Le guide ultime des paliers à air : Ce qui les distingue

Qu'est-ce qu'un coussin d'air ?

Le roulement est un concept que la plupart des gens connaissent. Le roulement, qui est couramment utilisé, est probablement le plus reconnaissable. Il s'agit d'un élément essentiel des équipements mécaniques modernes. Mais qu'est-ce qu'un palier à air ?

L'idée d'utiliser le gaz comme lubrifiant a été proposée pour la première fois par le Français G.A. Ian en 1854. Ce n'est qu'en 1896 que le premier coussin d'air a été introduit.

Un palier à air est un type de palier lisse qui utilise un gaz comme lubrifiant. Le gaz le plus couramment utilisé à cette fin est l'air, mais d'autres gaz tels que l'azote, l'argon, l'hydrogène, l'hélium ou le dioxyde de carbone peuvent être utilisés selon les besoins. Le gaz est souvent utilisé comme lubrifiant dans les compresseurs, les détendeurs et les circulateurs.

Un coussin d'air fonctionne en utilisant la pression d'un film d'air pour supporter la charge entre les surfaces de glissement du coussin. Pendant le fonctionnement, les surfaces de glissement sont complètement séparées par le film d'air. Paliers à air appartiennent à la catégorie des paliers lisses fluides et utilisent une lubrification fluide, l'air étant le fluide lubrifiant.

Selon le mécanisme de formation du film d'air sous pression, paliers à air sont classés en deux catégories : les paliers aérodynamiques et les paliers aérostatiques.

Le film d'air sous pression dans les roulements aérodynamiques est généré par le mouvement de la paire de glissières, qui aspire l'air dans la zone de convergence entre les surfaces. Il en résulte un film d'air en forme de coin, comme le montre la figure 1. Les roulements aérodynamiques sont appelés "roulements à action automatique" car ils ne nécessitent pas d'alimentation en air externe.

En revanche, le film d'air sous pression des paliers aérostatiques est créé en introduisant de l'air comprimé provenant d'une source externe dans la surface de la paire de glissement à travers un restricteur, comme le montre la figure 2. Il est important de noter que les paliers aérostatiques nécessitent une source d'air externe propre.

Fig. 1. Principe de fonctionnement du palier aérodynamique

Fig. 2 Principe de fonctionnement du palier aérostatique

Caractéristiques du coussin d'air

① Faible friction

Le gaz a une viscosité beaucoup plus faible que celle des liquides, la viscosité de l'air n'étant qu'un cinquième de celle de l'huile mécanique n° 10 à température ambiante. Le frottement d'un roulement est directement proportionnel à sa viscosité, ce qui fait que le frottement d'un roulement à gaz est inférieur à celui d'un roulement lubrifié par un liquide.

② Large gamme de vitesses

Les paliers à gaz ont un faible frottement et génèrent peu de chaleur, même à des vitesses élevées allant jusqu'à 50 000 tours/minute, avec une augmentation de température de seulement 20 à 30 degrés Celsius. Les paliers aérostatiques peuvent également être utilisés à des vitesses très faibles, voire nulles.

③ Large gamme de températures

Le gaz peut rester un gaz dans une large gamme de températures et sa viscosité est relativement peu affectée par les changements de température. Par exemple, lorsque la température passe de 20 à 100 degrés Celsius, la viscosité de l'air n'augmente que de 23%. Par conséquent, les roulements à gaz peuvent être utilisés dans une plage de températures allant de -265 à 1650 degrés Celsius.

④ Faible capacité de charge

La capacité de charge des paliers hydrodynamiques est directement proportionnelle à leur viscosité. La capacité de charge d'un palier hydrodynamique à gaz ne représente que quelques millièmes de celle d'un palier hydrodynamique à liquide de même taille. La compressibilité du gaz limite également la capacité de charge d'un palier hydrodynamique à gaz, avec une charge maximale typique par unité de surface projetée de 0,36 MPa.

⑤ Haute précision d'usinage

Pour augmenter la capacité de charge et la rigidité du film de gaz des paliers à gaz, il est nécessaire d'utiliser un plus petit jeu de palier (moins de 0,015 mm) par rapport aux roulements lubrifiés par un liquide. Cela nécessite une amélioration correspondante de la précision des composants.

Application du coussin d'air

Les coussins d'air sont une nouvelle le type de palier qui s'appuient sur l'énergie potentielle aéroélastique. Contrairement aux roulements traditionnels, les roulements à air utilisent l'air comme seul lubrifiant et sont idéaux pour les applications où aucune pollution n'est autorisée.

Dans les coussins d'air, le roulement à billes traditionnel est remplacé par un coussin d'air. Les aéroglisseurs constituent un exemple bien connu de coussin d'air en action. D'énormes ventilateurs soufflent de l'air sous l'aéroglisseur, qui est empêché de s'échapper par une "jupe" en caoutchouc élastique. La pression d'air élevée qui en résulte supporte le poids de la coque, ce qui permet à l'aéroglisseur de flotter sur le coussin d'air.

Les paliers à gaz sont de plus en plus utilisés et étudiés depuis les années 1950. Aujourd'hui, ils sont utilisés dans une variété d'applications, y compris les machines textiles, les machines à câbles, les machines-outils, les gyroscopes, les centrifugeuses à grande vitesse, les fraises dentaires, les réfrigérateurs à basse température, les détendeurs d'hydrogène et les circulateurs de gaz à haute température.