Les roulements lubrifiés hydrodynamiquement représentent le type de paliers lisses le plus important, car leur lubrification entièrement liquide garantit un entretien fiable et une faible usure à long terme. Une couche de lubrification est créée pour ces roulements par un mouvement relatif de leurs surfaces de glissement. Ce mouvement crée l'écoulement du lubrifiant, en raison de son adhésion, dans la fente de lubrification. La couche de support prend naissance dans la fente étroite en forme de V. Dans cette couche, un champ de pression hydrodynamique est créé, dans lequel la force résultante doit être en équilibre avec la force de charge des roulements. Un champ de pression hydrodynamique est affiché dans la représentation schématique d'un roulement présentée ci-dessous.
Signification des variables utilisées :
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d |
Diamètre de la portée d'arbre [mm] |
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D |
Diamètre du roulement [mm] |
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e |
Excentricité de la portée d'arbre dans le roulement [μm] |
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F |
Force de chargement [N] |
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h o |
Epaisseur minimale de la couche de lubrification hydrodynamiquement efficace au cours du fonctionnement du roulement [μm] |
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L |
Largeur du roulement [mm] |
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n |
Vitesse de la portée d'arbre [min -1 ] |
L'épaisseur de la couche de lubrification dépend de la vitesse du mouvement relatif des surfaces de glissement (la vitesse de la portée d'arbre), de la viscosité du lubrifiant et d'une force de chargement active. Comme les surfaces de glissement de pièces de machines ne sont jamais parfaitement lisses ni régulières, leur séparation complète et le frottement subséquent du liquide assurent uniquement une couche de lubrification d'une épaisseur minimale donnée, qui aura besoin d'une vitesse de glissement minimale pour être créée. Si cette vitesse n'est pas atteinte, le palier fonctionne dans des conditions de frottement maximales.
Pour la plupart des roulements, l'écoulement dans la couche de support hydrodynamique est laminaire. Un écoulement agité ne peut être créé qu'à des vitesses de glissement élevées. A des vitesses élevées de la portée d'arbre, il peut également se produire une vibration de tourbillonnement dont la fréquence est deux fois moindre que la fréquence de rotation. Afin d'éviter ces conditions, il est nécessaire de contrôler le roulement. Cela inclut non seulement le contrôle de la vitesse minimale au seuil du frottement maximal, mais aussi le contrôle du seuil de vitesse maximale.
Dans le cas de paliers lisses radiaux hydrodynamiques, le calcul repose sur la résolution de l'équation de Reynolds, en tenant compte de la conception réelle et des conditions de fonctionnement du roulement. Pour résoudre l'équation de Reynolds, de nombreuses conditions de simplification sont appliquées :
- Le liquide de lubrification n'est pas compressible : la vitesse d'écoulement est beaucoup plus faible que le seuil de la vitesse du son.
- L'écoulement est permanent, laminaire et isothermique : le liquide de lubrification a une densité, une viscosité et une température homogènes, à tout moment et en tout lieu.
- La couche limite du lubrifiant se déplace à la vitesse de transport des surfaces de glissement.
- La couche de lubrifiant est fine : l'influence de sa courbure peut donc être ignorée et la couche est calculée linéairement.
- La couche de lubrifiant est entièrement remplie avec un lubrifiant aux propriétés identiques.
- Le poids du lubrifiant et les forces d'inertie dans la couche de lubrifiant sont négligeables.
- Le lubrifiant ne s'écoule pas dans la direction de l'épaisseur de la couche de lubrifiant, en raison d'une pression constante dans cette direction.
- L'effet de la pression d'entrée sur le champ de pression du lubrifiant et l'effet de la partie négative de la pression de la couche de lubrifiant ne sont pas pris en compte.
- Les écarts microgéométriques et macrogéométriques des formes des surfaces de glissement sont transformés en leurs formes géométriques idéales équivalentes. Les écarts de position commune sont ignorés.
- Les pièces du roulement sont en principe rigides, leur taille et leur forme ne changent pas.
- La température moyenne du lubrifiant à la sortie du roulement est utilisée comme température directrice pour déterminer la viscosité du lubrifiant pour le calcul.
Il est nécessaire de considérer dans quelle mesure ces suppositions sont satisfaites, car les pièces du roulement ne sont pas rigides, et leur forme et position mutuelle ne sont pas idéales en raison de la production, de l'ensemble et du fonctionnement. Une modification de la viscosité du lubrifiant, voire de sa densité, souvent à cause de variations de température, peut entraîner des différences entre les propriétés réelles et calculées des roulements. Quand de l'air et de la poussière entrent dans la couche de lubrifiant avec le liquide de lubrification, le fonctionnement du roulement peut être considérablement perturbé.