Butée à poches 181

Pour une meilleure compréhension des phénomènes qui se produisent lors de la texturation de la butée, nous réduisons la géométrie de la texture au cas le plus simple d'une poche, qui est positionnée sur la surface du grain fixe (Fig. 4.16). La configuration est obtenue par une réduction, dans le cas de référence, du nombre de cellules dans les directions r et θ, tel que Nr = Nθ = 1, alors que les autres paramètres restent inchangés.

Figure 4.16. Géométrie du patin d'une butée à poches.

Charge appliquée et cavitation

Comme nous l'avons déjà observé à plusieurs occasions dans les chapitres précédents, une augmentation de la capacité de charge devient l'un des éléments principaux qui contribuent à l'apparition du phénomène de cavitation dans un contact texturé. Il devient donc intéressant d'étudier cet effet dans le cas de la butée.

L'impact de la charge appliquée Wa par rapport à l'apparition du phénomène de

cavitation dans la butée à poche est illustré dans la figure 4.17, présentée ci-dessous. Pour une charge de 1 N, la pression minimale pmin reste au-dessus de la pression de cavitation

(pcav = 0 MPa), alors que la pression maximale pmax n'est que légèrement supérieure à la

Figure 4.17. Influence de la charge Wa sur la distribution

de pression dans une butée à poche.

une baisse de pmin et une augmentation de pmax. En même temps, l'épaisseur du film et le débit

diminuent, alors que le couple enregistre une croissance significative. Enfin, une augmentation supplémentaire de la charge (Wa = 10 N) provoque l'apparition du phénomène

de cavitation. Alors que la pression minimale générée dans le patin atteint le niveau de la pression de cavitation, la pression maximale augmente à un niveau presque deux fois supérieur à celui obtenu pour une charge de 5 N. Evidemment, l'épaisseur minimale du film et le débit connaissent aussi une baisse importante, tandis que le couple augmente de manière significative.

Vitesse de rotation et cavitation

La vitesse de rotation est un autre élément essentiel par rapport à la cavitation, car une variation de ce paramètre à des conséquences importantes sur le comportement hydrodynamique du patin. Pour une charge de 10 N, la figure 4.18 montre les effets de la vitesse de rotation (pour 50 et 1000 tr/min) sur les principales caractéristiques de la butée. En comparant ces résultats avec la distribution présentée dans la figure 4.17 (pour Wa = 10 N)

où la vitesse était de 500 tr/min, plusieurs phénomènes peuvent être observés. Premièrement, il est montré qu'une réduction de la vitesse à 50 tr/min entraîne une

Figure 4.18. Influence de la vitesse de rotation sur la distribution de pression dans une butée à poche, pour Wa = 10 N.

diminution de l'étendue de la zone de cavitation. En même temps, la pression maximale est réduite de 0,40 à 0,35 MPa, alors que l'épaisseur du film h0 et le débit QT enregistrent une

baisse importante. En contrepartie, il faut souligner que la réduction de permet également de diminuer le couple C. D'autre part, l'augmentation de la vitesse à 1000 tr/min entraîne évidemment un élargissement de la région inactive. La pression maximale augmente, ainsi que l'épaisseur du film et le débit. L'effet défavorable est cette fois lié au couple, qui augmente de manière significative.

Profondeur et cavitation

Nous avons observé dans les chapitres précédents que dans des circonstances particulières, il existe une forte interdépendance entre le phénomène de cavitation et la profondeur hd de la texture. Les analyses ont ainsi montré que lorsque la cavitation est

présente dans le contact, l'effet d'aspiration du fluide obtenu à l'entrée du patin permettrait d'augmenter le débit et la pression générée. Nous avons vu également que les poches superficielles "cavitent" plus facilement et que grâce à cet effet, elles permettent d'améliorer les performances hydrodynamiques du contact.

Pour vérifier la présence de tous ces effets dans le cas de la butée à poche, nous analysons deux valeurs de la profondeur hd : 2,5 et 7,5 µm. Pour une charge de 10 N, qui est

censée conduire à l'apparition de la cavitation, la figure 4.19 présente la distribution de pression dans le patin correspondante à ces deux valeurs de hd.

Figure 4.19. Influence de la profondeur hd sur la distribution

de pression dans une butée à poche, pour Wa = 10 N.

Les résultats montrent que parmi les deux configurations analysées, la poche à 2,5 µm de profondeur entraîne une rupture du film à l'entrée du patin, ce qui permet d'obtenir une épaisseur minimale du film supérieure et une amélioration globale des performances hydrodynamiques. Dans le cas de la poche à 7,5 µm, la cavitation ne se produit pas, puisque la pression minimale est légèrement supérieure à la pression de cavitation. En absence de ce phénomène, l'effet d'aspiration est éliminé et la pression est diminuée de manière significative. En conséquence, les performances hydrodynamiques de la butée enregistrent une dégradation importante.

Figure 4.20. Influence de la profondeur hd sur la distribution

de pression dans une butée à poche, pour Wa = 5 N.

Lorsque la charge appliquée Wa est réduite à 5 N, les tendances changent de manière

importante. Pour une comparaison similaire (2,5 et 7,5 µm), la figure 4.20 montre que la

poche plus profonde entraîne une augmentation de h0 et une amélioration globale des

performances. Dans les deux cas, la pression minimale est de 0,02 MPa et donc la cavitation ne se manifeste pas dans le contact. Par conséquent, la poche superficielle ingère une quantité inférieure de fluide, ce qui conduit à une diminution du débit et de la pression.