An electromagnetic model for friction forces
Résumé
Motivated by the fact that electromagnetic forces dominate interactions between atoms, the macroscopic behavior of velocity-dependent friction forces has been modeled by using the Steinmetz equivalent circuit, where we have included additional dissipation terms analogous to those used for including the effect of Foucault's currents in electrical machines. In this paper, friction is viewed as an energy conversion process (from mechanical to electrical). It is intended to be used for simulation, real-time estimation, and motion control design. This model is able to capture the behavior of dry friction, observed in solid surfaces in contact, and could be useful for explaining or interpreting the behavior of friction forces. This paper presents the model and includes a discussion on the conditions of model parameters for verifying the well-known Amontons-Coulomb laws of dry friction. In addition, the paper highlights three applications where the model is employed to predict various types of friction. The chosen examples are supported by experimental data and allow us to illustrate how the model can be used in other contexts.
Motivés par le fait que les forces électromagnétiques dominent les interactions entre les atomes, le comportement macroscopique des forces de frottement dépendantes de la vitesse a été modélisé à l'aide du circuit équivalent de Steinmetz, dans lequel nous avons inclus des termes de dissipation supplémentaires analogues à ceux utilisés pour inclure l'effet des courants de Foucault dans les machines électriques. Dans cet article, le frottement est considéré comme un processus de conversion d'énergie (de mécanique en électrique). Il est destiné à être utilisé pour la simulation, l'estimation en temps réel et la conception de commandes de mouvement. Ce modèle permet de saisir le comportement du frottement sec, observé sur les surfaces solides en contact, et pourrait être utile pour expliquer ou interpréter le comportement des forces de frottement. Cet article présente le modèle et comprend une discussion sur les conditions, liées aux paramètres du modèle, qui permettent de vérifier les lois bien connues d'Amontons-Coulomb sur le frottement à sec. En outre, l'article met en évidence trois applications dans lesquelles le modèle est utilisé pour prédire différents types de frottement. Les exemples choisis sont étayés par des données expérimentales et nous permettent d'illustrer comment le modèle peut être utilisé dans d'autres contextes.
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