La conception mécanique comme dans la vie est toujours un compromis intéressant. En tant qu’ingénieurs, nous connaissons le principe du donnant-donnant. Une fois qu’une solution a fait ses preuves et devient fiable, jusqu’à ce qu’une amélioration décisive soit trouvée avec une idée ou une technologie différente, nous avons tendance à l’utiliser largement et clairement. Un exemple est les paliers lisses appelés coques ou paliers lisses.
Comment la douille est faite
Conceptuellement, il s’agit d’une simple demi-coque métallique, à double ou triple couche métallique, utilisée dans l’accouplement entre maneton et bielle ou entre tourillon principal et carter. Ce type d’accouplement doit répondre à un certain nombre d’exigences contradictoires. Tout d’abord, il doit être suffisamment solide pour supporter les charges alternées qui sont transférées entre les éléments d’accouplement : bielle et axe relatif ou entre tourillon principal et carter. À mesure que la vitesse de rotation du moteur augmente, que ce soit en raison de la combustion ou des conditions de rétrogradation, les forces exercées sur ces composants augmentent considérablement. Les bagues bimétalliques plus traditionnelles ont été remplacées par des bagues trimétalliques plus résistantes et coûteuses auxquelles ont été ajoutés du bronze et du plomb. Ce type de bague est largement utilisé dans la plupart des applications automobiles pour les moteurs de production et de course.
Pourquoi le bronze ?
Le bronze a également une autre fonction très importante qui est de transmettre la chaleur à la pièce avec laquelle il est couplé avec une plus grande efficacité que les autres matériaux. Comme par exemple se produit un autre accouplement important mais statique entre le siège ou le guide de soupape et la tête du moteur.
Une autre particularité du palier lisse, souvent ignorée, est sa capacité à piéger et donc à retenir certains petits résidus métalliques présents dans le moteur et dans le circuit de lubrification. Celles-ci sont créées par l’usure des pièces, qu’elles soient à base ferreuse ou à base de matériaux dérivés d’alliages légers comme l’aluminium ou le titane. Cette qualité est très importante surtout dans la phase initiale du rodage du moteur. C’est alors que la surface plus molle ou plus déformable de la douille est capable d’absorber les rugosités encore présentes après meulage et polissage, par exemple des manetons de vilebrequin et de la bielle ou des manetons.
Le filtre à huile
Il est important dans la phase de conception du moteur de définir l’efficacité du filtre à huile. L’objectif est d’utiliser cet élément comme outil de rinçage moteur lors des phases de rodage. Mais aussi dans les premières conditions de fonctionnement et de sécurité lorsque l’usure est stable et donc présente à l’intérieur du moteur en fonctionnement normal. La présence de la boîte de vitesses et de l’embrayage à l’intérieur du moteur peut aggraver la propreté de l’huile. Cela se produit souvent dans les moteurs de moto de production ou de compétition tels que ceux montés sur les vélos SBK. D’où la qualité de l’huile qu’il apporte aux douilles. En fait, la chute de pression plus élevée qui peut se produire sur le filtre suite à un niveau élevé ou constant d’impuretés dans le filtre peut également entraîner une baisse du niveau de pression d’huile dans les traversées elles-mêmes. Cet effet réduit la capacité de charge dans la douille et l’accouplement à goupille relatif.
Besoin de déformation
Parallèlement, la douille ou paire de demi-coquilles doit pouvoir se déformer et s’adapter au mouvement et à la forme imparfaite du tourillon principal. Mais aussi du maneton et du chapeau de bielle, pendant la phase de rotation de celui-ci. Elle doit être garantie aussi bien dans la phase initiale de fonctionnement du moteur que lorsque le moteur a un nombre élevé d’heures ou de kilomètres parcourus. La “porteur de début de vie” indiqué comme “période initiale de la vie de la traversée “, est le plus important et essentiel pour assurer une durée de vie fiable de ce composant. De la même manière, l’alimentation correcte en huile, déjà au premier démarrage ou à tous les démarrages du moteur, est essentielle pour garantir l’épaisseur minimale d’huile dans le méat entre les deux demi-coquilles et l’axe correspondant.
Couche trimétallique
La résistance de la couche trimétallique, ainsi que le matériau de base avec lequel la douille est fabriquée, doivent être le bon compromis entre rigidité et déformabilité. Dans une conception de traversée ou demi-coquille de type tri-métal, la structure est réalisée en acier, issu de feuillard à haute résistance, avec adjonction d’un dépôt d’une couche de bronze puis d’une fine couche de nickel . La dernière couche présente est caractérisée par la présence d’un alliage de plomb et d’étain. Les alternatives à cette dernière couche sont le métal Babbitt à base d’étain primaire : on l’appelle aussi une structure multi-métal.
Nickel
La présence de nickel agit comme une barrière physique pour éviter la séparation de l’étain de la troisième couche en évitant la réduction de la résistance à l’abrasion. Il pourrait donc être intéressant de penser à une couche supplémentaire au-dessus de ce tiers qui, après un certain temps de fonctionnement, pourra diffuser davantage d’étain afin d’augmenter la résistance de surface dans le temps. On a pu estimer, notamment pour les moteurs à hautes performances, une augmentation de 15 % de la résistance à l’abrasion en utilisant des coussinets à 4 couches.
(Fin de la première partie : la seconde sera disponible en ligne le vendredi 21 octobre à partir de 21h00)
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