CHAPITRE 6 LubrificationCHAPITRE 6 Lubrification

Introduction

Types de frottement

Huiles

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Huiles

Graisses

Coupleurs et convertisseurs hydrauliques

Transmissions automatiques

Références bibliographiques

1. Introduction

1.1 Généralités– La fonction d’un lubrifiant est de favoriser le mouvement ou le glissement

entre deux surfaces frottantes;

– Les lubrifiants réduisent les frottements et l’usure, évitent le grippage, participent au refroidissement, évacuent les impuretés (poussières, débris d’usure…), protègent contre la corrosion, peuvent avoir une fonction

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d’usure…), protègent contre la corrosion, peuvent avoir une fonction nettoyante (détergente) et parfois participent à l’étanchéité;

– Les huiles et les graisses minérales à base de pétrole sont les plus utilisées mais les produits de synthèse (fabriqué chimiquement) occupent une place grandissante;

– À elles seules, les huiles représentent plus de 95% du total des lubrifiants employés.

1.2 Principaux lubrifiants

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2. Types de frottement2.1 Classification– Le frottement entre deux surfaces frottantes peut être décrit par quatre

comportements typiques:

Frottement sec

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� Ces types sont présentés en détail dans les diapositives qui suivent.

Types de frottementFrottement onctueux

Frottement mixte

Frottement hydrodynamique

2.2 Définitions– Frottement sec : Pas de lubrifiant entre les surfaces en contact.

Glissement plus difficile et usure plus rapide; contact locaux fréquents, échauffements, arrachements et microsoudures.

– Frottement onctueux : Film de lubrifiant recouvrant les surfaces sous forme de film mince (épilamen). Frottement réduit (f ≈ 0,05 à 0,20).

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forme de film mince (épilamen). Frottement réduit (f ≈ 0,05 à 0,20).

– Frottement mixte : mélange de frottement onctueux et hydrodynamique (f ≈ 0,04 à 0,10) avec portance hydrodynamique intermittente et quelques contacts locaux.

– Frottement hydrodynamique : Surfaces séparées par un film d’épaisseur e de 0,02 à 0,008 mm. Frottement très réduit (f ≈ 0,002 à 0,01) et usure pratiquement nulle.

2.3 Illustration– Le comportement au niveau des surfaces est illustré sur la figure

suivante pour les principaux types de contact :

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3. Huiles

3.1 Généralités– Elles permettent d’obtenir un frottement onctueux, mixte ou

hydrodynamique;

– Elles se présentent sous la forme d’une base (huile minérale ou de synthèse) avec des additifs (anti-usure, extrême pression, anti-corrosion…) pour en améliorer les caractéristiques ou adapter l’huile à

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corrosion…) pour en améliorer les caractéristiques ou adapter l’huile à son application;

– Les principales propriétés des huiles sont la viscosité et le point d’écoulement.

3.2 Viscosités– Plus une huile est épaisse, plus sa viscosité est élevée;

– La fluidité est la propriété inverse de la viscosité;

– La viscosité de la majorité des fluides diminue lorsque la température augmente :

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– Viscosité cinématique (γ) : elle correspond à la durée de l’écoulement d’un volume connu de liquide à une température donnée à travers un appareil comportant un orifice calibré.

– Unités : m2/s, Stoke (St) ou encore centistoke (cSt)

– 10 000 St = 1 m2/s et 1 cSt = 1 mm2/s

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– 10 000 St = 1 m2/s et 1 cSt = 1 mm2/s

– Viscosité dynamique (µ) : elle est égale au produit de la viscosité cinématique (γ) par la masse volumique du fluide (ρ): µ = ρ.γ.

– Unités : Pa.s ou N.s/m2 ou Poise (P) ou encore centipoise (cP)

– 1 P = 0,1 Pa.s et 1 000 cP = 1 Pa.s

– Protocoles de mesure et exemples de viscosité :

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3.3 Autres propriétés caractéristiques des huiles– Point d’écoulement : température à partir de laquelle une huile,

chauffée puis refroidie dans des conditions bien précises, cesse de couler (cristallisation ou solidification);

– Index de viscosité (VI ou IV) : variation de la viscosité en fonction de la température. Un IV de 100 indique une faible variation de la viscosité et

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température. Un IV de 100 indique une faible variation de la viscosité et un IV de 0 une très grande variation;

– Onctuosité : aptitude d’une huile à adhérer aux surfaces sous forme de fine couche (épilamen);

– Volatilité, point éclair : température à partir de laquelle les vapeurs émises par une huile chauffée s’enflamment au contact d’une flamme puis s’éteignent aussitôt;

– Autres propriétés : résistance à l’oxydation, à la corrosion, indice d’acide, teneur en cendre, en eau.

3.4 Classification des huiles– Classification ISO : elle classe les huiles à partir de leur viscosité.

– Désignation : lettres ISO VG suivi du nombre précisant la viscosité cinématique à 40°C en centistoke.

– Exemple : Une huile ISO-VG 15 a une viscosité entre 13,5 et 16,5 cSt, avec 15 correspondant à une viscosité moyenne probable.

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avec 15 correspondant à une viscosité moyenne probable.

– Classification SAE : elle définit des intervalles continus de viscosité avec minimum et maximum. Elle est utilisée pour l’automobile et les véhicules industriels.

– Désignation : la classification SAE 20, SAE 30... désigne la viscosité des huiles à 100°C (huiles dites pour « hautes » températures).

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huiles à 100°C (huiles dites pour « hautes » températures).

– La classification SAE 0W, SAE 5W… avec W pour winter, désigne la viscosité des huiles à -18°C (huiles dites pour « basses » températures).

– Les huiles multigrades présentent deux viscosités caractéristiques; l’huile SAE 10W-40 a la même viscosité qu’une huile SAE 40 à 100°C et la même viscosité qu’une huile SAE 10W à -18°C.

– Classes SAE courantes et intervalles de viscosité correspondants :

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3.5 Comparaison des classifications ISO et SAE

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3.6 Dispositifs de lubrification à l’huile– Lubrification par barbotage ou bain d’huile : une partie du mécanisme

en mouvement trempe dans le bain d’huile et emporte par adhérence de l’huile vers les points à lubrifier. C’est la méthode la plus simple et la plus usuelle.

• La quantité d’huile doit être suffisante et doit tenir compte des conditions

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• La quantité d’huile doit être suffisante et doit tenir compte des conditions de service (chaleur à évacuer, éviter les changements d’huile trop rapprochés, etc. )

• Il faut contrôler le niveau du bain et éviter les excès d’huile.

– Lubrification par barbotage et projection : variante de la technique précédente où le mouvement des composantes doit être assez rapide pour générer des projections (effet centrifuge). Les projections peuvent ensuite être recueillies puis redirigées vers les parties à lubrifier.

– Lubrification par brouillard d’huile ou air-huile : un débit d’air comprimé constant aspire et pulvérise une certaine quantité d’huile sous forme de fines gouttelettes. Ce brouillard est amené près des points à lubrifier où il se condense pour former de plus grosses gouttes. Cette technique est utilisée aux vitesses très élevées et dans les réseaux pneumatiques.

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– Lubrification par circulation d’huile : mode plus élaboré et plus coûteux où une pompe lubrifie en même temps plusieurs zones ou points. Le débit d’huile en chaque point est contrôlé par des soupapes. Des échangeurs de chaleur et des filtres peuvent être prévus.

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4. Graisses4.1 Généralités– Elles permettent un frottement onctueux ou mixte.

– De par leur consistance, elles sont stables au repos et se comportent comme un solide, mais en service, sous charge, elles se comportent comme un liquide, leur fluidité se rapprochant alors de celle d’une huile.

– Elles sont obtenues par dispersion d’agents épaississants (savons

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– Elles sont obtenues par dispersion d’agents épaississants (savons métalliques) dans une huile avec ou sans additifs.

– Le graphite, le bisulfite de molybdène, le plomb (« extrême pression »), les colorants et les charges (talc) sont les additifs les plus courants.

4.2 Avantages et inconvénients des graisses– Les graisses présentent certains avantages et inconvénients par rapport

aux huiles. Ceux-ci peuvent servir de critère pour le choix d’un type ou l’autre de lubrifiant.

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4.3 Propriétés des graisses– Consistance : elle exprime la résistance à la déformation de la graisse.

Étroitement liée à l’adhérence et à l’onctuosité, elle diminue lorsque la température augmente (« comportement du beurre »). C’est la propriété principale des graisses.

– Point de goutte : il caractérise la tenue de la graisse à la chaleur en

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– Point de goutte : il caractérise la tenue de la graisse à la chaleur en précisant la température de début de liquéfaction.

– Point de solidification : c’est la température de début de solidification de la graisse.

– Autres propriétés : résistance au cisaillement, qualité extrême pression, filmo-résistance, acidité

4.4 Propriétés des graisses usuelles

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4.5 Classification des graisses– La classification la plus courante est le grade NLGI.

– Il est lié à la valeur d’enfoncement d’un cône posé pendant 5 secondes sur la surface aplanie de la graisse, préalablement malaxée à 25°C.

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Où A : engrenages sous carter; B : engrenages apparents, chaînes, câbles…; C : articulations, cardans, chaînes; D : graisses tout usage; E : roulements, galets, axe vertical; graissage centralisé: grade 0 et 1.

4.6 Dispositifs de graissage– Graissage par garnissage au montage : le graissage est réalisé lors du

montage des composants mécaniques.

– Le graissage peut être à vie ou périodique, avec regarnissage après démontage et nettoyage lors des opérations de maintenance.

– La quantité de graisse doit être suffisante, compte tenu de la durée de

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– La quantité de graisse doit être suffisante, compte tenu de la durée de vie attendue et des conditions de fonctionnement (température).

– C’est une solution simple et usuelle.

– Utilisation de graisseurs : ils permettent le regraissage périodique sans démontage des éléments mécaniques. Pour éviter les excès de graisse, il faut prévoir des systèmes d’évacuation, en particulier pour la graisse usagée (chicanes, soupape, bouchon de vidange…). Il existe des graisseurs automatiques qui garantissent un graissage régulier.

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– Graissage centralisé : il s’agit de systèmes complètement automatisé qui s’avèrent utiles lorsque les points à lubrifier sont nombreux ou lorsque leur accès est difficile ou impossible.

– Le lubrifiant est envoyé sous pression, par intermittence, vers des

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pression, par intermittence, vers des distributeurs doseurs par une pompe et des canalisations.

– Ce type d’installation réduit les risques d’accident, les oublis et évite l’arrêt des machines.