Technique : Les coussinets

Les coussinets sont des pièces recouvertes de métal antifriction servant à guider et à supporter des organes tournants.

La fonction des coussinets est de réduire les frottements, donc de diminuer les résistances au mouvement et d'éviter l'usure ou encore le grippage des pièces. Les coussinets se composent généralement de deux éléments appelés coquilles, mais ils peuvent être également d'une seule pièce, dans ce cas, on parlera plutôt de bagues. Les matériaux généralement employés pour leur fabrication sont des alliages de bronze avec de l'antimoine ou du plomb.

Les coussinets sont montés généralement sur les paliers de l'arbre moteur, sur les maneions, les paliers de l'arbre à cames, certains arbres de la boite de vitesses, etc.
Dans les premiers moteurs, la lubrification s'effectuait par "barbotage", mais on adopta vite la lubrification forcée, surtout pour les pièces soumises à des contraintes sévères, comme les coussinets de vilebrequin. Aux débuts de l'automobile, les coussinets étaient constitués habituellement d'une coquille fondue en bronze et grossièrement usinée, sur laquelle on déposait par coulage le matériau antifriction.

Celui-ci était ensuite soumis à des opérations de rectification et de finition à la machine. Parfois, à l'occasion de réparations, les coussinets étaient même polis à la main. Actuellement, les procédés de fabrication bénéficient d"une automatisation poussée et on atteint un degré élevé de finition et de précision. Les procédés les plus courants, dits "à ruban", comportent le dépôt de l'alliage antifriction par fusion ou par frittage sur un ruban continu d'acier, soigneusement préparé (acide ou polissage), de manière à assurer une adhérence parfaite du revêtement.

Ce ruban est ensuite divisé en éléments rectangulaires, soumis à différentes opérations jusqu'à l'alésage final, suivi éventuellement du dépôt électrolytique d'une couche (généralement : étain-plomb) destinée à assurer une protection antirouille pour la coquille en acier et le coussinet lui-même durant la période de rodage.

On utilise de plus en plus rarement les coussinets à coquilles en bronze, qui trouvent leur emploi dans les moteurs de grandes dimensions. Les coussinets doivent posséder quelques propriétés caractéristiques. La première est la compatibilité entre le matériau du coussinet et l'organe en mouvement; cette condition est pratiquement toujours remplie : il suffit en effet que les matériaux en contact ne soient pas semblables (par exemple acier sur acier).

La deuxième caractéristique fondamentale est l'aptitude à supporter des pressions spécifiques et des vitesses de frottement élevées.

Dans le calcul des coussinets, on vérifie que la pression spécifique moyenne ne dépasse pas les valeurs pour lesquelles se réalise le contact direct entre le coussinet et l'axe. Ainsi, dans les conditions normales de fonctionnement, on a un frottement humide grâce au mince film d'huile interposé entre le coussinet et l'arbre ou, au maximum, un frottement mixte (c'est.à-dire en partie direct et en partie indirect).

La température de fonctionnement est aussi une notion importante : en effet, si elle est trop élevée, la viscosité de l'huile diminue. Il y a dors contact direct entre le coussinet et l'arbre, ce qui se terminera par le grippage et la fusion de la pièce.

L'échauffement est fonction du coefficient de frottement du matériau composant le coussinet du régime de rotation, du type de la possibilité de refroidissement de la quantité d'huile en circulation.

Les coussinets doivent posséder des particularités spécifiques. La première est de permettre l'incorporation dans le métal antifriction des impuretés solides entraînées par l'huile, sinon, ces particules endommageraient rapidement l'arbre ; pour la même raison, le revêtement doit être homogène (sans composants durs, susceptibles de rayer l'arbre).

Un des signes les plus évidents d'usure des coussinets est la baisse de pression du circuit de lubrification (indiquée par le manomètre et - seulement dans des conditions extrêmes - par la lampe-témoin). Cette perte de pression est due à l'huile qui s'échappe entre l'arbre et le coussinet. La seule chute de pression n'est pas un symptôme direct et infaillible, elle peut être due à d'autres causes ; enfin, dans certains cas, l'usure d'un coussinet entraînera la fermeture des conduits de lubrification et, par conséquent, une augmentation de la pression du circuit.

Une série de coups dont la fréquence s'accroît avec le régime du moteur est aussi un signe d'usure excessive. Le bruit est sourd et grave, nettement perceptible lorsque le moteur fonctionne à plein régime (accélérateur à fond), ou sous contrainte à bas régime. Lorsqu'il s'agit des coussinets de tête de bielle, le bruit est au contraire plus métallique et plus aigu, et on le perçoit plus nettement lorsque le moteur n'est pas soumis à un effort excessif.

Pour détecter le mauvais état des coussinets de tête de bielle, on peut supprimer l'allumage successivement aux différents cylindres du moteur. On notera une augmentation du bruit lorsque cette opération intéressera le piston dont la bielle présente un jeu excessif sur le maneton ou sur l'axe de piston. L'usure des coussinets de l'arbre à cames est plus difficile à déceler au son ; la fréquence des chocs sera déterminante (la vitesse de rotation est deux fois plus faible que celle du vilebrequin dans les moteurs à quatre temps).

La vérification directe des coussinets de bielle, disposés dans l'ordre du premier au dernier cylindre, permet en général de déterminer l'origine de l'usure. Les causes sont, par ordre d'importance, la présence d'impuretés dans l'huile, une lubrification insuffisante soit par manque d'huile, soit par décomposition de celle-ci ; un montage ou un alignement défectueux des paliers ou des arbres, une surcharge ou encore la corrosion.