Butées et paliers aérodynamiques : Généralités

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Auteur(s)

Pierre STÉPHAN : Laboratoire de Génie mécanique à l’Université Paul Sabatier de Toulouse
Yvan IORDANOFF : Laboratoire de Génie mécanique à l’Université Paul Sabatier de Toulouse

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INTRODUCTION

De tout temps, un des soucis du concepteur de machines tournantes a été l’augmentation de la puissance massique et donc des vitesses de rotation. Cette recherche a été renforcée au cours de ces dernières années sous la pression de besoins industriels dans des domaines aussi diversifiés que l’énergie nucléaire, la fabrication des machines-outils et le domaine spatial. Ainsi, dans certains mécanismes, étant donné ces vitesses élevées, les éléments technologiques classiques de guidage ne permettent plus de répondre aux exigences de durée de vie, les roulements étant souvent victimes d’une usure superficielle anticipée.

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https://doi.org/10.51257/a-v1-b5335

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1. Généralités

Dans le cas de mécanismes supportant de faibles charges ou demandant une très grande précision, le guidage des arbres par des paliers et des butées aérodynamiques semble être une solution satisfaisante et relativement économique.

En effet, lorsque la vitesse de rotation devient trop importante (N > 50 000 tr / min), la puissance dissipée par frottement fluide ainsi que les problèmes thermiques qui en résultent ne sont plus négligeables (cf. article Palierset butées hydrodynamiques de ce traité). Il est alors possible de recourir à des fluides de viscosité beaucoup plus faible ; c’est le cas des gaz et en particulier de l’air pour lequel la viscosité dynamique est 200 fois plus faible qu’une huile peu visqueuse.

Cependant, l’utilisation de l’air comme fluide sustentateur entraîne des modifications importantes dans l’étude théorique des lois d’écoulement ainsi que dans les principes de réalisation et les choix technologiques.

L’utilisation de paliers aérodynamiques présente donc un certain nombre d’avantages par rapport à la lubrification à huile.

Elle permet de limiter les frottementsfluides et donc les variations de température, d’où la possibilité d’atteindre de grandes vitesses de rotation (application aux gyroscopes, aux turbines cryogéniques, aux réacteurs et aux turbines de conditionnement d’avions, etc.).

Elle donne une plusgrande précision de guidage en rotation et en translation (application en métrologie, aux tables de machines-outils faiblement chargées (usinage d’alliages légers), aux supports d’antennes radars, aux capteurs sismiques à haute sensibilité, etc.).

Elle permet une meilleurefiabilité (le mécanisme fonctionnant à lubrifiant perdu, les propriétés de celui-ci sont invariantes dans le temps).

Cependant, la faible viscosité des gaz présente également des inconvénients : ainsi, dans la conception d’un dispositif utilisant un palier ou une butée à gaz, un certain nombre de problèmes doivent être pris en compte.

Faible capacitéde charge de ces mécanismes : les pressions maximales rencontrées dans le film fluide sont de 10 à 20 fois plus faibles que celles des paliers à huile.