palier (mécanique)

palier (mécanique), organe mécanique fixe, supportant et guidant l'arbre de transmission d'une machine. En général, on trouve les paliers sur les supports rigides des arbres en rotation, là où les frottements sont les plus importants.

Aucun palier ne supprime totalement les frottements, mais tous ont une efficacité considérable dans l'atténuation de ces derniers. Par exemple, un gros moteur d'avion contient plus de 100 paliers de tous types et l'énergie totale consommée par les frottements résiduels des paliers est inférieure à 1 p. 100 de l'énergie totale fournie par le moteur. Il existe deux types de paliers : les paliers lisses et les paliers à roulement.

Les paliers lisses sont plus simples que les paliers à roulement, mais leur principe de fonctionnement est plus complexe. Les paliers lisses sont constitués d'une ou de plusieurs parties. Les surfaces d'appui de l'arbre sont des coussinets en bronze ou en fonte douce. La partie de l'arbre portée par le palier est le tourillon, et la partie externe, le manchon. Si le tourillon et le manchon sont en acier, même avec une bonne lubrification les surfaces du palier peuvent se frotter l'une contre l'autre et provoquer le grippage de la machine. Par conséquent, les tourillons de la plupart des paliers sont fabriqués en laiton, en bronze ou en métal antifriction. Le graissage du palier s'effectue au moyen d'une burette ou à la graisse. Les tourillons sont en général lubrifiés sous pression. Le tourillon est souvent strié pour une distribution uniforme du lubrifiant sur toute la surface.

La tolérance (différence entre les diamètres du tourillon et du manchon) est en général de 0,0025 cm. Lorsque le tourillon est en rotation, la distance entre ce dernier et le côté supportant la lourde charge peut atteindre 10^-7 cm. Le tourillon doit donc être recouvert d'un film d'huile extrêmement fin pour que les deux éléments ne soient pas réellement en contact. Le palier utilisé est alors appelé palier fluide. Si la vitesse de rotation de l'arbre s'accroît, les autres paramètres restant constants, le film d'huile s'épaissit : les frottements augmentent moins que s'ils étaient proportionnels à la vitesse. Inversement, pour les faibles vitesses, le film d'huile est plus fin si les autres facteurs restent inchangés. À des vitesses extrêmement faibles, le film peut même se casser et les deux pièces se toucher. Ainsi, les frottements sont importants au démarrage de la machine, et le palier ne remplit pas nécessairement son rôle s'il a à supporter de fortes tensions pendant cette période. Par ailleurs, les roulements ont de faibles frottements au démarrage. On utilise des paliers à gaz lorsque la machine est soumise à des températures extrêmes. L'huile du palier fluide est alors remplacée par un gaz.

Ils sont très couramment employés ; ils substituent un mouvement de roulement au glissement. Ils supportent des vitesses de rotation élevées mais ne peuvent pas être utilisés pour les charges importantes. Un palier qui empêche le glissement longitudinal de l'arbre est un palier de butée. Les paliers à roulement peuvent être à billes, à rouleaux ou à aiguilles.

Dans un roulement à billes, des billes tournent librement entre un anneau interne, solidement fixé à un arbre en rotation, et un anneau externe, solidement fixé au bâti. Les anneaux et les billes sont en alliage d'acier, avec une finition habituellement à très faible tolérance. Les billes sont maintenues par une monture qui leur assure un espacement régulier et qui les empêche de se frotter les unes contre les autres. Les roulements sont lubrifiés avec de la graisse ou de l'huile.

Un roulement à rouleaux est semblable à un roulement à billes, mais des petits cylindres d'acier, les rouleaux, remplacent les billes. Un roulement à aiguilles est un roulement à rouleaux très longs et très fins. Un roulement à rouleaux classique peut comporter 20 rouleaux — deux fois plus longs que larges — alors qu'un roulement à aiguilles peut comporter 100 aiguilles, 10 fois plus longues que larges. Les roulements à aiguilles sont particulièrement utiles dans les dispositifs où l'espace est limité.