Engineering
Variateur à friction
Déplacez le galet en travers du disque en rotation sous une charge constante : la vitesse de sortie suit r/R, passe par zéro et s’inverse. Diminuez l’effort presseur jusqu’à ce que le galet glisse ; puis relâchez-le, appliquez-le de nouveau sur le disque en rotation et comparez la chaleur du glissement à l’énergie qu’absorbe le volant.
Ce qui se passe
Un moteur fait tourner un disque plat ; un galet de rayon R = 0,15 m, pressé contre sa face avec l’effort N, roule à la distance r de l’axe du disque et entraîne l’arbre de sortie, muni d’un volant et d’un frein de charge. En roulement sans glissement, les deux surfaces se déplacent ensemble au contact, r·ω₁ = R·ω₂ : la sortie tourne à r/R fois la vitesse du disque, et le rapport des vitesses suit le galet de façon continue – il passe par zéro au centre, puis en marche arrière au-delà. Le contact peut transmettre un effort tangentiel jusqu’à μN. Un couple de charge T demande l’effort T/R au galet, où qu’il roule ; le moteur fournit alors T·r/R. Abaissez l’effort presseur sous T/(μR) et le galet glisse : la sortie s’arrête et le travail du moteur au contact devient chaleur, μN·r·ω₁. Relâchez l’effort presseur et appliquez-le de nouveau sur le disque en rotation : le galet glisse pendant que μN lance le volant, et sans charge la chaleur de glissement égale exactement l’énergie cinétique gagnée par le volant.
Modèle : disque, galet et volant rigides ; le contact est un point à frottement de Coulomb, qui roule ou glisse. Le galet est déplacé à 0,1 m/s ; le glissement latéral et l’effort de déplacement, le glissement élastique, le pivotement sur la largeur du contact et l’usure ne sont pas modélisés.
À essayer
Déplacez lentement le galet du bord en passant par le centre ; puis diminuez l’effort presseur jusqu’à ce que le galet glisse, relâchez-le et appliquez-le de nouveau.
Équations du module
Équations r ω₁ = R ω₂, F ≤ μN T₁ = T₂ r/R N < T₂/(μR) ⇒ P = μN (r ω₁ − R ω₂) dω₁/dt = 0, T₂ = 0 ⇒ Q = ½ J ω₂²
