Bagues autolubrifiantes : comment fonctionne un palier sans graissage
Une bague autolubrifiante emporte son lubrifiant dans le matériau du palier et le libère vers l’arbre au fil du fonctionnement. Trois mécanismes le permettent, chacun avec sa propre enveloppe de charge, de vitesse et de température ; choisir entre eux, c’est déjà l’essentiel de l’étude.
Les bagues autolubrifiantes, dites aussi bagues sans huile ou sans graissage, n’ont besoin ni de graisse ni d’huile en service. Le bronze fritté retient de l’huile dans ses pores et la restitue sous l’effet de la chaleur. Le bronze à plots de graphite loge un lubrifiant solide dans des plots traversant la paroi, que l’arbre étale en film. Les bagues composites PTFE possèdent une couche de glissement en PTFE qui dépose un film à faible frottement sur l’arbre. Toutes cèdent un peu de charge ou de vitesse en échange d’une maintenance nulle.
- Bronze fritté imprégné d’huile : ≈ 14 N/mm² en continu, jusqu’à 6 m/s à charge légère, −10 à +90 °C ; petits moteurs et électroménager
- Bronze à plots de graphite : 50–100 N/mm², ≤ 0,5 m/s à sec, −40 à +400 °C ; articulations lentes, lourdes, chaudes, mouillées ou inaccessibles
- Composite PTFE : 250 N/mm² statique, 60 en rotation, 2 m/s à sec, −195 à +280 °C ; la bague sans entretien d’usage général
- Autolubrifiant ne veut pas dire illimité : la durée de vie à l’usure est proportionnelle au facteur PV, et la saleté comme un arbre rugueux la raccourcissent
Trois façons pour une bague de se lubrifier elle-même
L’huile dans les pores. Le bronze fritté est pressé à partir de poudre en conservant 18–25 % de porosité ; les pores sont remplis d’huile sous vide. Le frottement échauffe la bague, l’huile se dilate et sort vers l’arbre, puis, quand le palier refroidit, elle est réaspirée. Rien n’est consommé tant que la température reste modérée : la charge d’huile dure toute la vie d’un moteur de ventilateur. Surchauffez la bague, et l’huile est chassée pour de bon.
Le lubrifiant solide dans des plots. Une bague en bronze coulé est percée de part en part selon un réseau en quinconce, et les trous sont garnis de plots de graphite ou de PTFE + MoS₂. Dès les premiers mouvements, l’arbre étale la matière des plots sur le bronze ; là où le film s’use, le passage suivant sur un plot le renouvelle. Le bronze porte la charge, si bien que ce type accepte des charges lourdes et des températures qui détruiraient un polymère, mais il doit rester lent, sous 0,5 m/s environ, faute d’huile pour évacuer la chaleur.
Le film de transfert de PTFE. Dans une bague composite PTFE, la couche de glissement est en PTFE chargé de lubrifiants solides, liée à un dos en acier par l’intermédiaire d’un bronze poreux. Le PTFE a le frottement le plus faible de tous les solides et dépose un film moléculaire sur l’arbre pendant le rodage ; ensuite, le PTFE glisse sur du PTFE. La couche est mince, le trajet de la charge est donc rigide et la bague tient 250 N/mm² en statique, mais cette même minceur rend la durée de vie finie, fixée par le facteur PV.
Les trois mécanismes comparés
Les trois mécanismes se recouvrent peu ; les conditions de service désignent généralement l’un d’eux.
| Propriété | Bronze fritté | Bronze à plots de graphite | Composite PTFE |
|---|---|---|---|
| Lubrifiant | Huile dans les pores | Plots de graphite ou de PTFE + MoS₂ | Couche de glissement en PTFE |
| Charge | ≈ 14 N/mm² en continu | 50–100 N/mm² | 250 N/mm² statique, 60 en rotation |
| Vitesse | Jusqu’à 6 m/s à charge légère | 0,5 m/s à sec, 1–2,5 lubrifié | 2 m/s à sec, > 3 dans un fluide |
| Température | −10 à +90 °C | −40 à +250 / +400 °C | −195 à +280 °C |
| Arbre | Acier non trempé admis, Ra ≤ 0,8 | Trempé, Ra ≤ 1,6 | Acier rectifié, Ra 0,2–0,4 recommandé |
| Tenue à la saleté | Médiocre | Bonne (base dure, pas de graisse) | Médiocre (les particules incrustées rayent l’arbre) |
| Tenue à l’eau | Médiocre | Bonne avec plots PTFE + MoS₂ | Bonne |
| Plage de dimensions | Petites, pressées | Ø 8–160 mm en standard, toute cote sur plan | Ø 10–280 mm, enroulée |
| Facteur de coût | Outillage ; économique en série | Usinage et plots | Bande ; économique en série |
Ce qu’autolubrifiant ne veut pas dire
Cela ne veut pas dire durée de vie illimitée. Toute bague autolubrifiante s’use ; la vitesse d’usure est à peu près proportionnelle au produit PV, et la durée de vie de conception découle du volume de couche ou de plots disponible. Cela ne veut pas dire tolérance aux mauvais traitements : un arbre rugueux racle le film, les particules incrustées dans une couche tendre rayent l’arbre, et une chaleur excessive détruit le mécanisme (huile chassée, plots oxydés, PTFE ramolli). Et cela ne veut pas dire que la graisse soit interdite : une fine couche au montage raccourcit le rodage des types graphite et PTFE, même si, en service, la graisse peut piéger la saleté contre une couche de PTFE.
Là où l’articulation peut être graissée à intervalles réguliers, une bague en bronze ou en bimétal graissée porte généralement plus de charge pour sa taille et coûte moins cher. Les types autolubrifiants s’imposent là où l’articulation ne peut pas ou ne sera pas entretenue, là où le lubrifiant contaminerait le produit, ou là où la température ou le milieu mettent la graisse en échec.
Choisir sa bague autolubrifiante
Partez de la charge et de la température.
- Charge légère, cycles élevés, température modérée. Bronze fritté : moteurs de ventilateurs et d’électroménager, machines de bureau, petits outils.
- Charge lourde, lente, chaude, mouillée ou sale. Bronze à plots de graphite : vannes, machines de coulée, moules, grues, équipements de barrage et de turbine.
- Charge modérée, toute température, à sec, grande série. Composite PTFE : pédaliers, charnières, timoneries, vérins, pompes, pivots agricoles et automobiles.
- Charge lourde, graissée une fois au montage. Composite POM : le cousin graissé du composite PTFE pour les charges de bord et la saleté en dessous de 130 °C.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’une bague sans huile (oilless) ?
Une bague autolubrifiante : elle emporte son lubrifiant dans le matériau du palier (huile dans les pores, plots de lubrifiant solide ou couche de PTFE) et n’a besoin ni de graisse ni d’huile en service.
Combien de temps dure une bague autolubrifiante ?
Sa durée de vie à l’usure dépend du produit charge × vitesse (facteur PV), de la température, de l’état de surface de l’arbre et de la saleté. Dans le PV admissible, elle est conçue pour durer autant que la machine ; au-delà, l’usure est rapide. Demandez une estimation de durée de vie en précisant les conditions de service.
Une bague autolubrifiante peut-elle fonctionner sous l’eau ?
Le bronze à plots PTFE + MoS₂ sur arbre inox et les bagues composites PTFE fonctionnent immergés. Le bronze fritté perd son huile dans l’eau.
Faut-il graisser une bague autolubrifiante ?
Pas en service, sauf si la conception le prévoit. Une fine couche au montage raccourcit le rodage des types graphite et PTFE ; le composite POM doit être graissé au montage.
Quelle bague autolubrifiante porte la charge la plus élevée ?
Le composite PTFE, à 250 N/mm² en statique (60 N/mm² en rotation) ; le bronze à plots de graphite, à 50–100 N/mm² en continu et à faible vitesse. Le bronze fritté est réservé aux charges légères.
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