Steyr, Autriche, mai 2017.Pour assurer le fonctionnement fiable des roulements, la lubrification correcte est un facteur vital, et dans la 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 éviter l’usure. Dans le même temps, le film lubrifiant réduit la friction et donc la dissipation de puissance, ce qui entraîne une réduction de la consommation d’énergie de l’ensemble du système.
La lubrification est un élément essentiel de l’ensemble du système de roulement et doit être soigneusement étudiée. Environ 40 pour cent de toutes les défaillances de roulement prématurée sont causées par des problèmes de lubrification. Les raisons de cela sont variées et commencent par des erreurs qui se produisent lors de l’installation des roulements ainsi que l’entretien incorrect, tels que le défaut de relubricater à temps. Certains problèmes remontent à l’étape de conception d’une application, avec trop peu d’attention accordée au système d’arrangement de roulement et de lubrification, parce que le type de roulement utilisé affecte généralement les exigences de lubrification. D’autres critères de sélection du lubrifiant approprié sont la charge de roulement, la température de fonctionnement, la température ambiante des roulements, la plage de vitesse du roulement et la contamination possible des roulements. En plus des facteurs techniques, les coûts du lubrifiant et du système de lubrification complet 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 les éléments suivants.
Roulement cylindrique de rouleau dans une transmission de PTO
Dans le cadre d’une prise en compte théorique des roulements d’une boîte de vitesses de décollage électrique (PTO), la lubrification a été étudiée de plus près. Il a été constaté que, dans les conditions d’exploitation données, la viscosité du lubrifiant était beaucoup trop faible pour former un film lubrifiant suffisamment efficace. L’usure accrue et une durée de vie réduite 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 essai pratique a été effectué, dans lequel deux boîtes de vitesses identiques ont été remplis avec les huiles lubrifiantes à comparer et fonctionner pendant une période de 500 heures. Dans l’enquête subséquente, les décolorations et les signes initiaux d’usure étaient clairement visibles sur les surfaces fonctionnelles du 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 n’entraîne une dissipation de puissance plus élevée s’est avérée infondée. Au contraire: la boîte de vitesses avec l’huile plus visqueuse présentait 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 légèrement plus élevée du fluide.
Roulements sphériques de poussée de rouleau dans une pompe à eau de refroidissement pour une centrale thermique
Lors de l’essai d’une grande pompe à eau de refroidissement – une pompe volute en béton, c’est-à-dire une pompe centrifuge avec arbre vertical dans un boîtier en béton coulé (figure 4) – le roulement axial à l’extrémité du lecteur a dépassé à plusieurs reprises sa température de fonctionnement admissible, 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 des rondelles de localisation de l’arbre (voir roulement de poussée sphérique à la figure 1). Cela a entraîné des dommages irréversibles aux zones fonctionnelles des roulements en un court laps de temps, empêchant ainsi une exploitation fiable à long terme. Les roulements ont dû être remplacés à des frais considérables sur place.
En changeant à une huile bien visqueuse choisie pour les paramètres d’application et l’utilisation avec des roulements à rouleaux sphériques, une séparation fiable des surfaces de contact et une basse température de fonctionnement ont été réalisées. L’usine est en exploitation sans faille depuis 2009.
Exemple 3 : Roulement à billes de rainure profonde dans une pompe à vis
La pompe à vis de cet exemple fournit du carburant – à la fois de l’huile lourde et légère – aux moteurs diesel marins. Pour permettre à l’huile d’être pompée plus facilement 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 effectuée. À la température de roulement de +150°C 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 associée du roulement était clairement en deçà des valeurs requises.
À la suite de consultations plus poussées 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 « eulemen » +130 °C. Avec la sélection d’une graisse lubrifiante adaptée à cette plage de température en collaboration avec un fabricant de lubrifiants de renom, et en maximisant la quantité de graisse dans le roulement, la durée de vie spécifiée pourrait alors être atteinte.
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 de roulement prématurées. En règle générale, plus tôt la question de la lubrification sera abordée, plus les problèmes potentiels peuvent être traités ou évités, plus faciles et plus rentables.