Létanchéité et pfot~ion des liaisons

Létanchéité etpfot~ion des liaisons

. Lexpression fonctionnelle du besoin

11.1.1. Mise en évidence du besoin

L'opérateurélectro-hydraulique« FAAC 402 » représenté figure Il.1 permet, à partird'une source d'énergie électrique, de manœuvrer un portail. Il se présente sous laforme d'un groupe monobloc comprenant un moteur électrique monophasé à deuxsens de rotation, une pompe hydraulique à engrenage intérieur, et un vérin dont la tigeest liée par son extrémité au vantail à manœuvrer. Un bloc hydraulique interposé entrela pompe et le vérin permet de gérer la circulation des flux d'huile (alimentation duvérin, retour au réservoir).

Figure 11.1 : Opérateur" FAAC402 " pour manœuvrede portails.

-------

Organes d'assemblage ramenés dans le plan de coupe

Moteur électrique

Figure 11.2 : Environnementdu vérin.

Contre-pression

C Air ambiant

------.

\ Interface B-C

hterface A-C \Interface A-B p1 > p2

Pompe Blochydraulique

Vérin

La figure 11.2 représente le vérin extrait de l'opérateurainsi que son schéma technologique.

L'étude du vérin en cours de fonctionnement permet demettre en évidence les différents milieux fluides quiconstituent son environnement (figure Il.2) :- milieu A : huile (pression d'alimentation pl du vérin);- milieu B : huile (contre-pression p2 du vérin);- milieu C : air à la température ambiante (pressionatmosphérique ).

La communication entre les différents milieux ne doitpas être possible si l'on veut assurer au vérin hydrau-lique un fonctionnement correct.

Par exemple; une fuite d'huile entre les milieux A et Bentraîne une chute de pression dans la chambre A et parconséquent une diminution de l'effort obtenu.

175

LES SOLUTIONS CONSTRUCTIVES ASSOCIÉES AUX LIAISONS

Pour éviter ce dysfonctionnement, on s'assure d'une certaine étanchéité au niveau dechacune des interfaces entre milieux fluides en supprimant les risques de passage dus:- aux espaces existants entre surfaces de liaison, qui résultent des imperfections deleur réalisation et des conditions de fonctionnement Ueu par exemple) ;- aux différences de pression entre milieux fluides.

La figure 11.3 décrit pour l'exemple proposé les solutions constructives qui permet-tent d'obtenir l'étanchéité.

On admet de désigner sous le terme « organed'étanchéité» un composantqui interditla communication entre deux milieux fluides de caractéristiques différentes, et souscelui d'« organe de protection» l'élément interdisant la pénétration d'éléments étran-gers (poussières, particules abrasives, etc.).

L'étanchéité est obtenue au niveau des surfaces de contact qui participent à des liai-sons entre pièces fixes l'une par rapport à l'autre ou en mouvement relatif.

Interface A-C

6 7 3

Air

Huile à lapression p1

Bien qu'il n'y ait pas de mouvementrelatif, une fuite peut se produire aucontact entre les surfaces

cylindriques (assurant le centrage)du tube 3 et du corps 6 et auniveau de l'appui plan entre cesdeux pièces.L'étanchéité est assurée par le jointtorique 7 placé dans une gorge dela pièce 6 et déformé par le tubevérin 3.

Figure 11.3 : Obtentiondes étanchéités dans le vérin

hydraulique de l'ouvre-portailFAAC.

Interface A-B

3 8 9 10

Interface B-C

3 2 11 4 5

Huile à lapression p1

Lors du mouvement relatif du piston 10dans le tube vérin 3, un risque de fuited'huile existe entre les chambres

haute et basse pression (en fonctiondu déplacement du piston, chacunedes deux chambres devenant tour àtour haute et basse pression).Les surfaces participant au guidagesont cylindriques. l'étanchéité estobtenue par deux joints à lèvresplacés en opposition, chacun dansune gorge de la pièce 10 et déformépar l'action du tube vérin 3.

L'étanchéité est assurée:

- d'une part par le joint 2 placé entredeux surfaces cylindriquescomplémentaires sans mouvementrelatif;- d'autre part par le joint 4 interposé

entre deux surfaces cylindriquescomplémentaires en mouvementrelatif de translation.

Ce dernier joint, en s'opposant àl'introduction d'impuretés, protège leguidage entre l'arbre 5 et lecoussinet 11.

11.1.2. Forme généraledu cahier des charges fonctionnelPour pouvoir assurer l'étanchéité entre deux milieux différents, une solution construc-tive doit remplir, dans la phase « utilisation », les fonctions suivantes:- interdire la communication entre deux milieux fluides;- résister au milieu environnant.

Selon les applications, elle devra également remplir la fonction suivante:- être d'un encombrement minimal.

On peut décrire le cahier des charges d'un organe d'étanchéité sous la forme généraled'un tableau comme celui de la figure 11.4.

176

CHAPITRE 11 - L'ÉTANCHÉITÉ ET LA PROTECTION DES LIAISONS

Figure 11.4 : Forme généraledu CdCFpour un organed'étanchéité.

Statique

Dynamique

Figure 11.5 : Différents typesd'étanchéité.

Le choix d'une solution constructive repose sur son aptitude à satisfaire, au moindrecoût, le cahier des charges rédigé dans le cadre d'une application donnée. La notionde coût dépasse ici largement le seul prix du composant utilisé, mais intègre les coûtsliés à sa mise en œuvre (usinage, montage, stockage et maintenance).

~. Les principeset moyensmisen œuvreOn peut classer les solutions constructives, commel'illustre la figure 11.5, en deux familles selon qu'ellesassurent l'étanchéité entre deux pièces sans mouvementrelatif (étanchéité dite statique) ou entre deux piècesayant un mouvement relatif (étanchéité dite dynamique).Entre deux pièces

en mouvement relatifde translation

11.2.1. Étanchéité statiqueL'étanchéité entre deux pièces sans mouvement relatifpeut être assurée soit par déformation sous l'effet de ser-rage d'un joint placé entre deux surfaces où l'étanchéitédoit être garantie, soit par contact direct entre surfaces.

Dans ce dernier cas, l'étanchéité résulte de l'existence d'une zone de contact continuentre deux pièces qui séparent des milieux fluides différents.

Entre deux piècesen mouvement relatif

de rotation

Cette zone de contact continu peut être obtenue:- par un usinage particulièrement soigné des surfaces en contact;- par déformation locale de surfaces en contact en appliquant un effort suffisant entrepièces.

177

... ""--

Fonctions, Critères d'appréciation Niveau Flexibilité

Différence de pression PMaxen MPaadmissible

Comportement dynamique V M"'" en mIs pour un mouvement de- Nature et translation ou de rotation autour d'uncaractéristiques des axe fixe.mouvements autorisés. 11=en pourcentage.Interdire la communication - Rendement.

entre deux milieux fluides.

Défauts de réalisation Rugosité maximale en !lm.maxi. autorisés. Désaxage maximum en mm.

Durée de vie. N en heures de minimum.fonctionnement.

Résister aux agentsLa résistance à un agent chimique estgénéralement précisée pour une

chimiques. température et une pression maximales.

Résister au milieuenvironnant. Température d'utilisation. T Max'en degrés.

Durée de vie. N en heures de minimum.fonctionnement.


11.2.2. Étanchéité dynamiqueL'étanchéité dynamique entre deux pièces en mouvement relatif de translation ou derotation est assurée par contact direct ou par interposition d'un joint. Dans le cas d'unmouvement de rotation, l'étanchéité peut également être obtenue en interposant entre lesdeux milieux une série de passages étroits (chicanes remplies de graisse, gorges dedétente, etc.) qui constituent des chambres limitant les pressions différentielles. On rap-pelle que la fuite est d'autant plus importante que la différence des pressions est grande.

La figure Il.6 présente les différents principes utilisables pour établir une étanchéitéentre solides en mouvement relatif.

Figure 11.6 : Étanchéitédynamique.

15 11 13 Zone d'étanchéitéstatique

15

1412

Figure 11.7: Étanchéitédirecte entre surfaces planes.

Figure 11.8 : Étanchéitéstatique directepar baguebiconique.

Bague biconique

Entre deux piècesen mouvement relatif

de rotation

Par interposition d'un joint

Par contact direct

Par interposition d'un joint

Par passage étroit

Par contact directEntre deux pièces

en mouvement relatifde translation

~. Létanchéitéstatique

11.3.1. Étanchéité par contact direct

. Surfaces planesL'étanchéité par contact direct entre surfaces planes estpeu utilisée car il est délicat de créer une répartition desefforts propre à annuler tous les défauts géométriquesgénérateurs de fuites.

La figure 11.7 représente l'exemple de la pompe à engre-nage intérieur de l'ouvre-portail FAAC.

L'étanchéité statique entre les pièces 11, 13 et 12 estassurée par contacts directs entre surfaces planes. Ellerésulte de la qualité géométrique (planéité) des surfacesde contact entre les pièces 11 et 13, d'une part, et entreles pièces 12 et 13, d'autre part.

. Surfaces coniquesL'étanchéité entre deux surfaces coniques complémen-taires peut également être obtenue par contact direct(voir figure 11.8). Elle nécessite une géométrie correctedes surfaces de contact et l'utilisation de matériauxdéforrnables à froid.

Cette solution est souvent utilisée en plomberie pourréaliser des raccords, on la trouve aussi sur les tubuluresd'échappement de voiture.

178


1

g3

4

5

Figure 11.9 : Étanchéitéstatique par contact linéique.

Figure 11.10: Exemples dematériaux utilisés pour des jointsplats de forme quelconque.

Figure 11.11 : Joints circulairesd'étanchéité.

1- i ~Tout matériau

Amiante

C CuivreJu ino~Métalloplastique

. Association de surfaces de nature différenteLa figure 11.9 illustre le principe de cette association, mis en œuvre dans un clapetanti-retour du circuit hydraulique du portail FAAC. Sous l'effet de la pression du flui-de, la bille 3 se soulève permettant le passage de l'huile. Si l'action du fluide cesse, leressort rappelle la bille sur son siège 4 et empêche la circulation d'huile dans l'autresens.

L'étanchéité résulte de l'action de la pression sur la bille qui vient en appui avec uneportée conique (contact de type linéique si on néglige le phénomène de déformationlocale).

11.3.2. Étanchéité par interpositiond'un jointL'interposition d'un joint entre deux surfaces permet en compensant leurs défautsgéométriques de supprimer tout espace libre qui pourrait provoquer une fuite.

. Joints plats de forme quelconqueCes joints sont découpés dans des feuilles de différents matériaux. L'épaisseur dujoint dépend de la forme (rugosité et géométrie) des surfaces entre lesquelles il estinterposé.Le matériaudépendde l'application envisagée(nature des fluides,tempéra-ture, etc.). Différentstypes de matériauxsont utilisés (voir figure 11.10).

. Joints circulaires d'étanchéitéCes joints font l'objet d'une norme (NF R 93-920). On distingue deux catégories prin-cipales (voir figure Il.11) : le type A et le type B.

Le type A est constitué par des joints de la forme d'une couronne cylindrique. Toutmatériau peut être utilisé pour ce type de joint.

Le type B est constitué de rondelles métalloplastiques dont l'enveloppe extérieure esten cuivre, en aluminium ou en acier inoxydable et l'intérieur garni d'amiante. Cesjoints admettent des différences de pression jusqu'à 150 bars et permettent d'atteindredes températures de 500°C. Ils sont utilisés, par exemple, dans les moteurs à explo-sion comme joints de bougie d'allumage.

179

Matériaux ExelJ'lples d'application

Papier armé imprégné Température maximale Joint de boîte de vitesses.(feuille d'aluminium d'utilisation: 125°C.interposée entre deuxfeuilles de papier).

Fibre d'amiante avec Bonne résistance à la vapeur Appareils à vapeur d'eau.liant synthétique. d'eau (300°C).

Liège armé (feuille Bonne stabilité dimensionnelle. Carters (huile, essence).d'aluminium interposéeentre deux feuilles deliège aggloméré).

Ëlastomère type Bonne résistance aux huiles et Ëquipements soumis aux« Néoprène ». aux agents atmosphériques. agents atmosphériques

Température d'utilisation de (aviation, marine, etc).-30°C à +120 cC.

Fibres d'amiante Température maximale Isolation thermique.enfermées entre deux d'utilisation: 500°C.feuilles de cuivre


Figure 11.12 : Exemples demontages de joints circulairesd'étanchéité.

Métal Élastomère

Vulcanisation

Figure 11.13 : Rondelles as(U-SEAL).

~

Figure 11.14: Joint torique.

Figure 11.15 : Exemples demontages des joints toriques.

Les joints circulaires d'étanchéité sont montés pressés entre deux surfaces planes:- sans emboîtement: comme sur l'exemple d'un bouchon de remplissage d'huile del'ouvre-portail FAAC (figure 1l.l2a);- avec emboîtement: comme pour les joints des figures II.12b (joint de raccordGardena) et 1l.l2c (joint de bougie d'allumage).

a

2

b c

--.

J?>-Y

2 33

1 : Raccord mâle~

1

1~orps de la bO~gie2 : Raccord femelle 2 : Joint métallique plat3 : Joint caoutchouc synthétique 3: Culasse

1 : Bouchon2 : Joint cuivre3 : Carter

. Joints compositesUn anneau trapézoïdal en élastomère est collé par vulca-nisation sur une rondelle mécanique. Ce type de joint esttrès utilisé pour obtenir l'étanchéité d'éléments filetés.L'étanchéité est assurée par l'écrasement lors du serragede l'anneau en élastomère, la rondelle métallique limi-tant la déformation (voir exemple figure 11.13).

~

. Joints toriquesIls se présentent sous la forme de bagues de section circulaire en néoprène moulé souspression. Très utilisés pour des étanchéités statiques, les joints toriques peuvent égale-ment l'être pour des étanchéités dynamiques. Ils permettent de supporter des pres-sions jusqu'à 100 MPa. Les joints toriques sont montés encastrés dans une gorge oudans un chanfrein dont les dimensions sont précisées par les fabricants (figure 11.14).

a

~b~'L1h G

6, \\ ,

4~

5°

il ~0,1

h = d x 1,32 à 1,35D = d x 1,18 à 1,2

G = d x 0,67 à 0,7

180


La figure Il.15 présente les types de montage de joint torique dans:- une gorge usinée dans la zone cylindrique (figure Il.l5a);- un chanfrein (figure Il.l5b);- une gorge usinée dans la zone de surface plane (figure Il.15c).

Les joints toriques peuvent être réalisés à la demande. Ils permettent ainsi d'assurerl'étanchéité entre deux surfaces aux contours complexes comme le montre lafigure Il.16 pour une pompe haute pression.

A-AA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

22

23

AB-B

25

_l

0 50 100

Figure 11.16 : Pompe hautepression.

. Étanchéité statique des filetagesJoints en Téflon. Un ruban en Téflon, enroulé sur le filetage avant montage, assurel'étanchéité en épousant la forme du filet. Cette solution est utilisée en plomberienotamment.

Colle. Procédé de plus en plus utilisé, le collage remplace les solutions par pâte àjoint et par rouleau en Téflon pour les raccords de gaz et liquides industriels. Aprèspolymérisation, on obtient un joint insoluble et rigide.

181


11\

~~. ~étanchéitédynamiqueentre pièces en mouvement~relatif de rotation

11.4.1. Étanchéité par contact direct

. Surfaces planesLa figure 11.17 représente la pompe à engrenage intérieur qui constitue un des compo-sants de l'opérateur électro-hydraulique présenté au début de ce chapitre. L'arbremoteur 16 entraîne l'engrenage intérieur composé des pièces 14 et 15, dont la rotationpermet le transfert d'huile entre le réservoir et le vérin. Les flasques 11 et 12, d'unepart, et la bague 13, d'autre part, constituent les interfaces avec le milieu environnantde la pompe. L'étanchéité résulte de la qualité géométrique des surfaces de contactentre ces différentes pièces. Les fuites sont renvoyées au réservoir.

13 151 /

15

1

JJ5

Figure 11.17 : Pompeà engrenage intérieur.

Figure 11.18 : Vanneà boisseau.

Étanchéitédynamique

Corps devanne

Boisseau

dl\

~ lli

. Surfaces coniquesLa figure 11.18 représente une vanne à boisseau. La conicité importante, de l'ordrede 10 %, évite le risque de coincement. L'action sur les surfaces coniques complémen-taires qui réalisent l'étanchéité est fonction du serrage axial créé par un écrou.

11.4.2. Étanchéité par interpositiond'un joint

Figure 11.19 : Joints à lèvres(d'après un document Paulstra).

. Joints à lèvres (DIN 3760)Ils permettent de d'obtenir une étanchéitédans le cas de mouvementsrelatifs de rota-tion. Ils sontcomposéspour cela de trois élémentsprincipaux(voir figure 11.19):

Codification desbagues à lèvres

Les armatures

métalliques sontenrobées decaoutchouc.

Représentationsymbolique

R

182

Ressort 1 Lèvre pare-poussière

1 E 0 EL ELRNoyé apparent sans sans avec

ressort ressort

Il lE 10 IEL IELR


col0

0~

.J::""C

0

30

Figure 11.20 : Montagedes joints à lèvres.

Figure 11.21 : Joints V-Ringet exemple de montage(d'après un document SKF).

Figure 11.22 : Exemplede montage d'un joint Ni/os(d'après un document SKF).

- une lèvre en nitrite, en Viton, en silicone ou en perbunan (élastomère résistant auxhydrocarbures) ;- un ressort à spires jointives qui plaque la lèvre sur l'arbre ;- une armature métallique qui donne sa rigidité au joint.

La figure Il.20 montre un exemple de montage d'unjoint à lèvres dans un alésage (tolérance H8) de profon-deur B légèrement supérieure à sa largeur et muni d'unchanfrein d'entrée. Il nécessite un appui axial. Le jointdoit être placé de telle sorte que l'action de la pressionplaque la lèvre sur l'arbre. La coaxialité de l'arbre et del'alésage doit être assurée (défauts maximums de 0,05à 0,15 selon les types).

Le matériau constitutif de l'arbre doit être choisi avecune dureté de surface frottante suffisante. L'état de cette

surface doit être soigné (Ra'" 0,2 Ilm).

. JointsV-RingCesjoints sont constituésd'une bagueen élastomèremunie d'une lèvre à frottementaxial. Le joint V-Ringest maintenupar élasticitésur l'arbre et rejette par centrifugationtous les corps venant à son contact. L'état de la surface frottante doit être soigné (Ra de1,6 à 3,2 Ilm). Ces joints existent pour des diamètres d'arbre allant de 4,5 mm à plus d'unmètre et admettent un défaut de coaxialité assez important. Ils permettent d'étancher despressions de l'ordre de 1 MPa pour des vitesses circonférentielles inférieures à 10 mis.La figure 11.21 montre un exemple de montage d'un joint V-Ring sur le palier detambour d'une machine à laver à chargement par le dessus. Le joint assure la protec-tion du palier contre les eaux lessivielles.

Lèvre de frottement

. Anneaux NilosLors de son installation, cet anneau, légèrement élastique,se déforme et assure un contact au niveau de la bagueextérieure et au niveau de la bague intérieure.

L'étanchéité est obtenue par contact direct entre deuxsurfaces en mouvement relatif. L'étendue de ces surfacesétant faible, il y a en fait création d'un passage très étroitempêchant aussi bien la pénétration des impuretés que lasortie de la graisse. L'anneau Nilos travaille dans le sensaxial, il n'y a pas d'usure de l'arbre ou de l'alésage.

La figure 11.22 donne l'exemple de la protection d'unroulement par joint Nilos sur une roue de manutention.

183


Figure 11.23 : Exemplesde joints composites.

. Joints compositesCes joints permettent d'obtenir des étanchéités pour des fluides peu corrosifs (eau,huile, air). Ils peuvent égalementêtre utilisés pour des liquides faiblementchargés departicules abrasives.Ils acceptentdes vitessescirconférentiellesjusqu'à 10mis.

Pour l'essentiel, ils sont constitués(voir figure 1.23):- d'une armatureformant cage;- d'un ressort permettantd'exercer une pressionde contact;- d'un élémentélastiqueréalisant le montage sur l'arbre;- d'un élémentfrottant réalisant l'étanchéité.

Armature

Élémentélastique

--"-

Surface de frottement Surface de frottement

p1 > p2 > p3 > >

Figure 11.24 : Principes defonctionnement des chicanes.

~ ~<:::~(;i!/Îf' .~ ,----",

1

---~---\

~'S////~---

~

Figure 11.25 : Exemplesde chicanes dans un montagede roue de wagonnet.

p1> >pi...>pnLa détente dans

chaque rainureentraîne une chutede pression.

11.4.3. Étanchéité par passage étroitLe principe de ce type d'étanchéité est de laminer lefluide à étancher dans un passage de très faible section,puis de le détendre dans une zone plus large (cet ensem-ble formant une chicane).

En multipliant le nombre de chicanes, l'étanchéité est améliorée. Cette étanchéité sefait principalement sans contact, donc sans frottement.

pn-1 > pn

La figure Il.24 explique le principe d'action des chicanes. La fuite est liée étroitementà la différence des pressions Pi - Pi- 1,aux formes et aux dimensions des chicanes.

. ChicanesDiverses solutions constructives permettent de réaliser des chicanes. Nous nous limi-terons, dans ce chapitre, à décrire deux exemples d'application qui permettent d'étan-cher la graisse lubrifiant les roulements d'un guidage en rotation (voir figure 11.25).

. Rondelles déflecteurs d'étanchéité SKF de type Z ou FElles sont obtenues par emboutissage dans de la tôle d'acier phosphaté (figure 11.26a).Elles permettent de constituer des chicanes très efficaces pour l'étanchéité des roule-ments lubrifiés à la graisse. La rondelle tournante agit comme un déflecteur centrifuge.Pour améliorer l'étanchéité on peut réaliser un empilage de rondelles (figure 11.26 b).

Il existe une finition standard (type Z) pour des conditions normales d'utilisation, etune finition floquée (type F) où les rondelles sont recouvertes de fibres de polyamidecourtes qui résistent à l'usure. Le type de finition F, non représenté ici, est intéressantpour les montages devant être protégés contre des polluants secs tels que sable, terre,ciment.

184


Figure 11.26 : Rondelledéflecteur d'étanchéité

de type Z.

2

Figure 11.27 : Injecteur à tétonpour moteur diesel.

/'"

Figure 11.28 : Utilisationd'un joint torique.

..

~Figure 11.29 : Jointsà quatre lobes.

-~- --------

. L:étanchéitédynamique en mouvementde translation

11.5.1. Étanchéitépar contact direct de surfaces cylindriques

La figure 11.27 représente,de manière simplifiée, un injecteur à téton pour moteurdiesel à préchambre de combustion. L'aiguille d'injecteur 1 est en mouvement detranslation par rapport au corps de l'injecteur 2. Le jeu diamétral est très faible(quelques microns) pour une longueur de guidage importante. L'étanchéité est directe,sans rainure de détente.

11.5.2. Étanchéitépar interposition d'un joint

. Joints toriquesL'utilisation de joints toriques doit prendre en compte le risque d'extrusion qui se tra-duit, sous l'influence des déplacements et de la différence des pressions, par un fluagedu joint entre l'arbre et le logement (voir figure 11.28).

Ce phénomène est fonction du jeu diamétral de l'assemblage, de la dureté du joint, despressions et du respect des dimensions de la gorge. Le risque d'extrusion est plus impor-tant dans le cas d'une étanchéité dynamique en translation que dans celui d'une étan-chéité statique. Pour lutter contre ce phénomène, on utilise des bagues anti-extrusion quilimitent le déplacement du joint dans la gorge et diminuent le jeu diamétral.

Pression Pression

Il~~

/.~Placement 1

~

œ

L'emploi de joints toriques est à éviter lorsque la pression et le déplacement tendent àles faire fluer dans le même sens. Il nécessite, de façon générale, des guidages soignés(H7f6 pour une pression inférieure à 80 MPa) et peut s'appliquer à des mouvementsde rotation à vitesse lente (vitesse circonférentielle maximale de 3 mis).

. Joints à quatre lobesLes joints quadrilobes se montent comme les joints toriques dans une gorge des piècesen mouvement. Ils sont plus onéreux mais moins sensibles au phénomène d'extrusionque ces derniers et offrent un frottement réduit: de l'ordre de 50 % (voir figure 11.29).

185


Le tableau figure 11.30 indique à titre indicatif la dureté, les températures de fonction-nement ainsi que les application de ces joints en fonction de leur composition.

. Parois souplesL'interface entre les milieux fluides à étancher est constituée d'un soufflet ou d'unemembrane en caoutchouc de synthèse (voir figure 11.32).

D'un emploi simple et d'une bonne fiabilité, les paroissouples sont très utilisées pour la protection contrel'humidité et les poussières:- industrie automobile: protection des joints de cardan,du soufflet du levier de commande de boîte de vitesses,de la gaine de passage de fils él~iques entre l'habi-tacle et la portière; ....

- construction électrique: protection d'I'hterrupteursetde capteurs;- constructionmécanique: protection des vérin~~e bri-dage à membrane; ....- protection des dispositifs d'assistance au freinage. -

Butadiène - acrylonitrile

Éthylène - Propylène

Figure 11.30 : Domainesd'application des jointsquadrilobes.

Fluocarboné

2

3

Cylindre4

-1Piston 5

Figure 11.31 : Segmentsd'automobile.

Figure 11.32 (à droite) :Soufflet.

Figure 11.33 : Mécanismed'assistance du systèmede freinageMaster-vac.

C2

5

4

Durée Résistance

83DIDC

- 25 cCà 125 cC

Aux produits pétroliers,à l'eau et à l'air comprimé

83DIDC

- 55 cCà 170 cC

Aux intempéries

77DIDC

- 25 cCà 270 cC

Aux acides et

aux hydrocarbures

. Segments d'automobileCes segments sont utilisés dans les moteurs d'automobilepour assurer l'étanchéité entre la chambre de combus-tion située à la partie supérieure du piston 5 et l'embiel-lage situé à sa partie inférieure (voir figure 11.31).

Le segment 1, dit « segment coup de feu », est en contactavec les gaz de combustion. Au-dessous, un ou plusieurssegments 2 (jusqu'à sept sur les moteurs diesel) complè-tent l'étanchéité. Le segment 3, dit « racleur d'huile »,régule la lubrification des surfaces.

Pour résister à la chaleur, les segments sont métalliques.Ils ont la forme d'un anneau ouvert cylindrique, ou lé-gèrement conique pour le segment dit « racleur ». Ilscompensent le jeu existant entre le piston et le cylindre.

C1

6

La figure 11.33 représente le système d'assistance dtfreinage Master-vac.

La chambre CI est à une pression inférieure à la pres-sion atmosphérique (cette pression est donnée par lesgaz d'admission provenant du carburateur sur les moteursessence ou par une pompe à vide sur les moteurs diesel).La chambre C3 est mise à la pression atmosphérique àtravers le filtre 3.

186


Figure 11.34 : Compresseurhaute pression.

L'action de freinage fait déplacer la tige de commande 1 qui, par l'intermédiaire dupiston de soupape 2, supprime la communication entre les chambres CI et C2 et meten relation les chambres C3 et C2. La pression atmosphérique établie en C2, supé-rieure à la dépression de la chambre CI, par action sur la membrane 4 déplace la tige 7du maître-cylindre.

. Lexemple d'un mécanisme présentantdiversessolutions d'étanchéité

Le dessin de la figure 11.34 représente un compresseur haute pression (200 bars) parti-cipant au dispositif de sécurité pour l'assistance à la commande des trains d'atterrissage.Dans ce dispositif on peut identifier les solutions qui ont été retenues pour résoudredifférents problèmes d'étanchéité:- 1erétage: étanchéité piston-cylindre grâce à quatre segments élastiques;- 2eétage: étanchéité par deux joints en Téflon;- 3eet 4eétages: étanchéité directe, etc.

1

H~1 L_-

\

t

1

L ~~~'--j

187


. Le graissageet la lubrification

11.7.1. Fonctionsprincipales

Les principales fonctions du graissage et de la lubrification sont:- de faciliter le mouvement ou le glissement entre les surfaces frottantes des liaisons;- d'éviter l'usure et le grippage en diminuant le frottement entre surfaces en contact;- de protéger les pièces de la corrosion;- de participer au refroidissement du mécanisme.

11.7.2. Différentstypes de frottement entre matériaux

Le frottement peut se faire à sec ou avec apport de lubrifiant (graissage onctueux ouhydrodynamique).

. Frottement secSans lubrification, il risque de provoquer (figure 11.35a) :- l'accrochage des aspérités des surfaces en contact;- une élévation de la température pouvant aller jusqu'à la création de microsoudures ;- une usure rapide des surfaces (due aux arrachements des aspérités).

. Frottement onctueuxIl est obtenu par une très fine couche de lubrifiant ou « épilamen » qui pénètre etrecouvre les surfaces en contact (voir figure 11.35 b).

Il existe encore des contacts directs, mais en nombre beaucoup plus faible que dans lecas du frottement sec. Dans ce type de frottement, la pression entre les surfaces encontact doit rester limitée. Le coefficient de frottement f varie alors entre 0,03 et 0,2.

. Frottement hydrodynamiqueDans ce type de frottement, il n'existe plus de contact métal sur métal (figure 11.35c).Les vitesses entre les pièces en mouvement provoquent une portance hydrodynamique(voir, au chapitre 8, les paliers hydrodynamiques) comparable au phénomène obser-vable dans le cas du ski nautique.

Une couche de lubrifiant plus importante que dans le cas du frottement onctueux(épaisseur variant de 8 flIIlà 10 flIIl) sépare les deux pièces. Le glissement a lieu entredeux couches de fluide.

Le coefficient de frottement diminue fortement: 0,002:::; f:::;0,01.

Frottement sec

Contact métal! métal

Frottement onctueux Frottement hydrodynamique

a b c

Figure 11.35 : Différentstypesde frottement.

Contact métal! métal Couche de lubrifiantou « épilamen »

Lubrifiant

188

CHAPITRE 11 - L 'ÉTANCHÉITÉ ET LA PROTECTION DES LIAISONS

Figure 11.36 : Valeursmoyennesdes coefficientsd'adhérence et de frottement.

Figure 11.37 : Exemples decorrespondance entre indicesde viscosité.

La qualité du frottement est fonction des matériaux constitutifs des pièces en contact,de l'état de ces surfaces de contact et du type de lubrification (figure 11.36).

Types de matériauxCoeI. frottement

Acier 1AcierAcier 1FonteAcier 1BronzeAcier 1NylonAcier 1PTFE

0,20,120,20,20,15

0,10,10,150,150,1

0,10,080,120,150,1

0,050,050,050,10,05

11.7.3. Caractéristiques des lubrifiants

. ViscositéC'est la résistance du fluide à l'écoulement uniforme. La viscosité est l'inverse de lafluidité, elle correspond à la capacité du fluide à s'écouler plus ou moins facilement.Plus une huile est épaisse, plus sa viscosité est importante, moins elle est fluide. Engénéral, la viscosité des fluides diminue lorsque leur température augmente.

Viscosité cinématique (v). On la détermine en mesurant la durée d'écoulement d'unvolume normalisé de fluide à travers un tube capillaire calibré et normalisé à une tem-pérature donnée. L'unité légale est le m2/s.

Viscosité dynamique (Il). Elle est égale à la viscosité cinématique (v) multipliée parla masse volumique du lubrifiant (p) : Il =v. p. L'unité légale est le Pa.s.

Viscosité SAE. Le grade SAE est un indice de viscosité mesuré selon les normes éta-blies par la Society of Automotive Engineers (Société des ingénieurs américains del'automobile). Cette nomenclature est essentiellement utilisée pour les lubrifiants desvéhicules automobiles et industriels. Le grade SAE (compris entre 0 et 200) corres-pond à une tranche ou plage de viscosité (figure 11.37).

. OnctuositéElle caractérise l'aptitude du lubrifiant à adhérer aux parois. L'onctuosité augmenteavec la viscosité.

. OxydabilitéElle caractérise la plus ou moins grande résistance à l'oxydation.

. Autres caractéristiquesLes lubrifiants se caractérisent aussi par leur corrosivité, leur inflammabilitéet leurrésistanceau froid.

11.7.4. Lubrifiants liquides ou huiles

Ils permettent d'obtenir un frottement de type onctueux ou hydrodynamique.

Les huiles industrielles sont d'origine:- soit minérale (elles proviennent de la distillation du pétrole brut);- soit végétale (colza, ricin);- soit synthétique (silicone).

Les huiles minérales peuvent être dopées par addition de produits chimiques modi-fiant leurs caractéristiques.

189

OWI 3,810"mimimum

5WI 3,8 10"minimum

10W 1 4,1 10"minimum


20WI 5,6 10"minimum



11.7.5. Lubrifiants semi-fluidesou graisses

Ils sont obtenus par émulsion dans une huile minérale d'un savon obtenu à partir degraisse d'origine animale ou végétale. À la température ambiante, leur consistance estpâteuse.

11.7.6. Lubrifiants solides

Le graphite est souvent employé dans l'huile comme additif.

Le bisulfure de molybdène (MoS2) est lui aussi employé en suspension dans la graisseou dans les huiles.

On exploite également les caractéristiques lubrifiantes de ces deux produits en les uti-lisant comme élément de charge dans les paliers autolubrifiant frittés, ou sous formede dépôts électrolytiques, ou encore de vernis.

Parmi les matériaux possédant d'excellentes qualités frottantes, on doit signaler leTéflon, susceptible d'être utilisé dans des atmosphères aussi bien sèches qu 'humides.

190

Documents

Létanchéité et pfot~ion des liaisons