Roulements autolubrifiants : ce qu'ils sont et pourquoi ils durent

Dans les machines tournantes, la défaillance des roulements est la principale cause de temps d'arrêt imprévus – responsable d'environ 40 à 50 % de toutes les pannes de moteurs électriques dans le monde, selon l'Electric Power Research Institute. Roulements autolubrifiants were engineered specifically to eliminate the lubrication errors that drive that statistic. Comprendre de quoi il s'agit, comment la lubrification fonctionne réellement à l'intérieur d'un roulement et ce qui tue prématurément les roulements donne aux ingénieurs de maintenance et aux concepteurs d'équipements les bases nécessaires pour prendre à chaque fois la bonne décision en matière de spécifications.

Qu'est-ce qu'un roulement autolubrifiant ?

A roulement autolubrifiant est un palier lisse conçu pour fonctionner sans aucune lubrification externe — pas de graisse, pas d'huile, pas d'intervalles d'entretien. Il y parvient en incorporant le lubrifiant directement dans sa structure, soit sous forme d'additif solide dans le matériau du roulement, soit sous forme de matrice poreuse qui libère de l'huile sous pression et sous l'effet de la chaleur, soit sous forme de revêtement intégré qui transfère un mince film lubrifiant sur l'arbre lors de sa rotation.

La définition qui compte en termes d'ingénierie : un roulement autolubrifiant est tout roulement dont les performances tribologiques sont entièrement soutenues par des matériaux ou des structures internes au roulement lui-même, sans dépendre d'un lubrifiant appliqué de manière externe pour sa durée de vie nominale.

Les roulements doivent-ils être lubrifiés ?

Les roulements à éléments roulants standards – roulements à billes, roulements à rouleaux, roulements coniques – nécessitent une lubrification sans exception. Sans film lubrifiant séparant les éléments roulants du chemin de roulement, le contact métal sur métal se produit quelques secondes après le démarrage, générant de la chaleur, des piqûres de surface et une usure accélérée conduisant à une défaillance.

Le lubrifiant d’un roulement conventionnel remplit simultanément quatre fonctions :

• Forme un film hydrodynamique qui empêche le contact direct du métal entre les éléments roulants et les chemins de roulement
• Évacue la chaleur générée par le contact roulant et la friction interne
• Protège les surfaces internes de l'oxydation, de la pénétration d'humidité et des milieux de traitement corrosifs
• Suspend et élimine les débris d'usure et les particules de contamination avant qu'ils ne causent des dommages abrasifs

La distinction critique : roulement autolubrifiants remplir ces quatre fonctions grâce à leur structure matérielle plutôt que par un entretien périodique. Un roulement en bronze fritté libère l'huile stockée dans les conditions de fonctionnement ; un roulement revêtu de PTFE transfère un film de transfert à l'arbre ; un roulement à bouchon en graphite libère du lubrifiant à haute température alors que la graisse conventionnelle échouerait. La lubrification est intégrée et non ajoutée de l'extérieur.

Pourquoi les roulements échouent : les six causes profondes

Le programme SKF d'analyse des défaillances de roulements, qui s'appuie sur plus de 100 ans de données de terrain, attribue environ 80 % des défaillances prématurées des roulements à des causes évitables. Comprendre ces causes profondes est la première étape pour déterminer si un roulement autolubrifiant ou un roulement lubrifié de manière conventionnelle est le bon choix pour une application donnée.

Les défaillances liées à la lubrification représentent à elles seules plus d'un tiers de toutes les défaillances prématurées des roulements sur le terrain. Il s’agit du principal cas d’ingénierie pour roulement autolubrifiants in applications where maintenance access is restricted, lubrication intervals are difficult to enforce, or operating environments (high temperature, high humidity, chemical exposure) degrade conventional lubricants rapidly.

Contamination : l’accélérateur silencieux de pannes

La contamination est le mode de défaillance des roulements le plus sous-estimé dans les environnements industriels. Une seule particule de débris durs d'à peine 1 micron plus grande que l'épaisseur du film lubrifiant du roulement est suffisante pour initier des bosses sur la surface du chemin de roulement. Dans les cimenteries, les aciéries et les exploitations minières, la silice en suspension et les débris métalliques créent des conditions de contamination qui réduisent la durée de vie des roulements de 75 % ou plus par rapport aux conditions d'essai en salle blanche, quelle que soit la qualité de la lubrification.

Scellé roulement autolubrifiants en polymère ou en composite PTFE offrent ici un avantage structurel : il n'y a pas de graisseurs, pas de ports ouverts et pas d'intervalles de maintenance nécessitant de rompre l'intégrité du joint. Le roulement est un système fermé depuis l’installation jusqu’à la fin de vie.

Foire aux questions

Les roulements autolubrifiants peuvent-ils être utilisés dans des applications à grande vitesse ?

Cela dépend du type de roulement. Les roulements en bronze fritté imprégnés d'huile fonctionnent bien à des vitesses modérées à élevées (valeurs PV jusqu'à 1,8 MPa·m/s pour les qualités standard). Les roulements composites PTFE sont mieux adaptés aux applications oscillantes ou à rotation lente où la formation de film hydrodynamique est limitée. Les roulements à bouchons en graphite sont généralement limités aux basses vitesses mais excellent dans les environnements à haute température. Vérifiez toujours la valeur PV nominale (pression-vitesse) du roulement par rapport à la charge et à la vitesse combinées de votre application avant de spécifier.

Comment puis-je savoir quand un roulement autolubrifiant doit être remplacé ?

Key indicators include increased operating noise or vibration, measurable shaft play beyond the bearing's specified running clearance, elevated operating temperature above baseline, or visible wear on the shaft contact surface. Pour les types en métal fritté, le remplacement est indiqué lorsque le roulement atteint environ 80 pour cent de son épaisseur de paroi conçue. Les roulements en polymère présentent généralement une usure de surface visible ou un changement dimensionnel dans l'alésage avant la défaillance.

Les roulements autolubrifiants sont-ils adaptés aux applications de transformation des aliments ?

Oui : les roulements autolubrifiants à base de polymères en UHMWPE, en acétal ou en PTFE conforme à la FDA sont largement utilisés dans la transformation des aliments et des boissons, précisément parce qu'ils éliminent le risque de contamination par la graisse ou l'huile pénétrant dans le flux de produits. Ils sont résistants à la corrosion, faciles à nettoyer, non toxiques et ne nécessitent aucune lubrification qui pourrait créer un problème de conformité en matière de sécurité alimentaire. Confirmez toujours la conformité FDA ou EU 10/2011 pour la qualité de polymère spécifique avant l'installation dans une zone de contact alimentaire.

Quelle est la durée de vie typique d’un roulement autolubrifiant par rapport à un roulement graissé ?

Dans des conditions idéales et avec une lubrification correcte, un roulement à éléments roulants de haute qualité peut durer plus longtemps qu'un roulement lisse autolubrifiant, cycle par cycle. Cependant, dans les applications réelles caractérisées par une maintenance variable, des environnements difficiles ou des points d'installation inaccessibles, les roulements autolubrifiants offrent systématiquement une durée de vie réelle plus longue. Des études basées sur les données de terrain SKF et NSK montrent que le passage des roulements graissés à des alternatives autolubrifiantes dans les applications de convoyeurs miniers a prolongé le temps moyen entre les remplacements de 2,5 à 4 fois, principalement en éliminant les événements de défaillance de lubrification.