Principes de base
Paliers dans le moteur
Les paliers d‘un moteur sont illustrés par le moteur six cylindres représenté. Il comporte sept coussinets de ligne, dont un est un palier axial. Les coussinets de bielle, un par cylindre, se situent respectivement entre les coussinets de ligne.
Les autres paliers, tels que les bagues d‘arbre à cames, les bagues de bielle et les coussinets pour arbres compensateurs ne sont généralement pas réalisés avec des demi-coquilles de coussinet, mais avec des bagues de coussinet.
Cette brochure est principalement axée sur les demi-coquillesde coussinet utilisées dans le système rotatif comme paliers de tige de bielle et de vilebrequin.
Les autres paliers, tels que les bagues d‘arbre à cames, les bagues de bielle et les coussinets pour arbres compensateurs ne sont généralement pas réalisés avec des demi-coquilles de coussinet, mais avec des bagues de coussinet.
Cette brochure est principalement axée sur les demi-coquillesde coussinet utilisées dans le système rotatif comme paliers de tige de bielle et de vilebrequin.
01 Coussinets de bielle
02 Rondelles de guidage / coussinets de ligne ou coussinets de butée
03 Coussinets de ligne
04 Bagues de bielle
Coussinets de ligne et coussinets de bielle dans le système rotatif
Les coussinets de bielle relient la tige de bielle au vilebrequin. On distingue les coquilles de coussinet côté tige et côté chapeau, les coquilles de coussinet côté tige étant nettement plus sollicitées que celles côté chapeau. Par leur intermédiaire, la force d’allumage produite par la combustion est transmise au vilebrequin. Sur les moteurs à essence, la coquille de coussinet côté chapeau est elle aussi fortement sollicitée en raison des forces d’inertie élevées dues aux nombres de tours plus élevés que sur un moteur diesel. Les coussinets de bielle sont alimentés en huile depuis le coussinet de ligne, par le vilebrequin, au travers d’alésages.
Les paliers du vilebrequin sont des coussinets de ligne. Là aussi, le coussinet se compose d’une coquille de coussinet supérieure et d’une coquille de coussinet inférieure. Sur les coussinets de ligne, la coquille de coussinet inférieure est plus fortement sollicitée car elle absorbe les forces d’allumage. Les forces transmises au vilebrequin par une bielle sont absorbées par plusieurs coussinets de ligne, ceux-ci étant par conséquent moins sollicités que les coquilles de coussinet de bielle côté tige. La coquille de coussinet de ligne supérieure comporte une gorge de lubrification qui amène l’huile aux coussinets de bielle au travers d’alésages dans le vilebrequin.
Afin que les forces axiales produites par exemple lors de l’actionnement de l’embrayage puissent également être absorbées, des rondelles de guidage ou des coussinets composites sont utilisés comme paliers axiaux.
Les paliers du vilebrequin sont des coussinets de ligne. Là aussi, le coussinet se compose d’une coquille de coussinet supérieure et d’une coquille de coussinet inférieure. Sur les coussinets de ligne, la coquille de coussinet inférieure est plus fortement sollicitée car elle absorbe les forces d’allumage. Les forces transmises au vilebrequin par une bielle sont absorbées par plusieurs coussinets de ligne, ceux-ci étant par conséquent moins sollicités que les coquilles de coussinet de bielle côté tige. La coquille de coussinet de ligne supérieure comporte une gorge de lubrification qui amène l’huile aux coussinets de bielle au travers d’alésages dans le vilebrequin.
Afin que les forces axiales produites par exemple lors de l’actionnement de l’embrayage puissent également être absorbées, des rondelles de guidage ou des coussinets composites sont utilisés comme paliers axiaux.
Fonctions des coussinets
La fonction principale des coussinets consiste à absorber et à transmettre les forces entre des composants en mouvement relatif. Ils doivent également réduire la friction pour permettre un mouvement rotatif pratiquement exempt d’usure. Dans tout coussinet, il se forme en cours de fonctionnement des forces de friction qui s’opposent au mouvement rotatif et produisent ainsi de la chaleur. Un film de lubrification est nécessaire entre le coussinet et le tourillon pour réduire ces forces et évacuer la chaleur due à la friction. En l’absence de film de lubrification, le contact direct entraîne une friction sèche responsable d’usure et d’érosion du coussinet.
Les coussinets hydrodynamiques, dans lesquels un film de lubrification solide se forme sous le seul effet du mouvement relatif entre la coquille de coussinet et le maneton, traversent jusqu’à la vitesse de décrochage une plage de friction mixte.
Les coussinets hydrodynamiques, dans lesquels un film de lubrification solide se forme sous le seul effet du mouvement relatif entre la coquille de coussinet et le maneton, traversent jusqu’à la vitesse de décrochage une plage de friction mixte.
Aux faibles nombres de tours, l’effet hydrodynamique ne suffit pas pour séparer complètement les surfaces. Un contact solide partiel se produit entre les surfaces de glissement, d’où un risque de dommage du coussinet. Ce n’est qu’aux nombres de tours élevés que les forces de friction diminuent et qu’un film de lubrifiant permanent se forme. Il se produit une friction liquide / friction fluide et les deux surfaces de glissement sont complètement séparées. Pour pouvoir garantir un fonctionnement sûr des coussinets, la pression du lubrifiant produite dans l’interstice doit être suffisante pour absorber les forces agissant sur le coussinet sans que les surfaces de glissement se touchent. C’est là que se situe le point de fonctionnement idéal des coussinets. Toutefois, cette forme de friction produit elle aussi de la chaleur, d’où la nécessité d’une lubrification suffisante pour assurer la dissipation thermique.
Structure des coussinets
D’après la norme DIN 50282 (« Le comportement tribologique des matériaux métalliques de paliers lisses – termes msignificatifs »), le comportement tribologique du matériau d’un palier lisse peut être caractérisé par des notions comme le comportement au rodage, la capacité d’incorporation, le comportement en mode dégradé, la résistance à l’usure et la capacité d’adaptation. Les exigences que doit satisfaire le coussinet sont par conséquent déterminantes pour le choix du matériau.
On distingue deux familles différentes de matériaux de paliers lisses.
COUSSINETS À DEUX COMPOSANTS
Les coussinets à deux composants sont constitués d’un dos d’acier, d’une couche intermédiaire en aluminium pur et du matériau d’appui plaqué. Dans la plupart des cas, le matériau utilisé est un alliage d’aluminium additionné d’étain, de cuivre et de silicium.
01 Dos d‘acier
02 Couche intermédiaire (si nécessaire)
03 Matériau d‘appui
On distingue deux familles différentes de matériaux de paliers lisses.
COUSSINETS À DEUX COMPOSANTS
- Matériaux composites acier-aluminium
Les coussinets à deux composants sont constitués d’un dos d’acier, d’une couche intermédiaire en aluminium pur et du matériau d’appui plaqué. Dans la plupart des cas, le matériau utilisé est un alliage d’aluminium additionné d’étain, de cuivre et de silicium.
01 Dos d‘acier
02 Couche intermédiaire (si nécessaire)
03 Matériau d‘appui
COUSSINET À TROIS COMPOSANTS
Selon le domaine d’application et les exigences spécifiques, le revêtement des coussinets à trois composants est une couche de glissement supplémentaire, à savoir une couche sputter, une couche galvanisée ou un vernis antifriction. Le métal d’appui (alliage d’aluminium, de bronze ou de laiton) est plaqué, coulé ou fritté sur le dos d’acier. Au besoin, une couche intermédiaire en nickel ou en alliage de nickel appliquée entre le matériau d’appui et la couche de roulement (revêtement) fait office de barrière de diffusion.
Différents matériaux peuvent donc être employés pour les coussinets, selon les exigences. Fréquemment, un matériau différent est utilisé pour la coquille de coussinet la plus fortement sollicitée et pour la coquille de coussinet opposée. Dans le cas d’un moteur en V, les coquilles de coussinet de bielle sont, par exemple, réalisées côté tige par une demi-coquille de coussinet avec un revêtement sputter et côté chapeau par une demi-coquille de coussinet en matériau composite acier-aluminium sans revêtement.
01 Dos d‘acier
02 Matériau d‘appui
03 Couche intermédiaire (si nécessaire)
04 Couche de roulement (revêtement)
- Matériaux composites acier-bronze ou acier-laiton frittés / coulés avec un revêtement
- Matériaux composites acier-aluminium avec un revêtement
Selon le domaine d’application et les exigences spécifiques, le revêtement des coussinets à trois composants est une couche de glissement supplémentaire, à savoir une couche sputter, une couche galvanisée ou un vernis antifriction. Le métal d’appui (alliage d’aluminium, de bronze ou de laiton) est plaqué, coulé ou fritté sur le dos d’acier. Au besoin, une couche intermédiaire en nickel ou en alliage de nickel appliquée entre le matériau d’appui et la couche de roulement (revêtement) fait office de barrière de diffusion.
Différents matériaux peuvent donc être employés pour les coussinets, selon les exigences. Fréquemment, un matériau différent est utilisé pour la coquille de coussinet la plus fortement sollicitée et pour la coquille de coussinet opposée. Dans le cas d’un moteur en V, les coquilles de coussinet de bielle sont, par exemple, réalisées côté tige par une demi-coquille de coussinet avec un revêtement sputter et côté chapeau par une demi-coquille de coussinet en matériau composite acier-aluminium sans revêtement.
01 Dos d‘acier
02 Matériau d‘appui
03 Couche intermédiaire (si nécessaire)
04 Couche de roulement (revêtement)
Dépose des coussinets en cas de dommage
Les indications suivantes doivent être prises en compte pour la dépose des coquilles de coussinet en cas dommage :
- Le siège et la position des coquilles de coussinet dans le passage des coussinets de ligne doivent être inscrits pour permettre une meilleure compréhension de la façon dont le dommage s’est produit. En plus de l’aspect du coussinet, le siège est souvent instructif quant à la façon dont le dommage s’est produit. En cas de flexion du vilebrequin, des traces d’usure sont par exemple présentes principalement sur le premier et le dernier coussinets de ligne le long du passage.
- Les conditions de fonctionnement (durée, type de contrainte) et d’autres facteurs comme, par exemple, l’huile employée, doivent être documentés pour permettre une meilleure estimation du dommage.
- Les anomalies constatées sur d’autres composants moteur, par exemple sur le vilebrequin, doivent être documentées. Dans la plupart des cas, des dommages sont visibles sur le partenaire de glissement antagoniste du coussinet. Souvent, les dommages d’un coussinet sont également consécutifs à des dommages d’autres composants moteur.
- Afin que des analyses puissent être réalisées par la suite, il est recommandé de prélever un échantillon de l’huile écoulée et de conserver le filtre à huile. Des résidus de particules peuvent être retrouvés et analysés, ce qui peut renseigner sur les causes possibles d’une panne.
- Les couples nécessaires au desserrage des vis du moteur doivent être documentés. Si les vis ne sont pas serrées au bon couple, des mouvements relatifs peuvent se produire entre la coquille de coussinet et l’alésage du boîtier.