Joint mécanique ou roulement : quelle est la différence ?

Les joints mécaniques et les roulements sont tous deux des composants essentiels des machines, mais ils remplissent des fonctions bien différentes. Alors que les joints mécaniques empêchent les fuites de fluide entre les pièces rotatives et fixes, les roulements soutiennent les composants mobiles et réduisent les frottements.

La principale différence réside dans leurs fonctions principales : les joints mécaniques agissent comme des barrières, tandis que les roulements facilitent le mouvement. Les joints mécaniques se trouvent généralement dans les pompes et autres équipements de traitement des fluides, tandis que les roulements sont omniprésents dans divers systèmes mécaniques.

Cet article approfondira les caractéristiques, les applications et les avantages des joints mécaniques et des roulements, vous aidant à prendre des décisions éclairées dans vos projets d'ingénierie mécanique.

Que sont les joints mécaniques

Les joints mécaniques sont des composants essentiels des équipements rotatifs, conçus pour empêcher les fuites de fluides ou de gaz entre un arbre rotatif et un boîtier fixe. Ces dispositifs de précision jouent un rôle crucial dans le maintien de l'intégrité et de l'efficacité de diverses machines industrielles, telles que les pompes, les compresseurs et les mélangeurs.

Un typique garniture mécanique L'arbre de transmission est constitué de deux faces principales : une face rotative qui se déplace avec l'arbre et une face fixe fixée au boîtier de l'équipement. Ces faces sont maintenues en contact étroit par la force du ressort et la pression hydraulique, créant un mince film de fluide entre elles. Ce film agit comme une barrière, scellant efficacement le fluide de traitement à l'intérieur de l'équipement tout en permettant à l'arbre de tourner librement.

Que sont les roulements

Les roulements sont des composants mécaniques essentiels conçus pour réduire la friction entre les pièces mobiles et soutenir les éléments rotatifs de diverses machines et équipements. Contrairement à un joint mécanique, qui empêche principalement les fuites de fluide, les roulements facilitent les mouvements fluides et répartissent efficacement les charges.

Les roulements sont constitués de plusieurs éléments clés :

1. Course intérieure:Un chemin circulaire et lisse sur lequel se déplacent les éléments roulants.
2. Course extérieure:La bague extérieure stationnaire qui abrite les éléments roulants.
3. Eléments roulants: Billes, rouleaux ou aiguilles qui réduisent la friction entre les pistes.
4. Cage:Un composant qui sépare et guide les éléments roulants.

Types de joints utilisés sur les roulements

Il existe deux principales catégories de joints utilisés sur les roulements : les joints sans contact et les joints avec contact.

Joints sans contact

Les joints sans contact, comme leur nom l'indique, ne touchent pas physiquement l'arbre rotatif. Ces joints créent une barrière à l'aide de structures en labyrinthe ou d'espaces de dégagement pour empêcher les contaminants de pénétrer dans l'ensemble de roulement. Certains types courants de joints sans contact comprennent :

1. Sceaux du labyrinthe:Ces joints utilisent une série de voies complexes pour créer un itinéraire tortueux pour les contaminants, les piégeant efficacement avant qu'ils ne puissent atteindre le roulement.
2. Joints de jeu:Ces joints maintiennent un petit espace entre les composants stationnaires et rotatifs, en s'appuyant sur la force centrifuge pour dévier les contaminants.
3. Joints magnétiques:En utilisant des champs magnétiques, ces joints créent une barrière qui repousse les particules ferreuses, les empêchant de pénétrer dans le boîtier du roulement.

Les joints sans contact sont particulièrement utiles dans les applications à grande vitesse où la friction et la génération de chaleur doivent être minimisées.

Joints de contact

Les joints de contact, contrairement à leurs homologues sans contact, touchent physiquement l'arbre rotatif pour créer un joint étanche. Ces joints sont généralement plus efficaces pour empêcher la contamination et retenir les lubrifiants, mais peuvent introduire des frottements supplémentaires. Les types courants de joints de contact comprennent :

1. Joints à lèvre:Ces joints flexibles utilisent une lèvre qui entre en contact avec l’arbre, créant une barrière contre les contaminants et retenant les lubrifiants.
2. Joints toriques:Constitués d'une bague en caoutchouc ou en élastomère, ces joints s'insèrent dans une rainure et se compriment contre l'arbre pour former un joint étanche.
3. Garnitures mécaniques:Bien qu'ils ne soient généralement pas utilisés directement sur les roulements, les joints mécaniques sont souvent présents dans les applications de pompes où ils fonctionnent en conjonction avec les roulements pour éviter les fuites et la contamination.

Les joints de contact sont généralement plus adaptés aux applications à faible vitesse ou lorsque la prévention de la contamination est essentielle.

Principales différences entre les joints mécaniques et les roulements

Fonctions principales

Les joints mécaniques sont principalement conçus pour empêcher les fuites de fluides ou de gaz entre les composants rotatifs et fixes des machines. Leur fonction principale est de créer une barrière qui retient le fluide de traitement dans l'équipement tout en empêchant les contaminants d'entrer. Cela est particulièrement important dans les applications impliquant des pompes, des compresseurs et des mélangeurs où le confinement des fluides est essentiel. Les joints mécaniques y parviennent en utilisant une combinaison de faces rotatives et fixes qui forment un joint étanche lorsqu'elles sont pressées ensemble.

En revanche, les roulements sont conçus pour soutenir et guider les pièces mobiles d'une machine, réduisant ainsi la friction et l'usure entre les composants. Leur fonction principale est de faciliter une rotation ou un mouvement linéaire en douceur tout en minimisant la perte d'énergie due à la friction. Les roulements accomplissent cela en utilisant des éléments roulants (tels que des billes ou des rouleaux) ou un film lubrifiant pour séparer les surfaces mobiles, ce qui permet un transfert efficace des charges et des forces.

Bien que les joints mécaniques et les roulements contribuent tous deux aux performances globales des machines, leurs fonctions sont complémentaires plutôt qu'interchangeables. Les joints mécaniques se concentrent sur le confinement et l'isolation, tandis que les roulements mettent l'accent sur le support de charge et la réduction des frottements. Dans de nombreuses applications, les deux composants fonctionnent ensemble pour garantir un fonctionnement et une fiabilité optimaux de l'équipement.

Emplacement

Les joints mécaniques se trouvent principalement à l'interface entre les composants rotatifs et stationnaires, en particulier dans les pompes, les compresseurs et autres équipements de traitement des fluides. Ils sont généralement installés là où un arbre rotatif entre ou sort d'un boîtier ou d'un récipient sous pression. Par exemple, dans un pompe centrifuge, la garniture mécanique est positionnée entre le corps de la pompe et l'arbre rotatif, créant une barrière pour empêcher les fuites de fluide.

Les roulements, en revanche, sont généralement situés sur toute la longueur d'un arbre ou d'un essieu rotatif. Ils peuvent être placés à différents endroits en fonction de la conception de la machine et des exigences de charge. Les emplacements courants pour les roulements sont les suivants :

1. Aux extrémités d'un arbre pour fournir un support radial et axial
2. Entre différentes sections d'un arbre à plusieurs composants
3. Dans les boîtes de vitesses pour supporter les arbres de transmission
4. Dans les moteurs électriques pour soutenir le rotor

Dans certains cas, les joints mécaniques et les roulements peuvent être très proches, notamment dans les ensembles de pompes. Par exemple, un arbre de pompe peut être doté de roulements le soutenant près de la roue, avec un joint mécanique positionné juste à l'extérieur des roulements pour éviter les fuites de fluide.

Lubrification

Les joints mécaniques fonctionnent généralement avec un film mince de lubrifiant entre les faces d'étanchéité. Ce film, souvent d'une épaisseur de quelques micromètres seulement, est essentiel pour réduire la friction et l'usure tout en maintenant une étanchéité efficace. Le lubrifiant d'un joint mécanique peut être le fluide de traitement lui-même ou un fluide barrière spécialement conçu. Dans certains cas, les joints mécaniques peuvent fonctionner dans des conditions de « fonctionnement à sec », où des matériaux spécialisés comme le carbone ou le carbure de silicium sont utilisés pour minimiser la friction sans lubrification traditionnelle.

Les roulements, en revanche, nécessitent une lubrification plus importante pour fonctionner correctement. Ils utilisent généralement de l'huile ou de la graisse pour réduire la friction entre les pièces mobiles, dissiper la chaleur et protéger contre la corrosion. Le lubrifiant des roulements forme un film hydrodynamique qui sépare les éléments roulants des chemins de roulement, réduisant considérablement l'usure et prolongeant la durée de vie du roulement.

Les méthodes de lubrification des joints mécaniques et des roulements diffèrent également :

1. Les joints mécaniques dépendent souvent de l’autolubrification du fluide de traitement ou d’une fuite contrôlée du fluide barrière.
2. Les roulements peuvent utiliser différents systèmes de lubrification, notamment :

• Lubrification par bain d'huile
• Emballage de graisse
• Lubrification par brouillard d'huile
• Systèmes de circulation d'huile

Conclusion

Bien que ces deux composants jouent un rôle essentiel dans les machines, ils remplissent des fonctions distinctes. Les joints mécaniques fonctionnent principalement comme des dispositifs de prévention des fuites, tandis que les roulements facilitent la rotation en douceur et supportent les charges. Leurs emplacements dans les machines diffèrent, tout comme leurs exigences de lubrification et leurs mécanismes d'étanchéité. Les roulements utilisent souvent leurs propres systèmes d'étanchéité, tels que les joints sans contact et avec contact, pour protéger contre les contaminants et retenir les lubrifiants. En comprenant ces différences clés, les professionnels peuvent prendre des décisions éclairées sur la sélection des composants, la maintenance et le dépannage, améliorant ainsi les performances et la longévité des équipements.

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