Comprendre les dommages aux paliers – Causes, mode de défaillance et prévention

Les roulements à rouleaux sont des composants robustes et fiables dans le génie mécanique et la construction de machines personnalisées. Cependant, dans certaines conditions, des dommages au palier de ces éléments de la machine largement utilisés peuvent survenir, résultant généralement d’un comportement inhabituel pendant le fonctionnement. Dans le pire des cas, l'endommagement des paliers peut entraîner une défaillance complète des roulements à rouleaux, ce qui peut entraîner des temps d'arrêt indésirables. Par conséquent, il est important de détecter les premiers signes d’endommagement des roulements à rouleaux dès le début et de remédier à leurs causes. Dans cet article, nous abordons les signes de dommages des paliers, de leurs causes et des modes de défaillance typiques.

Comment les paliers sont-ils endommagés ?

Les dommages aux paliers peuvent être engendrés par diverses causes, dont certaines sont dues à l’usure et à un assemblage incorrect. Cependant, des dommages au palier surviennent souvent en raison d’une conception incorrecte pendant la phase de conception, ce qui peut entraîner une surcharge du palier. En plus d’une installation défectueuse et d’une surcharge, la contamination et une lubrification insuffisante ou même manquante constituent des raisons typiques de défaillance des paliers.

En tout état de cause, un examen approfondi des causes est nécessaire en cas de dommages aux paliers afin d’assurer la longévité et la sécurité de l’application. Les paliers endommagés ne doivent pas être inspectés complètement de manière isolée. Les composants environnants peuvent être affectés négativement par le comportement de fonctionnement perturbé du palier ou peuvent même être considérés comme une cause potentielle de dommages au palier.

Quels signes peuvent être utilisés pour identifier les dommages au palier ?

Les dommages au palier peuvent généralement être reconnus par le fait que le comportement de fonctionnement change progressivement. En fonction de l’environnement d’exploitation et de l’application, des dommages au palier peuvent être identifiés sous la forme de différents signes.

Très souvent, des dommages au palier peuvent être détectés par un bruit de fonctionnement inhabituel. Les sifflements, les bruissements ou les bruits irréguliers sont une indication claire des dommages. Le bruit des paliers est souvent causé par une lubrification inadéquate ou inappropriée. Mais des charges excessives et des erreurs d'installation des paliers peuvent également être à l’origine du bruit des paliers.

Si les paliers sont accessibles ou visibles de l'extérieur, des dommages peuvent également être détectés par un fonctionnement irrégulier des paliers. Un fonctionnement irrégulier ou imprécis peut être causé par des chocs, des vibrations, mais également par la saleté. Autre signe d’endommagement des paliers : la présence de températures excessives. Des températures excessives dans le palier peuvent généralement être attribuées à un frottement accru. Cependant, une quantité excessivement faible ou élevée de lubrifiant, de surcharges ou d’erreurs d’installation peut également augmenter la température du palier.

En principe, les paliers doivent être inspectés pour détecter ces signes lors des inspections de routine afin d’éviter d’endommager les roulements et de contrer de manière préventive tout temps d’arrêt résultant de l’application.

Quels sont les modes de défaillance typiques ?

Chaque type de dommage possède ses propres caractéristiques et modes de défaillance. En fonction des modes de défaillance, des conclusions peuvent être tirées sur les causes du défaut et des contre-mesures appropriées peuvent être initiées. Les dommages typiques des paliers, par exemple, comprennent l’usure, la corrosion, les indentations, le brunissage et le flux de courant. Les paliers endommagés ou défaillants peuvent souvent présenter différents dommages.

Dans ce qui suit, certains des modes de défaillance les plus courants, leurs caractéristiques et causes possibles sont examinés plus en détail et mis en évidence avec des exemples.

Dommages au palier dus à l’usure

L’usure comprend les dommages de surface causés par le frottement du glissement sur les corps de rouleaux, les surfaces de tourillon ou les extrémités, entre autres. Dans le cas des roulements à rouleaux, il n’y a pratiquement aucune usure visible dans des circonstances normales. Cependant, une usure peut se produire si le palier entre en contact avec des particules étrangères ou si la lubrification est insuffisante. Les vibrations sur les paliers fixes peuvent également provoquer une usure.

De petites particules telles que l’abrasion du métal peuvent provoquer l’usure des chemins de roulement, des corps de roulement et de la cage du palier, ce qui à son tour fait apparaître les surfaces mates. La granulation et le type de particules déterminent le degré de matification. Par exemple, une décoloration verdâtre de la graisse du palier peut indiquer une abrasion sur la cage en laiton. D’autres signes d’usure peuvent être de petites indentations sur les chemins de roulement. Cela est entre autres dû à un manque de propreté lors de l’installation, à des joints inefficaces ou à des lubrifiants contaminés.

Si le lubrifiant est trop peu présent ou si ce dernier perd son pouvoir lubrifiant, un film lubrifiant suffisamment viable ne peut pas se former. Cela entraîne un contact métal sur métal entre les corps roulants et les chemins de roulement. Lorsque le lubrifiant est complètement consommé, la température augmente considérablement. Par conséquent, l’acier à roulement trempé perd sa dureté et les surfaces se décolorent. Dans des cas extrêmes, la température peut augmenter de manière excessive, si bien que le palier se raidit. Si le film lubrifiant est manquant et que cela entraîne un contact métal sur métal entre les corps roulants et les chenilles, les vibrations peuvent provoquer de petits mouvements entre les corps roulants et les bagues de roulement. Cela peut entraîner la rupture des surfaces par de petites particules. Au fil du temps, cela crée des dépressions dans lesquelles la rouille se développe souvent en raison de l’oxydation des particules décollées.

Dommages aux paliers dus à des indentations sur les chemins de roulement

Des indentations ou des piqûres dans les surfaces des paliers se produisent lorsque des charges élevées sont appliquées à un palier fixe ou lorsque des corps étrangers pénètrent dans le palier. Cependant, une surcharge due à une installation incorrecte peut également provoquer des indentations.

Si des particules étrangères pénètrent dans le palier et sont enroulées dans les chemins de roulement par les corps roulants, des indentations peuvent se produire. Les corps étrangers et autres particules de saleté peuvent rester dans le palier en raison d’un nettoyage initial insuffisant ou d’un manque de nettoyage après les processus de travail. Si les roulements sont sous charge et soumis à des vibrations pendant une période plus longue, des marquages dits « inactifs » peuvent se former. Les marquages inactifs sont typiques des empreintes uniformes réparties sur le chemin de roulement à la distance des corps roulants. Les charges de pointe dues à des chocs ou à une surcharge statique peuvent également entraîner des dépressions dans les chemins de roulement qui se manifestent également par des indentations à la distance des corps roulants. Les modes de défaillance résultent souvent d’une force excessive sur l’une des bagues de roulement pendant le montage et le démontage.

Étant donné que les contours des indentations sont soumis à une forte contrainte chaque fois que le renversement se produit après l’enfoncement de corps étrangers, ce que l’on appelle des ruptures peuvent se produire. Elles peuvent se propager sur l’ensemble du chemin de roulement en V dans le sens du roulement. Plus la définition du contour de l’empreinte est forte (par ex. pour les minéraux durs) et plus la charge est élevée, plus la probabilité d’autres ruptures et d’une défaillance des paliers est élevée.

Dommages aux paliers dus à la corrosion

La corrosion est l’un des modes de défaillance de palier les plus graves. Elle se produit dans des conditions de fonctionnement où l'humidité ou un produit agressif entre en contact avec le palier et où le lubrifiant ne peut plus protéger les surfaces du palier.

La corrosion due à l’humidité (rouille) se forme de manière inégale sur le palier, sous la forme de taches de rouille de couleur marron. Les temps d’arrêt prolongés entraînent également fréquemment des défauts de rouille à la distance des éléments roulants. Les dommages de corrosion dus à l’humidité surviennent en raison d’un stockage inapproprié de la condensation due aux fluctuations de température, mais également en raison d’une étanchéité inadéquate et de disques de couverture défectueux.

Outre l’humidité, les milieux agressifs peuvent également entraîner des dommages liés à la corrosion, aux paliers. Par conséquent, il est important de prendre en compte les matériaux d’exploitation en contact avec le palier pendant la conception et d’effectuer uniquement la maintenance avec les agents de nettoyage approuvés. La couleur des défauts est généralement différente, elle est causée par des erreurs d’étanchéité ou un contact avec des produits chimiques agressifs ou des lubrifiants inadaptés.

Autres types de dommages aux paliers

Sur les roulements dans des environnements de transport de courant (par ex. dans les moteurs électriques ou pendant le soudage), le flux de courant à travers le palier peut entraîner des dommages thermiques au matériau. Ces modes de défaillance se manifestent généralement par des cratères ou des renflements sur le palier et sont formés aux points de contact des éléments de roulement. Cette forme de dommage au palier peut s’étendre sur toute la surface du palier.

Les dommages au palier dus à une mauvaise lubrification représentent un problème courant qui peut considérablement altérer les performances et la durée de vie des paliers. Trop de lubrifiant peut être aussi nocif que trop peu. Un remplissage excessif entraîne une résistance accrue dans le palier, ce qui entraîne à son tour une génération excessive de chaleur. Cette chaleur peut altérer le pouvoir lubrifiant du lubrifiant et entraîner la détérioration des composants du palier. En revanche, un manque de lubrifiant entraîne un frottement accru entre les pièces mobiles du palier. Cela entraîne une usure excessive, une production de chaleur accrue et, en fin de compte, une défaillance prématurée des paliers. L’eau, la poussière et d’autres contaminants peuvent contaminer les lubrifiants et réduire leur pouvoir lubrifiant. De plus, les lubrifiants perdent leur efficacité au fil du temps. Les lubrifiants anciens peuvent perdre leurs propriétés de lubrification, ce qui peut entraîner une usure accrue et une défaillance des paliers.

Les contraintes dans l’orientation du montage affectent le chemin de roulement dans la mesure où l’usure non uniforme devient apparente. Le type de contrainte présent est décisif ici. Une contrainte radiale sur un roulement à billes, telle qu’un écart de palier trop étroit, peut se manifester par des traces circonférentielles sur les deux anneaux du palier. Les modes de défaillance sur les paliers à billes dus à des contraintes ovales, en revanche, sont discernables à partir d’une usure plus élevée des surfaces de roulement opposées, tandis que les pièces intermédiaires ont une usure significativement plus faible. Exemple : un anneau extérieur soumis à des charges de compression radiales. Les causes de la contrainte peuvent souvent être identifiées dans la déformation des paliers ou des composants environnants. Une sélection inadaptée d’un palier en ce qui concerne les forces d’action de l’application peut également être la cause de la contrainte.

Comment éviter d'endommager les paliers ?

En général, les paliers soigneusement sélectionnés atteignent leur durée de vie utile prévue. Néanmoins, des erreurs souvent évitables entraînent une usure prématurée de ces paliers. Ces défauts prématurés ne résultent généralement pas de la fatigue matérielle, mais sont dus à un certain nombre de défauts :

• Erreur d'assemblage
• Manipulation défectueuse
• Lubrification insuffisante
• Pénétration de corps étrangers
• Développement excessif de chaleur.

Afin de prendre des mesures efficaces contre ces défaillances, un examen approfondi du mode de défaillance, du type de défaillance et des causes potentielles est nécessaire. Cela nécessite une connaissance précise de toutes les conditions pré-défaillance et post-défaillance pertinentes, y compris l’application spécifique, les conditions de fonctionnement et l’environnement. La mise en œuvre de contre-mesures réussies peut largement prévenir des problèmes similaires à l’avenir.

Par conséquent, les risques potentiels d’endommagement et de défaillance des paliers doivent déjà être pris en compte lors de la sélection des paliers et de la détermination des spécifications. Par exemple, en cas de doute, les paliers non réparables (graissés de manière permanente) doivent être privilégiés aux roulements relubrifiés. En outre, le matériau et le lubrifiant du palier doivent correspondre à la capacité du palier, aux charges statiques et dynamiques, aux températures attendues et au milieu ambiant en contact avec le palier.

MISUMI propose une sélection complète de roulements à rouleaux de haute qualité, configurables individuellement. En outre, les spécifications du fabricant des paliers et du fournisseur de lubrifiant doivent toujours être respectées. Un assemblage approprié et une inspection et une maintenance régulières vous aident à maintenir les roulements à rouleaux pendant une longue durée de vie et un haut niveau de sécurité dans votre application.

Dans la gestion de la production moderne, la surveillance des emplacements des paliers peut également être effectuée par la surveillance du bruit (microphone), l’analyse de fréquence ou l’analyse des vibrations. Le principe de fonctionnement repose sur la détermination d’émissions sonores excessives ou sur l’examen des fréquences de dommages spécifiques aux paliers à billes qui indiquent des dommages aux paliers concernés. Ces systèmes sont disponibles pour les praticiens et sont directement intégrés au contrôle de la production. Cependant, il est également possible d’utiliser des tests appropriés indépendamment du contrôle de la production dans le cadre de la maintenance ou de la maintenance préventive. MISUMI propose les instruments de mesure suivants pour la surveillance : Mesureur d'intensité vibratoire et stroboscope industriel (surveille les vibrations pendant le fonctionnement).