Types de Paliers
Il existe deux grandes catégories de paliers : lisses et anti-friction (roulements). Les paliers lisses fonctionnent sur le principe du glissement, tandis que les roulements fonctionnent sur le principe du roulement.
Paliers Lisses (Paliers à Frottement Glissant)
Les paliers lisses fonctionnent sur le principe du frottement glissant et n'utilisent aucun élément roulant; ils sont généralement plus silencieux que les paliers anti-friction car ils n'ont pas de pièces mobiles. Les paliers lisses peuvent être utilisés pour des applications rotatives ou linéaires. Par exemple, un arbre tournant dans un alésage représente un palier lisse utilisé pour contraindre un mouvement rotatif; un tiroir coulissant représente une application linéaire. Les paliers lisses sont généralement choisis pour des applications à forte charge et basse vitesse.
Les paliers lisses sont également appelés paliers à glissement, paliers à film mince, paliers à film, paliers à coussinet, paliers en métal blanc, paliers en métal Babbitt, paliers hydrodynamiques et paliers hydrostatiques. Malheureusement, ces termes ne sont pas toujours utilisés correctement, ce qui entraîne des confusions. Par exemple, les paliers en métal Babbitt sont des paliers fabriqués à partir de métal Babbitt (un alliage métallique doux), mais les gens appellent souvent tous les paliers lisses « paliers Babbitt », ce qui est incorrect.
Les paliers métalliques lisses sont utilisés pour de nombreux équipements de grande taille, y compris les turbines à vapeur et les grands navires marins à deux temps, mais ils sont également utilisés pour presque tous les moteurs à combustion interne (IC), car ils permettent d'installer le palier en deux -ou plusieurs- pièces séparées.
Lubrification des Paliers Lisses
Faire glisser un matériau sur un autre crée des frictions, de la chaleur et de l'usure. Sauf pour les applications à très faible charge, un palier lisse utilisera toujours une forme de lubrifiant pour réduire la friction. Il est théoriquement possible d'utiliser de nombreux liquides et gaz comme lubrifiants, bien que le plus courant soit l'huile minérale. D'autres lubrifiants éprouvés incluent l'eau, le réfrigérant liquide, le kérosène, l'essence, divers acides et même le métal fondu. Consultez notre article sur la lubrification des paliers pour plus de détails.
Les lubrifiants pour paliers lisses séparent toute la surface du palier de la surface de charge, ainsi il n'y a théoriquement aucun contact entre les deux surfaces glissantes. Bien qu'il n'y ait théoriquement aucun contact entre les surfaces, en réalité, il est très difficile de séparer complètement les deux surfaces en tout temps.
Lubrification des Paliers Lisses
La plupart des paliers lisses utilisent un lubrifiant liquide. Par exemple, presque toutes les automobiles utilisent une forme de système d'huile lubrifiante. L'huile est pompée dans l'espace entre le palier et les surfaces de charge (lubrification hydrostatique) et cela crée un film mince d'huile qui sépare complètement -théoriquement- les deux surfaces glissantes. Une fois le moteur en marche (quatre temps ou deux temps), il est possible de lubrifier le moteur grâce au mouvement de l'arbre (lubrification hydrodynamique).
Les paliers lisses ne doivent jamais être mis en service sans qu'une forme de lubrification soit fournie, l'usure au démarrage est généralement plus importante que l'usure pendant toute la période de fonctionnement du moteur.
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Paliers Fluides (Hydrostatiques et Hydrodynamiques)
Les paliers fluides sont des paliers qui utilisent une couche mince d'huile ou de gaz pour séparer complètement les surfaces du palier de la charge. Ce type de palier est utilisé pour des applications à forte charge et à haute vitesse. Les paliers fluides sont classés comme hydrostatiques et/ou hydrodynamiques.
Les paliers hydrostatiques sont lubrifiés à l'aide d'une pompe externe pour maintenir une pression statique. Par exemple, un système de lubrification peut comprendre un carter d'huile, une pompe et des paliers. Le système est hydrostatique car la pompe à huile fournit la pression statique nécessaire à la lubrification.
Les paliers hydrodynamiques sont lubrifiés par le mouvement de l'arbre lui-même. L'arbre en mouvement tourne et crée un coin d'huile entre les surfaces de contact du palier.
Il est possible qu'un palier soit à la fois lubrifié hydrodynamiquement et hydrostatiquement. Par exemple, une pompe à huile peut lubrifier les paliers avant le démarrage du moteur (lubrification hydrostatique), mais la pompe s'arrêtera une fois le moteur en fonctionnement (lubrification hydrodynamique).
Matériaux Sacrificiels
Le matériau des paliers lisses est choisi pour être sacrificiel par rapport au coussinet (zone sur l'arbre où le palier est monté) auquel il est fixé. Si deux matériaux sont frottés ensemble, le matériau sacrificiel est celui qui commence à s'user en premier. Les paliers lisses sont sacrificiels car sinon le coussinet s'userait plutôt que le palier. Cela est indésirable car le coussinet (partie d'un arbre) est généralement plus coûteux et plus difficile à remplacer que le palier.
Qu'est-ce qu'un palier à coussinet ?
La zone sur un arbre qui s'accouple avec un palier est connue sous le nom de coussinet. Un palier à coussinet est un palier monté sur un coussinet, mais il pourrait également être appelé palier lisse, ou palier en métal Babbitt, etc. (s'il est fabriqué en métal Babbitt), ce qui serait également correct. Parce que de nombreux noms sont corrects, mais parfois mal appliqués, il y a souvent confusion concernant la nomenclature des paliers lisses. Les paliers à coussinet peuvent être fabriqués à partir d'une seule pièce (solide), ou de plusieurs pièces (séparées ou multi-parties), et ils peuvent être lubrifiés ou non lubrifiés.
Solide, Séparé ou Multi-Parties
Les paliers lisses peuvent être solides, séparés ou multi-parties. Un palier lisse solide est la forme la plus simple de palier, il consiste en un cylindre avec un trou percé à travers l'axe central. Les paliers séparés sont similaires aux paliers solides, mais le palier est constitué de deux pièces. Les paliers multi-parties sont constitués de plus de deux pièces. Des exemples de paliers lisses solides incluent les bushings et les manchons.
Des exemples de paliers lisses séparés incluent les paliers de coussinet de vilebrequin.
360 ou 180 Degrés de Contact
Un palier lisse qui a un contact à 360 degrés avec son coussinet d'accouplement est appelé « palier à contact total », ou « palier complet ». Un palier lisse qui a un contact à 180 degrés -ou moins- avec son coussinet d'accouplement est appelé « palier à contact partiel ». Si le diamètre de l'arbre est plus grand que celui du diamètre interne du palier, le palier est classé comme un « palier à coussinet ajusté ».
Les paliers à contact total sont utilisés lorsque la charge varie et peut agir dans plusieurs directions; un vilebrequin de moteur utilise des paliers à contact total. Les paliers partiels sont utilisés lorsque la charge est constante et appliquée dans une seule direction.
Palier Cylindrique Lisse
Les paliers cylindriques lisses sont le design le plus simple de palier lisse. Ce type de palier consiste en un cylindre avec un trou percé à travers l'axe central, il n'a aucun canal de lubrification. Les paliers cylindriques non lubrifiés ne conviennent qu'aux applications à faible charge. De nombreux paliers lubrifiés par gaz sont des paliers cylindriques lisses, y compris ceux utilisés pour les disques durs d'ordinateur (les anciens modèles qui utilisaient un disque magnétique rotatif).
Les applications des paliers cylindriques lisses sont limitées à moins que le design ne soit modifié. Ajouter un moyen d'introduire un lubrifiant sur les surfaces du palier permet d'utiliser le palier à des charges et des vitesses plus élevées. Les trous d'huile et les rainures d'huile sont utilisés pour distribuer le lubrifiant sur les surfaces porteuses du palier. Les types les plus courants de paliers cylindriques lubrifiés sont le palier à quatre rainures axiales et le palier à rainure elliptique.
Paliers Lisses, Séparés et Multi-Parties
Les paliers lisses séparés sont utilisés pour plusieurs raisons:
- Les paliers séparés peuvent être montés sur des arbres qui ne sont pas continuellement droits.
- Les paliers séparés peuvent être montés sans retirer l'arbre.
Paliers à Manchon
Les paliers à manchon sont des paliers cylindriques lisses fabriqués à partir de deux matériaux distincts. Ce type de palier a un revêtement mince sur la surface du palier qui s'accouple avec le coussinet. La surface du palier qui fait face au coussinet est généralement recouverte d'un matériau sacrificiel, par exemple un métal doux, tandis que le corps principal du palier (non en contact avec le coussinet) est fabriqué à partir d'un matériau différent, par exemple de l'acier.
Paliers à Douille
Les paliers à douille sont des paliers cylindriques lisses fabriqués à partir d'une seule pièce de matériau. Il n'y a qu'une seule différence entre un palier à manchon et un palier à douille; les paliers à manchon utilisent un revêtement mince de matériau de palier qui s'accouple avec un arbre, tandis que les paliers à douille sont entièrement fabriqués à partir d'un seul matériau. Les douilles sont généralement plus minces que les manchons et sont structurellement plus faibles.
Sphérique
Les paliers lisses sphériques sont utilisés lorsque le désalignement peut rendre difficile l'utilisation d'autres conceptions de paliers. L'anneau intérieur du palier est libre de tourner à l'intérieur d'un anneau extérieur sphérique, ce qui permet au palier de pivoter/tourner pour s'adapter à l'orientation de l'arbre. D'autres types de paliers sphériques incluent le palier à rouleaux sphériques.
Palier Lisse Sphérique
Les paliers lisses sphériques sont classés comme « nécessitant un entretien » ou « sans entretien ».
Les paliers lisses sphériques sans entretien utilisent un matériau PTFE pour séparer les anneaux intérieurs et extérieurs; ce type de palier est parfois appelé « PTFE sur métal ». Le PTFE s'auto-lubrifie et le palier ne nécessite aucun entretien (aucun lubrifiant ne doit être ajouté).
Les paliers lisses sphériques nécessitant un entretien doivent être lubrifiés périodiquement; ce type de palier est parfois appelé « métal sur métal ».
Remarque
Aucun composant ou machine n'est jamais « sans entretien ». Cette phrase est souvent utilisée à des fins de marketing, mais elle est inexacte. Si un ingénieur effectue un entretien basé sur l'état du palier (inspection visuelle, test ultrasonique, analyse des vibrations, thermographie), le palier est entretenu. Si le palier est inspecté et/ou remplacé périodiquement, il fait partie d'un programme de maintenance et est donc entretenu. La seule occasion où un élément est « sans entretien » est lorsqu'il est installé et utilisé jusqu'à destruction, sans aucun contrôle ou entretien entre l'installation et la défaillance.
Composants du Modèle 3D
Ce modèle 3D montre tous les composants majeurs associés à un palier métallique lisse typique, ceux-ci incluent:
- Coquille Supérieure du Palier
- Rainures d'Huile
- Trous d'Huile Lubrifiante
- Coquille Inférieure du Palier
- Flasque
Ressources Supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Plain_bearing
https://clr.es/blog/en/plain-bearings
https://www.ggbearings.com/en/tribou/internet-bearings/bearings
https://www.maschinenmarkt.international/the-plain-bearing--function-types-and-applications-a-832022