Joints d'arbre rotatif - Comment ils fonctionnent

Joints d'arbre rotatif - Comment ils fonctionnent

Les joints d'arbre rotatif, également appelés joints d'huile ou simplement joints d'arbre, sont utilisés pour fermer et rendre étanche l'espace entre les composants fixes et rotatifs. Ils empêchent les fuites d'huile et veillent à ce qu'aucun contaminant ne passe par le jeu. Il existe différents types de joints d'arbre pour un large éventail d'applications. Cet article vous donnera un aperçu des joints d'étanchéité d'arbre et vous aidera à choisir celui qui convient à votre application.

Joint d'huile rotatif

Figure 1 : Joint d'huile rotatif.

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Table des matières

Conception de l'étanchéité de l'arbre

Dans la figure 2 ci-dessous, nous pouvons voir que la conception de base d'un joint d'arbre diffère grandement des joints toriques ordinaires. Il se compose de deux parties : une bague métallique (B) à l'intérieur qui assure la stabilité et la résistance et la seconde, une lèvre d'étanchéité (E), qui crée un joint contre l'arbre. Selon l'application, le revêtement extérieur (A) peut être en caoutchouc ou en métal. La zone en contact avec l'arbre est maintenue aussi petite que possible et, dans la plupart des cas, elle est formée en forme de V (E). Cette forme en V est particulièrement efficace pour réduire la chaleur générée par le joint en réduisant le cisaillement du lubrifiant et le contact avec les aspérités. La forme en V est serrée par un ressort jarretière (D) qui applique un joint radial contre l'arbre. En option, une lèvre anti-poussière (C) peut être ajoutée pour protéger le bord d'étanchéité en bloquant toute saleté ou poussière provenant de l'extérieur. Cela présente l'avantage supplémentaire d'augmenter la durée de vie du joint d'arbre.

Figure 2 : Composants du joint d'arbre : Revêtement extérieur qui assure l'étanchéité contre le boîtier (A), bague métallique assurant la stabilité (B), lèvre anti-poussière (C), le ressort de jarretière qui serre le joint radial en V sur l'axe (D), et le joint radial en V (E)

Figure 2 : Composants de l'étanchéité de l'arbre : Revêtement extérieur qui assure l'étanchéité du boîtier (A), bague métallique de stabilité (B), lèvre anti-poussière (C), ressort à jarretière qui serre le joint radial en V sur l'axe (D), et joint radial en V (E)

Types d'étanchéité d'arbre

Les joints d'arbre sont fabriqués conformément à la norme DIN 3760. L'extérieur du joint d'arbre peut être fabriqué en caoutchouc ou en métal. Un joint d'arbre en caoutchouc est le plus souvent utilisé. Leur avantage est qu'ils ne rouillent pas, qu'ils peuvent sceller beaucoup mieux un boîtier légèrement endommagé et qu'en cas de fonctionnement à des températures élevées, le caoutchouc se dilate rapidement, ce qui garantit un ajustement serré. Un joint d'arbre métallique est généralement plus rentable. Toutefois, il faut veiller à ce que le joint, le boîtier et l'arbre aient des propriétés de dilatation thermique similaires. Une dilatation thermique différentielle excessive peut être la cause de fuites lorsque le système subit des changements de température.

Il existe trois types fondamentaux de joints d'étanchéité d'arbre, avec des formes de construction différentes : A, B, et C. Si le joint d'arbre contient une lèvre anti-poussière, un S est ajouté. S'il scelle dans les deux sens pour deux fluides différents, un "D" est ajouté. Un "O" dans le type signifie qu'il n'y a pas de ressort de jarretière. Dans les figures 3 à 7, le noir uni est en métal et le motif écossais en caoutchouc.

Type A/AS

Le type A est principalement constitué de caoutchouc. Cela permet d'éviter toute fuite en cas de changement de température ou lorsque le trou du boîtier présente un degré élevé de rugosité. Le type AS possède une lèvre anti-poussière supplémentaire pour protéger le bord d'étanchéité de la saleté et de la poussière provenant de l'extérieur.

Figure 3 : Type A/AS

Figure 3 : Type A/AS

Type B/BS

Le type B a un extérieur en métal. Pour garantir qu'aucune fuite ne se produira à l'extérieur, ils exigent des tolérances étroites au niveau de l'orifice du boîtier. Le type BS possède une lèvre anti-poussière supplémentaire pour protéger le bord d'étanchéité de la saleté et de la poussière provenant de l'extérieur.

Figure 4 : Type B/BS

Figure 4 : Type B/BS

Type C/CS

Le type C est similaire au type B, mais avec un capuchon de renforcement supplémentaire. Le joint d'arbre est donc adapté aux conditions de fonctionnement difficiles. Il est également plus courant dans les joints d'arbre de grand diamètre. Le type CS possède une lèvre anti-poussière supplémentaire pour protéger le bord d'étanchéité de la saleté et de la poussière provenant de l'extérieur.

Figure 5 : Type C/CS

Figure 5 : Type C/CS

Type AD/BD

Les types AD et BD ont deux bords d'étanchéité, ce qui permet de séparer deux fluides l'un de l'autre. Le type AD possède un anneau de renforcement en métal, recouvert de caoutchouc, tandis que le type BD possède une gaine métallique complète. Le type AD présente une excellente étanchéité statique sur le diamètre extérieur grâce à une surépaisseur d'emmanchement plus importante et est relativement facile à installer. Le type BD a un ajustement très serré et exact dans le boîtier en raison de l'ajustement serré en métal.

Figure 6 : Type AD/BD

Figure 6 : Type AD/BD

Type AO/BO

Les types AO et BO sont conçus sans le ressort radial qui serre le bord du joint sur l'arbre. Ils sont donc surtout utilisés dans les petites applications avec des roulements à aiguilles ou lorsque le type de lubrification est la graisse.

Figure 7 : Type AO/BO

Figure 7 : Type AO/BO

Matériaux

Les deux matériaux les plus courants pour les joints d'arbre sont le NBR et le FKM. Consultez notre tableau de compatibilité chimique pour vous assurer de la compatibilité chimique.

  • NBR Ce matériau est généralement le meilleur choix pour un usage général. Il est résistant à l'huile lubrifiante, à l'huile hydraulique, à l'eau et convient à des températures comprises entre -30°C et 100°C (-22° -212°F). Il n'est cependant pas résistant aux acides et aux dissolvants. La vitesse de rotation maximale (vitesse de surface de l'arbre) de ce matériel est de 12m/s.
  • FKM Ce matériau est le meilleur choix pour les applications à haute température. Convient pour des températures comprises entre -20 et 200 degrés Celsius. Il est également beaucoup plus résistant aux acides et aux dissolvants. La vitesse de déplacement maximale de ce matériel est de 38m/s.

Un calcul peut être effectué pour déterminer quel matériau convient le mieux à un système en utilisant le diagramme ci-dessous.

Diagramme de sélection des matériaux

Diagramme de sélection des matériaux
  1. Avec un diamètre d'arbre et une vitesse de rotation connus :
    • Vous devez déterminer le point d'intersection de la ligne verticale au-dessus du diamètre correspondant de l'arbre en [mm] à la base du diagramme avec la ligne diagonale appropriée de la vitesse de rotation en partant du bord droit ou supérieur du diagramme.
  2. Avec un diamètre d'arbre et une vitesse périphérique établis :
    • Vous devez déterminer le point d'intersection de la ligne verticale au-dessus du diamètre correspondant de l'arbre en [mm] à la base du diagramme avec la ligne horizontale appropriée partant du bord gauche du diagramme à la vitesse périphérique correspondante en [m/s].

Par exemple :

  • Diamètre de l'arbre (d) : 100mm
  • Vitesse de rotation (n) : 1500 1/min
  • Vitesse périphérique (v) : inconnue m/s

En observant le graphique basé sur ces spécifications, nous pouvons voir que la vitesse périphérique est de 7,9 m/s. Il se trouve également dans la section NBR du graphique, ce qui indique que ce matériau devrait être sélectionné. Si l'analyse est en dehors de la gamme NBR ou FKM, un matériau spécial de joint d'arbre est nécessaire. S'il est à la limite, on utilise généralement du FKM, car il est de meilleure qualité.

Note : Il est toujours important d'examiner la compatibilité chimique de chaque matériau ! Pour plus d'informations, lisez notre article sur la lubrification des roulements.

Critères de sélection

Les joints d'étanchéité d'arbre doivent tenir compte des critères suivants pour choisir celui qui convient à votre application :

  1. Dimensions
    • Veillez à ce que le joint d'étanchéité de l'arbre s'appuie correctement sur l'arbre et le boîtier pour combler tout l'espace entre les composants fixes et rotatifs.
  2. Lubrication
    • Le choix d'un type spécifique de joint dépend en grande partie du type de fluide utilisé pour la lubrification.
    • Si la graisse est le seul fluide du système, un joint d'arbre de type AO ou BO en NBR sera suffisant.
    • En cas d'utilisation d'acides ou de dissolvants, il est recommandé d'utiliser un joint d'arbre en FKM de type A/AS, AD/BD, B/BS, C/CS.
  3. Température de travail
    • Les joints de type A doivent être utilisés pour les applications présentant des changements de température fréquents, car ils peuvent se dilater ou se contracter en fonction des changements de température.
    • Si la température de l'application est supérieure à 100°C (212°F), il faut utiliser du FKM.
    • Si la température est comprise entre -20° et -30°C (-4 à -22°F), il faut utiliser du NBR. Entre ces plages, cela dépend du type de média.
  4. Charge de fonctionnement
    • Si l'arbre est exposé à de nombreuses forces irrégulières, comme dans un camion tout-terrain, un joint d'arbre de type C est recommandé. Si la vitesse de fonctionnement de l'essieu est supérieure à 14 m/s, vous devez vous procurer un joint d'arbre en FKM. Utilisez notre diagramme de sélection des matériaux.
  5. Environnement
    • S'il y a beaucoup de saleté ou de poussière dans l'environnement, il est recommandé de choisir un joint d'arbre qui a une lèvre anti-poussière. Cela augmentera la durée de vie du joint d'arbre.

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