Joints d'arbre rotatif - Leur fonctionnement

Les joints d'arbre rotatifs, également appelés joints d'huile ou simplement joints d'arbre, sont utilisés pour fermer et étancher l'espace entre les composants stationnaires et rotatifs. Ils empêchent les fuites d'huile et veillent à ce qu'aucun contaminant ne passe par le passage. Il existe différents types de joints d'arbre pour une large gamme d'applications. Cet article vous donnera une vue d'ensemble des joints d'arbre et vous aidera à choisir celui qui convient à votre application.

Table des matières

• Conception du joint d'arbre
• Types de joints d'arbre
• Matériaux
• Critères de sélection

Conception du joint d'arbre

La figure 2 ci-dessous montre que la conception de base d'un joint d'arbre est très différente de celle 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 aussi réduite que possible et, dans la plupart des cas, elle prend la forme d'un 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 de 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.

Types de joints d'arbre

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

Il existe trois types de joints d'arbre de base 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 est scellé 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 jarretière. Dans les figures 3 à 7, le noir uni est du métal et le motif écossais est du caoutchouc.

Type A/AS

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

Type B/BS

Le type B a un extérieur en métal. Pour garantir l'absence de fuite à l'extérieur, ils nécessitent des tolérances étroites au niveau de l'orifice du boîtier. Le type BS est doté d'une lèvre anti-poussière supplémentaire qui protège le bord d'étanchéité de la saleté et de la poussière provenant de l'extérieur.

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 est doté d'une lèvre anti-poussière supplémentaire qui protège le bord d'étanchéité de la saleté et de la poussière provenant de l'extérieur.

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 comporte un anneau de renforcement métallique, recouvert de caoutchouc, tandis que le type BD comporte une gaine métallique complète. Le type AD présente une excellente étanchéité statique sur le diamètre extérieur grâce à un ajustement serré plus important et est relativement facile à installer. Le type BD a un ajustement très serré et exact dans le boîtier en raison de l'ajustement par pression du métal.

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 principalement utilisés dans des applications plus petites avec des roulements à aiguilles ou lorsque le type de lubrification est la graisse.

Matériaux

Les deux matériaux les plus courants pour les joints d'arbre sont le NBR et le FKM. Consulter notre tableau de compatibilité chimique pour s'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 la surface de l'arbre) de ce matériau est de 12 m/s.
• FKM : Ce matériau est le meilleur choix pour les applications à haute température. Il convient pour des températures comprises entre -20 et 200°C (-4° - 392 °F). Il est également beaucoup plus résistant aux acides et aux dissolvants. La vitesse de déplacement maximale de ce matériau est de 38 m/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

1. Le diamètre de l'arbre et la vitesse de rotation étant connus :
   • Vous devez déterminer le point d'intersection de la ligne verticale au-dessus du diamètre de l'arbre correspondant en [mm] à la base du diagramme avec la ligne diagonale de vitesse de rotation appropriée 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 de l'arbre correspondant 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 examinant le graphique basé sur ces spécifications, on constate que la vitesse périphérique est de 7,9 m/s. Il se trouve également dans la section NBR du graphique, ce qui indique qu'il devrait s'agir du matériau sélectionné. Si l'analyse se situe en dehors de la gamme NBR ou FKM, un matériau spécial pour le joint d'arbre est nécessaire. S'il est à la limite, on utilise généralement le FKM, qui 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 critères suivants doivent être pris en compte lors de la sélection d'un joint d'arbre pour votre application :

1. Dimensions
   • Veillez à ce que le joint d'arbre soit correctement étanche par rapport à l'arbre et au logement afin de combler l'intégralité de l'espace entre les composants fixes et rotatifs.
2. Lubrification
   • Le choix d'un type de joint spécifique dépend en grande partie du type de fluide utilisé pour la lubrification.
   • Si la graisse est le seul fluide présent dans le 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 fonctionnement
   • Les joints de type A doivent être utilisés pour les applications soumises à 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 convient d'utiliser du FKM.
   • Si la température se situe entre -20° et -30°C (-4 à -22°F), il convient d'utiliser du NBR. Entre ces fourchettes, cela dépend du type de support.
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 rotation 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 doté d'une lèvre anti-poussière. Cela augmentera la durée de vie du joint d'arbre.