w
Il est donc commode de concentrer autant que possible l’usure sur le palier. Ceci s’obtient en utilisant pour le palier un matériau mou : plomb, étain, zinc, ou un alliage de ces métaux.
Le matériau mou du coussinet, a aussi un rôle important à jouer en cas de défaillance de la lubrification. Dans ce cas, l'échauffement par frottement élève rapidement la température du palier, et conduirait normalement à un contact métal-métal accentué, à une généralisation des liaisons atomiques entre arbre et palier, et au grippage.
Une garniture de coussinet en matériau mou à bas point de fusion sera capable de se cisailler sous l’effet des efforts appliqués et pourra même fondre localement. Ceci contribue à protéger le tourillon d'un sérieux endommagement en surface, et prévient les ruptures de pièces qui pourraient résulter d'un blocage brutal des surfaces en contact.
En 1959, DUCKWORTH et FORESTER [26] proposent une étude sur l’effet de l’usure dans les paliers lubrifiés, durant l’année 1983, DUFRANE et ses collaborateurs [27] mènent une étude sur le défaut d’usure dans les paliers des turbines travaillant à faible vitesse de rotation. Ils ont proposé un modèle géométrique prenant en compte ce défaut pour pouvoir l’inclure dans leurs calculs. Ils ont montré que l’usure se produit le plus souvent symétriquement en bas du palier et dans le cas des paliers équipés d’une poche de soulèvement mal dimensionnée, n’est pas à l’abri de telle usure. Ainsi que l’usure est provoquée par la présence des particules dans le lubrifiant.
VAIDYNATHAN et KEITH [28] étudient les performances de quatre paliers de formes géométriques différentes et fonctionnant en régime turbulent, dont un ayant une géométrie comportant un défaut d’usure. Ils ont montré que le défaut d’usure a une influence sur le frottement, la pression ainsi que la position de la frontière de la rupture du film fluide.
En 1991, SCHARRER et al. [29] montrent que lorsque le défaut d’usure est inférieur à 5 ou 10%, il n’a que peu d’influence sur les performances du palier. Ainsi que l’emplacement de ces défauts ne modifie pas les caractéristiques de fonctionnement du palier hydrostatique, mais peut entraîner des problèmes de frottement ou de stabilité.
KUMAR et MISHRA [30], expliquent dans leur travail, que le défaut d’usure diminue sensiblement la stabilité du palier hydrodynamique peu chargé. Tandis que, dans le cas des paliers fortement chargés, ces défauts présentent plus de 30% de jeu radial mais le palier reste toujours stable. Dans la même année, ils ont montré que les paliers non circulaires travaillant en régime turbulent, présentant un défaut d’usure, ils concluent que l’usure provoque l’augmentation du frottement, le débit mais il réduit la capacité de la charge des paliers.
CHAPITRE 1. ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
BOUYER, FILLON [31, 32, 33] étudient Influence de l'usure sur les performances thermohydrodynamiques d'un palier lisse. Le palier étudié est un palier de 100 mm de diamètre soumis soit à une forte charge et une vitesse faible (30000N, 1000 tr/min) soit à une faible charge et une vitesse élevée (5000N, 10000 tr/min). Les défauts étudiés sont centrés par rapport à la ligne de charge et leur profondeur varie de 10 à 50 % du jeu radial. Ils se sont intéressés principalement aux grandeurs caractéristiques du fonctionnement du palier comme la pression hydrodynamique, la température à l'interface film/coussinet et l'épaisseur de film fluide. Ils ont montré que les défauts, dont la profondeur est inférieure à 20%, n'ont qu’un faible influence sur le fonctionnement du palier alors qu'au-dessus de cette valeur, la température diminue, l'arbre a tendance à se placer dans l'empreinte créée par le défaut. En revanche, pour des paliers peu chargés fonctionnant à des grandes vitesses de rotation, la présence, d’un défaut d’usure conduit à une chute importante de la température maximale ainsi que la température moyenne de fonctionnement et l’augmentation de la puissance dissipée. BOUYER a analysé l’effet de la modification locale située dans la zone d’épaisseur minimale du film et l’effet d’un défaut global conique situé d’un coté du palier sur les performances THD d’un palier fonctionnant en régime établi. Il a trouvé que le défaut local et global augmentent l’épaisseur minimale du film ainsi que la pression maximale, tandis que la température maximale est réduite lorsque la direction du couple de mésalignemant est 0°.
En 2006 également, BOUYER, FILLON et PIERRE-DANOS [33, 34] publient un article sur les performances d’un palier hydrodynamique usé à deux lobes soumis à des conditions de fonctionnement réalistes. Ils ont confirme que l’usure se produit symétriquement par rapport à la ligne de charge sur le lobe inférieur. La loi d’usure proposée a une forme proche de celle qui est proposée dans la littérature.
Le palier usé peut donc présenter certains avantages comme des températures de fonctionnement plus faibles, ce travail à été publié sous le titre « Thermohydrodynamic analysis of a worn plain journal bearing » par BOUYER et FILLON en 2006 [35].
De plus, les performances du palier sont clairement modifiées par l’usure. La pression maximale augmente de 5% et la température maximale d’environ 2K. Cependant, même si la profondeur de l’usure atteint presque 10% du jeu radial, le palier usé reste tout à fait utilisable et présente un fonctionnement normal.
Les quelques études menées sur les paliers usés sont essentiellement théoriques, ils ont réalisé, une modélisation thermohydrodynamique tridimensionnelle du palier usé afin d’analyser l’effet du défaut sur la pression, la température, le débit, la puissance dissipée ainsi que l’épaisseur de film. Ils ont pu montré que le défaut d’usure, bien qu’il puisse être considéré comme une avarie ou un désavantage, peut être, dans certaines conditions, un facteur améliorant les performances du palier.