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Lubrification . 1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de

Lubrification . 1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des sciences et de la Technologie d’Oran « MOHAMMED BOUDIAF » Faculté de Génie Mécanique Département de Génie Mécanique Présenté par : MEHALA Kadda Polycopies Lubrification Industrielle 2016-2017 Lubrification . 2 Avant-propos Ce polycopié intitulé lubrification industrielle est une matière destinée aux étudiants de Génie Mécanique option Energétique et Construction mécanique. Il s’adresse aux étudiants du master 2 (LMD). Le contenu de ce polycopié regroupe le programme enseigné dans le département de génie Mécanique de l’université des sciences et de la technologie d’Oran « Mohammed Boudiaf ». Il est rédigé sous forme d’un cours détaillés, avec des applications résolus. Il est présenté avec un style très simple qui permet aux étudiants une compréhension très rapide. Le contenu de ce polycopié est structuré en 6 parties. Après un rappel sur la tribologie, la première partie traite les différents régimes de la lubrification et différents contacts mécaniques. La partie deux sites les divers huiles industriels ainsi que leurs additifs. La troisième partie est consacrée sur la définition de la viscosité, mesure de la viscosité à l’aide des viscosimètres à chute de billes par exemple. La quatrième partie présente les notions théoriques sur la résolution de l’équation de Reynolds dans le domaine de la lubrification ainsi que dans les domaines des paliers hydrodynamique, qui est présenté dans la cinquième partie. Cette partie montre également la dérivation de l’équation de Reynolds pour avoir la distribution de la pression entre deux plaques parallèles et non parallèles. Enfin la dernière partie illustre des applications résolues sur le calcul de la viscosité et l’application de l’équation de Reynolds entre deux plaques pour l’obtention du champ de pression. Lubrification . 3 Table des matières Introduction sur la Tribologie…….…………………………………………………………………..………..6 I- Généralité sur la lubrification………………………………………………….……….………..8 I.1-Définition………………………………………………………………………….………………….8 I.2-Les contacts lubrifiés…………………………………………………………………………….8 1.2.1 - Les contacts surfaciques………………………………………………………………9 1.2.1.1- La lubrification limite……………………………………………………….10 1.2.1.2- La lubrification mixte……………………………………………………….11 1.2.1.3- La lubrification hydrodynamique……………………………………..12 1.2.1.4- La lubrification hydrostatique…………………………………………12 1.2.2 - Les contacts Hertziens…………………………………………………………………13 1.2.2.1- La lubrification extrême pression……………………………………..14 1.2.2.2- La lubrification mixte………………………………………………………..14 1.2.2.3- La lubrification élastohydrodynamique……………………………..14 II-Lubrifiant……………………………………………………………………………………….……..15 II.1- Définition……………………………………………………………………………………….15 II.2-Choix d'un lubrifiant………………………………………………………………………..15 II.3- Différents types de lubrifiants………………………………………………………..16 II.3.1- Lubrifiants d'origine animale……………………………………………………16 II.3.2- Lubrifiants d'origine végétale…………………………………………………..16 II.3.3- Lubrifiants d'origine minérale (Les huiles de base)……………………..17 II.3.4- Les huiles de synthèse ou synthétiques………………………………….….17 II.4-Les additifs……………………………………………………………………………………….18 II.4.1 – Additifs Amélioration d’indice de viscosité………………………………..18 II.4.2 – Additifs Anti-congelant …………………………………………………………….18 II.4.3 – Additifs Additif extrême pression et Anti-friction (usure)………….18 II.4.4 – Additifs Antioxydants ………………………………………………………………18 II.4.5 – Additifs Anti-corrosion……………………………………………………………..18 II.4.6 – Additifs Anti-mousse ………………………………………………………………..19 Lubrification . 4 II.4.7 – Additifs Anti-émulsion et Détergent …………………………………………19 II.5- Spécifications des lubrifiants…………………………………………………………….19 II.5.1-La classification internationale des huiles industrielles……………..19 III. Viscosité des lubrifiants……………………………………………………………………………………….21 III.1- Définition de la viscosité………………………………………………………………….21 III.2- Unités de viscosité……………………………………………………………………………21 III.3-Calcul de la viscosité………………………………………………………………………….22 III.3.1-Contrainte de cisaillement………………………………………………….…22 III.3.2-Gradient de vitesse……………………………………………………………….22 III.3.3-Déformation de cisaillement………………………………………………….23 III.3.4-Vitesse de cisaillement………………………………………………………….. 24 III.3.5-Viscosité dynamique………………………………………………………………24 III.3.6-Viscosité cinématique……………………………………………………………..25 III.4-Paramètres influençant la viscosité……………………………………………………25 III.4.1- La pression ……………………………………………………………………………25 III.4.2-La température ……………………………………………………………………..26 III.5- Viscosimètre…………………………………………………………………………………….28 III.5.1- Viscosimètres absolus ………………………………………………………………28 a- Viscosimètres à capillaire ………………………………………………………28 b-Viscosimètres à chute de billes……………………………………………….28 III.5.2- Viscosimètres empiriques …………………………………………………………29 III.6- Indice de viscosité……………………………………………………………………………30 IV-Equation de Reynolds généralisée dans la lubrification hydrodynamique………32 IV.1– Hypothèses associées à l'équation de Reynolds et discussions………...32 IV.2– Dérivation de l'équation de Reynolds……………………………………………….…36 IV.3- Le champ de pression pour les cas élémentaires de portance …………....37 IV.3.1 – Cas de deux surfaces parallèles : portance hydrostatique………..…37 Lubrification . 5 IV.3.1.1- Cas de deux surfaces parallèles : effet d’étirement………………38 IV.3.1.2 Cas de deux surfaces parallèles : effet d’écrasement………….….38 IV.3.2- Cas de deux plaques non parallèles……………………………………………...39 V- Lubrification-palier hydrodynamique………………………………………………………………….41 V.1 - Définition des paliers…………………………………………………………………………...41 V.1.1 - Paliers hydrodynamiques……………………………………………………………41 V.1.2 - paliers circulaires …………………………………………………………………………42 V.2- Equation de Reynolds pour les Paliers lisse cylindriques en régime laminaire …………………………………………………………………………………………………………………43 V.2.1 - Conditions aux limites ………………………………………………………………………………….43 V.2.2 - Résolution de l’équation de Reynolds…………………………………………………44 V.2.2.1- Palier infiniment long ………………………………………………………………44 V.2.2.2 - Le palier court …………………………………………………………………….……45 VI- Exercices & Applications………………………………………………………………………………….46 Lubrification . 6 Introduction sur la Tribologie Le frottement joue un rôle prégnant dans les procédés de mise en forme, il est présent dans tout ce qui nous entoure, même parfois il nous semble gênants, il est pourtant impossible d’imaginer le supprimer. Il engendre des efforts mécaniques tel que des forces et des couples qui contrarient ou empêchent les mouvements relatifs et déforment des objets. Ces efforts prennent naissance non seulement au niveau des surfaces en contact, mais aussi au sein même des matériaux solides ou fluides qui se déplacent ou se déforment. Le frottement n’est pas un problème à deux dimensions mais bel et bien à trois dimensions, il concerne des volumes et pas seulement des surfaces. L’étude du frottement, l’usure ainsi que la lubrification est le but de la tribologie, discipline dont l’importance est grandissante. Le mot tribologie, construit à partir des racines grecque tribein (frotter) et logos (discours, étude), a été proposé en 1968 par G. Salomon pour désigner la science qui étudie les phénomènes susceptibles de se produire lorsque deux corps en contact sont animés de mouvements relatifs. Il recouvre, entre autres, tous les domaines du frottement proprement dit, de l’usure et de la lubrification. La tribologie s’intéresse à l’étude et d’interprétation scientifique des faits expérimentaux, mais elle a également un but très concret dans tous les domaines qui touchent à la technologie : recherche et codifier les méthodes qui permettent de donner un bon comportement au contacts mécaniques, puisque l’image de parque d’une production national dépend de la durabilité de ses produits, l’objectif que se fixent aujourd’hui l’industrie comme la recherche est la prédiction du frottement. Et la connaissance de la tribologie est devenue une nécessité pour assurer le bon fonctionnement et la fiabilité des machines tout en augmentant la durée de vie, ainsi en améliorant le rendement des organes tournants, tout en assurant la sécurité des biens et des personnes, ou même contribuer à la santé publique et au confort, par exemple en diminuant les bruits liés aux contacts mécaniques. Les contacts lubrifiés sont composés de trois corps : les deux premiers sont en mouvement l’un par rapport à l’autre, alors que le troisième est un lubrifiant qui est intercalé entre eux. Ce sont les mécanismes qui imposent les sollicitations aux contacts. Leur tailles se situent dans des gammes extrêmement larges : leur masse peut aller de quelques grammes à plusieurs tonnes et leur dimension du nanomètre au mètre. Il est de même pour les conditions de fonctionnement qui Lubrification . 7 vont de quelques micromètres par seconde à plusieurs centaines de mètres par seconde pour la vitesse, ou de – 350 à + 1200 °C pour la température. Les sollicitations varient également au cours du temps. Les conditions fonctionnelles cinématiques, dynamiques et thermiques ainsi que leurs variations temporelles sont imposées par le mécanisme lui-même au contact. Le troisième corps sépare les deux premiers et permet leur mouvement relatif. Il doit supporter les mêmes pressions, éventuellement les générer et, simultanément, constituer une zone tampon pour l’accommodation des vitesses relatives des parties en mouvement. Il peut s’agir d’un liquide visqueux, soit d’un solide ou encore d’un milieu granuleux, fourni par les deux parties en mouvement relatif. Lubrification . 8 I- Lubrification I.I- Définition La lubrification ou le graissage est un ensemble de techniques permettant de réduire le frottement, l'usure entre deux éléments en contact et en mouvement l'un par rapport à l'autre. Elle permet souvent d'évacuer une partie de l'énergie thermique engendrée par ce frottement, ainsi que d'éviter la corrosion… Dans ces situations, les écoulements fluides sont parallèles aux surfaces, ce qui simplifie leur description et leur calcul (théorie de la lubrification). On parle de lubrification dans le cas où le lubrifiant (mécanique) est liquide et de graissage dans le cas où il est compact1.  En mécanique, on lubrifie les pièces de métal ou de céramique avec un corps gras, comme de l'huile ou de la graisse. Les lubrifiants sont des produits liquides, pâteux ou solides d'origine minérale (hydrocarbures pour l'essentiel), animale, végétale ou synthétique2.  En biologie, la lubrification intervient sous la forme de production, par les muqueuses concernées, d'un mucus à base d'eau. Elle intervient également dans le fonctionnement des articulations qui comptent parmi les meilleurs mécanismes « glissants » que l'on connaisse (Lubrifiant anatomique). 1.2- Les contacts lubrifiés : Dans les contacts lubrifiés un film protecteur sépare les surfaces en contact. Selon les pressions de contact et la vitesse relative des surfaces, différents régimes de lubrification peuvent exister. Ces différents régimes sont successivement décrits dans le cas des contacts surfaciques et des contacts hertziens. Des exemples de mécanismes lubrifiés illustrent ces différents types de contact. Selon les conditions de fonctionnement, différents types de lubrification existent dans les systèmes lubrifiés. Compte tenu des valeurs de la pression dans le contact, il est classique aujourd’hui de distinguer les contacts basses pressions ou contacts surfaciques, des contacts à haute pression ou contacts hertziens. Bien évidemment il n’existe pas une frontière stricte entre ces différents types de contacts et certains mécanismes tels les paliers de bielles des moteurs thermiques et le contact segments piston chemise se situe à la frontière. On classe généralement les paliers, les butées hydrodynamiques uploads/Industriel/ policopi-lubrification.pdf