Qu'est-ce qu'un joint dynamique

Les joints dynamiques sont des composants essentiels des machines, empêchant les fuites et garantissant des performances optimales. Cependant, choisir le mauvais type de joint pour une application peut entraîner une défaillance prématurée, des temps d'arrêt coûteux et même des risques pour la sécurité. Les joints dynamiques sont disponibles dans une grande variété de types, de matériaux et de conceptions pour gérer différentes pressions, températures, vitesses et autres conditions de fonctionnement difficiles.

Ce guide explique les principaux types de joints dynamiques, les matériaux et les facteurs de performance pour vous aider à sélectionner les joints qui assureront le fonctionnement fiable de vos machines critiques.

Qu'est-ce qu'un joint dynamique

Un joint dynamique est un composant mécanique spécialisé conçu pour empêcher les fuites ou la contamination dans les systèmes où il y a un mouvement relatif entre les pièces. joints statiques Les joints dynamiques fonctionnent entre des surfaces fixes et sont utilisés dans des applications impliquant des mouvements linéaires, rotatifs ou oscillants. La fonction principale d'un joint dynamique est de contenir le fluide (liquide ou gaz) dans un système tout en le protégeant simultanément contre les contaminants externes.

Types de joints dynamiques

Les joints dynamiques sont largement classés en deux types principaux :

• Joints de contact:Les joints de contact fonctionnent en maintenant un contact physique direct entre l'élément d'étanchéité et la surface mobile. Ce contact continu permet d'éviter les fuites de fluide et la pénétration de contaminants.
• Joints de dégagement:Les joints de jeu, également appelés joints sans contact, maintiennent un petit espace entre l'élément d'étanchéité et la surface mobile. Cette conception minimise la friction et l'usure tout en assurant une étanchéité efficace.

Joints de piston

Les joints de piston sont utilisés pour assurer l'étanchéité de l'interface entre un piston et la paroi du cylindre dans les applications à mouvement alternatif. Ils empêchent le fluide de fuir au-delà du piston pendant les courses de compression et d'extension.

Joints de tige

Les joints de tige sont conçus pour assurer l'étanchéité de l'interface entre une tige mobile et le boîtier fixe ou la culasse. Ils empêchent les fuites de fluide le long de la tige tout en protégeant contre la contamination externe.

Joints rotatifs

Les joints rotatifs sont utilisés pour assurer l'étanchéité de l'interface entre les arbres rotatifs et les boîtiers fixes. Ils empêchent les fuites de fluide et la pénétration de contaminants dans les applications impliquant un mouvement de rotation. Les joints rotatifs peuvent être des joints de contact (par exemple, des joints à lèvre) ou des joints de jeu (par exemple, joints labyrinthes).

Joints racleurs

Les joints racleurs sont conçus pour éliminer les contaminants, tels que la saleté, la poussière et l'humidité, de la surface d'un composant mobile. Ils sont souvent utilisés en conjonction avec d'autres joints pour fournir une couche de protection supplémentaire contre la contamination externe.

Joints hydrauliques et pneumatiques

Les joints hydrauliques et pneumatiques sont spécialement conçus pour être utilisés dans les systèmes hydrauliques. Ils sont conçus pour résister à des pressions, des températures et des vitesses de fluide élevées tout en maintenant des performances d'étanchéité optimales.

Joints d'huile et de graisse

Les joints d'étanchéité à huile et à graisse sont conçus pour retenir les lubrifiants dans un système tout en empêchant l'entrée de contaminants. Les joints d'étanchéité à huile et à graisse comportent souvent une lèvre d'étanchéité flexible qui maintient le contact avec la surface rotative, garantissant ainsi une étanchéité et une lubrification efficaces.

Sceaux d'exclusion

Les joints d'exclusion, également appelés joints anti-poussière ou joints anti-salissures, sont conçus pour empêcher la pénétration de contaminants externes dans un système. Ils sont généralement utilisés dans les environnements où l'exposition à la saleté, à la poussière ou à l'humidité est un problème.

Anneaux en X

Les joints en X sont des joints à quatre lobes en forme de X qui offrent d'excellentes performances d'étanchéité dans les applications statiques et dynamiques. Ils offrent un faible frottement, une résistance élevée à la pression et une bonne compatibilité chimique.

Joints toriques

Les joints toriques sont des joints simples et polyvalents à section circulaire. Bien qu'ils soient principalement utilisés comme joints statiques, les joints toriques peuvent également être utilisés dans des applications dynamiques avec des vitesses et des pressions relativement faibles.

Joints isolants pour roulements

Les joints isolants, également appelés isolateurs de roulement, sont conçus pour protéger les roulements contre la contamination et la perte de lubrification. Ils sont constitués d'un composant fixe et d'un composant rotatif qui fonctionnent ensemble pour créer un joint sans contact de type labyrinthe.

Joints à lèvres

Les joints à lèvre sont l'un des types de joints dynamiques les plus courants. Ils sont dotés d'une lèvre d'étanchéité flexible qui maintient le contact avec la surface en mouvement, offrant ainsi une étanchéité efficace et une fuite minimale.

Matériaux utilisés dans les joints dynamiques

Métaux

• Acier inoxydable:Connu pour son excellente résistance à la corrosion, l'acier inoxydable est souvent utilisé dans les industries agroalimentaires, pharmaceutiques et chimiques. Il conserve sa résistance à des températures élevées et présente une bonne formabilité.
• Fonte:Appréciée pour sa résistance élevée à la compression et à l'usure, la fonte est fréquemment utilisée dans les applications industrielles lourdes. Elle est relativement peu coûteuse mais présente une résistance limitée à la corrosion.
• Bronze:Précié pour son faible coefficient de frottement et sa bonne résistance à l'usure, le bronze est souvent utilisé dans les applications impliquant des arbres rotatifs. Sa conductivité thermique supérieure permet de dissiper la chaleur dans les applications à grande vitesse.

Polymères et caoutchoucs

• Polytétrafluoroéthylène (PTFE):Le PTFE, également connu sous le nom de Téflon, est connu pour son excellente résistance chimique, son faible frottement et sa large plage de températures. Ses propriétés autolubrifiantes le rendent idéal pour les applications où la lubrification externe n'est pas possible.
• Polyuréthane (PU): Le PU offre une résistance élevée à l'abrasion, une bonne résistance mécanique et une excellente résistance à l'huile. Il est couramment utilisé dans les joints hydrauliques et pneumatiques en raison de sa capacité à supporter des pressions élevées et des vitesses de glissement rapides.
• Caoutchouc nitrile (NBR):Le NBR, également connu sous le nom de Buna-N, est apprécié pour son excellente résistance aux huiles, aux carburants et aux fluides hydrauliques. Il fonctionne bien à des températures modérées et présente une bonne résistance à l'abrasion.
• Monomère d'éthylène-propylène-diène (EPDM): L'EPDM offre une résistance exceptionnelle à la chaleur, à l'ozone et aux intempéries. Sa bonne résistance chimique et sa large plage de températures le rendent adapté aux applications extérieures et automobiles.

Facteurs influençant les performances des joints dynamiques

Pression et charge

Des pressions plus élevées nécessitent une plus grande interférence entre le joint et la surface de contact pour éviter les fuites. Cependant, une force de contact accrue entraîne également une friction et une usure plus importantes.

Outre la pression du fluide, les charges mécaniques appliquées de l'extérieur peuvent avoir un impact significatif sur les performances du joint. Les charges radiales ou axiales dues à un mauvais alignement, à des vibrations ou à d'autres sources peuvent déformer la géométrie du joint, entraînant une usure inégale et des voies de fuite potentielles. La conception du joint doit tenir compte de toutes les conditions de charge prévues pour maintenir un contact et une force d'étanchéité appropriés sur toute la plage de fonctionnement.

Type de mouvement

Les joints dynamiques sont utilisés dans les applications impliquant un mouvement alternatif linéaire, une action rotative ou une combinaison des deux. Le type de mouvement dicte la géométrie du joint et les exigences matérielles. Par exemple, les joints de tige ou de piston pour mouvement linéaire doivent s'adapter au contact glissant et au mouvement relatif entre le joint et la surface d'accouplement. Les joints d'arbre rotatif, en revanche, doivent faire face à la rotation continue et à l'excentricité potentielle de l'arbre.

Le type de mouvement influence également le régime de lubrification et les mécanismes d'usure auxquels le joint est soumis. Un mouvement alternatif peut entraîner une lubrification limite ou mixte, tandis que les applications rotatives fonctionnent souvent avec une lubrification par film fluide complet.

Vitesse de déplacement

À faible vitesse, le joint doit maintenir un contact suffisant pour éviter les fuites, même avec une lubrification potentiellement limitée. Des vitesses plus élevées peuvent améliorer la lubrification en générant un film fluide, mais elles entraînent également des problèmes tels qu'une augmentation des frottements, de la génération de chaleur et de l'usure.

Température

Les températures élevées peuvent provoquer une dégradation thermique du matériau du joint, entraînant un durcissement, une fragilisation ou une perte des propriétés élastiques. Cette dégradation peut entraîner des fuites, une usure accrue ou une défaillance totale du joint.

Les basses températures peuvent également poser des problèmes, en particulier pour les matériaux d'étanchéité en élastomère. Les basses températures peuvent provoquer un raidissement et une perte de flexibilité, compromettant la capacité du joint à maintenir le contact et la force d'étanchéité. Dans les cas extrêmes, la fragilisation à basse température peut entraîner une fissuration ou une fracture du joint.

Finition de surface

Les surfaces rugueuses ou irrégulières peuvent entraîner une usure accélérée des joints, des fuites et une réduction de l'efficacité de l'étanchéité. Le matériau du joint doit pouvoir s'adapter et maintenir le contact avec la surface de contact pour établir une étanchéité fiable.

Pour la plupart des applications d'étanchéité dynamique, une finition de surface lisse et uniforme est souhaitable. En général, les matériaux d'étanchéité plus durs nécessitent des surfaces de contact plus lisses, tandis que les matériaux plus souples et plus conformables peuvent tolérer des finitions un peu plus rugueuses.

Pression

Les différences de pression élevées nécessitent une force d'étanchéité plus importante et peuvent entraîner une usure et une déformation accrues du matériau d'étanchéité. Des changements de pression rapides ou des pulsations peuvent provoquer une fatigue et une perte de contact d'étanchéité.

La conception des joints doit tenir compte de la différence de pression maximale attendue, ainsi que de toute charge de pression cyclique.