Comprendre les paliers lisses : types, fonctions et applications

Qu'est-ce qu'un palier lisse (bush bearing) ?

Un palier lisse, aussi appelé coussinet ou douille, est un type classique de palier lisse indépendant. C'est un composant mécanique conçu pour fournir une surface de roulement pour les applications rotatives, réduisant le frottement entre les arbres tournants et les éléments de support fixes.

Généralement, les paliers lisses reposent sur du plastique, des métaux tendres comme le métal blanc (babbitt) ou un film d'huile pour supporter et protéger les arbres sur les portées durcies. Selon l'usage et les exigences de charge, ils peuvent être faits de divers matériaux. Contrairement à la plupart insérés dans le corps de l'application rotative, les paliers lisses linéaires sont fixés par une caractéristique radiale : par exemple, un anneau de retenue moulé sur le diamètre externe s'emboîtant dans une rainure du corps, ou des doubles anneaux de retenue. Ces dispositions réduisent le risque que la force sur le coussinet le fasse sortir, le retenant plus fermement.

Palier lisse (Plain Bearing)

Le palier lisse est le type le plus courant de paliers lisses. Ils sont largement utilisés dans les dispositifs à arbres rotatifs ou coulissants. Sans éléments roulants, on les appelle aussi paliers de journal, paliers de glissement ou paliers manchons. Ce sont les paliers les plus économiques, compacts et légers, avec une capacité de charge idéale. Ces avantages les rendent populaires dans l'industrie : moteurs, turbomachines (turbines à vapeur, compresseurs), applications à vitesse relativement faible (arbres d'hélice de navires), et applications de mouvement linéaire ou intermittent.

Matériaux et lubrification

Contrairement aux paliers à éléments roulants, les paliers lisses reposent sur la lubrification fluide. Ils sont utilisés dans des applications critiques où leur défaillance entraînerait de graves problèmes. Le choix du matériau est donc crucial. Les matériaux vont du bronze fritté (nécessitant de l'huile) aux thermoplastiques avec lubrifiants incorporés pour applications sèches. Le plastique est fréquent dans l'agroalimentaire, où la résistance mécanique des métaux n'est pas requise. Les paliers sont généralement imprégnés d'huile pour réduire le frottement et lubrifier. Ils sont habituellement pressés en métal pulvérisé ou en bronze coulé.

Différents types de paliers lisses

● Paliers de journal hydrodynamiques :

Application classique : support du vilebrequin moteur. Le palier est monté dans le carter, les surfaces lisses sont le journal du palier et le palier de bielle. Ils opèrent en régime hydrodynamique : journal et palier sont séparés par un coin d'huile créé par la rotation de l'arbre. Étant hydrostatiques, l'arbre est encore supporté par le film à l'arrêt. Largement utilisés dans turbines et compresseurs. Les surfaces sont souvent revêtues de métal blanc (babbitt), métal tendre blanc supportant les films lubrifiants. Au contact d'un arbre durci, le babbitt offre des surfaces indulgentes.

● Paliers lisses (Bush Bearings) :

Similaires aux paliers de journal hydrodynamiques, mais aussi populaires pour les mouvements linéaires. Appelés coussinets, paliers manchons ou simplement paliers. Plus simples que le type journal, ils s'insèrent dans diverses applications, du guide-poteau aux roulements de pivot. Matériaux typiques : bronze fritté ou coulé, souvent imprégné de lubrifiants comme le graphite. Les thermoplastiques sont aussi courants.

Styles typiques : coussinet manchon (plein), coussinet fendu (coupe longitudinale), coussinet serré (avec sertissage sur la coupe), coussinet à bride (similaire au manchon mais avec bride radiale à l'extrémité). La bride positionne idéalement le coussinet et fournit une surface de butée. Les dimensions en pouces suivent le système de numérotation SAE (format IIOO-LL) : II = diamètre intérieur en 1/16 pouce, OO = diamètre extérieur en 1/16 pouce, LL = longueur en 1/8 pouce.

● Paliers sphériques :

Permettent une rotation angulaire entre bras de commande ou biellettes. Sans éléments roulants, la bague interne tourne angulairement dans des limites, le lubrifiant assurant la couche entre surfaces. Dans les applications critiques (aérospatiale), de petites billes roulent entre les bagues, générant très peu de frottement. Application courante : embouts de tige.

● Douilles de gabarit de perçage (Drill Jig Bushings) :

Guident le foret dans les applications de perçage de haute précision. En opérations de perçage métallique, elles sont utilisées comme composants uniques, particulièrement adaptées aux presses ou formes renouvelables (doublures remplaçables). Elles guident et supportent. Fabriquées en aciers très durs avec tolérances serrées pour maintenir la précision des machines de perçage.