Les roulements sont un composant essentiel des machines modernes et la plupart des gens connaissent les roulements, qui sont probablement le type le plus utilisé. Ces roulements jouent un rôle crucial dans diverses machines et dispositifs mécaniques. Mais qu'est-ce qu'au juste uncoussin d'air?
Coussin d'air(palier à gaz) : Un palier à air est un type de palier lisse qui utilise du gaz comme lubrifiant. Le gaz le plus couramment utilisé comme lubrifiant est l'air, mais en fonction des besoins spécifiques, d'autres gaz comme l'azote, l'argon, l'hydrogène, l'hélium ou le dioxyde de carbone peuvent également être utilisés. Dans les compresseurs à gaz, les détendeurs et les circulateurs, le fluide de travail lui-même sert souvent de lubrifiant.
Un roulement à air fonctionne en utilisant un film d'air sous pression formé entre les surfaces coulissantes du roulement pour supporter la charge. En fonctionnement, les surfaces de glissement sont entièrement séparées par ce film d'air. Les roulements à air sont un type de roulement lisse fluide, où l'air agit comme lubrifiant, et le fonctionnement est donc considéré comme une lubrification fluide.
Basés sur le mécanisme de formation du film d’air sous pression, les coussinets à air sont principalement divisés en deux types :coussinets d'air hydrodynamiquesetcoussinets à air statique.
Roulements à air hydrodynamiques: Dans ces roulements, le film d'air sous pression est généré par le mouvement relatif des surfaces de glissement. Ce mouvement amène l'air dans la région convergente entre les surfaces coulissantes, créant un film d'air en forme de coin. Les roulements à air hydrodynamiques ne nécessitent pas d'alimentation en air externe et sont donc également appelés « roulements à action automatique ».
Roulements à air statique: Dans les paliers à air statique, le film d'air sous pression est formé par de l'air comprimé externe, qui est dirigé dans l'espace entre les surfaces de glissement via un papillon des gaz. Les paliers à air statique nécessitent une alimentation externe en air pur.
Caractéristiques des roulements à air
Friction extrêmement faible
Les roulements à air ont une friction nettement inférieure à celle des roulements traditionnels lubrifiés par liquide. En effet, les gaz ont une viscosité beaucoup plus faible que les liquides. À température ambiante, la viscosité de l’air n’est que d’un cinq millième de celle de l’huile mécanique n° 10. Étant donné que le frottement des roulements est directement proportionnel à la viscosité, le frottement des roulements à air est bien inférieur à celui des roulements lubrifiés par liquide.
Large plage de vitesses de fonctionnement
Les coussinets à air offrent une vaste plage de vitesses de fonctionnement en raison de leur faible frottement et de leur faible échauffement. Lors d'un fonctionnement à des vitesses aussi élevées que 50 000 tr/min, l'augmentation de la température ne dépasse généralement pas 20 à 30 degrés. Dans certains cas, les paliers à air peuvent fonctionner à des vitesses supérieures à 1,3 million de tr/min. De plus, les coussinets à air statique peuvent fonctionner même à des vitesses extrêmement faibles, y compris à vitesse nulle, ce qui les rend adaptés à des applications très spécialisées.
Large plage de températures
Les gaz conservent leur état gazeux sur une large plage de températures. La viscosité des gaz n'est que légèrement affectée par la température ; par exemple, la viscosité de l'air n'augmente que de 23 % lorsque la température passe de 20 degrés à 100 degrés. Par conséquent, les coussinets à air sont capables de fonctionner dans une plage de températures extrêmement large, de -265 degrés à 1 650 degrés, ce qui les rend très polyvalents pour divers environnements de températures extrêmes.
Faible capacité de charge
La capacité de charge des coussinets à air hydrodynamiques est directement proportionnelle à la viscosité du gaz. Cependant, par rapport aux roulements hydrodynamiques liquides de même taille, la capacité de charge des roulements à air est bien inférieure, généralement seulement une fraction. De plus, en raison de la compressibilité des gaz, les roulements hydrodynamiques à air ont une capacité de charge limitée. En règle générale, la charge sur une surface projetée unitaire ne peut atteindre que 0,36 MPa.
Exigences de fabrication de haute précision
Pour améliorer la capacité de charge et la rigidité du film d'air dans les roulements à air, des espaces de roulement plus petits sont généralement utilisés par rapport aux roulements lubrifiés par liquide (souvent inférieurs à 0,015 mm). Cela nécessite une plus grande précision dans la fabrication des composants pour garantir un bon fonctionnement et des performances.
Applications des roulements à air
Les roulements à air sont un nouveau type de roulement qui utilise l'énergie potentielle élastique de l'air pour fournir un support. Le seul lubrifiant utilisé est l'air, ce qui rend la technologie des coussinets pneumatiques idéale pour les applications nécessitant des pièces sans contamination ou des environnements de fonctionnement propres.
Les coussinets d'air remplacent les éléments roulants par des coussins d'air. L’une des applications les plus connues des coussinets d’air est celle des aéroglisseurs.
Dans les aéroglisseurs, de grands ventilateurs soufflent de l'air sous l'engin. Cet air est contenu par la « jupe » élastique en caoutchouc qui l’empêche de s’échapper. L'air à haute pression produit sous l'aéroglisseur supporte le poids du véhicule, lui permettant de flotter sur le coussin d'air.
Depuis les années 1950, l’application des coussinets à air s’est considérablement développée et ils sont désormais largement étudiés et utilisés dans diverses industries. Les coussinets d'air sont utilisés dans plusieurs domaines tels que les machines textiles, les machines à câbles, les machines-outils de précision, les gyroscopes, les centrifugeuses à grande vitesse, les fraises dentaires, les machines frigorifiques fonctionnant à basse température, les détendeurs d'hydrogène et les circulateurs de gaz fonctionnant à haute température.
Ces roulements sont particulièrement avantageux dans les environnements propres, car ils ne nécessitent pas d'huile ou d'autres lubrifiants traditionnels, réduisant ainsi le risque de contamination. Cela les rend parfaits pour les applications dans des secteurs sensibles comme la fabrication de semi-conducteurs, l’aérospatiale et l’ingénierie de haute précision.
Par exemple, les coussinets à air sont utilisés dansmachines-outils à grande vitesse, où ils permettent un mouvement sans friction, conduisant à une usure minimale. Cela améliore la précision et la longévité des machines. Dansgyroscopes, les roulements à air contribuent à assurer une rotation stable avec un minimum de friction, fournissant ainsi des données d'orientation très précises. Danssystèmes de mesure de précision, les coussinets d'air supportent les instruments délicats, garantissant qu'ils fonctionnent avec une haute précision sans être affectés par un contact mécanique.
Dans leindustrie textile, les paliers à air sont utilisés dans les machines à filer à grande vitesse, permettant un fonctionnement fluide sans risque de contamination par l'huile. De même, dansfabrication de câbles, les coussinets à air aident à maintenir un mouvement fluide et efficace des fils et des câbles à travers les machines.
Dansaérospatial, les paliers à air sont utilisés dans les turbomoteurs, où ils supportent les pièces mobiles sans provoquer d'usure ni de friction supplémentaires. Ces roulements peuvent résister aux températures et pressions extrêmes rencontrées dans les moteurs à réaction et offrent des performances fiables et durables.
Le domaine médical bénéficie également de la technologie des coussinets d’air. Par exemple, danséquipement dentaire, les coussinets d'air sont utilisés dans les perceuses à grande vitesse pour garantir un fonctionnement fluide avec un minimum de friction, améliorant à la fois la précision de l'équipement et le confort du patient.
De plus, les coussinets d'air sont essentiels danssystèmes de réfrigération à basse température, où ils aident à maintenir le mouvement précis des composants tout en fonctionnant à des températures très basses. Dansexpanseurs d'hydrogène, les coussinets d'air sont utilisés pour soutenir le mouvement des machines de manière très efficace et propre.
Enfin, danscirculateurs de gaz haute température, les coussinets d'air jouent un rôle crucial en garantissant le mouvement fluide et stable des composants dans des environnements dont les températures détruiraient les lubrifiants traditionnels.
Conclusion
En conclusion, les roulements à air constituent une technologie révolutionnaire qui a élargi la portée des applications des roulements dans des secteurs allant des machines à grande vitesse aux équipements aérospatiaux et médicaux. Leur capacité à fonctionner sans lubrifiants traditionnels, combinée à leur faible friction, leur large plage de températures et leurs performances précises, les rend idéaux pour de nombreuses applications spécialisées.
Bien qu'ils présentent certaines limites, telles qu'une capacité de charge inférieure par rapport aux roulements lubrifiés par liquide, leurs avantages dans des environnements propres, rapides et de haute précision les rendent indispensables dans de nombreux domaines technologiques modernes. À mesure que la recherche se poursuit, il est probable que les paliers à air trouveront encore plus d'applications, démontrant ainsi leur polyvalence et leur importance dans le développement de machines et d'équipements avancés.
Si vous êtes intéressé par les paliers à air et les produits associés, n'hésitez pas à contacter lydia@welongchina.com.