Le bruit fait partie des paramètres clés pour évaluer la qualité de la graisse. Compte tenu de l’importance vitale de la lubrification pour les performances du roulement, SKF s’active à développer des équipements d’essai pour la mesure du bruit généré par les graisses. La dernière innovation lancée sur le marché en ce sens est l’appareil de mesure SKF BeQuiet+.

Les produits développés par SKF dans le domaine des équipements de mesure du bruit généré par les graisses sont basés sur les besoins de durée de service accrue et de fonctionnement silencieux des roulements exprimés par les clients. La vérification de la conformité aux exigences en termes de niveau de propreté et de conditions de lubrification requiert un dispositif d’essai rigoureux.

Au fil des ans, SKF a mis au point un certain nombre de machines de contrôle des graisses dans le but d’approfondir sa propre compréhension de la théorie de la lubrification. C’est ce qui lui vaut aujourd’hui de se bild urer parmi les principaux fournisseurs de graisses. Le Centre SKF QTC (Quality Technology Centre) de Steyr, en Autriche, est en charge du développement, de la fabrication et de la commercialisation des machines de contrôle des graisses. Les travaux de développement ont été réalisés au sein du Centre en étroite collaboration avec le Centre de recherche et d’ingénierie SKF basé aux Pays-Bas.

SKF est leader sur le marché de la technologie de contrôle des graisses. La technique a été améliorée au fil des nombreuses années de recherche en tribologie et est appliquée à l’échelle industrielle depuis longtemps par SKF. L’appareil de mesure du bruit généré par les graisses, BeQuiet, de l’entreprise est un tel succès qu’il fait se bild ure d’équipement standard pour le contrôle des graisses dans l’industrie des lubrifiants.

Il est recommandé pour les fabricants de ce secteur dans le cadre de leurs activités de développement et de contrôle de la production. Les fabricants de roulements peuvent, quant à eux, utiliser la machine d’essai pour sélectionner le meilleur lubrifiant du marché, pour contrôler les lots à la livraison et pour vérifier la qualité de la lubrification en service.

L’importance de la propreté du lubrifiant
La théorie SKF sur la durée de vie des roulements souligne le caractère primordial de l’utilisation de lubrifiants propres pour obtenir une longue durée de service des roulements. Bien que, dans le cas d’une lubrification à la graisse, de nombreux facteurs puissent affecter le degré de propreté en fonctionnement, il est indispensable de toujours utiliser une graisse propre pour le graissage initial et les opérations de relubrification. De même, dans des applications où la durée de vie en fatigue du roulement n’est pas en jeu (en raison de charges très faibles par ex.), la propreté de la graisse demeure malgré tout extrêmement importante car elle contribue, par exemple, à un fonctionnement silencieux du roulement qui constitue l’une des principales exigences pour des applications comme les moteurs électriques, ventilateurs, etc..

Par exemple, les fabricants de moteurs électriques ont indéniablement besoin de roulements qui offrent le niveau de vibration le plus faible possible et ne génèrent aucun bruit gênant. Cette exigence implique d’utiliser une graisse extrêmement propre et qui minimise le niveau sonore.

Les roulements utilisés dans les boîtes de vitesses automobiles doivent pouvoir durer aussi longtemps que le véhicule. Or, ces roulements sont exposés aux impuretés présentes dans l’huile de boîte de vitesse, souvent dues aux engrenages. Ce phénomène est néfaste pour les roulements. La présence de ces impuretés endommage les pistes, avec la formation « d’empreintes » et l’augmentation du niveau des contraintes de bord, entraînant une accélération du processus de vieillissement et des défauts de surface. Il s’ensuit une augmentation du niveau sonore et, au bout du compte, une défaillance du roulement liée à la fatigue.

D’où vient le bruit
L’épaisseur du film qui sépare les surfaces au niveau du contact roulant étant très faible (généralement inférieure à un micron), on comprend aisément que n’importe quelle impureté de taille supérieure à l’épaisseur du film puisse perturber le bon fonctionnement. La se bild . 2 représente un enregistrement des pics de vibrations générés par un lubrifiant contenant des impuretés. Les pics de vibrations sont enregistrés en filtrant le signal de manière à isoler l’effet de courte durée de l’écrasement des particules. L’écrasement de particules plus grosses peut conduire à la formation d’indentations permanentes sur les pistes (se bild . 3). Dans ce cas, le signal global s’amplifie dans le temps, indiquant une détérioration de la qualité initiale supérieure du roulement due à l’utilisation d’un lubrifiant de propreté insuffisante. L’écrasement de particules cassantes entraîne la formation de petits défauts sur la surface du roulement (se bild . 4).

L’expérience montre clairement que les conséquences de l’écrasement des particules varient selon quatre classes de qualité distinctes : impur, bruyant, propre et silencieux. Cette classification peut être décrite de la façon suivante :

Impur
La dureté et la taille des particules sont telles que leur écrasement occasionne sur les surfaces de contact des dommages permanents qui entraînent, à leur tour, une augmentation du niveau sonore et une diminution de la durée de service des roulements.

Bruyant
Compte tenu de leur dureté et de leur taille, les particules refoulées sont susceptibles d’endommager les surfaces de contact du roulement, entraînant une augmentation évidente du niveau sonore global du roulement, sans pour autant réduire la durée de vie de ce dernier.

Propre
La dureté et la taille des particules refoulées entraînent des pics vibratoires notables, mais aucun dommage permanent des surfaces de contact du roulement.

Silencieux
Il s’agit du degré de propreté le plus élevé, caractérisé par une quantité minime d’impuretés produisant uniquement des pics de vibrations.

Les lubrifiants « impurs » sont rares à l’état initial, mais, selon les conditions de l’application, ce stade peut être atteint en service.

Il existe quelques graisses sur le marché qui se classent dans la catégorie « bruyantes » en raison du type d’épaississant utilisé ou de la teneur en additifs solides. Il s’agit, par exemple, de certaines graisses au calcium complexe qui contiennent des grosses particules de sels de calcium à l’origine de la formation de petites indentations permanentes (se bild . 3).

La majorité des graisses actuelles se classent dans la catégorie « propre ». Il s’agit typiquement des graisses polyurées, pouvant présenter de gros amas d’épaississant. Ces graisses peuvent générer des pics de vibrations importants, mais les particules présentes étant de faible dureté, leur refoulement ne provoque pas d’indentations notables (se bild . 5).

Les graisses classées « silencieuses » sont peu nombreuses. Il s’agit typiquement des graisses à base de savon au lithium fabriquées dans un environnement propre selon un processus qui garantit une structure de savon fine grâce au filtrage des particules indésirables.

Le but du nouvel appareil de mesure du bruit généré par les graisses SKF BeQuiet+ est de déterminer la qualité de la graisse selon ces catégories afin de développer, améliorer ou identifier des graisses silencieuses. La comparaison des propriétés d’amortissement de différents lubrifiants doit se faire sur le même roulement monté de façon identique. Une fois toutes ces précautions prises en compte, le lubrifiant présentant les propriétés d’amortissement optimales peut être sélectionné facilement.

De nombreux facteurs contribuent aux propriétés d’amortissement du lubrifiant. Pour les huiles, il s’agit de la viscosité, le type de l’huile de base et les types d’additifs. On observe souvent une tendance nette du niveau d’amortissement à suivre l’augmentation de la viscosité de l’huile (se bild . 6). Pour les graisses, les propriétés d’amortissement peuvent être très disparates, probablement également en raison de l’influence du type d’épaississant et de sa microstructure. Par ailleurs, des additifs influant sur la mouillabilité avec une excellente attaque de surface peuvent jouer un rôle prépondérant.

L’appareil BeQuiet+ permet aux fabricants de lubrifiants de mettre au point des produits aux propriétés d’amortissement supérieures. Du côté des fabricants de roulements, cet outil est tout aussi important car il permet de sélectionner, par exemple, la graisse aux propriétés d’amortissement les plus élevées.

Procédures de mesure
La procédure de mesure utilisée par l’appareil BeQuiet+ (se bild . 1) est celle prescrite par les normes internationales, comme la norme ISO 15242 et la norme ANSI/ABMA 13-1987.

Ces normes définissent les bandes de fréquences appropriées et d’autres conditions limites pour l’évaluation de la qualité des graisses en termes d’amortissement du bruit. La bague intérieure du roulement présente une vitesse de rotation de 1 800 tr/min ; un capteur de vitesse sur la bague extérieure (fixe) mesure le déplacement radial de cette dernière.

Le logiciel filtre le signal vibratoire mesuré en trois bandes de fréquences (basses, moyennes, hautes). L’expérience montre que la bande des basses fréquences correspond essentiellement au bruit généré par le roulement lui-même. C’est la raison pour laquelle seules les bandes de moyennes et hautes fréquences sont utilisées pour évaluer le comportement sonore de la graisse. Le signal obtenu est filtré mathématiquement, puis analysé selon la méthode de mesure SKF BeQuiet+ et/ou la méthode d’évaluation MGG 11.

La méthode BeQuiet+
L’avantage de la méthode de mesure SKF BeQuiet+ réside dans la procédure d’essai unique et le degré d’automatisation. La procédure entièrement automatique repose sur des dosages répétés du lubrifiant sur le roulement d’essai et l’enregistrement du niveau et des pics de vibrations. Cette procédure évite que des impuretés présentes dans l’environnement pénètrent dans le lubrifiant et faussent les résultats de mesure. Elle permet en outre d’utiliser le même roulement pour différents essais sans avoir à le démonter. Cet avantage est particulièrement utile lorsque l’on souhaite déterminer le potentiel de nuisance de lubrifiants impurs en procédant comme suit : essai sur un lubrifiant de référence, puis sur le lubrifiant à évaluer et, enfin, à nouveau sur le lubrifiant de référence.

La clé de voûte de ce dispositif d’essai est l’algorithme SKF de détection des pics qui permet d’isoler ces pics de vibrations du signal vibratoire complet du roulement. L’intensité des pics détectés est exploitée pour évaluer quantitativement le comportement sonore. L’utilisateur est alors en mesure de comparer le résultat à un objectif définissable.

La méthode MGG 11
Des roulements rigides à billes 608 sélectionnés sont nettoyés et conservés dans de l’huile d’étalonnage. Leur comportement sonore est analysé et va servir de référence. Cette démarche correspond à la situation réelle : à la fin du processus de production, les roulements sont d’abord conservés puis lubrifiés.

Une fois déterminé l’état de référence, les roulements sont lubrifiés et leur comportement sonore est évalué.

Les mesures sont réalisées et la catégorie sonore est déterminée à l’aide de l’algorithme MGG 11 mis en œuvre avec l’appareil de contrôle des graisses BeQuiet+. Les résultats indiquent la catégorie sonore et le comportement au démarrage. Il est ainsi possible d’établir une classification affinée de la graisse lubrifiante testée. La méthode d’essai MGG 11 fournit des détails utiles concernant la qualité et l’homogénéité d’une graisse aux fabricants et aux clients dans le cadre du développement de nouvelles graisses ou de contrôles de routine. En outre, le comportement sur le long terme des graisses lubrifiantes et huiles de conservation ainsi que leur compatibilité peuvent également être déterminés par le biais d’essais d’exposition.

Le nouveau logiciel BeQuiet+ permet à partir d’un seul système d’évaluer le bruit généré par la graisse selon les spécifications SKF et MGG 11. Il cumule les avantages des deux systèmes. Le système mesure les paramètres suivants des graisses qui sont essentiels pour une application de roulement :

• classification du niveau sonore des lubrifiants en fonctionnement lors de l’écrasement des particules ;
• détermination des dommages permanents dus au lubrifiant ;
• propriétés d’amortissement du lubrifiant ;
• comportement de la graisse au démarrage ;
• bruit de fonctionnement constant de la graisse ;
• pics sonores pour les bandes de moyennes et hautes fréquences ;
• comparaison de lubrifiants sur la base de leurs propriétés d’amortissement.

Outre BeQuiet+, SKF propose une gamme complète de produits destinés à l’industrie des lubrifiants visant à garantir un fonctionnement silencieux et une longue durée de service des systèmes de roulements.

Appareils de contrôle des graisses SKF, une gamme complète de produits à destination de l’industrie des lubrifiants

• BeQuiet+ : appareil de mesure du bruit généré par les graisses
• R0F+ : banc d’essai de durée de vie
• RHF1 : banc d’essai de durée de vie pour applications à grande vitesse
• EMCOR : banc d’essai de résistance à la corrosion (normalisé)
• V2F : banc d’essai pour roulements de roues de véhicules ferroviaires (normalisé)
• R2F : banc d’essai de comportement mécanique dynamique
• RST : banc d’essai de résistance au cisaillement de la graisse (normalisé)