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Palier lisse ou roulement à billes ? 7 critères auxquels il faut prêter attention

Les facteurs qui influent sur la durée de vie d’un palier lisse sont relativement banals. On imagine assez bien qu’un grosse quantité de poussière fine ne contribue pas vraiment à allonger la durée de vie d’un palier lisse. Et qu’une température ambiante de 500 °C peut poser problème pour le choix du bon lubrifiant ne surprend pas non plus outre mesure.

Et pourtant, face aux nombreux impératifs techniques auxquels doivent se palier des modules et face au rôle souvent trop secondaire que jouent les paliers lisses dans ces modules lors de la mise au point, il est souvent difficile de ne pas perdre de vue l’essentiel. Quels sont les facteurs qui jouent vraiment un rôle ? Et quels paliers lisses répondent à quels facteurs ? C’est ce que nous allons essayer de décrypter ici.

Vitesse et type de mouvement

Qui dit palier dit mouvement. Par conséquent, le mouvement est donc le premier point sur la liste. Bien que la question de la résistance à la charge ou de la capacité de charge soit en fait la première qui soit soulevée dans la pratique. Étrange.

Le mouvement, donc. Savoir quel type de mouvement aura lieu et comment il sera effectué est évidemment fondamental. Y aura-t-il une rotation ? Ou simplement une oscillation avec un angle donné ? Rapidement ? Ou lentement ? Qu’entendez-vous par « rapidement » ?  Une rotation toutes les 2 minutes ? Ou 500 par seconde ? Et si oui, pendant combien de temps sans discontinuer ? 1 seconde ? 1 heure ? En continu ?

Une règle simple : Les roulements à billes ou à aiguilles conviennent mieux aux rotations rapides sur la durée que les paliers lisses. Pour les rotations lentes à moyennement rapides, on peut aussi prendre des paliers lisses. Pour les applications oscillantes sur lesquelles les paliers ne font que quelques fractions d’une rotation mais doivent le faire continuellement, les paliers lisses sont souvent la meilleure solution.

Quelle est l’importance de la force agissant sur le palier lisse par rapport à la surface projetée (soit longueur du palier x diamètre intérieur) ?




Calcul de la fraction portante d’un palier lisse

On commence déjà à y voir plus clair, et pas seulement pour les matériaux de paliers lisses. C’est en effet dès ce stade qu’on commet souvent l’erreur de prendre en considération uniquement le poids porté par le palier ou la force agissant dessus, et pas la taille du palier lisse.

Souvent, les milliers de Newton de charge finissent par se réduire à une pression étonnamment petite agissant sur le matériau. Et on en conclut qu’on n’a donc pas forcément besoin d’un palier lourd et cher en métal massif (une autre erreur fréquente : parois plus épaisses = capacité de charge plus élevée) juste parce que les charges semblent élevées de prime abord.

Si le  nv_palier est suffisamment dimensionné, on peut aussi utiliser des matériaux « plus tendres » qui sont souvent nettement plus économiques et plus légers

De quel type est la charge ?

Sans vouloir s’enfoncer ici dans les méandres mathématiques de la mécanique, on peut affirmer une chose : Si la résistance à la compression était la seule chose qui comptait, la plupart des paliers ne seraient pas en métaux coûteux ou en polymères, mais en pierre.

Les charges agissant sur les paliers ne sont généralement pas statiques (= de la même hauteur) et agissent souvent dans plus d’une direction. Elles appuient et tirent dans différentes directions en même temps. Elles « cisaillent » et « tordent », elles changent, elles enflent et décroissent, elles secouent ou cognent. Les termes techniques utilisés pour cela en mécanique sont « charges statiques et dynamiques » pour des charges constantes ou alternantes.

Il n’y a donc pas que la résistance à la compression d’un matériau qui est sollicitée, il y a aussi sa résistance à la traction, sa résistance au cisaillement et son élasticité. Soudain, le meilleur matériau n’est peut-être plus le plus dur, mais le plus coriace.

Température

Notre quatrième point devrait être bien plus haut dans la liste. Pourquoi ? Parce que pour l’usure, et donc pour la durée de vie, ce ne sont en fait pas les vitesses seules ou les essais en charge sur des bancs d’essais de rupture qui comptent. Ce qui compte, c’est la chaleur. La chaleur due au frottement. Ce n’est pas par hasard que le facteur p x v joue un rôle aussi grand (même s’il n’est pas le seul).

Le bon fonctionnement d’un palier dépend de la chaleur générée par le frottement. Plus le produit entre la pression et la vitesse de mouvement est élevé, plus le dégagement de la chaleur augmente. S’il n’est pas possible de dissiper toute la chaleur qui est générée, le palier chauffe, il s’use ou l’application tombe en panne. La chaleur générée n’est toutefois pas le seul facteur agissant sur la courbe de chaleur dans le palier. La conductivité thermique du matériau du palier, de l’arbre et du logement ainsi que la température ambiante jouent un rôle.

Ces facteurs sont fondamentaux pour le choix du matériau du palier et celui des lubrifiants nécessaires le cas échéant.

Saleté et poussière

Par principe et indépendamment de leur quantité et de leur composition, elles ne sont pas les meilleures amies des applications avec des paliers. Que l’on parle de palier lisse ou roulement à billes. Que le système fonctionne à sec ou soit graissé.

Mais ce cinquième point a toutefois une certaine importance dans la mesure où les différents types de paliers n’ont pas le même degré de tolérance vis-à-vis de la saleté et de la poussière et que les mesures de protection peuvent être plus ou moins complexes et coûteuses. Il est souvent fait appel à des systèmes complexes à joints pour maintenir le lubrifiant dans le système avec des paliers et la saleté en dehors de celui-ci.

Autre possibilité : constamment presser de la graisse de l’intérieur du palier jusqu’à ce qu’elle en ressorte (c’est aussi la raison pour laquelle on voit par exemple de la graisse sortir des articulations de certains engins lourds). Les systèmes sans graisse peuvent présenter des avantages dans ce contexte ou être plus simples à étancher.

Contact avec des agents

Ce n’est pas de police ni de sécurité qu’il s’agit ici. Agents est ici le terme générique désignant les substances chimiques et autres avec lesquelles le palier peut être en contact. Cela joue bien évidemment un grand rôle si le palier doit fonctionner sous l’eau ou dans une atmosphère gazeuse ou s’il doit être nettoyé régulièrement.

Les tableaux de résistance aux agents chimiques et autres produits des différents matériaux pour paliers apportent des éléments de réponse mais, bien souvent, il est nécessaire de faire des essais dans les conditions de l’application. C’est face à ces agents que les paliers lisses polymères sans graisse ont le plus d’atouts. Ils sont insensibles à la corrosion et n’ont pas besoin d’être lubrifiés avec des lubrifiants volatils ou externes.

Combinaison de matériaux

Un autre point souvent sous-estimé lui aussi pour terminer, qui est surtout important pour les paliers lisses. Les paliers lisses sont normalement conçus pour être bloqués dans un logement et accueillir un arbre qui bouge. La composition de cet arbre est importante. La rugosité mais aussi la dureté de la surface de cet arbre jouent un grand rôle.

Les arbres en aciers « tendres » ou en aluminium surtout seront en meilleure compagnie avec des paliers lisses en polymères qu’avec des paliers en métal. Une trempe de surface suffit souvent à parfaitement protéger l’arbre de l’usure.

Conclusion

Il n’est pas nécessaire de traiter tous ces point en détail pour toutes les applications. Ils jouent cependant un rôle important dans la plupart des applications avec des paliers. En présence de tous ces facteurs combinés, choisir le palier lisse idéal et réduire l’usure à un minimum en s’appuyant uniquement sur les catalogues et les fiches techniques est difficile. Les systèmes d’expertise et le conseil personnel par un spécialiste permettent souvent des décisions plus rapides et évitent les recherches compliquées.

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