Performances des butées hydrodynamiques à géométrie fixe : influence des effets thermiques et des déformations mécaniques

Performance of hydrodynamic fixed geometry thrust bearings: influence of thermal effects and mechanical deformations

Université de Poitiers, Laboratoire de Mécanique des Solides, UMR CNRS 6610, SP2MI, Boulevard Marie et Pierre Curie, Téléport 2, BP 30179, 86962 Futuroscope Chasseneuil Cedex, France

Auteur de correspondance : ahmed@lms.univ-poitiers.fr

Reçu : 15 Janvier 2007
Accepté : 23 Mai 2007

Résumé

L'influence des effets thermiques et des déformations mécaniques sur les performances des butées hydrodynamiques à géométrie fixe est analysée. Les études menées sur les butées hydrodynamiques à géométrie fixe allient rarement les effets thermiques et les déformations. Après un bref rappel théorique de la lubrification thermohydrodynamique (THD), nous décrivons les méthodes de calculs des déformations mécaniques. L'étude thermoélastohydrodynamique (TEHD), qui prend en compte les effets thermiques locaux et les déformations mécaniques, est réalisée sur une butée hydrodynamique à géométrie fixe à huit patins. Les champs de pression hydrodynamique et de température sont obtenus par une méthode des différences finies et le champ des déplacements de la surface des patins est obtenu à l'aide de la méthode des éléments-finis. Les déformations mécaniques du grain mobile sont également prises en compte pour résoudre le problème TEHD. L'influence des conditions de fonctionnement (charge appliquée et vitesse de rotation) sur les différentes caractéristiques de la butée est également analysée. Il ressort que pour déterminer précisément les caractéristiques de fonctionnement d'une butée hydrodynamique à patins fixes, il ne faut pas négliger les déformations mécaniques du collet et en particulier, lorsque la charge appliquée est élevée.

Abstract

The influence of thermal effects and mechanical deformations on the performance of hydrodynamic fixed geometry thrust bearings is analyzed. Previous studies on fixed geometry hydrodynamic thrust bearings rarely combined thermal effects and deformations. After a short presentation of the theory of thermohydrodynamic (THD) lubrication, we will describe the methods of mechanical deformation calculations. The thermoelastohydrodynamic (TEHD) study, which takes into account the local thermal effects and the mechanical deformations, is carried out on an eight pad fixed geometry hydrodynamic thrust bearing. The hydrodynamic pressure and temperature fields are obtained by the mean of finite difference method and the pad displacement field is computed using the finite element method. We also take into account the mechanical deformations of the runner in order to solve the TEHD problem. The influence of the operating conditions (applied load and rotation speed) on the various characteristics of the thrust bearing is also analyzed. We showed that mechanical deformations of the runner were found very significant for an accurate prediction of the performance of the thrust bearing.