Les nouvelles générations d’avions, tant civils que militaires, sont désormais pleinement engagées dans l’électrification des commandes de vol. Afin d’atteindre les nouveaux objectifs et critères mis en place pour le bon développement de ces actionneurs électro-mécaniques, il est nécessaire d’effectuer des études en amont. Ces études portent principalement sur le comportement mécanique et tribologique des pièces en contact afin d’éviter l’évènement le plus redouté qui est le grippage, au sens blocage irréversible du système. En effet, ces actionneurs électro-mécaniques sont soumis à des sollicitations de chargement vibratoires qui induisent des déplacements de très faibles amplitudes entre les pièces en contact. Ces micro-glissements peuvent induire de l’usure, de la fissuration, de l’écaillage, etc. Pour répondre à ces objectifs, les travaux de recherche menés dans cette thèse, ont porté sur quatre axes majeurs. Le premier axe consiste à étudier et déterminer le comportement tribologique des premiers corps en milieu sec, puis en incorporant des traitements de surface. Le second axe a permis de déterminer les différents régimes de lubrification du contact lubrifié à la graisse. Nous avons montré que le régime de lubrification totale est caractérisé par la formation d’un tribofilm lubrifiant et protecteur. Des analyses plus poussées ont portées sur les cinétiques de formation et destruction de ce tribofilm ainsi que sa nature. Le troisième axe est consacré à l’étude du comportement tribologique du contact revêtu en milieu graissé. Le dernier axe de travail est destiné à la mise en place d’outils de simulation et de prévision de l’usure, et donc à posteriori du grippage, en fonction des conditions de chargement. Ces quatre axes d’études complémentaires ont donc permis de mettre en place des outils de comparaison de graisses et de revêtements, de comprendre le comportement du contact étudié ainsi que de développer des outils de simulation. / Electrification of flight controls represents an important milestone for both civil and military next-generation aircraft. A successful development of electro-mechanical actuators used for this type of application not only requires the establishment of a set of appropriate objectives and criteria but also the study of fundamental aspects. These studies mainly focus on the mechanical and tribological behavior of parts in contact with the objective to prevent seizing. Seizing is defined as an irreversible blockage of the system and it can be considered as the worst-case scenario. As a matter of fact, the considered electro-mechanical actuators are subjected to vibrational loads which induce small displacements between the parts in contact. These micro-slidings can result in wear, cracking, scaling and other undesirable phenomena. This PhD thesis is divided into four major topics that each contributes to prevent seizing. More precisely, the first part of this thesis deals with the tribological behavior of the first bodies in dry condition both with and without surface treatments. As a second axis the different lubrication regimes of the greased lubricated interface were determined. We have shown that the total lubrication regime is characterized by the formation of a lubricant and protective tribofilm. A detailed analysis on the nature of the tribofilm as well as on its kinetics of formation and destruction was carried out. The third area is devoted to the study of the tribological behavior of the coated and greased contact. Finally, the fourth axis of this research deals with the question of how we can simulate and predict wear, and seizing as its most severe form, under multiple loading conditions. These four complementary areas allowed us to establish tools for comparison for greases and coatings in order to understand the behavior of the fretted interface and to develop simulation tools.

När ett ställdon får som krav att kunna överföra höga krafter i relativt höga hastigheter med en dessutom väldigt hög precision är elektromekaniska ställdon oftast att föredra. En traditionell pinjong-kuggstång-uppställning uppfyller vissa av de kraven, men om kraften ska ökas behövs det fler än ett pinjongpar. Begränsningar på tillverkningsprecisionen för dessa kugghjul gör att deras ansättning på kuggstången blir omöjlig för uppsättningar med fyra eller åtta pinjongpar eftersom ett sådant ställdon blir statiskt överbestämt och på grund av tillverkningstoleranser kan det bli svårt att erhålla jämn lastfördelning mellan pinjongerna. Därför utvecklade företaget Cascade Drives innovativa kugghjul (cdGear) med s.k. Flex Units som har en självinställningsfunktion i själva kugghjulen vilken tillgodogör för tillverkningstoleranser och spelet som ska undvikas. Flex Units består av bl.a. av gummielement som förutom att tillåta enstaka pinjongers rotation för inställning även har en mycket bra dämpningsförmåga, särskilt vad det gäller plötsliga stötlaster. Stötbelastningar förekommer ofta vid drift av arbetsmaskiner där Cascade Drives-ställdonet har hittat sin största användning. Plötsliga och höga stötbelastningar, som t.ex. när en grävmaskin kör in i ett gupp eller en snöröjare kör på en kantsten kan påverka maskinkomponenternas livslängd betydligt. Ett eventuellt maskinhaveri riskerar skador på både fordonet, föraren och omgivningen. Rapporten redogör för hur en teoretisk modell byggdes upp för att matematiskt beskriva dessa stötbelastningar och metoder som användes i datorprogrammet MATLAB för att beskriva det dynamiska förloppet i ställdonet under stötbelastningens inverkan. Ytterligare redogörs avgränsningar som görs på modellen och tills slut ges förslag på möjliga förbättringar för vidare arbete med modellen. Projektets syfte är inte att utvärdera hela Cascade Drives-ställdonet utan endast skapa en modell som kan tillämpas på alla möjliga scenarion av stötmoment. Rapporten innehåller några exempel på stötbelastningar och redogör för hur de påverkar olika kugghjul som ingår i ställdonet och hur det påverkar maskinen i sin helhet. För de scenarion som MATLAB-koden testades för noteras en mycket god dämpningsförmåga även vid förhållandevis höga laster (flera ton av last). Detta tack vore de patenterade flexenheterna och gummikutsarna, som kan dimensioneras och väljas för material beroende på tillämpningsområde och det tillåtna monteringsutrymmet i ställdonet. Denna modell baseras på dimensioner och materialdata tillförda av uppdragsgivaren för det aktuella ställdonet. Mer noggranna värden och en bättre kännedom om tillämpningsområdet skulle ge möjligheter för omdimensionering av flexenheterna och en mer optimal dämpnings- och momentöverföringsfunktion i ställdonet. / When requirements for an actuator include big momentum, fast transfer of the forces with a very high positioning precision, electro-mechanical actuators are often the constructor's first choice. A traditional rack-pinion setup answers to some of the requirements, but if the goal is to increase the forces which the rack undergoes, more than one pair of pinions is necessary. Production limitations, inevitable tolerances and gaps as a result make it almost impossible to have setups of four or eight pinion-pairs on one single rack because a such actuator would be statically overdetermined and out of manufacturing costs it can be difficult to procure equal load distribution between the pinions. Overcoming this challenge helped the company called Cascade Drives based in Stockholm, Sweden, to patent a new type of gear they call cdGear. CdGear give pinion the ability to position itself to the rack automatically, due to the rubber parts inside the gear that also work as shock load-absorbers for the whole actuator. Shock loads are very frequent in the type of work where these actuators found their biggest application. Heavy-duty machines are often exposed to sudden and high loads on their moving parts, i.e. when an excavator drives over a bump or a snow-plowing machine drives into a curbstone. The sudden impact on the working parts will cause a greater stress on the equipment, shorten its lifespan and a machine part's failure can even cause serious damage on workers, machine, and the environment. This thesis describes a theoretical model created for the purpose of calculating the effects of shock loads on the actuator based on the mathematical description of gear behaviour during the impact. It also includes the methods used to create a model in MATLAB that simulates the dynamical forces, model's limitations, and suggestions on how to improve its accuracy. This project does not aim to improve the overall performance of the Cascade Drives-actuator, but rather deliver a sufficient virtual model that works for the most shock load scenarios, that in the end will give the commissioner useful data and clues on how to improve their product. The thesis does include a few different shock load scenarios that prove the code's functionality and give answers to how some shock loads affect gears inside the actuator and performance of the machine itself. For the virtual tests done Cascade Drives-actuator performs very good in damping the shock loads, even when the loads reach a corresponding force of a few tons. CdGear and elasticity inside its rubber parts are the main reason why the actuator performs so well, and the rubber parts inside the gear can be changed in respect to the application and the mounting space allowed. The model described in the report includes dimensions and material's data provided by the commissioner for the actuator in question. More exact and relevant results can be acquired if the input values are more precise, and the area of usage is described in more detail. More optimal rubber parts inside the CdGear would result in a better performing actuator that besides being able to transfer huge torque also could absorb the inevitable shock loads in a very satisfactory manner.