Tribomètre à quatre billes (chargement manuel) - Testeur de frottement et d'usure

Théorie et méthode

Le tribomètre à quatre billes repose sur un principe de contact géométrique éprouvé : une bille d'acier supérieure rotative est mise en contact avec trois billes d'acier inférieures disposées horizontalement dans une coupelle remplie de lubrifiant. La configuration tétraédrique ainsi obtenue crée des contacts ponctuels hertziens de pression locale extrême, simulant directement les conditions tribologiques les plus sévères rencontrées sur les flancs des dents de boîte de vitesses, les roulements et les composants de machines à glissement soumis à de fortes charges.

Dans le Toron4B10P™, la charge normale est appliquée par un système de levier mécanique de précision au rapport 1:20. Les poids placés sur le bras de levier sont multipliés par ce rapport pour générer la force de contact requise à l'interface bille-ressort. Cette méthode de chargement par poids est mécaniquement directe et intrinsèquement stable, éliminant la dérive de l'actionneur électronique et offrant une méthode d'étalonnage de la force immédiatement vérifiable grâce à de simples étalons de poids.

Le lubrifiant d'essai remplit la coupelle, inondant complètement toutes les zones de contact. Lorsque la broche entraîne la bille d'entraînement supérieure, le film lubrifiant entre les surfaces subit une contrainte de cisaillement au point de contact. La transition d'une lubrification en film complet à une lubrification mixte, puis à une lubrification limite — et enfin au grippage — est suivie par la mesure de la force de frottement et l'examen des traces d'usure après l'essai.

Pour les essais EP (ASTM D2783), la charge est augmentée par paliers définis. Le diamètre de la trace d'usure sur les trois billes inférieures est mesuré après chaque essai, à chaque palier de charge. PB correspond au dernier palier sans soudage ; PD à la charge de soudage ; ZMZ représente l'usure globale sur l'ensemble des paliers de charge. Pour les essais anti-usure (ASTM D2266/D4172), le tribomètre à quatre billes fonctionne dans des conditions fixes et le diamètre de la trace d'usure résultante quantifie directement la performance du film protecteur du lubrifiant dans des conditions d'essai de frottement et d'usure concentrées.

Étapes de la méthode d'essai

1. Préparation et chargement des billes — Trois billes d'acier de Ø12.7 mm sont fixées dans le porte-billes ; la bille d'entraînement est montée dans le mandrin de la broche. Le porte-billes est rempli de lubrifiant d'essai jusqu'au niveau spécifié.

2. Réglage de la température — La température cible (de la température ambiante à 200 °C) est définie et le système de chauffage se stabilise à ±2 °C. La température est maintenue pendant toute la durée des essais de frottement et d'usure.

3. Application de la charge : des poids morts sont placés sur le bras de levier. Le rapport 1:20 amplifie la force du poids pour atteindre la force normale cible (60 N à 10 kN) à l’interface de contact à quatre billes.

4. Réglage de la vitesse et lancement du test — La vitesse de la broche est réglée entre 200 et 2 000 tr/min (précision de ±10 tr/min). La minuterie est configurée (de 1 seconde à 99 heures) et le test est lancé.

5. Surveillance de la force de frottement — La force de frottement (jusqu'à 200 N) est mesurée en continu tout au long du test, permettant la détection en temps réel des transitions de régime de lubrification et des événements de grippage.

6. Mesure et rapport des traces d'usure — Après l'essai, le diamètre des traces d'usure sur les trois billes stationnaires est mesuré. Les valeurs de PB, PD, ZMZ, le diamètre des traces d'usure et le coefficient de frottement sont rapportés conformément à la norme ASTM applicable.