La lubrification est le processus ou la technique d'utilisation d'un lubrifiant pour réduire la friction et l'usure au contact entre deux surfaces. L'étude de la lubrification est une discipline dans le domaine de la tribologie.
Les lubrifiants peuvent être des solides (tels que le bisulfure de molybdène MoS2), des dispersions solides/liquides (telles que la graisse), des liquides (tels que l'huile ou l'eau), des dispersions liquide-liquide ou des gaz.
Les systèmes lubrifiés par fluide sont conçus pour que la charge appliquée soit partiellement ou complètement portée par la pression hydrodynamique ou hydrostatique, ce qui réduit les interactions avec les corps solides (et par conséquent le frottement et l'usure). Selon le degré de séparation de surface, différents régimes de lubrification peuvent être distingués.
Une lubrification adéquate permet un fonctionnement régulier et continu des éléments de la machine, réduit le taux d'usure et évite les contraintes excessives ou les grippages au niveau des roulements. Lorsque la lubrification tombe en panne, les composants peuvent frotter de manière destructrice les uns contre les autres, provoquant de la chaleur, des soudures locales, des dommages destructeurs et des pannes.
La lubrification est le contrôle du frottement et de l'usure par l'introduction d'un film réducteur de frottement entre les surfaces mobiles en contact. Le lubrifiant utilisé peut être une substance fluide, solide ou plastique.
Bien qu'il s'agisse d'une définition valide, elle ne permet pas de réaliser tout ce que la lubrification permet réellement d'accomplir.
De nombreuses substances différentes peuvent être utilisées pour lubrifier une surface. L'huile et la graisse sont les plus courantes. La graisse est composée d'huile et d'un agent épaississant pour obtenir sa consistance, tandis que l'huile est ce qui lubrifie réellement. Les huiles peuvent être synthétiques, végétales ou minérales, ainsi qu'une combinaison de celles-ci.
L'application détermine quelle huile, communément appelée huile de base, doit être utilisée. Dans des conditions extrêmes, les huiles synthétiques peuvent être bénéfiques. Lorsque l'environnement est préoccupant, des huiles de base végétales peuvent être utilisées.
Les lubrifiants contenant de l'huile ont des additifs qui améliorent, ajoutent ou suppriment les propriétés de l'huile de base. La quantité d'additifs dépend du type d'huile et de l'application pour laquelle elle sera utilisée. Par exemple, l'huile moteur peut contenir un dispersant ajouté.
Un dispersant maintient la matière insoluble agglomérée pour être éliminée par le filtre lors de la circulation. Dans les environnements soumis à des températures extrêmes, du froid au chaud, un améliorant de l'indice de viscosité (VI) peut être ajouté. Ces additifs sont de longues molécules organiques qui restent regroupées dans des conditions froides et se désagrègent dans des environnements plus chauds.
Ce processus modifie la viscosité de l'huile et lui permet de mieux s'écouler par temps froid tout en conservant ses propriétés à haute température. Le seul problème avec les additifs est qu'ils peuvent s'épuiser, et pour les restaurer à des niveaux suffisants, il faut généralement remplacer le volume d'huile.
Les principales fonctions d'un lubrifiant sont de :
Parfois, les fonctions de réduction du frottement et de prévention de l'usure sont utilisées de manière interchangeable. Cependant, le frottement est la résistance au mouvement et l'usure est la perte de matière résultant du frottement, de la fatigue de contact et de la corrosion. Il y a une différence significative. En fait, tout ce qui provoque une friction (par exemple, la friction des fluides) ne provoque pas d'usure, et tout ce qui provoque une usure (par exemple, l'érosion par cavitation) ne provoque pas de friction.
La réduction de la friction est un objectif clé de la lubrification, mais ce processus présente de nombreux autres avantages. Les films lubrifiants peuvent aider à prévenir la corrosion en protégeant la surface de l'eau et d'autres substances corrosives. De plus, ils jouent un rôle important dans le contrôle de la contamination au sein des systèmes.
Le lubrifiant fonctionne comme un conduit dans lequel il transporte les contaminants vers les filtres à éliminer. Ces fluides contribuent également au contrôle de la température en absorbant la chaleur des surfaces et en la transférant à un point de température plus basse où elle peut être dissipée.
Il existe trois types de lubrification différents :limite, mixte et film complet. Chaque type est différent, mais ils reposent tous sur un lubrifiant et les additifs contenus dans les huiles pour les protéger contre l'usure.
La lubrification par film fluide est le régime de lubrification dans lequel, par des forces visqueuses, la charge est entièrement supportée par le lubrifiant dans l'espace ou l'écart entre les pièces en mouvement les unes par rapport aux autres objets (la conjonction lubrifiée), et le contact solide-solide est évité .
Dans la lubrification hydrostatique, une pression externe est appliquée au lubrifiant dans le roulement pour maintenir le film de lubrifiant fluide là où il serait autrement expulsé.
Dans la lubrification hydrodynamique, le mouvement des surfaces en contact, ainsi que la conception du roulement, pompent le lubrifiant autour du roulement pour maintenir le film lubrifiant. Cette conception du roulement peut s'user au démarrage, à l'arrêt ou en marche arrière, car le film lubrifiant se décompose.
La base de la théorie hydrodynamique de la lubrification est l'équation de Reynolds. Les équations gouvernantes de la théorie hydrodynamique de la lubrification et certaines solutions analytiques se trouvent dans la référence.
Principalement pour des surfaces non conformes ou des conditions de charge plus élevées, les corps subissent des contraintes élastiques au contact. Une telle contrainte crée une zone portante, qui fournit un espace presque parallèle pour que le fluide s'écoule.
Tout comme dans la lubrification hydrodynamique, le mouvement des corps en contact génère une pression induite par l'écoulement, qui agit comme force d'appui sur la zone de contact. Dans de tels régimes à haute pression, la viscosité du fluide peut augmenter considérablement.
Lors d'une lubrification élastohydrodynamique à film complet, le film lubrifiant généré sépare complètement les surfaces. En raison du fort couplage entre l'action hydrodynamique du lubrifiant et la déformation élastique au contact des solides, ce régime de lubrification est un exemple d'interaction fluide-structure.
La théorie élastohydrodynamique classique considère l'équation de Reynold et l'équation de déflexion élastique pour résoudre la pression et la déformation dans ce régime de lubrification. Un contact entre des éléments solides surélevés, ou aspérités, peut également se produire, entraînant un régime de lubrification mixte ou de lubrification limite.
Les effets hydrodynamiques sont négligeables. Les corps se rapprochent par leurs aspérités; la chaleur développée par les pressions locales provoque une condition appelée stick-slip, et certaines aspérités se détachent.
Dans les conditions de température et de pression élevées, les constituants chimiquement réactifs du lubrifiant réagissent avec la surface de contact, formant une couche ou un film tenace très résistant sur les surfaces solides en mouvement (film limite) qui est capable de supporter la charge et une usure ou une panne majeure est évité. La lubrification limite est également définie comme le régime dans lequel la charge est portée par les aspérités de la surface plutôt que par le lubrifiant.
Ce régime se situe entre les régimes de lubrification élastohydrodynamique et aux limites du film complet. Le film lubrifiant généré n'est pas suffisant pour séparer complètement les corps, mais les effets hydrodynamiques sont considérables.
La lubrification est nécessaire au bon fonctionnement des systèmes mécaniques tels que les pistons, les pompes, les cames, les roulements, les turbines, les engrenages, les chaînes à rouleaux, les outils de coupe, etc. où, sans lubrification, la pression entre les surfaces à proximité générerait suffisamment de chaleur pour une surface rapide. dommages qui, dans un état grossier, peuvent littéralement souder les surfaces ensemble, provoquant un grippage.
Dans certaines applications, telles que les moteurs à pistons, le film entre le piston et la paroi du cylindre scelle également la chambre de combustion, empêchant les gaz de combustion de s'échapper dans le carter.
Si un moteur nécessitait une lubrification sous pression pour, par exemple, des paliers lisses, il y aurait une pompe à huile et un filtre à huile. Sur les premiers moteurs (tels qu'un diesel marin Sab), où l'alimentation sous pression n'était pas nécessaire, une lubrification par barbotage suffirait.
