Lubrification des roulements roulants - Comment une analyse d’application en temps opportun peut aider à éviter les problèmes et réduire les coûts

- May 05, 2020-

Lubrification des roulements à roulement - Comment une analyse d’application en temps opportun peut aider à éviter les problèmes et à réduire les coûts

 

Pour assurer le fonctionnement fiable des roulements à rouler, la lubrification correcte est un facteur essentiel, et en pratique trop souvent négligé. Le but principal d’un lubrifiant est de séparer les surfaces métalliques des composants du roulement avec un film lubrifiant mince pour empêcher l’usure. Dans le même temps, le film lubrifiant réduit la friction et donc la dissipation de puissance, ce qui se traduit par une réduction de la consommation d’énergie de l’ensemble du système.

Figure 1 : Friction au contact roulant et torchon de guide

La lubrification est un élément essentiel de l’ensemble du système de roulement et doit être soigneusement examinée. Environ 40 pour cent de toutes les défaillances prématurées de roulement sont causées par des problèmes de lubrification. Les raisons de cela sont variées et commencent par des erreurs se produisant lors de l’installation des roulements ainsi que l’entretien incorrect, comme le défaut de relubricate à temps. Un problème peut être retracé jusqu’à l’étape de conception d’une application, avec trop peu d’attention accordée à l’arrangement de roulement et le système de lubrification, parce que le type de roulement utilisé affecte généralement les exigences de lubrification. D’autres critères pour choisir le lubrifiant approprié sont la charge de roulement, la température de fonctionnement, la température ambiante des roulements, la plage de vitesse de roulement, et la contamination possible des roulements. En plus des facteurs techniques, les coûts du lubrifiant et du système complet de lubrification doivent être pris en considération.

À l’aide de trois exemples d’applications, l’effet de la lubrification sur la fonction des roulements est illustré dans ce qui suit.

Roulement de rouleau cylindrique dans une transmission de PTO

Dans le cadre d’une étude théorique des roulements dans une boîte de vitesses de décollage de puissance (PTO), la lubrification a été étudiée de plus près. Il a été constaté que, dans les conditions de fonctionnement données, la viscosité du lubrifiant était beaucoup trop faible pour former un film lubrifiant suffisamment efficace. L’augmentation de l’usure et la réduction de la durée de vie auraient été la conséquence logique. NKE a donc recommandé l’utilisation d’une huile lubrifiante plus visqueuse, c’est-à-dire plus épaisse.

Pour être sur le côté sûr, un test pratique a été effectué, dans lequel deux boîtes de vitesses identiques ont été remplis avec les huiles lubrifiantes à comparer et à exécuter pendant une période de 500 heures. Dans l’enquête subséquente, les décolorations et les premiers signes d’usure étaient clairement visibles sur les surfaces fonctionnelles de la course de roulement avec l’huile plus mince (figure 2). Les roulements actionnés avec l’huile plus épaisse ne montraient aucun signe d’usure (figure 3).

La crainte du client que l’huile plus épaisse se traduirait par une dissipation de puissance plus élevée s’est avérée sans fondement. Au contraire : la boîte de vitesses avec l’huile plus visqueuse a montré des pertes plus faibles et donc aussi une température de fonctionnement réduite. Cela peut être attribué à la meilleure séparation des surfaces métalliques en fonctionnement, ce qui compense plus que la friction du liquide légèrement plus élevée.

Roulements à rouleaux sphériques dans une pompe à eau de refroidissement pour une centrale thermique

Pendant le fonctionnement d’essai d’une grande pompe à eau de refroidissement - une pompe volute en béton, c’est-à-dire une pompe centrifuge avec un arbre vertical dans un boîtier en béton coulé (figure 4) - le roulement axial à l’extrémité du disque a à plusieurs reprises dépassé sa température de fonctionnement permise, ce qui a entraîné un arrêt automatique. À y regarder de plus près, l’utilisation d’un lubrifiant inapproprié pour cette application a été identifiée comme étant le coupable. L’huile en question était une huile hydraulique pure, qui ne répondait en aucune façon aux exigences du roulement en termes de composition, c’est-à-dire d’additifs, ou de viscosité.

La température de fonctionnement mesurée élevée était le résultat direct du contact métallique et de la friction qui en a résulté, en particulier entre les faces latérales des éléments roulants et les lèvres de guidage de l’arbre qui localisait les rondelles (voir la poussée sphérique du rouleau portant la figure 1). Cela a entraîné des dommages irréversibles aux zones fonctionnelles des roulements en seulement un court laps de temps, empêchant en effet un fonctionnement fiable à long terme. Les roulements ont dû être remplacés à des frais considérables sur place.

En passant à une huile convenablement visqueuse sélectionnée pour les paramètres d’application et l’utilisation avec des roulements à poussée de rouleaux sphériques, une séparation fiable des surfaces de contact et une basse température de fonctionnement ont été réalisées. L’usine est maintenant en exploitation sans faute depuis 2009.

Roulement profond de bille de rainure dans une pompe à vis

La pompe à vis dans cet exemple fournit du carburant - à la fois l’huile lourde et légère - aux moteurs diesel marins. Pour permettre à l’huile d’être plus facilement pompée et injectée dans la chambre de combustion, elle est d’abord chauffée. Par conséquent, les roulements à vis sont également exposés à la température élevée du mazout.

Pour être en mesure de réaliser le concept de roulement simple requis par le client, c’est-à-dire un roulement à billes de rainure profonde avec des joints intégrés, une analyse théorique de la configuration a été menée. À la température de roulement de 150 oC initialement estimée par le client, une solution satisfaisante était hors de question : la durée de vie du lubrifiant calculée en fonction de cette température de fonctionnement et la durée de vie du roulement associée n’était clairement pas à la hauteur des valeurs requises.

À la suite d’autres consultations avec le client, une mesure de la température a été effectuée sur une configuration d’essai afin de déterminer les conditions d’exploitation réelles. Il en a résulté une température maximale de roulement de « seulement » 130 oC. Avec la sélection d’une graisse lubrifiante qui convenait à cette plage de température en coopération avec un fabricant renommé de lubrifiant, et en maximisant la quantité de graisse dans le roulement, la durée de vie spécifiée pourrait alors être réalisée.

Conclusion

Comme on peut le voir dans les exemples ci-dessus, la fiabilité opérationnelle et la durabilité des roulements peuvent être considérablement améliorées en évaluant et en ajustant correctement la lubrification. Cela permet également de réduire les coûts initiaux et d’éviter les coûts associés aux défaillances prématurées. En règle générale, plus tôt la question de la lubrification sera abordée, plus les problèmes potentiels plus faciles et plus rentables pourront être réglés ou évités.

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