Qu’est-ce qu’un palier lisse ?
Un palier lisse est un palier qui supporte directement la rotation d’un arbre ou le mouvement linéaire de pièces mobiles au moyen des surfaces de glissement du palier. Le contact direct entre l’arbre en rotation ou les pièces mobiles et les surfaces de glissement du palier lisse entraîne des forces de frottement élevées et génère de la chaleur par frottement. C’est pourquoi les surfaces de contact mutuel sont lubrifiées avec de l’huile, du métal imprégné de lubrifiant sur les surfaces de glissement du palier ou des matériaux en résine hautement lubrifiants.
Les paliers lisses sans lubrifiant sont appelés paliers secs. Les paliers lisses sont peu coûteux, faciles à utiliser et flexibles en termes de matériaux et de dimensions, et sont utilisés en fonction de l’application et de l’environnement de fonctionnement.
Les trois types de paliers lisses suivants, en anglais, sont utilisés :
- Plain Bearing
- Sliding Bearing
- Slide Bearing
Utilisations des paliers lisses
Les paliers lisses présentent les caractéristiques suivantes (notamment par rapport aux roulements) :
- Simplicité de construction et de forme
- Dimensions compactes
- Avantageux pour les performances à grande vitesse (rotation à grande vitesse)
- Ne conviennent pas pour les performances à faible vitesse (rotation à faible vitesse)
- Charges admissibles relativement élevées
- Bruit silencieux et faibles vibrations
- Longue durée de vie
Types de paliers lisses
Les types de paliers lisses utilisés dans les applications industrielles générales sont classés en fonction du type de charge, du matériau et de la forme et construction.
1. Type de charge
Les types de charge sont divisés en quatre catégories : paliers hydrodynamiques, paliers hydrostatiques, paliers lisses et paliers de butée.
Roulements dynamiques et hydrostatiques
Dans les paliers hydrodynamiques, la pression hydrodynamique générée par la rotation de l’arbre forme un film d’huile entre l’arbre et la surface de glissement du palier, qui supporte l’arbre. Il existe différentes manières de générer une pression hydrodynamique, comme le calage de l’espace ou l’application d’une construction de surface de glissement aux surfaces de glissement. En général, un arbre coulissant passif est souvent désigné par un palier hydrodynamique.
Les paliers hydrostatiques soutiennent l’arbre en alimentant le palier en huile (lubrifiant) ou en air comprimé à partir d’un équipement ou d’une installation situés à l’extérieur du palier et en remplissant les poches entre l’arbre et le palier.
Paliers lisses et paliers de butée
Les paliers lisses sont utilisés lorsque les charges sont appliquées dans la direction de l’axe de l’arbre (direction radiale). Les butées sont utilisées lorsque la charge est appliquée au roulement dans la direction perpendiculaire à l’axe de l’arbre (direction de la poussée).
2. Matériaux
Il existe deux types de matériaux : les matériaux à base de résine et les matériaux à base de métal.
A base de résine
Des exemples de matériaux à base de résine sont présentés ci-dessous :
- Résine de tétrafluoroéthylène (PTFE)
- Résine de polyacétal (POM)
- Résine de polyétheréthercétone (PEEK)
- Résine de polyphénylène sulfate (PPS)
- Résine élastomère de polyester
- Résine polyamide (PA)
Les paliers lisses à base de résine sont presque toujours utilisés sans lubrification, car ils sont lubrifiés avec de l’huile, du graphite ou d’autres additifs pour améliorer le pouvoir lubrifiant. Ils peuvent également être utilisés en combinaison avec des métaux pour améliorer la résistance mécanique.
Systèmes métalliques
Des exemples de matériaux à base de métaux sont donnés ci-dessous :
- Pièces moulées en plomb-cuivre (JIS H5120 CAC601, CAC603, CAC606)
- Pièces coulées en bronze phosphoreux (JIS H5120 CAC502A)
- Métaux blancs (JIS H5401 WJ1 à WJ10)
- Alliages d’aluminium (JIS AJ2, SAE770, 780, 781)
Les métaux blancs, les alliages à base de cuivre et les alliages d’aluminium sont les matériaux à base de métal les plus couramment utilisés avec les lubrifiants. Les métaux blancs sont souvent utilisés pour les charges statiques et les moteurs de navires, tandis que les alliages à base de cuivre sont souvent utilisés pour les bagues en raison de leur excellente résistance à l’usure.
Les alliages d’aluminium, quant à eux, sont utilisés dans une large gamme d’applications, notamment pour les moteurs et les bagues. Les paliers lisses sans outillage sont lubrifiés par l’ajout de lubrifiants, de revêtements de surface ou de matériaux lubrifiants solides incorporés. Les paliers lisses sans outillage sont connus sous le nom de paliers sans huile.
Forme et structure
En fonction de leur forme et de leur structure, les paliers lisses se répartissent en paliers cylindriques, paliers cylindriques à collerette, paliers à disque et paliers sphériques.
Principe des paliers lisses
Les paliers lisses sont supportés par les surfaces de glissement de l’arbre en rotation ou des pièces mobiles qui entrent en contact avec les surfaces de glissement du palier lisse. Il est donc important de traiter le frottement qui se produit entre les surfaces (surfaces de glissement).
Dans les paliers lisses en général, les surfaces de glissement sont lubrifiées avec de l’huile de graissage, du lubrifiant ou de l’air pour réduire la résistance au frottement. Par conséquent, l’état de lubrification des surfaces de glissement est très important. L’état de lubrification est classé selon les trois types suivants, qui sont illustrés par la courbe Strypec de la figure 3.
1. Lubrification limite
Les surfaces de glissement sont presque solidement lubrifiées en raison d’un frottement élevé sans formation suffisante de film lubrifiant, ce qui peut entraîner un grippage et un collage.
2. Lubrification mixte
Les surfaces de glissement sont dans un état mixte de contact fluide et solide avec une rugosité de surface et une épaisseur de film lubrifiant presque identiques, ce qui n’est pas tout à fait adéquat.
3. Lubrification fluide
Les surfaces de glissement sont bien lubrifiées avec un film lubrifiant adéquat et ne sont pas en contact direct l’une avec l’autre, sans usure mutuelle.
Les paliers lisses peuvent être lubrifiés par lubrification forcée, par bain d’huile, par barbotage ou par goutte à goutte, en fonction des conditions d’utilisation du palier. La lubrification forcée est une méthode dans laquelle l’huile lubrifiante est pompée dans la zone de lubrification du roulement afin d’assurer une quantité constante d’huile lubrifiante. La lubrification par bain d’huile et par barbotage ne nécessite pas de système de lubrification et peut être simplifiée. La lubrification par goutte-à-goutte n’est pas adaptée aux opérations à forte charge en raison de la faible quantité d’huile lubrifiante.
Pour la lubrification forcée, il existe deux méthodes : la lubrification du côté du carter et la lubrification du côté de l’arbre. Il est également possible d’améliorer l’effet de refroidissement en installant des rainures d’huile dans le carter ou l’arbre. Cependant, la conception de la rainure d’huile doit être soigneusement étudiée, car une discontinuité dans le film de lubrification peut entraîner une réduction de la capacité de charge du roulement.
Dans les environnements où un lubrifiant ne peut être utilisé (par exemple, à des températures élevées), des lubrifiants solides peuvent être utilisés. Les lubrifiants solides comprennent le graphite et le PTFE. Il est possible de prolonger la durée de vie des paliers lisses en contrôlant avec précision la pression hydraulique, le film d’huile, etc.
Autres informations sur les paliers lisses
Normes relatives aux paliers lisses
Les spécifications des roulements sont définies dans les normes, de sorte que tous les fabricants ont les mêmes spécifications pour les tolérances d’ajustement, les tolérances de production, les tolérances de jeu, etc. en fonction du type de roulement. Ils sont donc interchangeables et peuvent être utilisés comme pièces d’usage courant.
En revanche, il n’existe actuellement aucune norme internationale commune pour les paliers lisses. Ils ne sont donc pas interchangeables et ne peuvent pas être utilisés comme pièces d’usage courant. Ils doivent donc être examinés et déterminés indépendamment en fonction de l’application, de l’environnement de fonctionnement et des spécifications de conception.