Butées et paliers hydrostatiques

En lubrification par film complet, il est d’usage d’attribuer le qualificatif hydrostatique à tous les systèmes pour lesquels la charge est transmise à travers un film lubrifiant où la pression est maintenue par l’intermédiaire d’une pompe. Lorsque les surfaces en regard sont en mouvement mais que la géométrie du contact ou les vitesses ne permettent pas de fonctionner sans l’existence d’un générateur extérieur de pression, le mécanisme est dit hybride (superposition d’un effet hydrostatique et d’un effet hydrodynamique). En pratique, le terme hybride est très peu utilisé, et on désigne indifféremment par palier (ou butée) hydrostatique un mécanisme dont les surfaces sont immobiles ou en mouvement. Il ne faut toutefois pas en conclure que ses performances (portance, débit, etc.) sont indépendantes de la vitesse : nous verrons que celle-ci joue parfois un rôle déterminant.

Bien que le fluide lubrifiant puisse être un gaz ou un liquide, nous nous limiterons dans cette présentation au cas des liquides newtoniens. Pour les gaz, on se reportera à l’article Butées et paliers aérodynamiquesdans ce traité.

Par rapport aux autres types de support, la différence essentielle est qu’il n’y a jamais de contact entre les deux surfaces puisqu’une pompe extérieure permet l’introduction de liquide sous pression à l’intérieur de la zone de contact et assure donc l’existence permanente d’un film lubrifiant même à vitesse nulle. Cela entraîne les avantages suivants :

• l’absence d’usure ;

• un coefficient de frottement très faible ;

• pas de frottement saccadé (stick-slip) ;

• une très grande raideur, permettant de conserver un positionnement précis malgré des fluctuations de charge importantes ;

• l’inexistence de concentrations de contraintes car, la pression étant sensiblement constante dans l’alvéole, la charge est supportée par une grande surface ;

• les défauts de forme des surfaces en présence ayant moins d’importance qu’en régime hydrodynamique, car la pression dans l’alvéole est fonction du débit global, c’est-à-dire de la distribution d’épaisseur de film et non pas de l’épaisseur en un point ;

• des problèmes thermiques au sein du film lubrifiant très souvent secondaires, car on est en présence d’un écoulement forcé à débit important ; ainsi, l’hypothèse d’un régime d’écoulement isotherme est justifiée.

Les inconvénients majeurs des dispositifs hydrostatiques sont leur coût, car ils nécessitent une pompe, des filtres, des régulateurs de pression, etc., et leur fiabilité, car le moindre incident dans le système d’alimentation peut entraîner la destruction des surfaces.

Du fait de l’environnement important...