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Jul 11, 2023

L'histoire et la dynamique des roulements à film fluide, partie I

Les roulements, par définition, font tourner le monde. Sans repères, le mouvement devient exponentiellement plus difficile. Les roulements les plus courants sont les roulements à éléments roulants qui utilisent des billes ou des cylindres.

Les roulements, par définition, font tourner le monde. Sans repères, le mouvement devient exponentiellement plus difficile. Les roulements les plus courants sont les roulements à éléments roulants qui utilisent des billes ou des cylindres pour permettre la rotation au sein d'un système.

Dans l'industrie des moteurs et des pompes, la plupart des roulements à film fluide sont de conception hydrodynamique qui utilise le mouvement pour créer la pression requise pour séparer les surfaces. Ils sont généralement lubrifiés avec un fluide newtonien, tel que de l'huile, dont le débit est directement proportionnel à la pression appliquée. La viscosité de l’huile permet la formation d’un film hydrodynamique et d’une pression. Visualisez le film d'huile constitué de nombreuses couches internes ; chaque calque est dessiné par le calque supérieur à un multiple de la vitesse de l'élément en mouvement. Ces couches à l’intérieur de l’huile provoquent des frictions. La force nécessaire pour provoquer le mouvement de l’élément mobile est directement proportionnelle au frottement entre les couches d’huile. La viscosité est mesurée et déterminée par la force nécessaire pour surmonter ce frottement interne.

Si les défauts de lubrification s’avèrent être un problème courant lors de l’inspection de l’équipement, il est recommandé d’évaluer la viscosité de l’huile utilisée. La température, l'application et la charge peuvent tous jouer un rôle dans l'efficacité de la lubrification. Contactez le constructeur OEM avec tous les détails d'application pour obtenir des conseils sur l'huile appropriée. Souvent, l’équipement est conçu pour un usage général mais peut être modifié pour s’adapter à des applications spécifiques. Si l'installation d'un nouveau système est envisagée, assurez-vous que tous les détails sur les conditions de fonctionnement sont fournis au fabricant. Une lubrification correcte peut faire la différence entre une unité fonctionnant pendant 10 mois et 10 ans.

Grâce à cette compréhension de la viscosité et de l'huile, il est possible d'examiner comment celle-ci est manipulée pour créer un film d'huile permettant le levage et la séparation lors de la rotation de l'équipement. À l’aide d’un coin convergent et divergent, la pression de conception est générée et relâchée par la compression et la libération de l’huile. Dans un roulement radial, l'alésage est généralement conçu pour être de 0,001 à 0,002 pouces plus grand que l'arbre. Cela équivaut à 0,005 à 0,010 pouces de jeu pour un arbre de 5 pouces.

Le dégagement réel varie selon le fabricant et l'application. Ce jeu permet la formation des coins convergents et divergents. Lorsque l'huile est aspirée dans la formation de coin par les forces de rotation de l'arbre, elle est comprimée dans un espace plus petit. Cela provoque une augmentation de la pression. Il crée et permet également un soulèvement du composant rotatif. Lorsque l’huile quitte l’espace comprimé, elle est aspirée dans un espace non compressé le long d’un coin divergent.

Lorsqu'une machine est au repos, un contact métal sur métal peut exister. Avant le démarrage, de l'huile doit être appliquée pour permettre à l'arbre de remonter et de se mettre en position. En raison du frottement initial au démarrage, l'arbre remontera légèrement sur le côté du roulement à mesure que l'apport initial d'huile est aspiré dans le coin convergent du roulement. La pression commencera à augmenter à mesure que l’huile est comprimée, ce qui entraînera la séparation du contact métal sur métal. L'arbre passera alors en position de fonctionnement, à mesure que le film fluide se formera le long du tourillon et du roulement. Ce point est à gauche ou à droite de la charge, en fonction de la rotation.

Dans des conditions constantes, la force développée par le film d'huile est égale à la charge appliquée dans une position légèrement excentrique. La plus petite extrémité de la cale correspond à l’épaisseur minimale du film. Les systèmes de roulements dans un moteur ou une pompe sont conçus en tenant compte de cette excentricité. Les fuites finales joueront un rôle en ce qui concerne l’approvisionnement en huile. Il faut déposer suffisamment d'huile pour permettre la formation du film d'huile, car une fuite finale se produit le long du coin convergent. C’est également à ce moment-là que commence le coin divergent.

Le coin divergent commence lorsque la zone de pression maximale/épaisseur de film minimale est dépassée. Il permet à la pression de se relâcher dans la zone de dégagement basse pression du système. Cette zone de basse pression est créée à l'opposé de la charge du roulement. C'est à la sortie de la zone de charge que le coin divergent commence à aspirer l'huile avec une pression négative. Les dimensions du roulement, la vitesse, la charge, la viscosité et la pression d'alimentation déterminent l'étendue de la pression négative qui peut exister avant la régénération de la pression positive. La chute de pression dans le coin divergent est plus rapide à mesure que l'élément rotatif aspire l'huile, tandis que le côté convergent à haute pression la repousse. Les fuites finales sont également un facteur qui détermine la vitesse à laquelle la chute de pression se produit. Cela permet à l'huile de circuler pour dissiper la chaleur et de rentrer dans le coin convergent pour recommencer le processus.