mohamed Belhaq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frottement

Courroies

Mots clés libres

Courroie poly-V

Crissement

Atmosphère humide

Instabilités de frottement

Stick-slip

V-ribbed belt

Squeal

Wet conditions

Friction-induced instabilities

Stick-slip

Résumé

Le crissement des courroies poly-V en environnement humide est actuellement une préoccupation majeure des fournisseurs de courroies automobiles. Ces travaux de thèse étudient différents scénarii d’instabilités de frottement comme origine du crissement. Une démarche expérimentale a permis d’observer le crissement sur plusieurs bancs d’essais : sur le véhicule complet, sur un moteur instrumenté, sur un banc composé d’une poulie et d’une courroie maintenue statique et enfin sur des essais d’appui-plan entre des échantillons de courroies et un disque en rotation. La visualisation du contact a été rendue possible sur ces deux derniers bancs. Les résultats montrent que le crissement est un son harmonique. Pour qu’il apparaisse, la vitesse d’entraînement et la tension de pose de la courroie doivent franchir un certain seuil qui dépend notamment du type de revêtement de la courroie. Le frottement respecte les lois de Coulomb en présence du crissement : des contacts entre aspérités et une décroissance faible du coefficient de frottement avec la vitesse d’entraînement ont notamment été observés. Parmi les hypothèses pouvant expliquer l’apparition du crissement, l’acyclisme favorise le dépassement de la vitesse seuil mais ne crée pas d’instabilité. Des mesures acoustiques et vibrométriques mettent en évidence l’existence d’une phase collée entre la poulie et la courroie qui n’est cependant pas systématique et n’est donc pas à l’origine du crissement. Enfin, un modèle intégrant des mesures de vitesses, de frottement, les propriétés viscoélastiques des dents de courroies (mesures de DMA) et la longueur de contact (observations du contact) a été évalué. Il a permis de relier l’apparition du crissement à celle d’un amortissement négatif du système dynamique.

The wet V-ribbed belt squeal is currently one of the main issues for belt manufacturers. This work investigates friction-induced instabilities as a squeal cause. The squeal has been observed on various test rigs : on the entire vehicle, on an instrumented motor, on a rig constituted of a static belt circling around a pulley, and through friction tests between belt samples and a rotating disk. Contact visualization has been achieved on these two last test rigs. Results show the harmonicity of the sound. To let it occurs, sliding velocity and initial tension must surpass a characteristic threshold. However, friction still follows the Coulomb’s law when belts squeal. Amongst others, direct contacts between asperities and a low decrease of the friction-velocity curves have systematically been observed. Acyclism allows to reach earlier velocity threshold but can’t be considered as a source of instability. On another hand, the presence of a stick phase has been observed by both vibrometric and acoustic measurement but isn’t systematical and is actually the result of high vibrations of the belt. Finally, a model that involves measurement of velocity, friction, viscoelastic properties of the belts teeth (using DMA), and of contact length (visualisation of the contact) has been considered. It shows that the wet belt squeal is correlated with the occurence of a negative damping of the dynamic system.