lubrification (suite)

• La lubrification est dite onctueuse lorsque les deux corps sont recouverts d’une mince couche de lubrifiant (couche adsorbée quasi moléculaire) appelée epilamen (épaisseur de l’ordre de quelque 10^–6 mm). Cette couche neutralise le champ d’attraction moléculaire entre les deux corps, diminue la valeur du coefficient de frottement et protège la surface de la corrosion. Toutefois — l’épaisseur de la couche de lubrifiant est très inférieure à la hauteur des aspérités ; il y a contact intermittent entre les aspérités des deux corps, et le coefficient de frottement dépend essentiellement de la rugosité des deux surfaces en contact.

• La lubrification est dite mixte ou imparfaite lorsque l’épaisseur du film d’huile est telle que le contact entre les surfaces métalliques est seulement intermittent : le film d’huile sépare les deux surfaces de telle manière que seules les aspérités les plus hautes arrivent encore en contact.

• La lubrification est dite hydrodynamique ou parfaite lorsque l’épaisseur du lubrifiant est supérieure à la hauteur des aspérités métalliques et qu’un film d’huile sépare complètement les surfaces métalliques ; les forces de frottement correspondent seulement aux actions tangentielles des diverses couches de lubrifiant. Elles sont alors indépendantes de la rugosité des deux corps et dépendent essentiellement de la viscosité de l’huile utilisée.

Obtention de la lubrification hydrodynamique

Une bonne lubrification doit être du type hydrodynamique. On l’obtient soit en injectant de l’huile sous forte pression dans la zone de contact des éléments mécaniques en mouvement, soit en mettant à profit le phénomène du coin d’huile obtenu à l’aide de pièces de contact de forme particulière.

• Le procédé de l’injection d’huile sous pression est essentiellement mis à profit dans le palier fluide. Celui-ci est essentiellement constitué par un ensemble de cavités (A₁, A₂, ..., A₆) dans chacune desquelles on envoie un débit constant d’huile sous pression. Cette huile passe entre le corps du palier et l’arbre, et est évacuée par des cavités d’évacuation (E₁, E₂, ..., E₆) disposées respectivement entre les cavités d’arrivée d’huile. Lorsque l’arbre a tendance à se rapprocher de l’une des cavités, A₃ par exemple, la surface par laquelle l’huile peut s’échapper de cette cavité A₃ vers les cavités d’évacuation E₂ et E₃ diminue ; comme le débit d’huile arrivant en A₃ est constant, il en résulte une augmentation de la pression d’huile dans la cavité A₃, et l’effort de pression résultant repousse l’arbre vers le centre du palier. La position de l’arbre au centre du palier est donc parfaitement stable. Si l’effort axial reste inférieur à une certaine limite, appelée charge maximale du palier en question, l’arbre ne vient jamais en contact avec le corps de ce palier, et il n’est maintenu que par les forces de pression transmises par l’huile. La caractéristique essentielle de ces paliers est leur très faible coefficient de frottement, qui se limite aux forces dues à la viscosité du fluide utilisé. En ajustant le débit d’huile arrivant dans les différentes cavités, on peut même modifier très légèrement la position de l’axe de rotation de l’arbre. Les paliers fluides sont notamment utilisés sur certaines rectifieuses. Ils peuvent également fonctionner à l’air comprimé et à l’eau.

• Le phénomène du coin d’huile permet également de réaliser la lubrification hydrodynamique. Lorsqu’on déplace, à une vitesse V suffisante, une plaquette rectangulaire sur le film d’huile déposé à la surface d’une pièce plane de telle manière que cette plaquette soit légèrement inclinée d’un angle i par rapport à la surface plane de cette pièce, on constate que la plaquette flotte littéralement sur le film d’huile et qu’il faut alors exercer sur elle un effort considérable P pour l’amener à venir en contact avec la pièce plane inférieure. Cette expérience de base a conduit à la réalisation d’un grand nombre de butées et de paliers pour machines de très grandes dimensions. Ces guides sont constitués par un ensemble de surfaces d’appuis (patins) légèrement inclinés par rapport à la surface de l’arbre à soutenir. Ils sont soit du type rigide, soit du type à patins mobiles. Dans ce dernier cas, l’inclinaison du patin prend automatiquement la valeur optimale fonction de la vitesse de déplacement (pente voisine de 1/3 000).

La lubrification hydrodynamique est également obtenue lorsqu’un arbre cylindrique tourne à grande vitesse dans un alésage également cylindrique — dans lequel est aménagée une rainure d’arrivée d’huile A —, à condition que l’on ait prévu entre l’arbre et l’alésage un jeu d’une valeur optimale voisine de 2/1 000 du diamètre d de l’arbre. Lorsqu’on fait arriver de l’huile par la rainure A et tourner l’arbre dans le sens de la flèche, on constate que l’huile est entraînée par l’arbre et que celui-ci flotte sur un film d’huile ; lorsque la vitesse de rotation est suffisante, on peut appliquer à cet arbre une charge considérable sans qu’il arrive en contact avec la surface cylindrique intérieure de l’alésage. Si l’on ne dispose pas d’huile sous très forte pression, la lubrification hydrodynamique est impossible pendant la phase de démarrage, lorsque la vitesse est trop faible et aussi lorsqu’on utilise de l’huile trop visqueuse. Pour cette raison, la surface intérieure des paliers est presque toujours munie d’un coussinet autolubrifiant, constitué d’alliages ou de corps frittes à base de cuivre et d’étain, qui ont la propriété d’éviter le grippage lorsqu’ils subissent accidentellement le frottement d’un arbre en acier.

L’utilisation de poudre de bisulfure de molybdène en suspension dans l’huile sert de lubrifiant solide lorsque l’huile arrive à manquer et réduit considérablement les risques de grippage.

G. F.

➙ Lubrifiant / Usinage.