Graissage des roulements et périodicité de lubrification dans les moteurs électriques

La pièce mécanique la plus critique qui détermine la durée de vie d'un moteur asynchrone AC est le roulement, et la grande majorité de ces roulements est lubrifiée à la graisse. La graisse forme le film de lubrification et enveloppe en même temps le roulement comme une barrière contre les agents extérieurs. Appliquée avec le bon produit, en bonne quantité et selon la bonne périodicité, la graisse permet au roulement de fonctionner sans problème jusqu'au terme de sa durée de vie de conception ; en cas de mauvaise application, en revanche, le moteur peut tomber en panne avant même sa première année. Chez DRG Motor, une part importante des défaillances précoces de roulements que nous rencontrons le plus souvent sur le terrain n'a pas pour origine un défaut de conception mécanique, mais simplement une mauvaise gestion de la graisse. Dans cet article, nous traitons en détail des raisons pour lesquelles le graissage est aussi déterminant, des facteurs qui modifient la périodicité de lubrification et des points à surveiller pour une lubrification correcte sur le terrain.

La véritable fonction de la lubrification à la graisse à l'intérieur du moteur

Même si, à première vue, la graisse ne semble être qu'un « lubrifiant », elle assume en réalité plusieurs fonctions à la fois. En formant un film d'huile très mince entre les billes et les bagues du roulement, elle empêche le contact métal-métal. Sans ce film, les surfaces frottent l'une contre l'autre, la température monte rapidement et des microsoudures se forment, ce qui amorce la dégradation de la surface.

Sa deuxième fonction est la protection. En remplissant le volume libre du roulement, la graisse rend difficile la pénétration de poussière, d'humidité et de particules abrasives. Troisièmement, la graisse contribue à dissiper une partie de la chaleur née du frottement. Ces trois fonctions dépendent toutes du maintien de la structure de base de la graisse ; lorsque la graisse se dégrade, toutes s'affaiblissent en même temps.

La structure de la graisse : huile de base, épaississant et additifs

La graisse se compose de trois éléments principaux. L'huile de base est la partie qui assure la lubrification proprement dite. L'épaississant (généralement à base de savon) retient cette huile comme une éponge et permet à la graisse de rester en place. Les additifs, quant à eux, apportent des propriétés telles que la résistance à l'oxydation, la tenue à la pression et la protection contre la corrosion.

Pendant le fonctionnement du moteur, l'épaississant libère lentement l'huile de base qu'il retient et alimente la zone de contact. C'est pourquoi la graisse a une « durée de vie » : lorsque l'huile de base est épuisée ou que les additifs se dégradent, la graisse n'est plus en mesure de remplir sa fonction. Ce que nous appelons périodicité de lubrification correspond en réalité au moment où il faut ajouter de la graisse neuve avant d'atteindre ce point d'épuisement.

Les facteurs qui influent sur la périodicité de lubrification

Même pour un seul moteur, la question « quelle est la périodicité de lubrification en heures » n'a pas de réponse unique. Cette durée est le résultat de nombreuses variables agissant ensemble. Les rubriques ci-dessous sont les éléments qui influent le plus sur cette durée.

L'effet de la vitesse de rotation

La vitesse de rotation du moteur est l'un des facteurs qui déterminent le plus fortement la périodicité de lubrification. Plus la vitesse augmente, plus la graisse dans le roulement travaille rapidement, plus elle chauffe et plus elle perd rapidement son huile de base. L'intervalle de lubrification d'un moteur à deux pôles tournant à 3000 tr/min est nettement plus court que celui d'un moteur à quatre pôles de même hauteur d'axe tournant à 1500 tr/min.

C'est pourquoi la périodicité de lubrification est plus rapprochée sur les moteurs à vitesse élevée. Choisir le moteur avec le bon nombre de pôles influe non seulement sur le rendement, mais aussi sur la charge d'entretien ; nous abordons également ce sujet dans notre contenu moteurs électriques industriels .

L'effet de la température de fonctionnement

La température raccourcit directement et fortement la durée de vie de la graisse. L'approche généralement admise veut que chaque augmentation de 15 °C de la température du roulement réduise d'environ la moitié la durée de vie de la graisse. Autrement dit, un moteur fonctionnant en permanence à haute température se lubrifie selon une périodicité très inférieure à la valeur du catalogue.

La source de chaleur n'est pas seulement l'environnement ; la surcharge, un refroidissement insuffisant, un mauvais alignement et même un excès de graisse font monter la température. Surveiller la température du moteur est donc une partie inséparable de la planification de l'entretien ; sur ce sujet, notre article contrôle de la température du moteur donne des informations détaillées.

L'effet de la taille et du type de roulement

Les grands roulements reçoivent plus de graisse et, comme ils tournent généralement à plus basse vitesse, leurs intervalles de lubrification sont plus longs ; la quantité de graisse augmente toutefois dans la même proportion. Le type de roulement est également déterminant : le comportement de lubrification des roulements à billes et des roulements à rouleaux diffère. Nous avons examiné la question du choix correct du roulement dans notre article types de roulements de moteur électrique et choix .

Plus le diamètre du roulement (en particulier le diamètre d'alésage) augmente, plus la périodicité de lubrification se raccourcit. C'est pourquoi la lubrification se planifie avec plus de soin sur les moteurs de grande taille.

L'effet de la position de montage

Le fait que le moteur fonctionne à l'horizontale ou à la verticale modifie également la périodicité de lubrification. Sur les moteurs à montage vertical, la graisse tend à glisser vers le bas sous l'effet de la gravité, ce qui peut raccourcir l'intervalle de lubrification. Dans les applications verticales, il est juste de déterminer la périodicité avec plus de prudence.

Conditions de charge et de vibration

Sur les roulements fonctionnant sous forte charge, le film d'huile est davantage sollicité et la graisse s'épuise plus rapidement. De la même manière, les charges par chocs, les cycles fréquents de démarrage-arrêt et les vibrations d'origine extérieure dégradent mécaniquement la structure de la graisse. Dans les environnements vibrants, il faut raccourcir la périodicité de lubrification. La vibration annonce en même temps une défaillance imminente ; c'est pourquoi l'approche maintenance prévisionnelle doit être envisagée conjointement avec le plan de lubrification.

Tableau des périodicités de lubrification approximatives

Le tableau ci-dessous indique les intervalles de lubrification approximatifs pour un moteur standard à montage horizontal, dans des conditions ambiantes normales. Ces valeurs ne constituent qu'un point de départ pour la planification ; la périodicité réelle se détermine d'après la plaque signalétique et les données de paliers du moteur.

Les durées du tableau se raccourcissent selon la température, la charge et les conditions ambiantes. En cas de température élevée ou d'environnement poussiéreux, il est plus sûr de retenir la moitié de ces valeurs.

Les méfaits d'un excès de graisse

L'une des erreurs les plus répandues sur le terrain est l'illusion selon laquelle « plus il y a de graisse, mieux c'est ». En réalité, un excès de graisse est au moins aussi nuisible qu'une quantité insuffisante. Lorsque le volume libre du roulement débordé de graisse, les éléments tournants doivent malaxer la graisse en permanence. Ce malaxage augmente sensiblement le frottement et, par conséquent, la température.

La montée de la température décompose l'huile de base de la graisse, l'épaississant durcit et la graisse se transforme pour ainsi dire en un bouchon solide. Le résultat est le plus souvent une défaillance précoce du roulement. C'est pourquoi, lors de la lubrification, tenez-vous à la quantité de graisse indiquée pour le moteur et n'ajoutez pas « un peu plus » à l'œil.

Les méfaits d'une graisse insuffisante

À l'autre extrême se trouve une lubrification insuffisante. Lorsque le film d'huile ne se forme pas suffisamment, les surfaces métalliques entrent directement en contact, le frottement augmente et un écaillage (pitting) apparaît sur les surfaces. Les signes d'une lubrification insuffisante sont le plus souvent un bruit accru, une température en hausse et des vibrations.

Curieusement, les signes d'une lubrification excessive et d'une lubrification insuffisante se ressemblent ; les deux se manifestent par une hausse de la température et des vibrations. C'est pourquoi, pour comprendre l'origine du problème, il faut connaître l'historique de lubrification. Pour les moyens globaux de prolonger la durée de vie des roulements, notre article prolonger la durée de vie des roulements de moteur électrique est une bonne source de référence.

Pourquoi la compatibilité du type de graisse est importante

Toutes les graisses ne conviennent pas à tous les moteurs. Le type d'épaississant des graisses (lithium, complexe de lithium, polyurée, etc.) et la viscosité de l'huile de base diffèrent. Un mauvais choix de graisse ne protège pas le roulement, même si vous respectez la bonne périodicité de lubrification.

L'un des points les plus critiques est le mélange de graisses. Lorsque deux graisses ayant des types d'épaississant différents se mélangent, elles peuvent être chimiquement incompatibles ; dans ce cas, la graisse peut se ramollir et couler ou durcir et devenir inopérante. C'est pourquoi on utilise toujours le même type de graisse pour la lubrification d'un moteur et, si un changement de graisse est nécessaire, le roulement est d'abord soigneusement nettoyé.

Compatibilité entre la viscosité de l'huile de base et les conditions de fonctionnement

La viscosité de l'huile de base de la graisse se choisit en fonction des conditions de vitesse et de température du moteur. Sur les moteurs à vitesse élevée, on préfère généralement une huile de base de viscosité plus faible, alors que les applications à basse vitesse et à forte charge exigent une viscosité plus élevée. Une viscosité inadaptée conduit à un film d'huile soit trop mince, soit plus épais que nécessaire ; dans les deux cas, cela crée un problème de frottement et de température.

Graisseur et application sur le terrain

La plupart des moteurs de taille moyenne et grande disposent d'un graisseur pour la relubrification. Dans une application de terrain correcte, le moteur est si possible lubrifié en marche, car le roulement en rotation répartit la graisse neuve de manière homogène. S'il existe un bouchon d'évacuation de graisse pour la sortie de la graisse usagée, ce bouchon doit être ouvert pendant la lubrification afin d'assurer l'évacuation de l'excédent de graisse.

Le graisseur et son pourtour sont impérativement nettoyés avant la lubrification ; sinon, poussière et saletés sont entraînées à l'intérieur par le graisseur. La graisse est injectée lentement et dans la quantité indiquée à l'aide du pistolet graisseur, en évitant toute pression brusque et excessive.

Roulements lubrifiés à vie

Sur de nombreux moteurs de petite et moyenne taille, les roulements sont de type fermé (étanche), remplis de graisse et scellés en usine. Ces roulements sont appelés « lubrifiés à vie » et ne nécessitent pas de relubrification dans des conditions normales. Lorsque leur graisse est épuisée, c'est le roulement lui-même qui est remplacé.

Sur ce type de roulements, le meilleur entretien possible consiste à maintenir la température de fonctionnement basse et à éviter les surcharges, car la durée de vie de la graisse qu'ils contiennent dépend entièrement des conditions de fonctionnement. Un roulement lubrifié à vie fonctionnant à haute température peut épuiser sa graisse en un temps bien plus court que celui indiqué au catalogue.

L'enregistrement de l'historique de lubrification

La partie la plus négligée d'un programme de lubrification régulier est la tenue des enregistrements. Consigner par écrit quel moteur a été lubrifié, quand, avec quelle graisse et en quelle quantité empêche à la fois la surlubrification et les oublis. Ces enregistrements constituent avec le temps une base de données précieuse pour comprendre le comportement du moteur.

Combinés aux mesures de vibration et de température, les enregistrements de lubrification donnent une image complète de l'entretien. Pour cette approche globale, notre article étapes d'entretien du moteur électrique replace la lubrification dans le plan d'entretien général.

Réglage de la périodicité selon les changements de saison et d'environnement

La périodicité de lubrification n'est pas un calendrier fixe ; elle doit être ajustée selon les conditions saisonnières et environnementales. Lorsque la température ambiante monte en été, la durée de vie de la graisse se raccourcit et la lubrification est rapprochée. La même souplesse est nécessaire pendant les périodes de production poussiéreuses. Nous avons traité de l'effet de la température ambiante sur le choix et l'entretien du moteur dans notre article température ambiante et altitude .

Le rôle de la lubrification dans la prévention des défaillances précoces

Statistiquement, une part importante des défaillances de moteurs électriques provient des roulements, et la plus grande partie de ces défaillances de roulements peut être directement imputée à des erreurs de lubrification. Autrement dit, une lubrification correcte est, à elle seule, une pratique d'entretien qui augmente sensiblement la fiabilité du moteur. La lubrification est une méthode de protection simple, n'exigeant pas d'équipement coûteux, mais dont le rendement est très élevé.

Principes pratiques pour éviter les erreurs de lubrification

Pour une lubrification sans faute sur le terrain, quelques principes fondamentaux suffisent : utilisez toujours le même type de graisse, tenez-vous à la quantité indiquée par le fabricant, nettoyez le pourtour du graisseur, lubrifiez si possible moteur en marche, évacuez l'excédent de graisse et consignez chaque opération. Ces simples habitudes font une différence frappante sur la durée de vie des roulements.

Il faut considérer la lubrification non comme une opération isolée, mais comme la partie d'un système d'entretien intégré comprenant l'alignement, le contrôle de la température et le suivi des vibrations. Pour l'effet de l'alignement de l'arbre et de l'accouplement sur la charge de lubrification, notre article alignement de l'arbre et de l'accouplement du moteur apporte des informations complémentaires.

La différence entre la première lubrification et la relubrification

Le premier remplissage de graisse d'un moteur se fait en usine, en remplissant de graisse une proportion déterminée du volume libre du roulement (généralement entre un tiers et la moitié environ). Ce premier remplissage est calculéde manière à suffire jusqu'à la première périodicité de lubrification du moteur. La relubrification consiste, quant à elle, à ajouter de la graisse fraîche par-dessus la graisse ancienne au moment où celle-ci a largement perdu sa fonction. Les deux opérations exigent des quantités différentes : lors de la relubrification, la quantité de graisse à ajouter est inférieure à celle du premier remplissage et elle est généralement indiquée en grammes sur la plaque du moteur ou dans les données de paliers.

Plutôt que d'estimer la quantité de relubrification à l'œil, il faut se tenir à la valeur calculée. En pratique, la quantité de graisse approximative peut être trouvée par une formule simple fondée sur le produit du diamètre extérieur du roulement par sa largeur, mais la source la plus exacte reste la documentation propre au moteur.

Évaluation de l'état du roulement avant la lubrification

Évaluer brièvement l'état actuel du roulement avant la lubrification périodique augmente l'effet de la lubrification et offre en même temps l'occasion de détecter tôt une défaillance cachée. Moteur en marche, il faut écouter le bruit provenant de la zone du palier et noter la présence éventuelle d'un ronflement anormal, d'un cliquetis ou d'un bruit de frottement métallique. La température du corps de palier est contrôlée à la main ou au thermomètre sans contact et, si elle est plus élevée que prévu, la cause en est recherchée.

Ces contrôles rapides transforment la lubrification, qui cesse d'être une habitude mécanique pour devenir une occasion de diagnostic. Les petits signes remarqués pendant la lubrification annoncent souvent tôt de grandes défaillances et, par une intervention en temps voulu, on évite des arrêts coûteux.

Conditions de stockage et de conservation de la graisse

Un sujet que la plupart des entreprises négligent est que la graisse elle-même a aussi une durée de conservation. Une graisse laissée ouverte longtemps, ayant pris l'humidité ou conservée à haute température peut se dégrader avant même d'être utilisée. Dans une graisse dégradée, l'huile de base se sépare et une accumulation d'huile apparaît en surface. Une telle graisse, une fois appliquée au moteur, ne peut pas assurer la protection attendue.

Les seaux de graisse sont conservés fermés, dans un endroit frais et sec ; lors du prélèvement, on utilise une spatule propre et on évite que saletés ou eau ne pénètrent dans le seau. Ne pas mélanger des graisses de types différents dans le même pistolet ou récipient est également une règle à respecter à ce stade.

Une lubrification fiable des roulements avec DRG Motor

Le fait qu'un moteur électrique tourne des années sans problème dépend le plus souvent d'une petite habitude négligée, à savoir une gestion correcte de la graisse. Chez DRG Motor, nous concevons les moteurs asynchrones AC que nous fournissons de manière que leurs exigences de lubrification soient claires, leur entretien facile et leur durée de vie longue. Pour déterminer correctement la périodicité de lubrification de vos moteurs, choisir le type de graisse approprié ou obtenir un soutien sur l'entretien des roulements, vous pouvez examiner nos produits DRG Motor et consulter notre équipe. Un moteur correctement lubrifié est, pour votre entreprise, un gain au moins aussi précieux que l'efficacité énergétique.