Matériaux pour paliers lisses

Le principal objectif de cet article est de fournir les idées directrices qui doivent motiver l’utilisateur de paliers dans le choix d’un matériau antifriction. Du fait de la complexité et de la diversité des problèmes de palier, il n’est pas possible de traiter le sujet de façon exhaustive. Toutefois si, à la lecture de cet article, l’utilisateur potentiel possède les principales clefs pour définir la famille de produit antifriction qu’il doit utiliser, alors nous estimerions l’objectif que nous nous étions fixé comme atteint. Pour des problèmes délicats, il y aura lieu de contacter des spécialistes.

Suivant les auteurs, le terme palier peut avoir différentes définitions. Nous utiliserons la définition de la norme ISO 4378/1 qui est : support ou guide déterminant la position d’une pièce mobile par rapport aux autres pièces du mécanisme. Du fait de la liberté laissée par cette définition, nous considérerons que le palier est constitué par l’ensemble de l’arbre, du logement, du matériau antifriction et de son support, et du lubrifiant, car ce sont ces quatre éléments qui donnent les performances de l’organe palier.

De façon intentionnelle, nous avons limité la présentation des matériaux antifriction pour paliers lisses au cas des paliers cylindriques soumis à des charges radiales. Cependant, la majorité des remarques peuvent s’appliquer à d’autres types de paliers qui utilisent les mêmes types de matériaux comme, par exemple, les patins de glissières, les butées sphériques, les flasques de butée d’embrayage, etc. Toutefois, certaines précautions doivent être prises pour extrapoler les résultats obtenus pour les paliers cylindriques.

On peut distinguer deux familles de paliers : les paliers à charges radiales et les paliers à charges axiales ou butées.

— Les paliers à charges radiales sont généralement constitués par deux éléments de 180^o d’arc, appelés plus communément demi-coussinets, et un élément de 360^o d’arc, appelé bague.

— Les paliers à charges axiales sont généralement constitués de demi-flasques (demi-flasques de vilebrequin) ou de rondelles complètes.

Quel que soit le type de palier considéré, il est monocouche (exemple d’un palier en bronze massif) ou multicouche (exemple d’un cuproplomb sur un support acier). Pour des applications sévères, les propriétés nécessaires au bon fonctionnement du palier sont bien souvent antagonistes et le moyen le plus élégant de contourner cette difficulté est d’utiliser des matériaux multicouches qui apportent à cœur ou en surface les propriétés recherchées.

Il nous a semblé intéressant pour parfaitement appréhender les problèmes liés au matériau antifriction de consacrer plusieurs paragraphes aux notions de base que nous considérons comme fondamentales qui sont :

• les régimes de fonctionnement des paliers, car ces régimes sont parmi les paramètres les plus importants dans la définition d’un matériau ;

• les aspects thermiques dans les paliers, qui conditionnent un certain nombre de limites de fonctionnement du palier ;

• les principaux types d’avaries rencontrés et les propriétés du matériau antifriction nécessaire pour éviter ces dommages ;

• les lubrifiants (esquissés), afin de mettre en évidence les mécanismes physiques qui justifient la réduction du frottement. Le rappel de ces mécanismes permettra au lecteur de mieux appréhender les liens qui existent entre ces propriétés et les limites d’existence des différents régimes de fonctionnement du palier, et de percevoir ainsi la fragilité et la stabilité de ceux-ci.

La suite de cet article sera consacrée aux qualités géométriques et mécaniques que doivent posséder l’arbre et le logement du palier, ainsi qu’aux matériaux antifriction à utiliser vis-à-vis des différents régimes de lubrification. Une attention particulière a été portée sur la structure de ces matériaux et leurs conditions d’utilisation.