Lubrification

Définition

La lubrification est le contrôle du frottement et de l'usure par l'introduction d'un film réduisant le frottement entre les surfaces mobiles en contact. Le lubrifiant utilisé peut être une substance fluide, solide ou plastique.

La lubrification est une science imprécise qui repose fortement sur l'expérience et l'empirisme.

La lubrification d'un roulement :

La lubrification d'un roulement est obligatoire pour éviter son échauffement et son usure prématurée.

Explications

Pour la plupart des applications, les lubrifiants à usage général étaient suffisants. Cependant, il y a eu de grands progrès dans la lubrification grâce aux conditions extrêmement exigeantes des applications contemporaines.

De nombreuses substances différentes peuvent être utilisées pour lubrifier une surface. L'huile et la graisse sont les plus courantes. La graisse est composée d'huile et d'un agent épaississant pour obtenir sa consistance, tandis que l'huile est ce qui lubrifie réellement. Les huiles peuvent être synthétiques, végétales ou minérales ainsi qu'une combinaison de celles-ci.

Facteurs de lubrification

Il y a cinq facteurs principaux à considérer lors du choix du type de lubrification en tribologie :

• Type de mouvement impliqué (glisser ou rouler ou une combinaison des deux).
• Vitesse de mouvement.
• Plage de température de travail.
• Charge.
• Environnement d'exploitation (présence d'humidité, de produits chimiques ou de liquides corrosifs).

Les conditions ci-dessus deviennent de plus en plus strictes avec les exigences des nouvelles applications. En conséquence, des domaines spécifiques tels que la superlubrification, les revêtements solides, la bio-lubrification et la lubrification moléculaire sont en cours de recherche.

Substance lubrifiante

Les lubrifiants sont des substances utilisées pour contrôler le frottement et l'usure entre deux surfaces mobiles en contact l'une avec l'autre. Ils peuvent être solides, liquides, aériens ou un hybride de ces états.

Puisqu'il n'y a pas de surface vraiment plane, deux surfaces frottant l'une contre l'autre s'imbriquent à un niveau microscopique. L'introduction d'un lubrifiant vise à réduire ou supprimer le contact entre ces deux surfaces rugueuses via un film lubrifiant.

Matériaux lubrifiants

Les matières lubrifiantes peuvent être gazeuses, liquides, solides ou un hybride de ces états. Leur fonction principale est de contrôler la friction et l'usure, mais ils aident également à contrôler l'élévation de température, à minimiser la corrosion, à transmettre la puissance, à laver les débris, à amortir les chocs, etc.

L'utilisation de lubrifiants liquides est relativement bien connue. Ils sont fabriqués principalement à partir d'huiles (dérivées de sources pétrolières, végétales, animales et synthétiques). Certains lubrifiants sont semi-liquides/plastiques (également appelés graisses) et sont également assez couramment utilisés.

Les lubrifiants solides sont moins courants mais extrêmement utiles dans des applications exigeantes spécifiques. Ils sont rarement utilisés tels quels et sont souvent ajoutés à d'autres lubrifiants pour leur conférer des propriétés particulièrement utiles. Des exemples de lubrifiants solides sont le graphite, le mica et le carbonate de plomb.

Les sulfures métalliques sont également utilisés en tant que lubrifiants solides, y compris le sulfure de bismuth, le sulfure de tungstène, le sulfure de cuivre, le sulfure d'étain, sulfure de zinc et le sulfure de fer.

Les lubrifiants solides ont des propriétés et des avantages qui les rendent adaptés à des applications spécifiques.

Certaines des propriétés incluent :

• Ils ont une grande stabilité sous haute pression, sous vide poussé et à des températures élevées ou cryogéniques.
• Ils ont une dissipation de chaleur élevée lorsqu'ils sont utilisés avec des lubrifiants qui ont une conductivité thermique élevée.
• Ils ont une résistance élevée à l'abrasion et à la détérioration dans les environnements extrêmes, tels que les environnements à rayonnement élevé, à haute poussière et à haute réactivité.
• Ils sont plus adaptés lorsque des vitesses élevées, des charges élevées et intermittentes sont impliquées.
• Ils permettent une conception moins complexe car les fuites et les systèmes de distribution ne sont pas préoccupants.
• Ils permettent une maintenance et un entretien plus faciles du système liquide, solide ou un hybride de ces états.

Types de lubrifications

Il existe trois types de lubrification différents : ponctuelle, mixte et en continu. Chaque type est différent, mais ils reposent tous sur un lubrifiant et les additifs contenus dans les huiles pour les protéger contre l'usure.

La lubrification en continu peut être décomposée en deux formes : hydrodynamique et élastohydrodynamique. La lubrification hydrodynamique intervient lorsque deux surfaces en mouvement de glissement (l'une par rapport à l'autre) sont entièrement séparées par un film de fluide.

La lubrification élastohydrodynamique est similaire mais intervient lorsque les surfaces sont en mouvement de roulement (l'une par rapport à l'autre). La couche de lubrifiant dans des conditions élastohydrodynamiques est beaucoup plus mince que celle de la lubrification hydrodynamique, et la pression sur le film lubrifiant est plus importante.

On l'appelle élastohydrodynamique car le film déforme élastiquement la surface de roulement pour la lubrifier. Même sur les surfaces les plus polies et lisses, des irrégularités sont présentes. Ils dépassent de la surface en formant des pics et des vallées à un niveau microscopique. Ces pics sont appelés aspérités. Pour que les conditions de film complet soient remplies, le film lubrifiant doit être plus épais que la longueur des aspérités.

Ce type de lubrification protège les surfaces le plus efficacement et est le plus recherché.

La lubrification ponctuelle se trouve là où il y a des démarrages et des arrêts fréquents, et là où des conditions de charge de choc sont présentes. Certaines huiles contiennent des additifs extrême pression (EP) ou anti-usure (AW) pour aider à protéger les surfaces au cas où des films complets ne pourraient pas être obtenus en raison de la vitesse, de la charge ou d'autres facteurs.

Ces additifs s'accrochent aux surfaces métalliques et forment une couche sacrificielle qui protège le métal de l'usure. La lubrification limite existe lorsque les deux surfaces sont en contact de telle sorte que seule la couche EP ou AW les protège. Ce n'est pas idéal, car cela provoque une friction élevée, de la chaleur et d'autres effets indésirables.

La lubrification mixte est une association entre la lubrification limite et la lubrification hydrodynamique. Alors que la majeure partie des surfaces est séparée par une couche lubrifiante, les aspérités sont toujours en contact les unes avec les autres. C'est là que les additifs entrent à nouveau en jeu.

Avec une meilleure compréhension de ce processus, il devrait être plus facile de définir ce qu'est réellement la lubrification. Il s'agit soit de séparer les surfaces, soit de les protéger de manière à réduire la friction, la chaleur, l'usure et la consommation d'énergie.

Ceci peut être accompli en utilisant des huiles, des graisses, des gaz ou d'autres fluides. Ainsi, la prochaine fois que vous changerez l'huile de votre voiture ou que vous graisserez un roulement, réalisez qu'il se passe plus qu'il n'y paraît.

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