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RÉSUMÉ
La fonction des paliers et des butées aérostatiques est de réaliser des guidages en rotation ou des supports axiaux ayant une capacité portante à des vitesses nulles de rotation. Le lubrifiant le plus souvent utilisé dans ces systèmes reste l’air, qui possède l’avantage d’être disponible. L'article présente les principales caractéristiques statiques et dynamiques des butées et des paliers aérostatiques. Des méthodes simplifiées permettent leurs calculs, mais elles restent toutefois assez imprécises, le recours à des méthodes numériques conduisant à de bien meilleurs résultats. Les règles générales de conception, érigées sur la base de la connaissance des mécanismes physiques en jeu, restent importantes. Dans le cas du palier, au risque d’instabilité pneumatique présent également avec la butée, s’ajoute celui de l’instabilité aérodynamique typique aux grandes vitesses de rotation.
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Mihai ARGHIR : Institut Pprime, université de Poitiers
INTRODUCTION
La fonction des paliers et des butées aérostatiques est de réaliser des guidages en rotation ou des supports axiaux ayant une capacité portante à des vitesses nulles de rotation. Les grandes lignes et les principes sont les mêmes que pour la lubrification hydrostatique avec laquelle il est supposé que le lecteur est familiarisé [BM 5 325] : la pression dans le film d'air (ou plus généralement de gaz) est maintenue d'abord (sinon uniquement) par un circuit d'alimentation extérieur. La pression aérostatique du film lubrifiant assure ainsi l'absence du contact même si la vitesse relative entre les deux parties du guidage est nulle. Le lubrifiant le plus souvent utilisé est l'air qui a l'avantage d'être facilement disponible.
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4. Modèle du rotor rigide à quatre degrés de liberté
Considérons à présent l'intégration des butées et des paliers aérostatiques dans une machine tournante, prenons le cas d'un rotor rigide à quatre degrés de liberté et faisons le calcul des fonctions de transfert. La prise en compte des butées et des paliers aérostatiques se fait en utilisant les modèles décrits précédemment ensemble avec un modèle de rotor. Le rotor peut se comporter, soit comme un solide rigide, soit comme une poutre élastique. Si sa première pulsation propre est supérieure à la vitesse de rotation maximale, le rotor peut être considéré comme une poutre rigide guidée en rotation par deux paliers et arrêtée en translation par une butée. Il est alors décrit par le modèle à quatre degrés de liberté présenté dans la référence [BM 5 335v2] et qui est maintenant repris dans la figure 24.
Dans l'article [BM 5 335v2], les forces et moments dans les paliers sont exprimés à l'aide des raideurs et des amortissements. Comme ces coefficients dépendent de la fréquence d'excitation, cette approche permet de déterminer uniquement la réponse du rotor au balourd. Le modèle peut être adapté pour la prise en compte des excitations multifréquentielles en utilisant pour
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FRÉNE (J.), NICOLAS (D.), DEGUEURCE (B.), BERTHE (D.), GAUDET (M.) - Lubrification hydrodynamique. Paliers et butées. - Éditions Eyrolles, 488 p. (1990).
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(2) - RIEGER (N.F.) editor - Design of gas bearings notes supplemental to the RPI-MTI course on gas bearing design (Conception des paliers à air. Notes supplémentaires au cours). - RPI-MTI, 2 volume (1967).
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(3) - CONSTANTINESCU (V.N.) - Gas lubrication (La lubrification à gaz). - ASME Press, 621 p. (1969).
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(4) - POWELL (J.W.) - Design of aerostatic bearings (Conception des paliers aérostatiques). - The Machinery Co. Ltd., 279 p. (1970).
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(6) - ARGHIR (M.), LE LEZ (S.), FRENE...
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