CHAPITRE VI

Coefficients de frottement dans les différentes articulations du moteur

Les efforts, soit inslantanés, soil moyens qui s’exercent entre les différentes pièces du moteur sont, au moins pour les principales, ou mesurables ou calculables, puisqu'ils proviennent des poids de ces pièces, des forces d’inertie développées par leurs mouvements, des pressions du gaz dans le cylindre, ou enfin d'efforts élastiques provenant de leurs formes ou positions.

Les expériences relatées dans les précédents chapitres ayant fourni, avec une précision assez grande dans l’ensemble, des mesures des résistances de frottement développées dans ces articulations, il est tout indiqué de profiter de la possibilité ainsi offerte de calculer les coefficients de frottement correspondants.

On se donne ainsi un moyen de comparer les résultats obtenus aux mesures très nombreuses qui ont été par leurs auteurs exprimées sous cette forme d’un emploi absolument général.

Nous avons pour cela basé notre calcul sur la valeur moyenne de la force agissant sur chaque articulation, ce qui est, d’ailleurs, l'habitude en ces questions.

L’intégration, même graphique, des valeurs instantanées des réactions pendant un cycle serait, en effet, pénible et ne donnerait, avec les résultats moyens, que des différences peu importantes. De plus, les mesures faites ont toujours porté sur la valeur moyenne des quantités étudiées.

Connaissant donc l'effort moyen sur chaque articulation, il suffit de mesurer ses dimensions el la vitesse de glissement moyenne pour avoir défini son fonctionnement à la tempéralure considérée ainsi que la pression unitaire moyenne qu’elle subit et qui est une des causes déterminantes de la valeur du coefficient de frottement.

En ce qui concerne les segments, le calcul des réactions élastiques qu'ils exercent contre Ia paroi de l’alésage du cylindre n’ayant donné par les méthodes théoriques aucun résultat admissible, la détermination en a été poursuivie par voie expérimentale en mesurant l'effort nécessaire pour réduire le segment au diamètre qu’il présente une fois mis en place.

La forme d'équilibre prise par les segments du moteur Winterthur sous l’action de deux forces opposées tangentes à leur surface, perpendiculaires aux génératrices et appliquées aux deux brins d’un fil entourant le segment est celle d’un anneau cylindrique de révolution. Ce fait, indice d’une bonne construction ayant assuré en tout point du segment la bande correcte, rend le calcul de la réaction élastique contre le cylindre fort simple, puisque la pression entre les surfaces en contact est alors uniforme en toute leur étendue. Si l’on appelle ® la valeur de la force nécessaire pour amener le

segment de hauteur À à prendre le rayon r du cylindre, la pression est alors p — = et leffort total exercé par un segment contre le cylindre est 2 x hr p — 2 x ®.

En appliquant cette formule au cas du moteur Winterthuür, avec 1 —"14 Cm. RE Co D — 8 kg. 2 on trouve p — 0 kg./cm? 40

valeur conforme à celles que l’on adopte pour les calculs d'établissement des segments dans les projets de moteurs. Nous avons adopté cette valeur qui donne pour l'effort exercé 51 kg. par segment soit pour les six segments du piston un effort total de 306 kg.

En ce qui concerne la résistance des organes du groupe A, volant et paliers de l’arbre, nous avons vu que la résistance que l’air oppose au mouvement du volant n'avait pu être mesurée séparément el, par suite, en attribuant aux paliers de l’arbre moteur la résistance totale observée, nous obtiendrons seulement une limite supérieure des frottements dans ces paliers, dépassant la valeur

EANGE

réelle dans une proportion vraisemblablement considérable. Bien que regrettable, cette erreur de principe ne présente pas une irhportance primordiale, car la question du frottement dans les paliers de machines a fait l’objet de nombreuses études et le résultat le plus important de nos mesures concerne les frottements du piston, sujet sur lequel la documentation n’est nullement comparable.

Les coefficients de frottement ont été calculés pour les paliers, avec la réserve que nous venons de faire, pour le piston proprement dit, et pour les segments du piston, au régime de 200 E/m. en marche sans soupape d'admission, et la température de l’eau étant de 650 dans la chemise de réfrigération.

En appelant : F la charge totale des articulations considérées, en kilos P la pression correspondante, en kilos par centimètre carré V la vitesse relative des deux surfaces en contact, en m./sec. r la résistance opposée au mouvement par les frottements

r ; [ — F le coefficient de frottement

et étant bien entendu qu'il s’agit des valeurs moyennes de ces différentes quantités, on trouve les nombres suivants :

F p F f V Paliers de l'arbre (ensemble) 2,900 Sl <195 <T 0,032 1,20 Piston seul 128 0,036 34 0,27 2,87 Segments de piston 306 0,40 36 0,12 2,87 “ P 4 : 1 \ 06 ,, 0,06 LS .

Si l’on calcule par la formule de Joëssel f — 0,04 (+ V appliquée avec succès par Bertin

aux machines marines, on trouve pour les mêmes organes les valeurs suivantes :

Paliers 0,018 au lieu de <T 0,032 Piston 0,30 — 0,27 Segments 0,07 — 0,12

On voit que l’accord est dans l’ensemble assez satisfaisant, l'excès de la valeur mesurée du coefficient de frottement des paliers de l'arbre sur sa valeur calculée devant être attribué à la résistance de l’air sur le volant. Il importe, d’ailleurs, de remarquer que l'application au cas de piston, où la pression n’est que de 0 kg./cm? 036, de la formule de Joëssel établie pour de fortes pressions, constitue une lointaine extrapolation, et de même dans le cas des segments dont la pression esl encore très inférieure aux valeurs normales des autres organes de machines.

L'expérience a montré que la surface à faire figurer dans le calcul de la pression unitaire du piston sur le cylindre était non pas la petite surface rodée par l’usure que l’examen fait reconnaître au voisinage des génératrices supérieure et inférieure du piston, mais bien toute la surface cylindrique de celui-ci.

La présence d’un film d'huile ininterrompu sur toute cette surface explique bien ce fait et c’est au cisaillement de celte couche pendant la marche du moteur qu'est due la valeur exceptionnelle- . ment élevée du coefficient de frottement obtenu, d’ailleurs prévue par la formule de Joëssel. Il suffit pour être certain de la présence du film d’huile en question de se livrer à l’examen de la surface interne du cylindre pendant la marche du moteur, au moyen de dispositifs convenables, pour constater son existence sur toute l’étendue de cette surface, ainsi que sur la paroi du piston dans la partie où, dépassant au point mort bas l'extrémité du cylindre, elle devient visible pendant une petite fraction de sa course.

Mais les déterminations des frottements du moteur ayant été faites à vitesse variable, il en résulte que l’on peut calculer les coefficients de frottement à une allure quelconque.

Ces coefficients étant proportionnels aux couples résistants desquels ils ont élé déduits sont, eux aussi, des fonctions linéaires de la vitesse de rotation, proportionnelle elle-même à la vitesse

moyenne des différentes pièces.

Si l’on calcule à nouveau les dits coefficients de frottements pour la vitesse de 20 t./m., on

trouve comme résultats.

Paliers f — 0,0076 Piston f — 0,046 Segments - f — 0,028 tandis que la formule de Joëssel donne pour leurs valeurs respectives

» ee avons déjà signalée à diverses reprises pour les différents régimes de ténor du mot r

En ce qui concerne les paliers de l'arbre, le coefficient de frottement de 0,0076, doit être considéré comme extrêmement voisin de la valeur réelle: en effet, à cette allure des20"t/m,013 008

résistance de l'air au mouvement du volant, réduite au centième de sa valeur à l'allure normale, est négligeable, et l’erreur qu’elle introduit dans la valeur du coefficient de frottement est inférieure à celles des mesures qui l’ont fourni. Ù

Ce coefficient de frottement de 0,0076 est très faible et dénote un excellent graissage es paliers à l’allure où il a été observé.