Méthodes de lubrification à l'huile

Bain d'huile
La lubrification par bain d'huile est le procédé de lubrification à l'huile le plus simple. L'huile est prélevée par les composants rotatifs du roulement et se répartit dans le roulement, avant de revenir vers un carter dans le palier. Généralement, le niveau d'huile doit pratiquement atteindre le centre de l'élément roulant le plus bas quand le roulement est à l'arrêt. La lubrification par bain d'huile convient particulièrement à basse vitesse. Par contre, à grande vitesse, les roulements reçoivent trop d'huile, ce qui augmente le frottement et par conséquent la température de fonctionnement.
Circulation d'huile

En général, le fonctionnement à grande vitesse augmente la chaleur due au frottement et donc les températures de fonctionnement, et implique un vieillissement plus rapide de l'huile. Pour réduire les températures de fonctionnement et éviter les changements d'huile fréquents, la méthode de lubrification par circulation d'huile est généralement préférable (fig. 1). La circulation est généralement contrôlée par une pompe. L'huile est amenée d'un côté du roulement, le traverse et s'écoule du côté opposé, elle est ensuite filtrée dans un réservoir, refroidie, puis remise dans le circuit et renvoyée au roulement. Une filtration adéquate réduit le niveau de contamination et prolonge la durée de service du roulement. Dans les systèmes de plus grande envergure comportant différentes tailles de roulements, le débit principal sortant de la pompe peut être fractionné en plusieurs débits plus réduits. Le débit de chaque sous-circuit du système peut être contrôlé à l'aide des dispositifs de surveillance de débit de SKF.

Les valeurs indicatives de débits d'huile sont données dans le tableau 1. Pour une analyse plus précise, contactez le service Applications de SKF.

Pour en savoir plus sur le système SKF CircOil et les dispositifs de surveillance de débit de SKF, reportez-vous à la section Solutions de lubrification.

Jet d'huile
La méthode de lubrification par jet d'huile (fig. 2) est une extension des systèmes de circulation d'huile. Un jet d'huile sous haute pression est injecté latéralement dans le roulement. La vitesse du jet doit être assez élevée (≥ 15 m/s) pour traverser le tourbillon d'air provoqué par la rotation du roulement. La lubrification par jet d'huile s'utilise pour les fonctionnements à très grande vitesse, où il est nécessaire qu'une quantité d'huile suffisante, mais non excessive, pénètre dans le roulement sans entraîner une élévation injustifiée de la température.
Goutte d'huile
Avec la méthode des gouttes d'huile, une quantité précisément mesurée d'huile est fournie au roulement à intervalles déterminés. Pour maintenir les pertes dues au frottement à un minimum, une quantité relativement faible d'huile doit être fournie. Toutefois, il est difficile d'estimer si l'huile peut pénétrer dans le roulement à grande vitesse et, par conséquent, des essais individuels sont toujours recommandés. Lorsque cela est possible, la méthode air-huile est préférable à la méthode des gouttes d'huile.
Brouillard d'huile
Les systèmes de lubrification par brouillard d'huile spécifiques aux applications modernes, comme ceux proposés par SKF, associés à une huile non toxique et non cancérigène formulée spécialement pour garantir un minimum d'émissions de brouillard de dispersion et à des systèmes d'étanchéité adéquats, réduit les risques pour la santé et l'environnement. Lorsqu'ils sont correctement entretenus, ces systèmes constituent un moyen écologique et rentable de pulvériser de l'huile de manière continue et efficace et d'en appliquer les doses minimales nécessaires sur les roulements. Les systèmes de lubrification par brouillard d'huile modernes suspendent des microgouttelettes de 1 à 5 μm dans de l'air d'instrumentation sec. Le rapport huile/air, généralement de 1:200 000, crée un mélange très fin mais efficace, qui est pulvérisé sous une pression inférieure à 0,005 MPa.
Air-huile

Les systèmes de lubrification air-huile conviennent particulièrement pour les applications de haute précision soumises à des vitesses de fonctionnement très élevées et exigeant des basses températures. Pour obtenir des informations au sujet des systèmes de lubrification SKF air+huile, reportez-vous à la section Solutions de lubrification.

La méthode air-huile (fig. 3) utilise de l'air comprimé pour transporter de très petites quantités d'huile précisément dosées sous forme de gouttelettes à l'intérieur de conduites d'alimentation jusqu'à une buse d'injection qui les applique sur le roulement (fig. 4). Cette méthode de lubrification à quantité minimale permet aux roulements de fonctionner à très grande vitesse avec une température de fonctionnement relativement basse. L'air comprimé sert à refroidir le roulement et produit dans le palier une surpression qui empêche l'entrée de polluants. Comme l'air n'est utilisé que pour transporter l'huile et n'est pas mélangé avec, l'huile reste à l'intérieur du palier. Les systèmes air-huile sont respectueux de l'environnement, à condition que l'huile résiduelle soit mise au rebut de manière adéquate.

Pour les roulements utilisés dans des ensembles, chaque roulement est lubrifié par un injecteur indépendant. La plupart des conceptions incluent des entretoises spéciales incorporant les buses de pulvérisation d'huile.

Les valeurs indicatives concernant la quantité d'huile à appliquer sur un roulement à billes à contact oblique pour le fonctionnement à grande vitesse peuvent s'obtenir d'après

Q = 1,3 dm

Les valeurs indicatives concernant la quantité d'huile à appliquer sur un roulement à rouleaux cylindriques ou une butée à billes à contact oblique à double effet peuvent s'obtenir d'après


avec
Q=débit d'huile [mm3/h]
B=largeur du roulement [mm]
d=diamètre d'alésage du roulement [mm]
dm=diamètre moyen du roulement [mm]
= 0,5 (d + D)
q=facteur
= 1 à 2 pour les roulements à rouleaux cylindriques
= 2 à 5 pour les butées à billes à contact oblique à double effet


Toutefois, il est toujours recommandé de procéder à des essais individuels, afin d'optimiser les conditions.

Chaque modèle de roulement réagit différemment aux changements de quantités d'huile. Par exemple, les roulements à rouleaux sont très sensibles, tandis que pour les roulements à billes, la quantité peut être modifiée de manière significative sans élévation majeure de la température du roulement.

L'intervalle de lubrification est un facteur d'influence de l'élévation de la température et de la fiabilité de la lubrification air-huile, c.-à-d. la durée entre deux mesures du système de lubrification air-huile. En général, l'intervalle de lubrification est déterminé par le débit d'huile généré par chaque injecteur et la quantité d'huile fournie par heure. L'intervalle peut varier d'une minute à une heure et se situe le plus souvent entre 15 et 20 minutes.

Les conduites d'alimentation provenant du système de lubrification mesurent 1 à 5 m de longueur, en fonction de l'intervalle de lubrification. Il convient d'incorporer un filtre empêchant les particules > 5 μm d'atteindre les roulements. La pression d'air doit être de 0,2 à 0,3 MPa, mais doit être augmentée pour les lignes plus longues, afin de compenser la chute de pression le long des conduites.

Pour maintenir une température de fonctionnement la plus basse possible, les conduites doivent pouvoir évacuer tout éventuel excès d'huile du roulement. Avec les arbres horizontaux, il est relativement facile d'installer des conduites d'évacuation de chaque côté des roulements. Pour les arbres verticaux, il faut empêcher que l'huile passant dans les roulements supérieurs n'atteigne les roulements inférieurs qui, autrement, recevraient trop de lubrifiant. L'évacuation, avec un dispositif d'étanchéité, doit être incorporée sous chaque roulement. Un joint efficace doit être également installé sur le nez de la broche pour empêcher le lubrifiant d'atteindre la pièce usinée.

Les buses d'huile doivent être positionnées de sorte que l'huile puisse être introduite dans la zone de contact entre les éléments roulants et les pistes, sans que la cage ne gêne. Pour en savoir plus sur le diamètre (mesuré sur le roulement) où doit avoir lieu l'injection d'huile, reportez-vous aux tableaux de produits. Pour les roulements équipés de cages alternatives n'étant pas répertoriées, contactez le service Applications de SKF.

Les vitesses réalisables indiquées dans les tableaux de produits pour la lubrification à l'huile font spécifiquement référence à la lubrification air-huile.

Lubrification air-huile directe
Pour les roulements à billes à contact oblique de Super Précision fonctionnant à très grande vitesse, l'injection de petites quantités d'air-huile directement à travers la bague extérieure est avantageuse. Cette méthode permet d'empêcher la dispersion de lubrifiant, car ce dernier est appliqué directement et en toute sécurité sur la zone de contact bille/piste de roulement. Par conséquent, la consommation de lubrifiant est minimisée et les performances du roulement sont améliorées. Les diverses variantes (fig. 5) de lubrification air-huile directe présentent différents avantages :
  • Les roulements avec une rainure annulaire et des joints toriques dans la bague extérieure (suffixe L ou L1) empêchent les fuites de lubrifiant entre le roulement et sa portée dans le palier. Pour les roulements ne présentant pas ces caractéristiques (suffixe H ou H1), SKF recommande d'usiner l'alésage du palier et d'intégrer des joints toriques dans la conception du montage de roulement.
  • Les roulements dotés de trous de lubrification du côté épais de leur épaulement (suffixe H1 ou L1) permettent une application du lubrifiant tout près de la zone de contact bille/piste de roulement. L'emplacement de ces trous de lubrification permet aux roulements d'atteindre des vitesses maximales.
Microlubrification directe avec une consommation d'air minimale

L'utilisation d'un débit d'air continu dans un système de lubrification air-huile comporte certains inconvénients comme le coût élevé de l'air comprimé, les niveaux sonores élevés ainsi que la complexité du processus de dosage et de contrôle. Le système Microdosage de SKF (fig. 6) efface pratiquement ces inconvénients et offre un plus grand contrôle ainsi qu'un coût de possession plus bas.

Conçu pour les broches à très grande vitesse avec un coefficient de vitesse A ≥ 2 000 000 mm/min, ce système applique des quantités d'huile dosée avec précision sur chaque roulement d'après le programme CAM de la machine-outil. Le système Microdosage de SKF effectue un nouvel étalonnage lorsque les conditions telles que la température ou la viscosité de l'huile changent. Avec cette technologie, la consommation d'huile peut généralement être réduite à une valeur comprise entre 0,5 et 5 mm3/min avec une quantité minimale d'air comprimé.

Pour obtenir des informations au sujet du système Microdosage de SKF, reportez-vous à la section Solutions de lubrification.

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