03/05/2024 par Richard
L'objectif principal de la lubrification est de réduire la chaleur et l'usure qui se produisent entre les surfaces métalliques en contact. Mouvement relatif. Bien que la chaleur et l'usure ne puissent être totalement éliminées, la lubrification permet de les réduire à des niveaux acceptables, voire négligeables. L'usure et la chaleur excessives étant généralement liées à la force de frottement, ces deux impacts peuvent être minimisés en réduisant le coefficient de frottement entre les surfaces en contact.
De plus, la lubrification sert à prévenir la rouille et autres agents corrosifs, ainsi qu'à réduire l'oxydation. Elle est également utilisée pour l'isolation dans les transformateurs, la transmission de puissance mécanique dans les systèmes hydrauliques et l'étanchéité des pièces contre les contaminants tels que la saleté, la poussière, le vernis et l'humidité excessive. Deux principes fondamentaux régissent la lubrification : la lubrification limite et la lubrification hydrodynamique.
Qu'est-ce que la lubrification hydrodynamique ?
Alors que la lubrification limite repose sur un film d'huile insuffisant pour empêcher tout contact métal sur métal, la lubrification hydrodynamique se caractérise par une couche protectrice continue et entièrement fluide qui sépare efficacement les surfaces métalliques en glissement. La lubrification hydrodynamique est considérée comme le principe de lubrification le plus courant et s'applique à presque tous les types de glissements constants, sauf en cas de pressions extrêmes.
Que le glissement se produise sur des surfaces métalliques planes (comme dans la plupart des applications de paliers de butée) ou que les surfaces métalliques soient cylindriques (comme dans les applications de manchons et de paliers lisses), le principe reste sensiblement le même.
On pourrait s'attendre à ce que, lorsqu'une pièce glisse sur une autre, le film d'huile lubrifiante soit rapidement éliminé. Or, dans certaines conditions de mouvement alternatif, cela ne se produit pas. Les ingénieurs savent que, lorsqu'une conception appropriée est mise en œuvre, ce mouvement de glissement continu permet de créer et de maintenir un film d'huile résistant.
La lubrification hydrodynamique génère un film lubrifiant plus épais que celui produit par la lubrification limite. De ce fait, sa viscosité est suffisante pour maintenir les surfaces métalliques séparées, évitant ainsi le contact direct métal sur métal et prévenant l'usure et les problèmes de surchauffe.
La lubrification hydrodynamique est considérée comme plus efficace dans les applications avec des charges importantes ou des vitesses relatives élevées, car ces conditions génèrent la pression nécessaire pour maintenir efficacement une lubrification par film complet.
Quels sont les avantages de la lubrification hydrodynamique ?
La lubrification hydrodynamique est souvent qualifiée de « lubrification stable ». Son principal avantage réside dans sa capacité à assurer une protection continue aux pièces qui, autrement, subiraient des frottements lors de leur fonctionnement. La barrière constante ainsi formée empêche l'accumulation de chaleur et l'usure, tout en protégeant les composants des débris et de l'eau. Ce film continu protège également les surfaces métalliques de la corrosion, notamment de la rouille.
Ce procédé de lubrification est considéré comme exceptionnel car il permet d'atteindre des coefficients de frottement aussi faibles que 0,001, sans usure entre les pièces mobiles. Il convient d'être particulièrement vigilant quant à l'échauffement du lubrifiant par frottement, la viscosité étant toujours dépendante de la température. Pour atténuer les problèmes liés à la chaleur, on peut notamment opter pour un lubrifiant contenant des additifs améliorant l'indice de viscosité ou ajouter un réservoir de refroidissement aux cycles de lubrification.
La lubrification hydrodynamique permet d'atteindre des coefficients de frottement extrêmement faibles. De ce fait, elle réduit les pertes d'énergie dues au frottement. Le lubrifiant crée un film entre les surfaces, les maintenant efficacement séparées et prévenant ainsi l'usure indésirable.
Il est particulièrement efficace à des vitesses relatives élevées, sous fortes charges et dans d'autres conditions générant la pression nécessaire au maintien du film lubrifiant protecteur. Parfaitement adapté aux hautes vitesses, sa lubrification est optimisée par l'augmentation, et non la diminution, de la vitesse de fonctionnement.
La lubrification hydrodynamique offre également d'excellentes propriétés d'amortissement, réduisant les vibrations et le bruit tout en apportant des avantages supplémentaires aux roulements. Cet effet d'amortissement assure un fonctionnement plus fluide, le film lubrifiant absorbant les chocs et répartissant uniformément les forces. Il protège les surfaces des roulements et renforce leur robustesse globale, notamment dans les applications soumises à des variations de charge dynamiques. La réduction des vibrations permet également aux machines de fonctionner plus silencieusement, améliorant ainsi l'environnement de travail.
La réduction du frottement et de l'usure implique également que la lubrification hydrodynamique, assurée par des marques de lubrifiants de haute qualité comme Kluber et Shell, favorise également une longue durée de vie pour les équipements et les composants.
Quels sont les inconvénients de la lubrification hydrodynamique ?
Pour rester efficace, la lubrification hydrodynamique doit répondre à des exigences spécifiques. La viscosité du fluide est essentielle et doit être suffisamment élevée pour maintenir une épaisseur de film suffisante afin de séparer les surfaces en contact aux vitesses de fonctionnement souhaitées. Le fluide utilisé doit pouvoir adhérer aux surfaces de contact métalliques pour être transféré dans la zone de pression et supporter efficacement la charge.
La viscosité est la propriété des lubrifiants qui définit leur fluidité ou leur épaisseur et quantifie leur résistance à l'écoulement. En lubrification hydrodynamique, la viscosité du lubrifiant est essentielle car elle détermine directement sa capacité à former et à maintenir un film lubrifiant complet.
Cependant, la viscosité d'un fluide n'est pas constante et peut varier sous l'effet de divers facteurs. La viscosité d'un lubrifiant hydrodynamique est sensible aux variations de température. Une baisse de température entraîne une augmentation de la viscosité, rendant le lubrifiant plus épais ; à l'inverse, une hausse de température diminue sa viscosité, le rendant plus fluide.
Les variations de pression influent également sur la viscosité. Une augmentation de la pression accroît la viscosité du lubrifiant, le rendant ainsi plus résistant à l'écoulement. Le cisaillement est la force appliquée parallèlement aux surfaces en mouvement. En lubrification hydrodynamique, le cisaillement diminue la viscosité et confère au lubrifiant une consistance plus fluide. Enfin, le temps peut altérer les lubrifiants et, à mesure qu'ils perdent en stabilité, leur viscosité se trouve affectée.
Par conséquent, les variations de viscosité ont un impact direct sur l'efficacité de la lubrification thermodynamique.
Pour fonctionner correctement, le fluide lubrifiant doit se répartir uniformément et la vitesse de fonctionnement doit être suffisamment élevée pour permettre la formation et le maintien d'un film lubrifiant complet. Par conséquent, la lubrification thermodynamique n'est pas adaptée aux opérations à basse vitesse ni aux charges légères.
La lubrification thermodynamique ne peut pas fonctionner efficacement lorsque les surfaces en contact ne sont pas lisses, car les aspérités vives peuvent perturber la stabilité du film fluide.
L'un des inconvénients de la lubrification hydrodynamique est sa dépendance à la vitesse et à la température. Pour fonctionner efficacement, elle nécessite un mouvement relatif entre les surfaces afin de générer une pression suffisante. À des températures extrêmement basses, la viscosité du lubrifiant peut augmenter, ce qui peut empêcher la formation d'un film lubrifiant complet.
La lubrification hydrodynamique offre de faibles performances à basse vitesse car une vitesse de glissement minimale est nécessaire pour générer la pression qui forme le film lubrifiant. En l'absence de mouvement, le film d'huile ne se forme pas, ce qui augmente le risque de contact métal sur métal.
Cette méthode de lubrification est peu performante face aux arrêts et redémarrages fréquents. À basse vitesse, elle s'avère inefficace lors de ces cycles, engendrant friction et usure. De plus, son cycle d'auto-renforcement lié à l'échauffement visqueux la rend instable. Ce dernier augmente la température du fluide et diminue sa viscosité, amincissant le film lubrifiant et provoquant un échauffement supplémentaire.
Contrairement à d'autres méthodes de lubrification, la lubrification hydrodynamique nécessite des équipements auxiliaires pour maintenir une lubrification optimale, gérer la chaleur et assurer un approvisionnement suffisant en lubrifiant. Ces équipements comprennent notamment des échangeurs de chaleur pour refroidir le lubrifiant, des réservoirs et des pompes pour son acheminement, des filtres pour sa purification et des capteurs de surveillance, ce qui accroît la complexité et le coût des opérations.
La lubrification hydrodynamique est également sensible à la contamination. Les contaminants peuvent perturber la formation du film lubrifiant et provoquer une usure abrasive, tout en favorisant des réactions chimiques néfastes comme la corrosion et l'oxydation.
Vous pourriez également être intéressé par :
What should you do if the wrong lubricant has been used in industrial machinery?
Using the incorrect lubricant in industrial machinery can result in many unwanted outcomes. These include accelerated wear et tear, excessive heat, poor efficiency, seal damage, a build-up of sludge et,
How to write a lubrication procedure
Companies that are dedicated to achieving optimal maintenance levels et avoiding errors must establish a detailed process for lubrication.