I.2. LUBRIFICATION DES PALIERS LISSES
I.2.1. Principes qui régissent les paliers à
coussinets
[5,6]
Les paliers à coussinet sont en apparence très
simples. Constitués d'un métal doux (alliage antifriction
composé principalement d'étain et de plomb), ils épousent
la forme de l'arbre et supportent ainsi la charge. L'arbre et les paliers se
trouvent lubrifiés de façon continue par un film d'huile, ce qui
diminue le frottement. Les corps étrangers qui s'infiltrent entre les
paliers et l'arbre deviennent emprisonnés dans le matériau
antifriction, protégeant ainsi la partie plus dure et plus
coûteuse de l'arbre.
Généralement, les frottements sont importants au
démarrage de la machine et le palier ne remplit pas
nécessairement son rôle s'il a à supporter de fortes
tensions pendant cette période. La figure I.4, nous montre les dommages
qui peuvent advenir lors du fonctionnement d'un palier à coussinet.
a. Bris par érosion b. Erosion au
démarrage
Figure I.4. Dommages sur les coussinets
La figure I.4a illustre l'érosion du palier lisse
montrant le métal antifriction resolidifié dans la cannelure de
lubrification centrale, tandis que la figure I.4b montre des
légères traces au fond d'un palier soumis à une charge
verticale.
I.2.2. Lubrification des paliers à coussinet [5, 7,
8,9]
Une lubrification adéquate permettant un minimum de
frottement est l'élément clé de la durée de vie
d'un palier à coussinet. Un débit continu d'huile est
assuré à l'aide de la pompe à engrenage (système
forcé). L'huile est acheminée par la partie supérieure de
l'arbre où une cannelure de distribution se remplit (Figure I.5).
L'huile est extraite de la cannelure de drainage à chacune des
extrémités pour être ensuite refroidie à l'aide d'un
échangeur ou lorsqu'elle se mélange à celle qui se trouve
déjà dans le réservoir.
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Figure I.5. Palier à coussinet
En outre, la lubrification des paliers existe sous
différentes formes à savoir :
V' La lubrification hydrodynamique
V' La lubrification mixte
V' Et la lubrification hydrostatique qui fait l'objet de
notre travail.
En lubrification hydrostatique, la formation et le maintien
d'un film de fluide imposent l'existence d'une pression dans ce film afin
d'équilibrer la charge appliquée entre les deux surfaces du
mécanisme. Cette pression est engendrée par un système
extérieur au contact (pompe) et son calcul permet de déterminer
la charge que peut supporter le contact, le couple ou la force de frottement et
le débit de fluide dans le mécanisme.
Les deux principales méthodes utilisées pour
introduire le liquide à l'intérieur du palier sont l'alimentation
à débit constant et celle à pression constante (figure
I.6a).
Dans les systèmes à débit constant, une
pompe à débit constant est placée entre le
réservoir et l'alvéole ou cannelure. Ce système est peu
employé car, lorsque le mécanisme comporte plusieurs
alvéoles (ce qui est pratiquement toujours le cas), il faut soit
alimenter chacun d'entre eux par une pompe individuelle, soit utiliser des
régulateurs à débit constant. Cette solution, qui assure
une grande raideur, est complexe et coûteuse. On lui
préfère le système à pression constante.
Dans les mécanismes à pression constante, une
résistance hydraulique est placée immédiatement en amont
de l'alvéole. Le rôle de cette résistance est de
créer une perte de charge, c'est-à-dire d'asservir le
débit à la chute de pression. Ce système, simple à
mettre en oeuvre, permet d'alimenter plusieurs alvéoles avec une seule
pompe à condition, que le débit de celle-ci soit suffisant. Dans
la pratique, le système hydraulique est plus complexe. La figure I.6b
donne le schéma du circuit pour l'alimentation à pression
constante d'un palier à quatre alvéoles. Une pompe alimente le
palier à un débit supérieur d'environ 30 % à celui
nécessaire ; le surplus de liquide retourne au réservoir par
l'intermédiaire d'un régulateur de
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pression. Un capteur de pression permet d'arrêter
l'entraînement du rotor si la pression atteint une valeur trop faible. Le
clapet anti-retour et l'accumulateur hydraulique assurent l'alimentation du
palier jusqu'à l'arrêt complet de l'arbre. L'écoulement est
ensuite dérivé vers chaque alvéole ; sur chaque portion de
circuit, on peut prévoir un clapet anti-retour en cas de surpression
dans un alvéole. La résistance hydraulique RH doit être
placée au plus près de l'alvéole afin d'éviter les
instabilités de type pneumatique dues à la compressibilité
du lubrifiant. Une pompe peut être nécessaire pour assurer le
retour du lubrifiant vers le réservoir. Une prise de température
T permet de contrôler la température du liquide à la sortie
du palier et déclencher l'arrêt si la température devient
trop importante. Enfin, un système de refroidissement assure une
température constante au niveau de l'alimentation.
Figure I.6. Principe de fonctionnement d'un palier
hydrostatique
a. Schématisation de deux types d'alimentation
b. Cas réel
a
at = 0 (I.5)
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