Étanchéité externe

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

En général, les montages de roulements comportent un arbre, des roulements, un ou des paliers, du lubrifiant, des éléments associés et des joints. Les joints sont essentiels pour la propreté du lubrifiant et la durée de service des roulements.
La section Composants et matériaux présente une description générale des joints intégrés utilisés dans les roulements avec dispositif d'étanchéité. Pour en savoir plus, reportez-vous aux sections sur les produits en question.
Cette section décrit les joints à l'extérieur du roulement et leur impact sur les performances des roulements. Les joints pour arbres jouent un rôle particulièrement important dans l’étanchéité des montages. C’est pourquoi cette section concerne exclusivement les joints frottants et non frottants pour arbre, leurs différentes conceptions et utilisations.

Critères de sélection des joints
Les joints pour applications de roulements doivent assurer une protection maximale avec un minimum de frottement et d'usure, dans les conditions de fonctionnement en vigueur. Les performances et la durée de service des roulements étant étroitement liés à l'efficacité et la propreté du lubrifiant, le joint est un élément clé. Pour en savoir plus sur l'impact des polluants sur les performances des roulements, reportez-vous à Facteur de pollution, ηc.

De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour choisir le type de joint le mieux adapté à un système roulement-arbre-palier particulier Ils incluent :
  • le type de lubrifiant : huile ou graisse
  • le type de contamination : particules, liquide ou les deux
  • la vitesse périphérique au niveau de la lèvre du joint
  • l'agencement de l'arbre : horizontale ou verticale
  • la flexion ou le défaut d'alignement possible de l'arbre
  • le faux-rond et la concentricité
  • l'espace disponible
  • le frottement du joint et l'augmentation de température en découlant
  • les influences environnementales
  • le coût
  • la durée de fonctionnement requise
  • les exigences en maintenance
Pour plus d'informations, reportez-vous à Joints de transmission de puissance.

Types de joints
La fonction d'un joint est de retenir le lubrifiant et d'empêcher la pénétration de polluants dans un environnement contrôlé.

Il y a plusieurs types basiques de joints :
  • joints non frottants
  • joints frottants
  • joints statiques
Les joints radiaux non frottants forment un passage étroit entre le composant fixe et le composant en rotation. Le passage peut être disposé axialement, radialement ou selon une combinaison des deux. Les joints non frottants, qui varient de simples dispositifs à passage étroit à des joints à plusieurs chicanes (fig. 1), ne s’usent pas.

Les joints en contact avec des surfaces de glissement sont appelés joints frottants. Ils sont utilisés pour assurer l'étanchéité entre les composants de machine en déplacement les uns par rapport aux autres, de manière linéaire ou périphérique.

Le joint frottant le plus courant est le joint radial (fig. 2), qui est installé entre un composant fixe et un composant tournant.

Les joints placés entre des surfaces fixes sont appelés joints statiques. Leur efficacité dépend de la déformation radiale ou axiale de leur section transversale une fois qu’ils sont installés. Les joints plats (fig. 3) et les joints toriques (fig. 4) sont des exemples de joints statiques types.

Joints non frottants
Le dispositif d’étanchéité externe le plus simple utilisé est le passage étroit constitué entre l’arbre et le couvercle du palier (fig. 5). Ce type de dispositif d'étanchéité est utilisé en premier lieu dans les applications lubrifiées à la graisse et fonctionnant dans des milieux secs et exempts de poussières. L’efficacité du système peut être améliorée par des rainures circulaires usinées dans l’alésage du couvercle du palier, à la sortie de l’arbre (fig. 6). La graisse sortant du passage étroit se loge dans les rainures et empêche la pénétration des corps étrangers.

Lorsqu’il s’agit d’un montage avec arbre horizontal et lubrification à l’huile, on peut usiner sur l’arbre ou dans l’alésage du palier des rainures hélicoïdales avec pas à droite ou à gauche suivant le sens de rotation de l’arbre (fig. 7). Ces rainures sont conçues pour rejeter dans le roulement l’huile qui tend à s’échapper et il est donc essentiel que l'arbre ne tourne que dans un sens.

D'autres formes peuvent être usinées dans l'arbre. Des rainures non hélicoïdales peuvent être utilisées sur l'arbre et dans le palier et servent de centrifugeurs. Des bagues d'arbre supplémentaires peuvent empêcher les fuites d'huile, quel que soit le sens de rotation.

Les joints à une ou plusieurs chicanes sont plus coûteux mais nettement plus efficaces que les simples dispositifs d’étanchéité par passage étroit. Ils sont utilisés le plus souvent pour des roulements lubrifiés à la graisse. Ils s'avèrent beaucoup plus efficaces lorsque l'on injecte périodiquement de la graisse, par l'intermédiaire d'un conduit prévu à cet effet, dans les chicanes. Les passages du joint à chicanes peuvent être disposés axialement (fig. 8) ou radialement (fig. 9), en fonction du type de palier (avec ou sans joint diamétral), des procédures de montage, de l'espace disponible, etc. Les passages radiaux des chicanes (fig. 8) ne sont pas modifiés par un éventuel déplacement axial de l'arbre et peuvent donc être très étroits. S'il y a risque de défaut d'alignement de l'arbre par rapport au palier, il convient d'utiliser des chicanes inclinées (fig. 10).

Des joints à chicane efficaces et économiques peuvent être fabriqués à partir des rondelles d'étanchéité SKF (fig. 11). L'efficacité augmente avec le nombre de jeux de rondelles ; elle peut également être améliorée par des rondelles floquées. Pour en savoir plus sur ces rondelles d'étanchéité, reportez-vous à Joints de transmission de puissance.

Des disques de retenue (fig. 12) sont souvent montés sur l'arbre pour servir de flasque. Dans le cas d'une lubrification à l'huile, on utilise également des déflecteurs, des rainures ou des disques. L'huile centrifugée par le déflecteur dans une gorge est réacheminée vers l’intérieur du palier par des conduites appropriées (fig. 13).

Joints frottants
Il existe quatre types courants de joints frottants : Le type de joint sélectionné pour une application donnée dépend :
  • de la fonction primaire du joint (retenir le lubrifiant ou empêcher la pénétration de contaminants)
  • du type de lubrifiant (huile, graisse ou autre)
  • des conditions de fonctionnement (vitesse, température, pression et environnement)

Joints radiaux pour arbres

Les joints radiaux pour arbres (fig. 14 et fig. 15) sont des joints frottants utilisés dans les applications lubrifiées à l'huile et à la graisse (→ Joints radiaux). Ces composants prêts-à-monter sont généralement constitués d'une armature ou enveloppe métallique, d'un corps en élastomère synthétique, d'une lèvre d'étanchéité et d'un ressort périphérique. Le ressort périphérique sert à comprimer la lèvre contre l'arbre. Les joints en matériaux couramment utilisés peuvent fonctionner à des températures comprises entre –55 °Cet +200 °C, en fonction du matériau du joint et de l'agent qui doit être refoulé et/ou retenu..

La zone de contact entre la lèvre d’étanchéité et la surface de contact est d’une importance capitale pour l’efficacité du dispositif d’étanchéité. La dureté de cette surface de glissement doit être d'au moins 45 HRC avec une profondeur d'au moins 0,3 mm. L'état de surface doit être conforme à ISO 4288 et comprise entre Ra= 0,2 et 0,5 μm. Une dureté inférieure peut être tolérée dans les applications à vitesses lentes, où la lubrification est bonne et la pollution minimale. En cas de lubrification à l'huile, pour éviter l'effet de pompage induit par les traces de rectification hélicoïdales, SKF recommande la rectification en plongée.

Le joint radial doit être monté avec la lèvre vers l'intérieur (fig. 14) si sa fonction consiste essentiellement à empêcher le lubrifiant de sortir du palier. Mais s'il s'agit avant tout de refouler les polluants, le joint est monté avec la lèvre vers l'extérieur, hors du roulement (fig. 15). → Joints radiaux pour arbres

SKF peut également fournir des joints radiaux pour arbres usinés en polyuréthane. → Joints usinés

AVERTISSEMENT

Consignes de sécurité pour l'élastomère fluorocarboné et le polytétrafluoréthylène


L'élastomère flurocarboné (FKM) et le polytétrafluoréthylène (PTFE) sont très stables et sans danger à des températures de fonctionnement normales jusqu'à 200 °C. Toutefois, s'ils sont exposés à des températures supérieures à 300 °C, par exemple un incendie ou la flamme ouverte d'un chalumeau de coupe, le FKM et le PTFE émettent des fumées toxiques. Ces fumées peuvent être nocives en cas d'inhalation ou de contact avec les yeux. En outre, une fois que les joints ont été chauffés à de telles températures, ils restent dangereux à manipuler même lorsqu'ils ont refroidi. Ils ne doivent donc jamais entrer en contact avec la peau.

Si vous devez manipuler des roulements avec des joints ayant été soumis à des températures élevées, par ex. lors du démontage du roulement, respectez les consignes de sécurité suivantes :
  • Portez toujours des gants et des lunettes de protection ainsi qu'un appareil respiratoire approprié.
  • Placez tous les restes de joints dans un récipient en plastique hermétique marqué d'un symbole « Matériau corrosif ».
  • Suivez les consignes de sécurité présentées dans la fiche de données de sécurité du matériau (FDS) appropriée.

En cas de contact avec les joints, lavez-vous soigneusement les mains à l'eau et au savon et rincez-vous les yeux abondamment à l'eau. Consultez immédiatement un médecin. En cas d'inhalation de fumées, consultez immédiatement un médecin.

L'utilisateur est responsable de l'utilisation correcte du produit pendant sa durée de service et de sa mise au rebut appropriée. SKF n'assume aucune responsabilité pour la manipulation incorrecte du FKM ou PTFE ni pour toute blessure résultant de leur utilisation.

Joints V-ring

Les joints V-ring (fig. 16) peuvent être utilisés pour des roulements lubrifiés à l'huile ou à la graisse. C’est un joint en élastomère, dont le corps est serré sur l’arbre et tourne avec lui et dont la lèvre exerce une légère pression axiale sur l’élément fixe, le palier par exemple. En fonction du matériau, les joints V-rings peuvent être utilisés à des températures de fonctionnement comprises entre –40 et +200 °C. Ils sont faciles à installer et, à vitesse lente, ils tolèrent des défauts d'alignement de l'arbre assez importants.

La finition de surface recommandée pour la surface d'appui dépends de la vitesse périphérique (→ Surface d'appui et tableau 1). À des vitesses périphériques supérieures à 8 m/s, le joint V-ring doit être fixé axialement sur l'arbre. À des vitesses dépassant 12 m/s, il est nécessaire d'empêcher le joint de se décoller de l'arbre. à l'aide d'un cerclage en tôle, par exemple. Si la vitesse périphérique dépasse 15 m/s, la lèvre se soulèvera de la surface de contact et le joint V-ring fonctionnera comme un déflecteur.

Les joints V-ring offrent une excellente efficacité, qui est due notamment au fait que le corps du joint fait déjà office de déflecteur pour les particules solides ou les liquides. Par conséquent, ces joints sont donc le plus souvent placés à l'extérieur du palier en cas de lubrification à la graisse et à l'intérieur du palier, lèvre orientée dans la direction opposée au roulement, en cas de lubrification à l'huile. Utilisés comme joints secondaires, les joints V-ring protègent les joints primaires d'un excès de contamination et d'humidité.

SKF vous propose les joints MVR pour une protection accrue dans les applications fortement contaminées. → Joints axiaux MVR et fig. 17.

Joints axiaux à collier

Les joints axiaux à collier (fig. 18) servent de joints secondaires pour les arbres de grand diamètre dans des applications où le joint primaire doit être protégé. Ils sont bloqués sur un élément fixe et assurent l'étanchéité axialement contre une face d'appui tournante. Pour ce type de joint, il suffit que la surface d'appui soit bien tournée pour un état de surface de Ra = 2,5 μm.

Joints mécaniques

Les joints mécaniques (fig. 19) sont utilisés pour assurer l’étanchéité de roulements lubrifiés à l’huile ou à la graisse qui fonctionnent à des vitesses relativement lentes et dans des conditions difficiles. Les joints mécaniques se composent de deux bagues d'acier coulissantes avec des surfaces d'étanchéité soigneusement finies et de deux rondelles en caoutchouc Belleville, qui positionnent les bagues dans l'alésage du palier et assurent l'effort de précharge nécessaire aux surfaces d'étanchéité. Il n'y a aucune exigence particulière pour les surfaces de contact dans l'alésage du palier.

Autres joints

Les joints en feutre (fig. 20) sont couramment utilisés dans le cas d'une lubrification à la graisse. Ils assurent une protection simple et économique, adaptée à des vitesses périphériques n'excédant pas 4 m/s et des températures de fonctionnement ne dépassant pas 100 °C. La surface d'appui doit être usinée pour un état de surface de Ra ≤ 3,2 μm. L'efficacité des joints en feutre peut être considérablement améliorée en y ajoutant un joint à chicane simple comme joint secondaire. Avant la mise en place dans la gorge du palier, les joints en feutre doivent être trempés dans un bain d'huile à environ 80 °C avant le montage.

Des rondelles élastiques (fig. 21) constituent un dispositif d’étanchéité simple, économique et peu encombrant pour des roulements lubrifiés à la graisse. Les rondelles sont montées directement contre la face de la bague extérieure ou intérieure et s’appliquent axialement contre la face de l’autre bague. Après une certaine période de rodage, un passage étroit se forme et elles se transforment en joints non frottants.

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