Pourquoi les roulements de moteur chauffent-ils autant et que peut-on faire pour y remédier ? Cet article examine les causes de l'échauffement des roulements de moteur, des charges excessives aux facteurs environnementaux en passant par une mauvaise lubrification. Vous apprendrez à identifier les signes de surchauffe et découvrirez des solutions pratiques pour assurer le bon fonctionnement de votre moteur. En comprenant ces mécanismes, vous pouvez éviter des pannes coûteuses et prolonger la durée de vie de votre équipement.
Les roulements de moteur sont installés à l'intérieur du moteur. En fait, le corps du moteur lui-même constitue l'environnement de travail du roulement. Il est donc utile de comprendre et d'analyser la surchauffe du moteur avant de se pencher sur les spécificités de la surchauffe des roulements de moteur.
Un moteur, qui est un dispositif de conversion électromécanique de l'énergie, fonctionne principalement par le biais de processus électromagnétiques et mécaniques. Qu'il s'agisse du processus électromagnétique ou mécanique, il y a des pertes, qui sont finalement dissipées sous forme de chaleur. Il en résulte un état de surchauffe observable.
La méthode la plus intuitive pour analyser la surchauffe d'un moteur consiste à la classer en fonction des macro-composants externes du moteur. D'une manière générale, le corps structurel d'un moteur comprend le cadre du stator, le rotor, le système d'étanchéité, le système de roulements, etc.
Du point de vue des mesures externes, on peut distinguer, entre autres, la surchauffe du châssis, la surchauffe du rotor, la surchauffe des roulements et la surchauffe des joints.
Nous comprenons que l'échauffement extérieur de la base du moteur est influencé par l'échauffement du bobinage.
À partir du phénomène de chauffage de la base, nous pouvons distinguer l'augmentation globale de la température et les changements dans la distribution de la température de la base.
Augmentation locale de la température de la base du moteur
Lorsque le moteur fonctionne dans des conditions "normales", la température interne de la base du moteur présente une certaine répartition. Cette répartition est liée à la distribution des sources de chaleur et à la quantité de chaleur à l'intérieur du moteur pendant le fonctionnement. En général, il existe une certaine connexion électrique et mécanique entre les différentes sources de chaleur, de sorte que leurs relations de chauffage présentent également une certaine corrélation.
Par conséquent, dans des conditions de fonctionnement normales, la distribution de la température à l'intérieur du moteur doit présenter une certaine tendance stable. Veuillez noter qu'il est question ici de "distribution de la température" et de "tendance", plutôt que de constance absolue.
L'échauffement anormal du moteur se réfère à des incohérences dans la distribution de la température par rapport à l'état "normal" ("anormal" désigne les états s'écartant de la "normale"). (Cette "anomalie" peut indiquer un dysfonctionnement ou non. Il faut alors procéder à un diagnostic et à une analyse des défauts.
Lorsqu'une température locale "anormale" de la base du moteur est détectée, l'approche de base du diagnostic de la panne consiste à confirmer d'abord la présence de sources de chaleur externes.
La détermination de la source de chaleur constitue la troisième couche de contenu dans ce diagramme. La confirmation de l'existence d'une source de chaleur externe sert en fait à déterminer si la chaleur est activement émise par le moteur lui-même ou s'il s'agit d'un changement passif causé par des influences externes.
En cas de surchauffe locale due à une source de chaleur externe, les ingénieurs motoristes doivent d'abord déterminer si la source de chaleur externe elle-même est normale. Si la source de chaleur externe est normale et provoque une telle augmentation de température, il est nécessaire de confirmer l'impact de cette augmentation de température causée par la source de chaleur externe sur le corps du moteur.
Plus précisément, dans le cas du roulement dont il est question dans cet article, il s'agit de savoir si cette augmentation locale de la température affectera le roulement. Si cette température ne constitue pas une menace sérieuse pour le fonctionnement du roulement, et puisqu'il n'y a pas de problème avec la source de chaleur elle-même, cette "anomalie" peut être définie comme une "absence de défaut", et seules ses variations doivent être surveillées, sans qu'il soit nécessaire de prendre des mesures immédiates.
En cas de surchauffe locale sans source de chaleur externe, les ingénieurs motoristes doivent vérifier le moteur lui-même. Confirmez si cette surchauffe est causée par des défauts internes. Les situations les plus courantes sont les températures locales élevées des enroulements et les températures élevées de l'interface de mouvement relatif entre les pièces mécaniques.
Cette température locale élevée du moteur lui-même est en fait un état de changement thermique actif obtenu par comparaison avec la distribution "normale" de la température. En général, cet état est plus susceptible d'être un "défaut".
Par exemple, des problèmes locaux d'isolation du bobinage, des interférences locales entre les pièces mécaniques, des frottements mutuels, etc. Par conséquent, lorsque le corps du moteur est chauffé localement et qu'il n'y a pas de source de chaleur externe, la possibilité de défauts dans la structure et l'isolation du corps du moteur augmente.
Lorsque nous disons que la température globale de la base du moteur a augmenté, nous voulons dire que la température actuelle du moteur est supérieure à sa température de fonctionnement "normale". En outre, cette répartition de la température sur l'ensemble de la structure du moteur est fondamentalement conforme à l'état "normal".
Les causes possibles de l'échauffement global de la base du moteur sont les suivantes : charge excessive du moteur ; mauvaise dissipation de la chaleur du moteur ; température excessivement élevée de l'environnement de fonctionnement du moteur ; problèmes avec l'ensemble du bobinage ; problèmes de câblage, parmi beaucoup d'autres. Nous les aborderons séparément.
Les variations de charge du couple du moteur entraînent en effet des fluctuations du courant du moteur. Une augmentation du courant provoque ensuite un échauffement plus important du corps du moteur.
D'autre part, si les charges axiales et radiales sur l'extrémité de l'arbre du moteur augmentent, les roulements s'échauffent davantage. Cependant, cette augmentation de température induite par la charge se manifeste principalement par une augmentation localisée de la température dans les roulements du moteur, et non par une augmentation de la température globale du corps du moteur.
Nous pouvons en déduire qu'une augmentation de la température globale du moteur est liée à des charges externes "anormales". Comme indiqué précédemment, une charge "normale", du point de vue de l'équipement, correspond à sa valeur de conception ou aux conditions de fonctionnement prévues avant la conception.
Un moteur qualifié doit fonctionner conformément aux attentes de la conception lorsqu'il est utilisé dans les conditions de conception, ce qui est vérifié lors de la conception du moteur et de l'inspection en usine. Cependant, si l'état de charge du moteur dépasse les attentes initiales de la conception pendant le fonctionnement, l'état de chauffage du moteur devient "anormal". Si cette température dépasse les normes de contrôle, il convient de s'en préoccuper rapidement.
Un moteur rencontre généralement des "charges anormales" qui ne correspondent pas à son cycle de fonctionnement nominal ou à sa charge de travail nominale.
Pour faire une analogie avec les conditions de charge qui dépassent le cycle de travail nominal, prenons l'exemple d'un travailleur qui travaille 8 heures par jour et à qui l'on demande de faire des heures supplémentaires en continu, ce qui augmente son niveau de fatigue. Il en va de même pour un moteur.
Pour les conditions de charge qui dépassent la charge de travail nominale, c'est comme si l'on demandait à un travailleur, qui produit normalement dix articles dans des conditions normales, d'en produire vingt, ce qui augmentera également son niveau de fatigue.
Bien entendu, il s'agit de comparaisons approximatives. Lors de la conception d'un moteur, une certaine capacité de surcharge est prise en compte ; il s'agit de la marge de conception. Si le moteur fonctionne dans des conditions de surcharge, il peut provoquer une augmentation généralisée de l'échauffement.
En outre, certains problèmes d'installation peuvent également entraîner des modifications de la charge interne du moteur. Par exemple, des semelles de moteur mal fixées ou un mauvais alignement du moteur, etc. Ces défauts imposent non seulement une charge supplémentaire au système mécanique et aux roulements du moteur, générant plus de chaleur, mais ils entraînent également un couple supplémentaire dans le moteur lui-même, ce qui provoque un échauffement supplémentaire.
Les changements dans l'environnement de travail du moteur comprennent des changements dans ses conditions de refroidissement et dans la température ambiante. Si nous considérons les variations de l'échauffement global du moteur causées par les changements de charge comme la cause première des changements de température globale, les changements de l'environnement de travail du moteur affectent les conditions de refroidissement du moteur.
La conception du moteur prévoit des températures de fonctionnement et des conditions de refroidissement données (ou nominales). Lorsque les conditions de refroidissement du moteur changent ou que la température de l'environnement change, l'environnement de refroidissement respectif après le chauffage normal du moteur change également en conséquence.
L'étanchéité du moteur dont il est question ici désigne principalement le joint entre l'arbre du moteur et le stator du moteur. Ces joints sont principalement utilisés pour isoler la chambre de roulement du moteur de l'environnement, empêchant ainsi la contamination des roulements. (Bien entendu, il existe des composants d'étanchéité correspondants dans les applications réelles telles que les conduites de refroidissement des fluides, mais ils n'entrent pas dans le cadre de la présente discussion).
Les joints utilisés pour isoler la chambre du roulement de l'environnement extérieur peuvent également être appelés joints de roulement. En général, le joint est fixé d'un côté, tandis que l'autre côté comporte une lèvre chargée d'assurer l'étanchéité.
Les causes principales de l'échauffement du joint de palier sont les suivantes : usure de la lèvre d'étanchéité, endommagement de la partie de la lèvre d'étanchéité, etc.
Pour les joints sans contact, étant donné que la lèvre d'étanchéité n'entre pas en contact avec d'autres composants, un tel mouvement relatif ne génère pas de frottement supplémentaire et ne provoque pas d'échauffement. Un joint labyrinthe courant appartient à cette catégorie.
Pour les joints de contact, il existe une force de contact mutuelle entre la lèvre d'étanchéité et le composant scellé. Lorsque le moteur tourne, il y a un frottement relatif entre les surfaces de contact, ce qui peut provoquer un certain échauffement. En général, cette production de chaleur est stable dans une certaine plage. S'il y a une augmentation supplémentaire de la température, il faut en rechercher la cause.
Usure uniforme de la lèvre d'étanchéité
Si une chaleur supplémentaire est générée dans la pièce scellée, l'état d'usure de la lèvre d'étanchéité peut être vérifié. Si la lèvre d'étanchéité présente une usure uniforme, cela indique qu'un frottement uniforme s'est produit entre la lèvre et la pièce scellée.
Dépassement de la tolérance dimensionnelle dans les composants connexes
La principale cause de l'usure uniforme de la lèvre d'étanchéité des roulements est due à l'écart de taille des composants associés.
Pour les joints sans contact, un tel frottement ne devrait pas se produire. Si l'usure apparaît sur la lèvre des joints sans contact, il faut y remédier.
Lorsque la lèvre du joint subit un frottement uniforme, si la force de contact sur la lèvre du joint est supérieure à celle prévue, ou si la vitesse relative est plus élevée, l'usure sera plus importante.
À ce stade, il convient de vérifier les dimensions de l'arbre. Si la taille de l'arbre est trop grande, cela peut entraîner une force de contact excessive entre la lèvre du joint et l'arbre, ce qui provoque un frottement et un échauffement excessifs.
En outre, le rugosité de la surface de l'arbre doit être vérifiée. Si la surface de l'arbre est trop rugueuse, l'usure entre la lèvre et l'arbre sera plus importante, générant ainsi une chaleur supplémentaire.
Si le rondeur de l'arbre du moteur dépasse la tolérance, il peut également en résulter une force de contact excessive entre l'arbre et la lèvre d'étanchéité dans certaines zones de l'arbre. Cela peut entraîner une usure uniforme de la lèvre d'étanchéité, avec un degré d'usure dépassant les niveaux normaux.
Sélection inappropriée des joints
Lorsque le joint du moteur présente un échauffement, il convient d'inspecter le joint. Si la lèvre du joint est uniformément usée, il est également nécessaire de vérifier la sélection du joint.
Tout d'abord, si la vitesse de rotation réelle du moteur dépasse la vitesse maximale autorisée par le joint, il peut en résulter une usure uniforme excessive de la lèvre du joint, entraînant un échauffement.
Si des substances présentes dans les conditions de travail réelles réagissent chimiquement avec le joint, cela peut entraîner une dégradation du joint du roulement, voire une modification de la taille globale du joint, ce qui se traduit par une force de contact excessive et un échauffement supplémentaire.
Si la température de fonctionnement réelle dépasse la limite de température maximale que le joint peut supporter, cela peut entraîner un ramollissement de la lèvre du joint, ce qui augmente l'usure et peut provoquer un échauffement.
L'usure uniforme de la lèvre du joint peut également être causée par une installation et un entretien inadéquats du joint.
Installation et entretien inadéquats des joints d'étanchéité
Lorsque l'on observe une usure uniforme de la lèvre du joint au cours de son cycle thermique, il convient non seulement de revoir le contenu de l'article précédent, mais aussi d'inspecter l'installation et l'entretien du joint.
Si le joint de palier n'est pas installé correctement, ce qui entraîne un mauvais positionnement de la lèvre du joint, il peut y avoir un frottement excessif entre la lèvre et l'arbre, ce qui génère de la chaleur.
Lors de l'entretien de routine du moteur, il est essentiel d'inspecter l'état d'usure du joint. En fonction de l'usure du joint, il faut envisager de remplacer le joint du palier du moteur afin d'éviter un frottement excessif et la chaleur qui en résulte.
Usure non uniforme de la lèvre du joint
Si une chaleur importante est détectée dans la section du joint du palier du moteur et si l'on inspecte la lèvre du joint, on peut trouver non seulement une usure uniforme, mais aussi des cas d'usure non uniforme.
L'usure non uniforme de la lèvre du joint est principalement liée aux composants du joint ainsi qu'à l'installation et à l'entretien du joint.
Problèmes liés aux composants des joints d'étanchéité
L'usure non uniforme signifie que certaines zones autour de la lèvre du joint sont usées, alors que d'autres ne le sont pas. Cette usure inégale peut être attribuée à la forme, à la tolérance de position ou à la position relative des composants liés au joint.
Si l'arbre du moteur est mal aligné avec la chambre de roulement, un côté de la lèvre du joint peut subir une pression de contact plus importante, ce qui entraîne une usure supplémentaire et une augmentation de la chaleur. Par conséquent, lorsque l'on constate de telles caractéristiques d'usure de la lèvre d'étanchéité, il convient de vérifier si l'arbre du moteur et la chambre de roulement ne sont pas parallèlement désalignés.
Lorsque l'arbre moteur et la chambre de roulement sont angulairement désalignés, un frottement excessif entre l'arbre moteur et la lèvre d'étanchéité se produit dans la direction du désalignement et dans sa direction opposée. Les endroits situés à 90 degrés de ce désalignement subiront une usure moindre. En revanche, les zones confrontées à un frottement excessif génèrent une chaleur supplémentaire et présentent une usure non uniforme autour de la lèvre d'étanchéité.
Un tel désalignement entre l'arbre du moteur et la chambre de roulement peut être dû à un désalignement de l'arbre ou de la chambre de roulement (principalement la partie d'installation du joint). Lorsque la chambre de roulement est mal alignée, que ce soit parallèlement ou angulairement, il est probable que la lèvre du joint présente une usure non uniforme sur sa circonférence, ce qui génère de la chaleur supplémentaire.
Mauvaise installation des joints
Lorsque les joints des roulements du moteur chauffent, l'usure irrégulière de la circonférence peut être liée à l'installation et à l'entretien des joints eux-mêmes.
Si la position d'installation des joints de palier du moteur n'est pas correcte et que les joints ne sont pas alignés avec l'arbre, il en résulte un désalignement entre l'axe du joint et l'axe de la base, y compris un désalignement parallèle et un désalignement angulaire.
Cela pourrait entraîner une usure supplémentaire des joints et une production de chaleur correspondante, similaire aux problèmes de désalignement de l'arbre du moteur et du logement du palier.
En outre, si la lèvre du joint a été endommagée lors de l'installation des joints de palier du moteur, cela peut potentiellement entraîner une déformation de la lèvre, ce qui conduit à un mauvais contact local. Il peut en résulter un frottement local excessif et un échauffement ultérieur.
Détérioration des joints de palier du moteur
Lorsque les joints des roulements du moteur sont endommagés ou déformés, le frottement de contact des lèvres peut augmenter, ce qui entraîne une production de chaleur.
Par conséquent, si une surchauffe locale se produit dans la section du joint du palier du moteur, il est conseillé de vérifier si les joints eux-mêmes sont endommagés ou déformés.
Les causes d'endommagement et de déformation des joints de palier sont les suivantes :
Installation et entretien inadéquats
Lors de l'installation et de l'entretien des joints de palier de moteur, si le cadre du joint était endommagé, cela pourrait entraîner une déformation du joint entier ou d'une partie de celui-ci. Cette déformation modifierait le contact de la lèvre avec la surface étanche.
Un contact trop faible réduirait l'effet d'étanchéité, tandis qu'un contact trop important augmenterait la friction, ce qui entraînerait une production de chaleur supplémentaire. Par conséquent, lorsqu'un échauffement supplémentaire dû au frottement se produit dans une partie du joint, il est important d'inspecter l'état du joint afin d'éliminer toute erreur d'installation ou de maintenance et tout écart de positionnement lors de l'installation du joint.
Outre les problèmes d'installation et d'entretien, les dommages causés aux joints peuvent également être liés à des interférences entre les joints et les composants environnants.
Interférence avec les composants environnants
Pour les joints sans contact, lorsque le moteur est en marche, les joints ne doivent pas interférer avec les composants fixes. En cas d'interférence, les pièces concernées seront endommagées, ce qui produira de la chaleur et entraînera une surchauffe des joints.
Par conséquent, à ce stade, il convient de vérifier la relation dimensionnelle entre les joints et les composants environnants. En se basant sur l'emplacement de l'interférence du joint, il est possible de trouver l'emplacement des pièces correspondantes et d'inspecter les composants liés à cet emplacement. Simultanément, les marques d'usure correspondantes peuvent être trouvées sur ces pièces afin de confirmer l'usure et d'apporter des corrections.
Pour les joints de contact, outre les lèvres du joint, les joints ne doivent pas interférer avec d'autres composants mobiles. L'état d'usure des lèvres des joints de contact peut être jugé sur la base de l'usure uniforme et non uniforme introduite précédemment. En outre, les marques d'interférence apparaissant sur les joints doivent être comparées aux marques correspondantes sur d'autres pièces au même endroit afin de les confirmer et de les éliminer.
Rotation des joints
Dans les conditions de travail, le joint doit être fixé dans son ensemble au stator ou au rotor de l'équipement. Le frottement pendant le fonctionnement doit se produire au niveau des lèvres du joint. Dans le même temps, le joint et sa partie fixe doivent être relativement immobiles. Si certaines parties du joint présentent un échauffement anormal et qu'il y a un changement de position relative de la partie fixe du joint, cela peut indiquer un problème de rotation du joint.
La rotation du joint peut provoquer un échauffement localisé et réduire l'efficacité de l'étanchéité. Ce problème doit être corrigé immédiatement. Le problème peut provenir d'un problème de tolérance entre le joint et la partie fixe, ou d'un problème de surtension du joint lui-même.
Parfois, les changements de dureté du matériau dus à l'échauffement peuvent altérer l'étanchéité de l'ajustement entre le joint et les pièces correspondantes, entraînant un risque de rotation. En cas de rotation du joint, il est possible d'identifier et d'éliminer la cause première en tenant compte des dimensions et des effets de la température.
Jusqu'à présent, nous avons présenté 77 nœuds relatifs au chauffage du moteur et 56 nœuds relatifs aux joints dans la carte heuristique du chauffage du moteur. Nous continuerons à expliquer le contenu de plus de 400 autres nœuds à l'avenir.
La discussion précédente a abordé les questions relatives à la production de chaleur dans le moteur, y compris les conditions de chaleur liées au corps du moteur et aux joints d'étanchéité du moteur. L'accent est désormais mis sur les composants de la surchauffe du moteur liés aux roulements.
Comme indiqué précédemment, la température des roulements de moteur ne doit pas être évaluée uniquement sur la base de la valeur absolue, mais également en tenant compte de la répartition de la température au sein des composants du roulement.
En ce qui concerne les valeurs d'alerte de température pour la surchauffe des roulements de moteur, elles sont documentées dans de nombreuses normes internationales et nationales, qui ne seront pas rappelées ici.
Voici une carte heuristique qui traite des problèmes de surchauffe des moteurs. Ce diagramme aborde la question de la chaleur liée aux roulements de moteur dans deux directions : premièrement, les situations où il n'y a pas de différence de température significative entre les composants du roulement et le carter du moteur, et deuxièmement, les scénarios où il y a une disparité de température considérable entre les composants du roulement et le carter du moteur.
La question de savoir si le moteur température des roulements est supérieure à la température du siège ou non est essentiellement une évaluation de la distribution de la température. Cette détermination est faite sur la base de l'identification de l'état de chauffage attendu du roulement lui-même.
Pendant le fonctionnement, le roulement lui-même génère de la chaleur, mais la chaleur générée par le roulement lui-même ne devrait pas être la partie principale du chauffage du moteur. En matière de chauffage, le roulement joue principalement un rôle d'absorption passive.
Sur la base des conclusions ci-dessus, il convient d'utiliser la répartition de la température entre l'auto-échauffement du roulement du moteur et la température globale du siège du moteur comme point de départ de l'analyse de diagnostic des défauts.
D'après l'introduction précédente, on peut comprendre que lorsque la température du palier du moteur n'est pas supérieure à la température du siège, ou qu'elle est légèrement et durablement supérieure à la température du siège (remarque : "pas supérieure à" se réfère ici à un petit gradient qui n'augmente pas continuellement), il s'agit d'une performance normale du palier du moteur.
En d'autres termes, à ce moment-là, le fonctionnement interne du palier du moteur ne doit pas s'écarter de manière significative de l'état normal. D'une manière générale, le risque de suspecter un défaut interne dans le palier du moteur est réduit à ce moment-là.
Lorsque la température du palier du moteur n'est "pas" supérieure à la température du siège du moteur, il y a deux situations : la température du palier du moteur n'est pas supérieure à la température du siège du moteur. température du moteur est supérieure à la température d'alarme ; la température du palier du moteur est supérieure à ce que le palier peut supporter.
Pour que la température du moteur soit supérieure à la température d'alarme dont il est question ici, il faut que la température du palier du moteur ne soit "pas" supérieure à la température du siège du moteur. À ce stade, la situation d'auto-échauffement du siège du moteur doit être vérifiée en premier lieu. Une enquête détaillée doit être menée sur la base du contenu des cinq articles précédents.
Si des problèmes provoquant une augmentation de la température globale du moteur sont découverts lors de l'examen de l'échauffement global du moteur, ils doivent être éliminés.
Si, après enquête, il n'y a pas de défaut du moteur dans son ensemble, ou si ces différentes conditions de travail entraînent un dépassement de la température du moteur par rapport à l'avertissement, il ne s'agit peut-être pas d'un défaut du moteur ou du palier, mais plutôt de la température attendue du moteur fonctionnant dans des conditions différentes. Lorsque cette température dépasse certaines limites d'alarme standard, la limite d'alarme doit être ajustée.
L'ajustement de la valeur d'alarme de température peut se référer aux normes pertinentes, mais surtout, il doit être déterminé sur la base des conditions de travail réelles. En général, la température d'alarme pour les conditions de travail peut être déterminée à l'aide de données historiques ou d'une estimation du chauffage sous différentes charges. Le réglage de cette limite d'alarme s'apparente à la norme de l'entreprise basée sur la norme nationale.
D'autre part, ce réglage de la valeur d'alarme de la température du palier du moteur ne doit pas dépasser la limite de température que le palier peut supporter.
La température du palier du moteur dépasse la limite de température que le palier du moteur peut supporter.
Les variations de température du palier du moteur peuvent affecter les performances de la lubrification et de la cage du moteur. Lorsque la température atteint une certaine limite, elle peut même affecter des propriétés telles que les performances de la cage du moteur. acier pour roulements.
En général, il existe une limite de base à la température à laquelle un palier de moteur peut fonctionner. Lorsque la température du palier du moteur dépasse cette limite, le palier ne peut pas atteindre les performances attendues. (Veuillez noter que notre discussion actuelle est basée sur le fait que la température du palier du moteur ne dépasse pas la température du carter du moteur, ce qui implique que le palier du moteur n'est probablement pas en état de défaillance. Les discussions sur les roulements en état de défaillance seront abordées dans l'arbre de défaillance suivant).
Dans les situations ci-dessus, la première chose à faire est de régler le moteur. Si le corps du moteur génère de la chaleur, il est possible d'y remédier. Si le moteur surchauffe pour des raisons opérationnelles, ou si la température ambiante dans laquelle le moteur fonctionne entraîne une surchauffe du moteur, le réglage du moteur ne réduira pas la température.
L'action nécessaire consisterait alors à ajuster le roulement. En d'autres termes, nous devons ajuster la sélection du roulement pour que le nouveau roulement puisse fonctionner comme prévu à cette température.
Jusqu'à présent, nous avons abordé des scénarios dans lesquels la température du roulement du moteur "ne dépasse pas" la température du carter du moteur. Cette situation incite souvent les ingénieurs de terrain à rechercher des défauts en dehors du roulement.
En fait, il n'est pas conseillé aux ingénieurs d'appliquer la conclusion ci-dessus de manière trop rigide. La conclusion ci-dessus selon laquelle il n'y a pas de faute n'est qu'une probabilité et n'exclut pas les problèmes liés à l'utilisation de l'appareil. application des roulements dans certains cas. Voici quelques scénarios possibles :
Premièrement, la température du palier du moteur ne dépasse pas la température du boîtier, mais elle est supérieure à la température des autres paliers du même modèle. Dans ce cas, il peut y avoir des différences dans l'état du mouvement à l'intérieur du palier du moteur par rapport à d'autres paliers du même modèle et dans les mêmes conditions de travail. Cette anomalie identifiée par la comparaison latérale doit également faire l'objet d'une attention particulière.
Même si la température ne dépasse pas la température du logement et reste parfois dans la plage autorisée pour le fonctionnement du roulement, il peut s'agir d'un premier stade de défaillance. Il est donc possible de déterminer la situation sur place grâce à la méthode de comparaison latérale décrite ci-dessus.
Deuxièmement, il faut tenir compte de la tendance de la température. Dans certains cas, la température du palier du moteur augmente, mais dans un premier temps, la température du palier du moteur est supérieure à celle du boîtier. Au fur et à mesure que le défaut progresse, la température dépasse celle du boîtier, ce qui indique que le palier du moteur génère de la chaleur.
Par conséquent, l'ancien "pas plus élevé que la température du logement" n'est qu'une situation temporaire. À ce stade, l'ingénieur motoriste doit procéder à une comparaison longitudinale sur la ligne du temps. Si la température du palier du moteur est stable, cela indique que la situation est normale. Toutefois, si la situation se détériore et que la température augmente continuellement, cela indique qu'il peut encore y avoir des défauts potentiels.
En conclusion, pour diagnostiquer les défauts des roulements de moteur, il faut appliquer les connaissances théoriques avec souplesse et faire des comparaisons horizontales et verticales de l'état de l'équipement. La précision du diagnostic des défauts s'en trouvera grandement améliorée.
Lorsque la température du palier du moteur n'est pas beaucoup plus élevée que la température de base du moteur, la chaleur globale générée par le palier du moteur n'est pas une composante majeure de la chaleur du moteur. La distribution de la température à ce moment-là correspond à la distribution normale attendue. Par conséquent, du point de vue de la distribution de la température, la probabilité d'une défaillance du palier peut être quelque peu minimisée.
Toutefois, lorsque la température du palier du moteur est nettement plus élevée que la température de l'embout et de la base du moteur, le palier, en tant que principale source de chaleur, affecte de manière significative la répartition globale de la température du moteur. Cet écart par rapport à la répartition attendue de la température entre le palier du moteur et la base permet de suspecter une défaillance potentielle du palier.
Comme indiqué précédemment, lorsque la température du palier du moteur est sensiblement plus élevée que la température de base, les sources de chaleur du palier comprennent à la fois des composants internes et externes. La chaleur externe provient des composants adjacents tels que l'arbre et la chambre de roulement. La chaleur interne provient de diverses frictions à l'intérieur du palier.
Lorsque la température du roulement dépasse la température de base, cela signifie que le frottement interne du roulement du moteur domine la production de chaleur, devenant ainsi un facteur majeur de l'augmentation de la température.
Les principaux facteurs à l'origine de l'échauffement des paliers de moteur sont les suivants :
Analysons-les un par un.
Charge sur le palier du moteur
L'une des causes de l'échauffement des paliers de moteur est un problème de charge. Lors de la sélection des paliers de moteur, la durée de vie du palier est vérifiée en fonction des conditions de fonctionnement définies. Ce contrôle consiste essentiellement à vérifier la capacité de charge du palier de moteur choisi. Lorsque le palier du moteur s'échauffe, les scénarios suivants nécessitent une vérification de la charge du palier du moteur :
Dans ce cas, si un échauffement se produit dans le roulement et qu'aucune autre anomalie n'est apparente, il convient de comparer la conformité de la conception et la charge réelle sur le roulement du moteur. Cela permet d'identifier d'éventuelles divergences.
Tout d'abord, lorsque l'on compare la conformité de la conception et la charge réelle du palier du moteur, il faut vérifier la charge réelle par rapport à la différence de durée de vie. Sur la base de la charge réelle, revérifier la charge du palier du moteur. Si la durée de vie du roulement vérifiée sous la charge réelle est inférieure au résultat de la vérification de la conception ou inférieure à la durée de vie requise par les conditions de fonctionnement, la sélection du roulement est insuffisante.
Si ce problème survient pendant la phase d'essai de conception, le choix du roulement doit être ajusté en fonction des conditions de charge réelles.
Si ce problème survient pendant l'utilisation du moteur, cela signifie que la charge à l'extrémité de l'arbre du moteur est supérieure à la conception donnée, et que la charge de fonctionnement du moteur doit être ajustée.
Outre la marge de conception pour les performances électriques du moteur lors de la conception générale du moteur, il peut être nécessaire, si le scénario d'application du moteur varie considérablement, de laisser une certaine marge de conception pour la sélection des roulements du moteur. En général, dans cette marge de conception, l'échauffement normal des roulements du moteur ne devrait pas poser de problème.
Il convient de noter que cette marge de conception doit être raisonnable. Si la marge de conception est faible, la charge sur le roulement du moteur sera importante, ce qui peut entraîner des problèmes tels que l'échauffement. D'autre part, si la marge de conception est trop importante, la charge minimale sur le roulement du moteur peut être insuffisante, ce qui entraînera également un échauffement anormal du roulement. (Le contenu connexe sera présenté ultérieurement.)
En plus de vérifier si la charge due au roulement est trop importante pour le problème d'échauffement causé par la charge du roulement du moteur, d'autres aspects de la charge du roulement du moteur doivent également être vérifiés. Parfois, ces aspects ne sont pas découverts lors du contrôle de la durée de vie du palier du moteur.
En cas de surchauffe des paliers de moteur, il convient de comparer la charge que les paliers de moteur devraient supporter avec la charge réelle supportée par le moteur afin de déterminer si la sélection des paliers de moteur est inappropriée ou si la charge donnée au moment de l'application du moteur est incorrecte. Parallèlement, il convient de fournir une description générale de la question de la marge de sélection de la charge pour les paliers de moteur afin d'éviter de telles situations de surchauffe.
Outre la vérification de la "charge prévue" supportée par les roulements du moteur, d'autres situations doivent parfois être examinées.
Par exemple, si les roulements du moteur ont assumé des composantes de charge que leur capacité de charge ne possède pas.
Voici quelques situations courantes dans les moteurs :
Tout d'abord, les roulements de moteur sont équipés de structures à extrémité flottante et à extrémité non flottante, ainsi que de structures à emplacement croisé. Dans les moteurs dotés de structures à extrémité flottante et non flottante, la charge axiale est supportée par le roulement à extrémité flottante, et le roulement à extrémité non flottante ne doit pas supporter de charge axiale. Par conséquent, la charge axiale n'est généralement pas prise en compte lors de la sélection des roulements.
À ce moment-là, si le roulement flottant supporte une charge axiale, il peut provoquer des problèmes tels qu'une surchauffe du roulement. Dans de tels cas, il est nécessaire de vérifier l'état des roulements. structure du moteur pour s'assurer que le palier de l'extrémité flottante est approprié.
Dans les situations ci-dessus, l'objectif de l'enquête est d'identifier la source de la force axiale sur le palier de l'extrémité flottante et de l'éliminer.
Dans la structure de positionnement en bout ou en croix du système de roulements du moteur, si la direction de la charge supportée par le roulement dépasse les prévisions de conception, cela peut également entraîner une surchauffe du roulement. Un exemple typique est lorsque le moteur utilise des roulements à capacité de charge unidirectionnelle tels que les roulements à billes à contact oblique.
Si une force axiale inverse se produit, le roulement peut se désengager, ce qui entraîne une surchauffe du roulement du moteur, voire sa destruction. Il convient alors d'identifier et d'éliminer la source de la force axiale inverse. Si elle ne peut pas être éliminée (ou si les conditions de fonctionnement sont correctes), il est nécessaire d'ajuster la configuration du système de roulement du moteur.
Certains roulements ont une certaine capacité de charge, mais leur capacité de charge axiale est limitée. Lorsque la charge axiale dépasse la capacité de charge axiale de ce roulement, le roulement surchauffe. Par exemple, les roulements à billes à gorge profonde, bien qu'ils aient une certaine capacité de charge axiale, si la force axiale est trop importante, le roulement surchauffera.
Toutefois, en règle générale, cette situation peut être détectée dans les calculs de durée de vie. La solution à cette situation consiste à modifier la sélection des roulements du moteur pour qu'ils puissent supporter des charges axiales importantes.
Une autre situation est difficile à percevoir dans les calculs conventionnels de la charge des roulements de moteur. Par exemple, le roulement à rotule sur rouleaux a une certaine capacité de charge axiale, mais sous une certaine charge axiale, la colonne de rouleaux à vide est susceptible d'avoir une charge minimale insuffisante ou un désengagement et un glissement. Dans ce cas, la surchauffe du roulement se manifestera.
À ce moment-là, il est préférable d'ajuster la sélection des roulements. S'il est impossible de l'ajuster, il existe certaines mesures pour l'atténuer, mais il n'est pas possible d'y remédier. Par exemple, des méthodes telles que la réduction de la viscosité de la graisse lubrifiante dans une fourchette raisonnable et le serrage approprié de la bague extérieure du roulement peuvent aider.
Nous parlons ici de la surchauffe d'un roulement de moteur causée par le fait que la charge réelle supportée par le roulement ne correspond pas à la charge conçue ou prévue pour le roulement. En effet, lors du processus de diagnostic et d'analyse des défaillances des roulements de moteur, des traces correspondant à de telles situations peuvent être trouvées à la surface des rouleaux et des chemins de roulement grâce à l'analyse des défaillances des roulements.
Les facteurs liés à la charge dans la surchauffe des paliers de moteur doivent être comparés non seulement aux spécifications prévues, mais aussi à la capacité de charge du palier.
Nous avons déjà évoqué l'écart qui existe entre la charge réelle que subit un roulement de moteur et la charge prévue, ce qui peut conduire à l'échauffement du roulement de moteur. Il s'agit essentiellement de comparer la charge réelle du roulement à la charge prévue lors de la phase de conception.
Les charges des roulements de moteur sont principalement radiales et axiales. Pour diagnostiquer les problèmes d'échauffement des roulements de moteur, il est nécessaire de comparer les différentes charges auxquelles le roulement est soumis, afin d'identifier le problème.
En ce qui concerne la charge radiale d'un roulement de moteur, si le roulement est soumis à une charge radiale supérieure à ce qu'il peut supporter, il ne pourra pas atteindre sa durée de vie prévue. Cela peut être dû au fait que le roulement est sous-dimensionné.
Dans les cas où le roulement de moteur sélectionné est sous-dimensionné, la capacité de charge du roulement peut être insuffisante. Si l'on s'en aperçoit pendant la phase d'essai de conception, il faut envisager d'ajuster la sélection. Si la dimension radiale externe du roulement est limitée et ne peut être augmentée, choisissez un type de roulement ayant une capacité de charge supérieure parmi ceux ayant le même diamètre externe.
Il peut s'agir de
Si, au cours des essais de conception, on découvre que la capacité de charge du roulement du moteur est insuffisante et que la taille radiale du moteur peut être augmentée, il convient d'envisager l'utilisation d'un roulement de plus grand diamètre.
Qu'il s'agisse de changer de type de roulement ou d'augmenter la taille du même type pour améliorer sa capacité de charge, il est nécessaire de recalculer la capacité de charge du roulement avant de faire un choix, afin de s'assurer de la justesse de la nouvelle sélection.
Dans les cas où le roulement du moteur est mal configuré :
Si la charge radiale sur le roulement du moteur est trop importante, cela peut être dû à une mauvaise conception lors de la configuration du roulement du système d'arbre, ce qui fait que le roulement supporte une charge qu'il ne devrait pas. Pour le vérifier, il faut généralement comparer les dessins et les mesures réelles.
S'assurer que la structure d'assemblage réelle de la pièce à usiner est raisonnable et que la configuration du roulement est appropriée. Si la configuration du roulement est raisonnable, la structure de support du système d'arbre doit être ajustée. Si la configuration du palier ne peut pas être modifiée, le choix du palier doit être modifié pour s'adapter au fonctionnement du palier sous cette charge structurelle.
Dans les cas où la charge sur l'extrémité de l'arbre du moteur est inappropriée :
Si le roulement du moteur est soumis à une charge excessive et que, après inspection, aucun problème n'est constaté au niveau du choix des roulements internes et de la structure du moteur, il est nécessaire de procéder à une inspection plus poussée de la source de la charge radiale exercée sur le roulement. Les causes les plus courantes sont une tension excessive de la poulie et une force radiale excessive due au poids de l'accouplement.
En fait, un accouplement n'est généralement pas trop lourd, mais la distance entre le point d'action de l'accouplement et les deux roulements peut affecter la charge réelle du roulement. La même force radiale se traduit par des charges radiales de roulement différentes à des distances d'extrémité d'arbre différentes, ce qui doit être vérifié.
La discussion ci-dessus porte sur les facteurs de charge radiale liés à l'échauffement du palier de moteur dans le contexte de la charge du palier. Dans les conditions de travail réelles, les charges des roulements comprennent également des charges axiales, et des charges axiales inappropriées peuvent également entraîner une production de chaleur indésirable pendant le fonctionnement du roulement du moteur.
Comme indiqué précédemment, les roulements de moteur peuvent également générer de la chaleur lorsqu'ils sont soumis à des charges axiales excessives. Comme dans le cas où une surcharge radiale entraîne une surchauffe du roulement, lorsqu'une charge axiale est trop importante, il faut se demander si le choix du roulement est approprié, si le montage du roulement est adéquat et si la charge réelle sur le roulement est correcte.
En cas de sélection de roulements sous-dimensionnés :
La conception des roulements de moteur tient compte des charges axiales qu'ils peuvent avoir à supporter. Toutefois, si la charge axiale réelle est supérieure à la charge axiale prévue, les roulements du moteur produiront de la chaleur supplémentaire, ce qui entraînera un mauvais chauffage.
Dans ce cas, il est nécessaire d'ajuster la sélection des roulements du moteur. Les méthodes d'ajustement sont similaires à celles utilisées pour une capacité de charge radiale insuffisante, mais les ajustements du type de roulement sont différents. Ces ajustements peuvent comprendre
Outre l'utilisation de différents les types de roulements pour supporter des charges axiales plus importantes, la capacité de charge axiale du roulement peut également être augmentée en utilisant des roulements plus grands.
Qu'il s'agisse de changer de type de roulement ou de choisir un roulement plus grand, une fois le choix confirmé, la capacité de charge du roulement doit être recalculée pour s'assurer de la justesse du choix.
En cas de mauvaise disposition des roulements du moteur :
En raison d'une mauvaise disposition des roulements du moteur, ceux-ci peuvent supporter une charge axiale qu'ils ne devraient pas supporter, ou la charge axiale qu'ils supportent peut être trop importante, ce qui peut entraîner une surchauffe des roulements du moteur.
Dans de telles situations, si la disposition du système de roulement du moteur peut être ajustée, la configuration du système de roulement doit être ajustée. Si la disposition du système de roulement du moteur ne peut pas être ajustée, le type de roulement doit être ajusté, et un type de roulement qui peut satisfaire aux conditions de charge basées sur la charge supportée par le roulement doit être sélectionné.
En cas de charge externe inappropriée sur le moteur :
La charge externe du moteur est la cause directe de la charge sur le système d'arbre du moteur. Si une charge axiale apparaît sur un système d'arbre qui ne devrait pas supporter de charge axiale, elle est probablement due à une charge externe inappropriée.
Pour les moteurs raccordés à des poulies, étant donné que la méthode de transmission passe par les poulies, il ne devrait pas y avoir de charge axiale sur le système d'arbre du moteur. Toutefois, en cas de désalignement des poulies, ce type de connexion peut exercer une certaine force axiale sur le système d'arbres. Ce point doit être vérifié lors du diagnostic des défauts.
Lorsque l'extrémité de l'arbre du moteur est reliée à un accouplement, un mauvais alignement de l'accouplement peut entraîner une charge axiale sur le système d'arbres. Par conséquent, lorsqu'une charge axiale anormale apparaît sur le système d'arbre du moteur, la connexion de l'accouplement doit également être vérifiée.
Nous avons évoqué des situations où les charges radiales et axiales supportées par les roulements du moteur sont supérieures aux charges que les roulements devraient supporter. Dans ces cas, la principale orientation du diagnostic consiste à trouver la source de la charge et à élaborer des plans d'ajustement raisonnables ou des mesures d'élimination en fonction de la source.
Outre la surcharge normale, il peut arriver que la charge à l'intérieur du palier du moteur soit trop faible ou que la répartition de la charge soit anormale. Ces deux situations peuvent également entraîner une production de chaleur supplémentaire dans les roulements du moteur.
Les roulements de moteur peuvent s'échauffer lorsqu'ils sont soumis à une charge supérieure à celle qu'ils devraient idéalement supporter. Cela signifie-t-il que la charge sur le roulement du moteur doit être aussi faible que possible ? La réponse est non.
Si la charge d'un roulement de moteur est inférieure au minimum requis pour son fonctionnement, un roulement pur ne peut pas se former à l'intérieur du roulement pendant le fonctionnement. Il en résulte un glissement relatif entre les éléments roulants et le chemin de roulement à l'intérieur du roulement, ce qui provoque un surcroît de chaleur pouvant entraîner une surchauffe du roulement.
En cas de surchauffe des roulements de moteur, la relation entre la charge du roulement et la charge minimale peut être vérifiée à l'aide de la méthode de calcul de la charge du roulement. La preuve peut également être trouvée dans les marques de défaillance du roulement défectueux.
Si le choix du roulement peut être ajusté en cas de surchauffe, on peut essayer de le remplacer par un roulement ayant une capacité de charge inférieure. Par exemple, les roulements à billes peuvent remplacer les roulements à rouleaux, les roulements à une rangée peuvent remplacer les roulements à deux rangées, ou les roulements plus petits peuvent remplacer les roulements plus grands.
Avant de décider de remplacer le roulement en raison d'une charge minimale inadéquate provoquant un échauffement, un calcul de vérification doit être effectué sur la charge réelle du roulement, la charge minimale et la durée de vie du roulement afin de s'assurer du succès et de l'efficacité du remplacement du roulement.
Lorsqu'un palier de moteur surchauffe en raison d'une charge minimale insuffisante et qu'il est impossible de le remplacer par un palier ayant une capacité de charge inférieure, la viscosité de la lubrification du palier de moteur peut être réduite de manière appropriée. Cette méthode peut contribuer à réduire la charge minimale requise pour le fonctionnement du palier dans une certaine mesure, mais elle peut ne pas fonctionner pour toutes les défaillances thermiques du palier de moteur causées par une charge minimale insuffisante.
Les défaillances de chauffage des paliers de moteur dues à des problèmes de charge peuvent être causées non seulement par des charges excessives ou insuffisantes, mais aussi par une mauvaise répartition de la charge. Un exemple typique est le problème d'excentricité de la charge du palier du moteur.
Le problème de l'excentricité de la charge des roulements de moteur se réfère à une situation où il y a un décalage ou un désalignement entre la charge supportée par le roulement de moteur et l'axe du trou central du roulement. Dans ce cas, les éléments roulants à l'intérieur du roulement ne peuvent pas fonctionner au milieu de la zone de charge, ce qui entraîne parfois une charge locale excessive, alors qu'ils sont trop légers dans d'autres zones. Cela peut entraîner un échauffement supplémentaire pendant le fonctionnement du roulement du moteur.
Le problème d'excentricité du palier de moteur peut être dû à une mauvaise installation du palier de moteur ou à des tolérances de forme et de position inappropriées des pièces concernées du palier de moteur.
Lorsqu'une charge excentrique se produit dans le roulement, l'analyse de la défaillance du roulement du moteur permet d'en trouver la preuve, et les caractéristiques correspondantes apparaissent également sur l'étiquette du moteur. spectre vibratoire du roulement du moteur.
En général, les tolérances de forme et de position de l'arbre du moteur et de la chambre de roulement sont vérifiées afin d'exclure les problèmes de taille des pièces connexes du palier du moteur. Le processus d'installation du palier de moteur est également examiné afin d'éliminer les causes possibles d'une charge excentrique sur le palier de moteur.
Jusqu'à présent, nous avons abordé les problèmes d'échauffement des roulements de moteur causés par une charge incorrecte et leurs contre-mesures de base. L'échauffement des roulements de moteur comprend de nombreux facteurs autres que la charge, tels que la vitesse, la lubrification, l'étanchéité, l'endommagement des roulements, etc.
Comme indiqué précédemment, outre l'impact de la charge du roulement sur la production de chaleur, de nombreux autres facteurs influencent la production de chaleur des roulements de moteur, la vitesse étant un facteur important à ne pas négliger. Lors de la conception des moteurs, les ingénieurs doivent s'assurer que la vitesse réelle du roulement se situe dans la plage de tolérance du roulement. Des vitesses trop élevées ou trop basses peuvent entraîner un échauffement anormal des roulements.
Avant de discuter des implications des vitesses trop élevées ou trop basses, nous avons besoin d'une norme de référence. En d'autres termes, qu'est-ce qui est considéré comme trop élevé ou trop bas par rapport à quoi ? En règle générale, un catalogue complet de roulements fournit une valeur de vitesse nominale, y compris des concepts tels que la vitesse nominale de lubrification à l'huile, la vitesse nominale de lubrification à la graisse, la vitesse de référence thermique et la vitesse ultime.
Tout d'abord, lorsque la vitesse du moteur dépasse la vitesse de référence thermique du roulement, ce dernier a tendance à chauffer. Parfois, cet échauffement perturbe l'équilibre thermique du palier, ce qui entraîne une usure du palier. Dans d'autres cas, un nouvel état d'équilibre thermique se forme, qui peut ne pas causer directement la brûlure du roulement, mais peut affecter des facteurs tels que la lubrification, réduisant ainsi la durée de vie du roulement.
Lorsque la vitesse de fonctionnement réelle du moteur dépasse la vitesse de référence thermique du roulement, la première étape consiste à examiner et à ajuster le choix du roulement, si les conditions le permettent. Les principes de réglage des roulements sont les suivants
Choisissez des roulements ayant des capacités de vitesse plus élevées pour remplacer les roulements actuels qui surchauffent. Comme expliqué dans les articles présentant les performances de vitesse des roulements, les roulements à billes de même diamètre intérieur et extérieur ont généralement une capacité de vitesse plus élevée que les roulements à rouleaux ; les roulements à une rangée ont une capacité de vitesse plus élevée que les roulements à plusieurs rangées. Les roulements à une rangée ont des capacités de vitesse plus élevées que les roulements à plusieurs rangées. Par conséquent, des ajustements peuvent être effectués selon ce principe lorsque l'on change le type de roulements.
Pour un même type de roulement, le diamètre du roulement est également lié à sa capacité de vitesse. Par conséquent, parmi les roulements qui peuvent répondre aux exigences de charge du moteur, le manque de capacité de vitesse peut être amélioré en ajustant la taille du roulement.
En général, les roulements de la série légère ont des capacités de vitesse plus élevées que les roulements de la série lourde, et les roulements de petit diamètre ont des capacités de vitesse plus élevées que les roulements de grand diamètre. Cependant, qu'il s'agisse de changer la série légère/lourde des roulements ou de modifier le diamètre des roulements, cela doit toujours être fait pour répondre aux exigences de capacité de charge des roulements. Par conséquent, en plus de vérifier la vitesse, il est également nécessaire de revérifier la durée de vie des roulements.
Dans les roulements de même taille et de même type, les différentes conceptions internes ont également un impact sur la capacité de vitesse du roulement. En règle générale, les roulements avec cage en nylon ont des vitesses plus élevées que ceux avec cage en acier ou en laiton ; les roulements avec cage en acier ont des vitesses plus élevées que ceux avec cage en laiton, et les cages en acier estampé ont des vitesses plus élevées que les cages usinées. Cette règle peut également s'appliquer aux situations où la vitesse dépasse la vitesse limite mécanique.
Cet article expose les principes et les mesures permettant de régler le palier du moteur lorsque la vitesse de fonctionnement du palier du moteur dépasse sa vitesse de référence thermique. En fait, lorsque la vitesse de fonctionnement réelle du palier du moteur dépasse sa vitesse de référence thermique, il est également possible d'y remédier en améliorant la lubrification et les méthodes de dissipation de la chaleur.
Le texte explique que lorsque la vitesse de fonctionnement réelle du palier du moteur est supérieure à la vitesse de référence thermique du palier du moteur, les principes et les idées de traitement sont obtenus en ajustant le choix et la taille du palier.
En fait, il n'est pas difficile de le découvrir à partir de la définition de la vitesse de référence thermique du palier du moteur : lorsque la vitesse du palier du moteur dépasse la vitesse de référence thermique mais est inférieure à la vitesse limite mécanique, des ajustements peuvent être effectués en améliorant la lubrification et en augmentant la dissipation de la chaleur.
Cela permet d'éviter une défaillance prématurée du roulement. Les ajustements du refroidissement et de la dissipation de la chaleur sont principalement réalisés en augmentant le débit de la pompe à chaleur. moyen de refroidissement et en réduisant la température du milieu de refroidissement, comme le flux d'air du ventilateur de refroidissement du moteur, ou en améliorant la dissipation de la chaleur du milieu de refroidissement pour abaisser sa température.
De cette manière, l'augmentation de la température du palier du moteur est compensée par une diminution de la température du fluide de refroidissement, ce qui permet de passer d'un état d'équilibre thermique à un autre.
Les ajustements de la lubrification pour résoudre le problème de génération de chaleur causé par la vitesse de rotation élevée du palier du moteur peuvent être effectués de la manière suivante :
Premièrement, la viscosité du lubrifiant peut être ajustée. Pour les graisses moteur couramment utilisées, l'épaisseur de la graisse et de l'huile de base peut être réduite. Cela réduit la perte de résistance causée par la vitesse élevée, ce qui est bénéfique pour la lubrification à grande vitesse.
Deuxièmement, le problème de l'échauffement du palier du moteur dû à la vitesse élevée peut être atténué en ajustant la quantité de lubrifiant. D'une manière générale, tout en satisfaisant à la base de la lubrification, une réduction appropriée de la quantité de lubrifiant est bénéfique pour les applications à grande vitesse.
Outre l'ajustement de la viscosité et de la quantité de lubrifiant, la méthode de lubrification peut être modifiée pour répondre aux exigences de vitesse, si les conditions le permettent. Par exemple, utiliser la lubrification à l'huile au lieu de la lubrification à la graisse, utiliser la lubrification par pulvérisation d'huile au lieu de la lubrification par bain d'huile, utiliser la lubrification par brouillard d'huile au lieu de la lubrification par pulvérisation d'huile, etc.
En résumé, si l'adaptation de la lubrification au fonctionnement des paliers de moteurs à grande vitesse et la réduction de la chaleur des paliers ont un certain effet d'atténuation, il peut parfois y avoir certaines limites.
Par exemple, il est généralement difficile de modifier la méthode de lubrification dans les conditions de travail réelles. En outre, la méthode consistant à ajuster la viscosité du lubrifiant ne peut résoudre le problème que dans une certaine mesure, et cet ajustement pose également des problèmes en termes de performance de la lubrification.
La discussion ci-dessus nous a permis de comprendre certaines approches pour gérer les situations où la vitesse de fonctionnement réelle des roulements de moteur dépasse leur vitesse de référence thermique. La chaleur générée par les paliers de moteur est une indication très apparente et directe de leur vitesse de référence thermique, ce qui offre une certaine marge de manœuvre pour l'atténuation.
D'autre part, lorsque la vitesse de fonctionnement réelle des roulements du moteur dépasse leur vitesse limite mécanique, un échauffement peut se produire avant ou pendant la défaillance du roulement. À ce stade, des signes caractéristiques doivent être identifiés à partir d'une analyse des défaillances des roulements défaillants, et une vérification de la vitesse des roulements du moteur révélera qu'elle dépasse la vitesse limite mécanique.
Bien que la vitesse limite mécanique des roulements de moteur ne soit pas fondamentalement indiquée par leur production de chaleur, elle a une relation avec l'échauffement. En outre, les dommages causés aux roulements par une vitesse dépassant la limite mécanique sont essentiellement irréversibles une fois qu'ils se produisent.
Par conséquent, grâce à la production de chaleur par les roulements et à la comparaison des paramètres des roulements ou à l'analyse des défaillances, lorsque l'on conclut que la vitesse des roulements du moteur dépasse la vitesse limite mécanique, des mesures doivent être prises, notamment en ce qui concerne la sélection des roulements.
Le texte précédent mentionnait que lorsque la vitesse de fonctionnement réelle d'un palier de moteur dépasse la vitesse limite mécanique du palier, il y a production de chaleur avant ou pendant l'effondrement du palier.
De la connotation de cette définition de la vitesse, il n'est pas difficile de déduire que lorsque la vitesse du palier du moteur dépasse la vitesse limite mécanique, chaque composant du palier subit un test sévère sous l'influence d'une force centrifuge substantielle.
Si un composant particulier atteint sa limite de résistance et tombe en panne, c'est l'ensemble du palier qui risque de s'effondrer. Pour faire face à des vitesses aussi élevées, les mesures suivantes peuvent être envisagées :
Adapter le type de roulement, en optant pour un roulement dont la vitesse limite mécanique est plus élevée. En règle générale, les composants de plus faible masse subissent moins de force centrifuge lors d'une rotation à grande vitesse, d'où les principes suivants :
Pour le choix des cages, il ne s'agit pas seulement d'une question de taille ; pour certaines vitesses, il peut être nécessaire d'équilibrer la force et la masse. Par exemple, une cage en nylon est légère mais peu résistante, tandis qu'une cage en laiton usiné est plus résistante mais plus lourde.
D'autre part, tous les roulements n'offrent pas tous les types de cages en raison des matériaux et des processus de fabrication, de sorte que les choix de l'ingénieur électricien peuvent parfois être limités.
En outre, le choix d'une cage ne tient pas seulement compte de la force centrifuge, mais aussi de sa position relative et de sa méthode de guidage à l'intérieur du roulement, ce qui peut affecter les conditions de frottement interne du roulement et générer de la chaleur.
Une situation courante est celle du roulement à rouleaux cylindriques guidé par la bague de roulement (intérieure ou extérieure) qui, lorsque la vitesse ndm du roulement dépasse 250 000, convient à une lubrification à l'huile, et non à une lubrification à la graisse. L'utilisation d'une lubrification à la graisse peut facilement entraîner une surchauffe et la production de poudre de bronze.
Ces scénarios sont fréquents dans les activités de production réelles des usines de moteurs, c'est pourquoi la sélection initiale des roulements doit faire l'objet d'une attention particulière.
Jusqu'à présent, nous avons abordé les problèmes de surchauffe des roulements dus à une vitesse de rotation excessive. En réalité, les roulements peuvent également s'échauffer lorsque leur vitesse de rotation est trop faible. En effet, la formation d'un film d'huile entre les éléments roulants et le chemin de roulement nécessite une certaine vitesse relative.
Lorsque la vitesse de rotation du roulement est trop faible, il devient difficile de former ce film d'huile, de sorte qu'un mécanisme de lubrification adéquat ne peut être établi, ce qui peut entraîner une surchauffe du roulement.
Lorsque les roulements du moteur tournent à très basse vitesse, les ajustements suivants peuvent être effectués :
Ajuster la viscosité de la lubrification : L'augmentation de l'épaisseur de la graisse et de la viscosité de l'huile de base peut contribuer à la formation d'un film lubrifiant à faible vitesse.
Ajuster la quantité de graisse ajoutée : à faible vitesse, la perte de charge causée par le brassage de la graisse par le palier du moteur est minime. À ce moment-là, l'augmentation de la quantité de graisse ajoutée peut contribuer à la formation d'un film d'huile sans ajouter de perte de charge excessive.
Ajuster les additifs dans le lubrifiant : Lorsque la vitesse de rotation du roulement est insuffisante pour former un film d'huile, certains additifs extrême-pression et anti-usure peuvent être utilisés. L'ajout d'additifs extrême-pression peut permettre au roulement d'obtenir une séparation des éléments roulants et du chemin de roulement à des vitesses de rotation faibles. L'utilisation d'additifs anti-usure peut empêcher l'usure directe entre les éléments roulants et le chemin de roulement.
Bien entendu, lorsque la vitesse de rotation du roulement est trop faible, il faut non seulement prendre en compte la lubrification, mais aussi accorder plus d'attention au roulement lui-même lors de la vérification. Outre la durée de vie en fatigue du roulement, la vérification de la charge statique du roulement devient essentielle, et des ajustements doivent être apportés au roulement en fonction des résultats de la vérification.
Le texte précédent a examiné les raisons possibles de la production de chaleur des roulements de moteur à des vitesses élevées et faibles. En fait, lorsque les roulements de moteur fonctionnent à des vitesses variables, le frottement interne et les collisions à l'intérieur du roulement sont relativement importants, ce qui entraîne une production de chaleur supplémentaire.
Les vitesses variables des moteurs peuvent être dues à des démarrages fréquents, à des changements de vitesse unidirectionnels ou à des changements de direction (appelés mouvements alternatifs).
Deux situations légèrement différentes. Pour les changements de vitesse unidirectionnels (y compris les démarrages fréquents), en cas de surchauffe du palier du moteur, il convient de vérifier si le palier choisi est adapté à de telles conditions.
Pour les situations de vitesse variable, il est recommandé de choisir des roulements dotés d'une cage solide et, si possible, d'utiliser une cage légère en matériau souple. Cela permet de réduire la collision entre la cage et les rouleaux du roulement lors des changements de vitesse, et de diminuer les dommages supplémentaires et la production de chaleur qui en résultent.
D'autre part, le choix d'une graisse contenant des additifs anti-usure peut réduire le frottement, la chaleur et l'usure causés par le glissement entre les différents composants du roulement lors des changements de vitesse.
Pour les conditions de mouvement alternatif, une vérification supplémentaire du roulement sélectionné est nécessaire, par exemple en prenant en compte le calcul de la charge statique du roulement, et pas seulement le calcul de la durée de vie nominale en fatigue du roulement.
Pour les roulements en mouvement alternatif, il est important de choisir une lubrification avec des additifs extrême pression pour protéger les surfaces de frottement lors des changements de direction à faible vitesse.
Jusqu'à présent, nous avons développé le contenu lié à la vitesse dans l'arbre de défaillance de la génération de chaleur du palier du moteur.
Outre les causes potentielles mentionnées précédemment, la lubrification constitue un autre facteur important de production de chaleur dans les roulements de moteur. Les conditions de chaleur causées par la lubrification peuvent parfois progresser rapidement, les défauts peuvent se développer rapidement et, parfois, des symptômes tels que la production de chaleur peuvent apparaître même lorsque les changements de vibration sont minimes.
Tenez compte des aspects suivants lorsque vous diagnostiquez un échauffement excessif dans des roulements de moteur mal lubrifiés :
1. Sélection d'un lubrifiant inadapté,
2. Inapproprié méthodes de lubrification,
3. Conception défectueuse du trajet de l'huile de lubrification.
Ce sont les trois principaux domaines à étudier.
La conception de la lubrification des roulements de moteur comprend le choix de la méthode de lubrification, la viscosité du lubrifiant et la sélection des additifs lubrifiants.
Le choix de la méthode de lubrification des roulements de moteur doit se faire en fonction des exigences opérationnelles réelles. Différentes méthodes de lubrification entraînent différents niveaux de perte de charge interne dans les roulements et donc différentes conditions d'échauffement.
Par ordre croissant de production de chaleur, les méthodes sont : la lubrification à l'huile et au gaz, la lubrification par pulvérisation d'huile, la lubrification par bain d'huile et la lubrification à la graisse. La lubrification à l'huile et au gaz a une position de lubrification plus précise et, avec un volume de lubrification correctement contrôlé, elle présente la perte de traînée interne la plus faible dans le roulement. Cependant, ce système est relativement complexe et nécessite certaines normes de contrôle.
La lubrification par pulvérisation d'huile utilise un plus grand volume de lubrifiant que la lubrification à l'huile et au gaz, ce qui entraîne un échauffement relativement moindre du roulement, et la pulvérisation d'huile a une certaine fonction de refroidissement. En conséquence, la lubrification par pulvérisation d'huile nécessite une conception spécifique du circuit d'huile et des capacités de contrôle de la lubrification. Elle est relativement complexe et plus coûteuse.
La structure du trajet de l'huile et la structure de contrôle de la lubrification par bain d'huile sont plus simples que la lubrification par pulvérisation d'huile, mais le travail nécessaire à la lubrification par agitation des pièces est relativement élevé. L'huile de lubrification a un certain effet de refroidissement. Elle est couramment utilisée dans les boîtes de vitesses et les gros moteurs.
La lubrification à la graisse est la méthode la plus couramment utilisée pour lubrifier les roulements de moteur. La conception de son circuit d'huile est simple et rentable. Cependant, par rapport aux deux autres méthodes, la perte de charge due à la lubrification par brassage des roulements est plus importante.
Les différentes méthodes de lubrification ont certaines plages d'application, et dans ces plages, l'ajustement du fluide de lubrification peut aider à réduire le frottement et l'échauffement correspondants. Cependant, si les conditions de fonctionnement dépassent cette plage, un changement de méthode de lubrification est nécessaire.
La section précédente a abordé certaines inspections et considérations lors du choix des méthodes de lubrification des roulements de moteur pendant le chauffage. En conséquence, le choix du lubrifiant pour palier de moteur a un impact significatif sur l'échauffement du palier.
Grâce à ces connaissances, nous comprenons que l'objectif principal dans le choix d'un lubrifiant pour palier de moteur est sa viscosité. Du point de vue de la réduction de la production de chaleur dans la lubrification des paliers de moteur, l'abaissement de la viscosité du lubrifiant peut contribuer à réduire les pertes par traînée pendant le fonctionnement du palier. Il est donc possible de choisir une graisse à faible viscosité qui répond aux exigences de lubrification, ainsi qu'un lubrifiant à faible viscosité de l'huile de base.
Il convient de souligner ici que la réduction de la viscosité du lubrifiant doit toujours répondre aux besoins de lubrification de base du palier du moteur. Elle doit être réduite à l'intérieur de cette plage de besoins. Dans le cas contraire, le moteur risque de chauffer et d'endommager les roulements en raison d'une mauvaise lubrification.
En outre, après avoir choisi la viscosité appropriée pour le lubrifiant, il faut envisager la sélection des additifs, en particulier dans les cas de vitesses spéciales. Pour les situations à basse vitesse, des additifs extrême-pression sont nécessaires. Le disulfure de molybdène est couramment utilisé dans les moteurs généraux comme additif extrême pression.
Toutefois, dans les situations où la vitesse du palier du moteur est élevée, le disulfure de molybdène ne peut pas continuer à être utilisé, car il peut provoquer une usure interne du palier du moteur et une mauvaise lubrification. En effet, à des vitesses élevées, le bisulfure de molybdène peut agir comme une particule abrasive dans l'usure par abrasion.
Lorsque la méthode de lubrification interne, la viscosité du lubrifiant et les additifs pour le palier du moteur sont tous bien choisis, l'échauffement du palier du moteur ne se produira pas. En outre, l'application de la lubrification influencera l'échauffement du palier du moteur.
L'application de la lubrification comprend la quantité appliquée, le moment de l'application et la méthode d'application.
Si une quantité excessive de graisse est ajoutée au palier du moteur, la rotation du palier produira de la chaleur en raison de l'agitation de la graisse. Par conséquent, lorsque le palier du moteur dégage de la chaleur, il est nécessaire de vérifier la quantité de graisse.
Outre l'excès de graisse qui provoque l'échauffement des roulements, une lubrification insuffisante peut également provoquer l'échauffement des paires de frottement internes des roulements par contact. Dans ce cas, il convient tout d'abord de vérifier la quantité de graisse initiale pour le roulement du moteur afin de s'assurer que les besoins de lubrification sont satisfaits.
Si la quantité de graisse initiale est suffisante mais que la graisse résiduelle à l'intérieur du roulement est insuffisante, il peut y avoir une fuite d'huile pendant le fonctionnement du moteur. La cause de la fuite doit être recherchée. Si la fuite est due aux joints, ceux-ci doivent être réparés.
Pour les moteurs verticaux, le risque de fuite d'huile est inévitablement accru en raison de la gravité. Outre le contrôle des fuites, il est également nécessaire de surveiller et d'ajuster la lubrification supplémentaire pour s'assurer que la graisse restante à l'intérieur du roulement répond aux besoins de lubrification.
Les quantités de lubrifiant du moteur doivent être contrôlées non seulement pour la lubrification initiale, mais aussi pour la lubrification supplémentaire. Une lubrification supplémentaire insuffisante peut également entraîner un manque d'huile à l'intérieur du roulement du moteur.
En règle générale, les intervalles et les quantités de lubrification périodique supplémentaire doivent être ajustés sur la base des calculs de validation de la lubrification. Pour les systèmes de lubrification continue, la quantité d'huile injectée pour la lubrification continue doit être ajustée.
Comme indiqué ci-dessus, l'une des causes de la surchauffe des roulements de moteur est la question de la quantité de lubrifiant. Une lubrification excessive ou insuffisante peut entraîner un échauffement des paliers de moteur.
En fait, une lubrification inadéquate finit par entraîner une lubrification excessive ou insuffisante des roulements. La discussion sur la lubrification excessive ou insuffisante concerne principalement la quantité de lubrifiant inappropriée lors de l'installation initiale. Cette section traite de la partie relative au renouvellement de la lubrification.
Tout d'abord, examinons le moment où la lubrification doit être renouvelée. En règle générale, les ingénieurs calculent et sélectionnent le moment de la lubrification des paliers de moteur en fonction du type de palier et de ses conditions de fonctionnement.
Le calendrier de réapprovisionnement doit répondre aux besoins de lubrification du fonctionnement du palier du moteur. Cependant, de nombreuses conditions de fonctionnement particulières nécessitent des ajustements de l'intervalle de réapprovisionnement en lubrifiant.
Par exemple, pour les moteurs verticaux, l'intervalle de re-lubrification standard est généralement divisé par deux ; dans les environnements vibrants, l'intervalle de re-lubrification standard doit également être divisé par deux. La section correspondante du manuel sur le réapprovisionnement en lubrifiant aborde de nombreuses situations qui nécessitent d'ajuster le moment de la re-lubrification.
Lorsqu'une surchauffe des roulements de moteur se produit sur place et qu'il est nécessaire de vérifier les intervalles de lubrification, il convient de prêter attention à ces facteurs.
Outre la question du calendrier de réapprovisionnement en lubrifiant, la quantité de lubrifiant réapprovisionné doit également être prise en compte lors de l'inspection. En ce qui concerne la quantité de lubrifiant à renouveler, il est possible de se référer à la formule de calcul correspondante dans le manuel, qui ne sera pas répétée ici.
Le personnel d'entretien sur place doit respecter cette quantité lors de la réalimentation en lubrifiant des paliers du moteur. Un ajout insuffisant doit être évité.
Si une quantité excessive de lubrifiant est ajoutée sur place, le robinet de vidange d'huile doit être ouvert pour laisser s'écouler la graisse excédentaire, ce qui permet d'éviter que l'excès de graisse à l'intérieur du roulement ne provoque une surchauffe. Si un système de lubrification continue est utilisé pour la lubrification des roulements de moteur et qu'une surchauffe se produit dans les conditions de lubrification actuelles, la quantité de lubrifiant continu peut être ajustée de manière appropriée.
Lors de l'inspection de la lubrification des roulements de moteur, la méthode de lubrification doit également être vérifiée.
D'une manière générale, la lubrification doit être ajoutée autant que possible lorsque l'équipement fonctionne à faible vitesse. La compatibilité de la graisse ajoutée doit être assurée lors de l'ajout. La compatibilité des graisses incompatibles doit être vérifiée avant le mélange afin de garantir les performances de la graisse.
D'autre part, lors de la lubrification des roulements de moteur, si la nouvelle graisse et la température des roulements de moteur diffèrent de manière significative, la nouvelle graisse doit être chauffée de manière appropriée, en particulier pour les équipements fonctionnant à grande vitesse.
En effet, la viscosité de la graisse augmente généralement avec la baisse de la température, et les graisses ayant une différence de température importante présentent une grande disparité de viscosité. Un tel mélange de graisses froides essayant d'atteindre rapidement l'état de fonctionnement peut conduire à une mauvaise lubrification.
Lors de la réalimentation en lubrifiant du moteur, essayez d'ajouter du lubrifiant lorsque le moteur fonctionne à faible vitesse. Si le moteur ne peut pas être ralenti, la lubrification doit être effectuée lorsque le moteur est à l'arrêt.
Si le moteur ne peut pas être ralenti ou arrêté, la lubrification doit être ajoutée lentement en partant du principe que la température de la graisse est la même. Cette approche minimise l'impact de la graisse nouvellement ajoutée.
Précédemment, nous avons abordé quelques questions relatives à la quantité de lubrifiant dans la partie lubrification des problèmes de surchauffe des roulements de moteur. En fait, le problème de surchauffe des roulements de moteur dû à une mauvaise lubrification peut parfois être lié au circuit d'huile de lubrification.
La mauvaise lubrification des roulements de moteur liée au circuit d'huile implique principalement plusieurs aspects :
1. Les passages d'huile à l'entrée ne sont pas lisses.
2. Les passages d'huile de sortie ne sont pas obstrués.
3. La conception du circuit d'huile n'est pas raisonnable.
4. Problèmes avec le flotteur d'huile.
Pour les roulements de moteur qui ont besoin d'être lubrifiés à nouveau, la conception du moteur doit inclure des éléments suivants huile lubrifiante sur la base. En général, il y a des trous de remplissage d'huile sur le carter du moteur ou sur le couvercle d'extrémité. Le chemin entre l'orifice de remplissage d'huile et le roulement est le circuit de lubrification du roulement du moteur. Parfois, ces circuits d'huile sont composés du couvercle d'extrémité et du carter, et il convient de s'assurer qu'ils ne sont pas obstrués après l'assemblage et la conception.
Pendant l'utilisation, il faut également veiller à ce que le lubrifiant ajouté par la buse d'huile puisse pénétrer régulièrement dans le palier. Dans le cas contraire, toute lubrification supplémentaire ne peut être appliquée, ce qui entraîne l'impossibilité de renouveler la lubrification du palier du moteur, et donc une dégradation de la lubrification et des problèmes de surchauffe du palier.
Outre la nécessité d'un passage d'entrée d'huile lisse lorsque le palier du moteur fonctionne, un passage de sortie d'huile lisse est également nécessaire. Lors de la conception d'un moteur qui doit être lubrifié, une sortie d'huile est prévue sur le carter du moteur ou sur le couvercle d'extrémité.
La trajectoire de l'huile entre le palier et la sortie d'huile est la trajectoire d'évacuation de l'huile du palier du moteur. La voie d'évacuation de l'huile doit être dégagée pour que le palier du moteur puisse éliminer l'excès de graisse par la voie d'évacuation de l'huile.
Il n'est pas rare, dans des situations réelles de travail, que les roulements de moteur surchauffent en raison de l'impossibilité d'éliminer l'excès de graisse causé par une mauvaise conception de la sortie d'huile et l'obstruction de la voie d'évacuation de l'huile.
La conception rationnelle du circuit d'huile du palier du moteur est également essentielle pour assurer la lubrification du palier du moteur. Si le circuit d'huile est mal conçu, il peut entraîner une surchauffe du palier en raison de l'impossibilité pour le lubrifiant renouvelé de pénétrer dans le palier.
Par conséquent, lorsque l'on vérifie la surchauffe des roulements dans les moteurs de conception nouvelle, il convient également de vérifier la rationalité de la conception du circuit d'huile des roulements du moteur. Le facteur clé ici est de s'assurer que le circuit d'huile de lubrification passe à travers le palier, plutôt que d'être une relation de "contournement" avec le palier.
Dans certains moteurs de moyenne et grande taille, un flotteur d'huile est souvent prévu lorsque la lubrification se fait à la graisse. Dans ce cas, le flotteur d'huile fait également partie du circuit d'huile de lubrification du palier du moteur. Lors du contrôle du circuit d'huile de lubrification d'un palier de moteur en surchauffe, il convient également de vérifier ce circuit.
Les erreurs de conception les plus courantes sont la mauvaise taille du flotteur d'huile, la mauvaise distance entre le flotteur d'huile et le palier du moteur, et la mauvaise taille de la sortie du flotteur d'huile. Ces facteurs de conception affectent tous l'efficacité opérationnelle du flotteur d'huile.
Le texte précédent traitait de l'impact de la lubrification du palier du moteur sur la production de chaleur du palier. Un autre facteur influent est le joint du palier. L'objectif premier du joint est de protéger le roulement, en empêchant les fuites de lubrifiant, etc. Les joints comprennent des joints sans contact et des joints avec contact.
Plus le contact entre la lèvre du joint et la surface de contact est fort, plus l'effet d'étanchéité est important.
Toutefois, la friction générée par la force de contact et le mouvement relatif sera plus importante, ce qui entraînera une plus grande production de chaleur. Inversement, plus le contact est faible, plus l'effet de scellement est médiocre et moins la friction et la chaleur générées par la force de contact et le mouvement relatif sont importantes. La sélection et l'application des joints impliquent souvent un équilibre entre la production de chaleur et les performances de scellement.
Dans les applications générales de roulements, les joints comprennent à la fois des types avec et sans contact. Les joints sans contact assurent l'étanchéité grâce à la conception de la lèvre. Comme il n'y a pas de force de contact, il n'y a pratiquement pas de chaleur générée par le contact de la lèvre.
Les joints à contact léger ont de meilleures performances d'étanchéité que les joints sans contact, mais comme la lèvre du joint entre en contact et frotte relativement contre la zone d'étanchéité, une certaine chaleur est générée lorsque le roulement fonctionne.
Par conséquent, si la température du roulement est significativement affectée par le joint pendant le fonctionnement du moteur, il faut envisager de réduire la force de contact tout en garantissant la performance de l'étanchéité, réduisant ainsi la chaleur générée par la lèvre du joint.
Globalement, la stratégie consiste à utiliser des couvercles anti-poussière (joints sans contact) à la place des joints à contact léger, à utiliser des joints à contact léger à la place des joints à contact lourd, ou à adopter des structures de joints spéciales.
En outre, l'installation du joint peut affecter le contact entre les lèvres, ce qui a une incidence sur les performances de scellage et la production de chaleur du joint. L'impact le plus important sur le joint provient de son excentricité.
Pour les roulements avec joints, l'excentricité du roulement est limitée par la structure même du roulement. Lorsque le roulement est excentré, la chaleur générée par le frottement interne du roulement est souvent élevée.
Cependant, pour les roulements à alignement automatique, la structure du roulement lui-même autorise un certain degré d'excentricité, et l'excentricité dans le cadre de la tolérance structurelle du roulement peut provoquer un état excentrique auquel le joint du roulement ne peut pas résister. Cette situation se produit souvent dans les applications de roulements à rotule sur rouleaux avec joints.
Lors du diagnostic de la défaillance, si l'on constate un dégagement de chaleur dans la partie du joint du roulement, la lèvre du joint défaillant peut être vérifiée pour trouver l'emplacement de l'usure. En fonction de l'état d'usure, des informations sur la installation des roulements peut être obtenue, ce qui permet de déduire la cause de la défaillance et de l'éliminer.
La contamination des roulements est un autre facteur important dans la production de chaleur des roulements de moteur. Nous savons que les joints de palier sont des éléments clés pour protéger les paliers de la contamination. Par conséquent, lors du diagnostic de l'échauffement du palier dû à la contamination du palier, l'état du joint du palier doit également être vérifié en premier lieu.
La situation dans laquelle l'échauffement du palier est causé par une contamination pénétrant dans le palier en raison d'un joint endommagé est étroitement liée au joint. Par conséquent, les introductions suivantes expliqueront d'abord les méthodes de diagnostic de l'échauffement du roulement lorsque le joint est endommagé.
L'endommagement du joint de palier comprend l'usure uniforme de la lèvre du joint de palier, l'usure non uniforme de la lèvre du joint de palier et l'endommagement de la partie du joint de palier qui n'est pas une lèvre.
Le texte explique que l'endommagement des joints de palier peut exposer l'intérieur du palier à une contamination potentielle. Ces dommages comprennent l'usure de la lèvre du joint de palier et d'autres parties non lisses du joint de palier.
L'usure de la lèvre du joint comprend l'usure uniforme et l'usure non uniforme.
Premièrement, l'usure uniforme de la lèvre d'étanchéité du roulement :
Pour les joints de contact, la lèvre du joint de roulement est normalement en contact uniforme avec la surface d'étanchéité, ce qui provoque un frottement et de la chaleur pendant le fonctionnement du roulement. Une bonne conception de joint permet généralement de trouver un équilibre entre l'efficacité de l'étanchéité et la production de chaleur.
Dans des circonstances normales, la chaleur générée pendant le fonctionnement du scellé ne devrait pas être excessive. Cependant, si la chaleur générée est importante et que le joint s'use uniformément, cela peut être dû aux raisons suivantes :
Écart dans les dimensions des composants connexes. Par exemple, la taille de l'arbre ou de la bague intérieure du roulement peut dépasser la tolérance, ce qui entraîne une force de contact excessive au niveau de la lèvre du joint. Dans ce cas, les dimensions des composants respectifs doivent être ajustées.
Rugosité excessive de la surface des composants connexes, augmentant ainsi le frottement et l'usure au niveau de la lèvre du joint, ce qui entraîne une production de chaleur supplémentaire.
Déviations dans la forme et la taille de la position des composants connexes. Par exemple, l'ovalisation de l'arbre entraîne l'usure de la lèvre d'étanchéité.
Ces problèmes nécessitent le traitement de l'arbre et des composants connexes afin d'éliminer les défauts.
En outre, une mauvaise sélection du joint peut également entraîner l'usure de la lèvre du joint. Les causes potentielles d'une usure uniforme sont les suivantes : la vitesse de rotation du joint ne répond pas aux exigences réelles de l'application ; la résistance à la corrosion du joint ne répond pas aux besoins réels de l'application ; la température du joint ne répond pas aux exigences réelles de l'application.
En règle générale, les joints ont une exigence de vitesse d'application correspondante basée sur la relation de frottement entre leurs lèvres et l'arbre. Si la vitesse du roulement dépasse cette exigence, il peut en résulter une usure de la lèvre du joint. Lorsque les autres facteurs d'étanchéité du roulement sont normaux, cette usure apparaît comme une usure uniforme de la lèvre.
Les joints de roulements courants sont généralement fabriqués en caoutchouc. Si l'environnement de fonctionnement du joint contient des gaz ou des liquides corrosifs, le caoutchouc peut se détériorer, parfois se ramollir ou se fissurer. En cas de ramollissement, des dommages de frottement uniformes similaires peuvent apparaître au niveau de la lèvre.
D'autre part, les joints de roulement ont une plage de température de fonctionnement spécifique. Lorsque la température réelle de l'application dépasse cette plage, le joint peut se ramollir et des traces d'usure uniformes peuvent apparaître sur la lèvre pendant le mouvement relatif.
Outre l'impact de l'environnement de fonctionnement du joint, des pratiques inappropriées lors de l'installation et de l'utilisation peuvent également provoquer une usure indésirable du joint, entraînant une surchauffe des pièces de roulement correspondantes.
Par exemple, si l'entretien des roulements n'est pas effectué en temps voulu et que le joint du roulement a déjà vieilli, l'endommagement du joint peut entraîner une usure supplémentaire, de la chaleur et des fuites d'huile. Une mauvaise installation, entraînant une usure supplémentaire du joint, peut également provoquer un échauffement excessif, entre autres problèmes.
La discussion précédente a porté sur la question de la production de chaleur des paliers de moteur résultant d'une usure uniforme des joints de ces paliers. Examinons maintenant la situation de l'usure non uniforme des lèvres d'étanchéité.
L'usure irrégulière des joints de paliers de moteur peut provoquer des fuites de lubrifiant et faciliter l'entrée de contaminants, ce qui peut entraîner une surchauffe des paliers de moteur. De même, les zones de frottement inégalement usées des joints de palier de moteur peuvent également générer de la chaleur supplémentaire, contribuant ainsi à la surchauffe du palier de moteur.
L'usure non uniforme des joints de paliers de moteurs peut être principalement due à une mauvaise installation ou maintenance des joints eux-mêmes ou à des problèmes liés aux pièces associées.
Premièrement, lors de l'installation du joint, s'il existe une excentricité parallèle ou angulaire entre le joint lui-même et l'axe de l'arbre, la lèvre du joint ne s'alignera pas correctement sur les zones de contact correspondantes. Il en résulte qu'une partie de la lèvre exerce une pression de contact excessive, tandis qu'une autre partie exerce une pression très faible. Les parties de la lèvre qui exercent une pression élevée s'usent avec la rotation de l'arbre, ce qui génère une chaleur importante.
Dans ces circonstances, la pression de contact entre la lèvre et le composant rotatif est supérieure à la normale, ce qui entraîne une plus grande production de chaleur par frottement. En revanche, lorsque la pression de contact entre la lèvre et le joint est faible (dans la direction perpendiculaire au désalignement), la lèvre du joint peut ne pas entrer en contact avec le composant rotatif ou l'effleurer légèrement.
Dans ce cas, la pression de contact est faible, ce qui réduit la chaleur de frottement et, par conséquent, l'usure. Par conséquent, après un certain temps de fonctionnement du roulement, la lèvre d'étanchéité du roulement présentera une usure non uniforme.
Une autre possibilité de désalignement du joint par rapport à l'axe de l'arbre est due à des problèmes dans le processus de production des pièces. Ces problèmes sont principalement dus à de mauvaises tolérances de forme et de position des pièces correspondantes. (Il convient de noter que ce cas est différent de celui de l'usure uniforme de la lèvre évoqué plus haut, où les problèmes de production des pièces sont principalement dus à des tolérances dimensionnelles).
En particulier, lorsque ces tolérances de forme et de position entraînent une excentricité après l'assemblage des pièces, la relation de cause à effet est très directe. L'alignement de l'arbre et du palier après le montage doit être vérifié dans ces circonstances. Les dimensions pertinentes comprennent l'épaulement du roulement, la butée du chapeau d'extrémité, la concentricité du logement du roulement, etc.
Jusqu'à présent, nous avons abordé l'inspection de l'usure des joints lorsque les températures des paliers du moteur sont trop élevées. En fait, outre la lèvre, l'endommagement du joint lui-même peut également affecter les roulements. Ces dommages peuvent se produire en dehors de la surface de contact de la lèvre, éventuellement au niveau du cadre ou de la lèvre.
Ces dommages peuvent être dus à une installation ou un entretien inadéquats, à des interférences ou à la rotation du joint.
La section précédente a abordé le problème de l'usure inégale de la lèvre du joint du palier du moteur, qui peut entraîner un échauffement du palier du moteur. Dans cette section, nous allons approfondir la question de l'endommagement du joint du palier du moteur.
Outre l'usure de la lèvre du joint du palier du moteur (uniforme et non uniforme), les performances du joint peuvent être affectées si d'autres parties du joint sont endommagées. Cela peut également modifier le contact de la lèvre du joint. En règle générale, un joint endommagé présente, après un certain temps de fonctionnement, une usure anormale de sa lèvre.
Par conséquent, l'usure de la lèvre du joint du palier du moteur et l'endommagement d'autres parties du joint peuvent se produire simultanément. Bien que cela soit mentionné séparément dans notre série d'articles et de cartes de réflexion, les lecteurs ne doivent pas considérer ces cas comme des événements totalement isolés.
Les dommages les plus fréquents subis par le joint de palier du moteur sont la déformation du joint, l'interférence entre le joint et d'autres composants, et le glissement du joint.
Tout d'abord, lors du stockage, de l'expédition, de l'installation et d'autres processus liés au roulement du moteur, une mauvaise manipulation peut endommager le joint, entraînant des déformations ou des rayures. Il est connu que le joint de palier de moteur est généralement un joint squelette, avec un squelette en acier à l'intérieur et un matériau en caoutchouc à l'extérieur.
Le squelette en acier d'un joint de roulement typique est une fine feuille d'acier qui peut se déformer plastiquement sous l'effet de forces externes. Une fois que le squelette du joint se déforme, il affecte inévitablement le contact de la lèvre du joint, ce qui nuit aux performances d'étanchéité du roulement et peut provoquer des fuites de graisse ou des entrées de contaminants.
Cela peut entraîner une surchauffe du palier du moteur en cours de fonctionnement. D'autre part, un mauvais contact de la lèvre après que le joint du palier du moteur a été endommagé peut également provoquer un frottement indésirable et de la chaleur, une autre source de température élevée dans les paliers du moteur. Enfin, si cette déformation provoque un frottement d'interférence avec les composants environnants du palier de moteur, elle peut entraîner une chaleur supplémentaire et des températures localement élevées.
Deuxièmement, si la relation de position entre le joint et les composants environnants du roulement n'est pas correcte, il peut en résulter une interférence potentielle. Une fois que l'interférence se produit, elle peut endommager le joint ou les autres composants impliqués dans l'interférence.
Dans ce cas, la relation de position entre le roulement et les composants environnants doit être vérifiée afin d'éliminer la source de chaleur due au frottement d'interférence.
Le troisième type d'endommagement des joints est le glissement des joints. Le joint de roulement lui-même doit présenter un mouvement relatif et un frottement au niveau de la partie de la lèvre avec la partie rotative. Cependant, si ce mouvement relatif se produit au niveau de la partie d'installation du joint, cela indique une rotation entre le joint et la partie d'installation. Le frottement et l'échauffement de la lèvre du joint sont conçus et optimisés lors de la conception du joint et sont autorisés dans des plages normales.
Cependant, la partie fixe du joint ne doit pas avoir de mouvement relatif avec les composants fixes, de sorte que la chaleur supplémentaire causée par le mouvement relatif entre les parties fixes est importante. À ce stade, les tolérances de la partie fixe du joint de palier et du joint lui-même doivent être vérifiées afin de garantir une fixation fiable et d'éviter la chaleur supplémentaire causée par la rotation.
Nous avons évoqué précédemment divers facteurs non liés au roulement du moteur lui-même qui pourraient contribuer à sa surchauffe, ainsi que la logique permettant de déterminer ces problèmes.
D'une manière générale, l'état d'un roulement peut être divisé en deux catégories : les observations externes et les observations internes. Lorsqu'un roulement de moteur commence à chauffer, si nous le démontons pour procéder à une inspection interne et déchiffrer les conditions de surface sur la base des marques trouvées à l'intérieur, il s'agit d'une méthode courante d'"analyse des défaillances" utilisée par les ingénieurs d'application des roulements.
En fait, la plupart des défaillances de roulements provoquent un échauffement plus ou moins anormal. L'analyse des défaillances est donc une méthode courante pour diagnostiquer la surchauffe d'un roulement de moteur. D'autre part, l'analyse des défaillances d'un roulement de moteur nécessite souvent un démontage, qui est parfois irréversible et rend le roulement inutilisable.
Par conséquent, lors du diagnostic de la surchauffe d'un roulement de moteur, l'analyse de la défaillance par démontage est généralement le dernier recours après l'évaluation d'autres facteurs externes.
En effet, l'analyse des défaillances des roulements a des attributs très directs. L'utilisation correcte des connaissances de l'analyse des défaillances pour le dépannage fournit les preuves les plus directes de l'état de mouvement interne du roulement. Cette méthode est donc fondamentale et de base. Certains ouvrages la désignent sous le nom d'"analyse de la cause première de la défaillance" ou RCFA.
Dans l'arbre de défaillance des problèmes de surchauffe des roulements de moteur, l'analyse des défaillances internes d'un roulement de moteur est une branche importante. Les observations relatives aux éléments roulants internes et aux chemins de roulement du roulement sont placées sous la branche de la température interne excessive du roulement de moteur.
Ici, une température interne excessive signifie que l'origine de la surchauffe est interne au roulement. Lorsque l'on évalue la répartition de la chaleur des roulements de moteur en fonction de la couleur, on peut constater que la température interne est plus élevée que la température externe, les changements de couleur indiquant cette différence (voir le tableau correspondant dans le livre pour l'interprétation des différentes couleurs de roulements).
En revanche, la distribution de la température du palier de moteur se fait de l'extérieur vers l'intérieur. En d'autres termes, le palier du moteur peut être affecté par une source de chaleur externe ; la température externe peut être plus élevée que la température interne pendant le fonctionnement ; le palier peut fonctionner normalement en interne mais présenter un état externe anormal.
Dans ce cas, il est nécessaire d'identifier la source de chaleur externe. Si une source de chaleur externe est présente pendant le fonctionnement du palier du moteur, entraînant une température de fonctionnement supérieure à la normale, la solution générale consiste à éliminer la source de chaleur externe ou à isoler le palier de celle-ci.
Cela permet d'éviter que la température interne du roulement ne devienne trop élevée et n'affecte la lubrification et le fonctionnement du roulement.
Une autre source de chaleur externe potentielle pourrait être l'interférence de composants externes. Les marques d'interférence et la décoloration des composants respectifs en sont des indices. En éliminant l'interférence, la source de chaleur peut être résolue et la température du roulement reviendra à des niveaux normaux.
La discussion précédente a porté sur le diagnostic de la surchauffe des roulements de moteur due à des dommages. Nous avons abordé le processus permettant d'exclure une température interne excessive des roulements ou des sources de chaleur externes.
Nous allons maintenant nous pencher sur la question de la production de chaleur entre le roulement et les composants connexes pendant le fonctionnement. Il s'agit d'un problème courant connu sous le nom de fluage des roulements de moteur.
Les roulements de moteur sont des composants mécaniques qui relient le stator et le rotor d'un moteur. Prenons l'exemple d'un moteur à induction. La bague intérieure du roulement est généralement reliée au rotor et maintient une position relative fixe, tandis que la bague extérieure est reliée au stator et maintient également une position fixe.
Lorsque le moteur commence à tourner, la rotation relative entre les bagues intérieure et extérieure du roulement est facilitée par des éléments roulants à l'intérieur du roulement.
Par conséquent, la bague extérieure d'un roulement de moteur et le stator, ainsi que la bague intérieure et le rotor, doivent rester relativement fixes. Si un mouvement relatif se produit, il s'agit de ce que l'on appelle communément le fluage du roulement de moteur. En fonction de l'emplacement du fluage dans le roulement du moteur, on distingue généralement le fluage de la bague intérieure et le fluage de la bague extérieure.
Considérons tout d'abord le fluage de la bague intérieure du roulement du moteur. Dans un moteur à induction, la tolérance d'ajustement entre la bague intérieure du roulement du moteur et l'arbre est généralement un ajustement serré, qui comprend un ajustement serré partiel et un ajustement de transition.
En règle générale, le fluage de la bague intérieure d'un roulement de moteur se produit lorsqu'un déplacement relatif se produit entre la bague intérieure du roulement de moteur et l'arbre. Un tel changement de position relative ne devrait pas se produire dans les scénarios d'ajustement serré ou de transition.
Par conséquent, en cas de fluage de la bague intérieure d'un roulement de moteur, il convient de procéder aux vérifications suivantes :
Commencez par vérifier les dimensions de l'arbre. En supposant que l'ajustement de la tolérance pour la section du roulement du moteur a été choisi correctement, si un fluage de la bague intérieure est détecté, commencez par vérifier les dimensions de l'arbre du moteur.
Si la taille de l'arbre est hors tolérance (généralement sous-dimensionnée), l'ajustement entre la bague intérieure du roulement du moteur et l'arbre peut être trop lâche, ce qui peut entraîner un fluage. (En général, lorsque le fluage du roulement se produit, la taille mesurée de la section de l'arbre sera inférieure à la taille entre les fluages, car l'arbre a déjà subi une usure.
Il serait plus fiable de vérifier les relevés de mesures avant l'installation à ce stade).
Deuxièmement, il convient de vérifier si la conception de l'ajustement de tolérance est appropriée.
Troisièmement, inspecter le matériau des composants correspondants.
Comme indiqué précédemment, lorsque des problèmes de bague intérieure de roulement surviennent dans un moteur, il est nécessaire d'inspecter les dimensions des pièces concernées, comme indiqué dans le premier point ci-dessus. À ce stade, la qualité des composants dans le cadre d'une conception raisonnable est vérifiée.
L'inspection de la qualité des composants repose sur une conception correcte. Ainsi, lors du diagnostic des défauts des roulements de moteur, il est parfois nécessaire de vérifier l'exactitude de la conception associée en même temps que la qualité du composant. Pour résoudre les problèmes de chemins de roulement de moteur, il faut choisir des tolérances appropriées. Cette partie se concentre sur la question de savoir si le choix des tolérances est raisonnable.
Cependant, les conditions de fonctionnement particulières qui influencent souvent le choix des tolérances sont facilement négligées par les ingénieurs. Par exemple, les conditions de vibration, la rotation alternative, etc. Dans ces conditions, il est nécessaire d'ajuster les ajustements de tolérance plutôt que de se fier uniquement aux configurations conventionnelles. Cette pièce fait souvent l'objet d'une inspection.
Outre le chemin de roulement intérieur, le problème le plus courant avec les roulements de moteur est le chemin de roulement extérieur. L'orientation de l'inspection pour les défauts du chemin de roulement extérieur ne diffère pas sensiblement de celle du chemin de roulement intérieur. Il s'agit toujours de vérifier les dimensions des composants liés au roulement (qualité de l'usinage) et l'ajustement entre le roulement et les pièces connexes.
Pour les ingénieurs, il s'agit ici de prendre en compte la sélection de l'ajustement des tolérances des roulements en fonction des défauts du chemin de roulement extérieur.
Tout d'abord, la question du matériau. Certains paliers de moteur sont en aluminium. En raison de coefficients de dilatation thermique différents, le corps de palier se détache du chemin de roulement extérieur lorsque le moteur chauffe, ce qui entraîne des défauts au niveau du chemin de roulement extérieur.
Les solutions les plus courantes comprennent des mesures visant à prévenir les problèmes de chemins de roulement, telles que l'utilisation de joints toriques, de colle pour roulements ou même de conceptions d'arrêt de mouvement. La solution la plus couramment utilisée est celle des joints toriques.
Deuxièmement, au-delà de l'influence des matériaux, les différentes conditions de fonctionnement ont également des exigences spécifiques qui affectent l'ajustement de la tolérance du chemin de roulement extérieur. Par exemple, les conditions de vibration, le fonctionnement alternatif, les démarrages fréquents, les installations verticales, etc.
Dans ces conditions, il est nécessaire d'ajuster les tolérances. Si l'on utilise les tolérances ordinaires pour les moteurs horizontaux, des défauts dans les chemins de roulement extérieurs risquent de se produire.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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