Régime de lubrification est l'état de fonctionnement qui détermine si deux surfaces métalliques en mouvement sont séparées par un film de fluide ou frottent l'une contre l'autre à travers ce film. Se tromper de régime et un palier ou un engrenage conçu pour des années de service peut s'user en quelques semaines, et une grande partie de ces dommages survient dans les secondes autour du démarrage et de l'arrêt, pas pendant le fonctionnement à régime stable.
Chaque contact lubrifié, palier lisse, roulement à éléments roulants, denture d'engrenage, se situe dans l'un des trois régimes en fonction de la vitesse, de la charge, de la viscosité de l'huile et de la rugosité des surfaces.
La courbe de Stribeck trace le coefficient de frottement en fonction d'un paramètre d'exploitation qui combine viscosité, vitesse et charge (souvent exprimé par le nombre de Hersey ou un groupe sans dimension similaire). En la parcourant de gauche à droite avec une vitesse croissante : le frottement est d'abord élevé dans le régime limite, il diminue fortement dans la zone de lubrification mixte à mesure qu'un film partiel se constitue, atteint un minimum, puis remonte lentement dans le régime hydrodynamique à mesure que la traînée visqueuse du film qui s'épaissit augmente. Ce point minimal correspond à la transition entre la lubrification mixte et la lubrification hydrodynamique complète, et il se situe également près du point de fonctionnement le plus efficient pour de nombreux paliers.
Les ingénieurs classent le régime d'un contact en utilisant l'épaisseur spécifique du film, ou rapport lambda (λ) : l'épaisseur minimale du film lubrifiant divisée par la rugosité quadratique moyenne composite des deux surfaces. À titre indicatif, utilisé en tribologie et en conception d'engrenages :
| Rapport lambda (λ) | Régime |
|---|---|
| λ ≤ 1 | Lubrification limite |
| 1 < λ < 3 | Lubrification mixte |
| λ ≥ 3 | Hydrodynamique / élastohydrodynamique (film complet) |
Pour les roulements à éléments roulants, l'ISO 281 formalise cette relation via le rapport de viscosité kappa (κ), le rapport entre la viscosité réelle d'utilisation du lubrifiant et la viscosité de référence minimale dont le roulement a besoin à cette vitesse. Kappa intervient dans le facteur de modification de la durée de vie du roulement, de sorte qu'une épaisseur de film insuffisante se traduit directement par une durée de vie L10 calculée plus courte, et pas seulement par un avertissement qualitatif de « plus d'usure ».
Un arbre en rotation ne génère un film hydrodynamique que lorsqu'il atteint une vitesse suffisante pour entraîner suffisamment d'huile dans le coin convergent entre les surfaces. En dessous de cette vitesse, pendant le démarrage et lors du ralenti d'arrêt, le contact est inévitablement en régime limite : contact métal-sur-métal avec seulement un film mince, dépendant des additifs, pour protection. Cela est bien documenté dans la littérature sur les paliers : la courte fenêtre avant qu'un film d'huile complet ne s'établisse au démarrage est celle où se produit l'essentiel de l'usure adhésive et abrasive, car les aspérités s'agrippent et se déchirent mutuellement sans film fluide pour les séparer. Les cycles fréquents de démarrage/arrêt multiplient cette exposition. Une machine qui démarre et s'arrête dix fois par jour accumule bien plus de cycles d'usure en régime limite qu'une machine qui tourne en continu à vitesse stabilisée, même si le nombre total d'heures de fonctionnement est identique.
Les calculs de durée de vie des paliers (L10, selon l'ISO 281) partent de l'hypothèse d'un film de lubrification adéquat. Lorsqu'un palier fonctionne principalement en régime mixte ou limite en raison d'une viscosité trop faible, d'une vitesse faible, d'un désalignement ou d'une forte sollicitation en démarrages/arrêts, sa durée de vie réelle peut être bien inférieure au calcul nominal, indépendamment de la capacité de charge. Concrètement, cela signifie que le choix de la viscosité, la propreté de l'huile et la procédure de démarrage importent autant que le choix du palier lui‑même. Les symptômes d'une sous-lubrification chronique (vibrations accrues, température élevée, fréquences caractéristiques) apparaissent souvent bien avant la défaillance catastrophique et sont les mêmes signatures détectées par l'analyse de vibrations ; voir modes et symptômes de défaillance des paliers et ISO 10816-3 gravité des vibrations pour la manière dont cela se manifeste en atelier.
Les dentures d'engrenage fonctionnent dans des conditions de contact encore plus exigeantes que les paliers car la pression de contact à la ligne d'engrènement est élevée et le film doit se reconstituer à chaque révolution. Des recherches corrélant l'épaisseur spécifique du film à la durée de vie contre le piqûre d'engrenage ont montré que la durée de vie L10 en régime de lubrification mixte n'était qu'environ 11 % de celle obtenue en régime de film complet, soit une différence d'environ dix fois uniquement liée au côté de la transition lambda sur lequel opère l'engrènement. Ce résultat est cohérent avec la tendance relative prédite par la méthode AGMA 925-A03, qui repose également sur la logique de l'épaisseur spécifique du film et sert à évaluer le risque de grippage et de micro-piqûres en conception d'engrenages. En pratique, cela signifie que des boîtes de vitesses fonctionnant avec une viscosité légèrement insuffisante, un peu trop chaudes ou légèrement surchargées ne tombent pas en panne de façon progressive et prévisible : elles peuvent sortir du régime de film complet et basculer vers un taux d'usure beaucoup plus élevé après un changement d'état de fonctionnement modeste.
La plupart des usines ne peuvent pas surveiller chaque palier et chaque boîte de vitesses en continu suffisamment pour détecter la sortie du régime de film complet avant le début des dommages. Fabrico lit l'état des machines et l'OEE depuis la ligne et génère automatiquement un ordre de travail dès qu'une perte est détectée (la vision par ordinateur capture ce que les capteurs manquent), développé et hébergé dans l'UE avec résidence des données dans l'UE, et exploité selon les normes ISO 27001, ISO 20000-1 et ISO 9001. Réservez une démo Fabrico.
Dans la lubrification limite le film d'huile est plus fin que la rugosité de surface, donc les aspérités métalliques se touchent directement et le frottement et l'usure sont élevés. Dans la lubrification hydrodynamique le film est suffisamment épais pour que les surfaces ne se touchent jamais, le mouvement seul génère la pression de soutien, et le frottement et l'usure tombent à leurs niveaux les plus bas et les plus stables.
La lubrification mixte signifie que la charge est partagée de manière imprévisible entre un film fluide partiel et le contact direct des aspérités. De petits changements de vitesse, de charge ou de température d'huile peuvent pousser le contact davantage vers des conditions limites, donc les composants qui passent du temps significatif en lubrification mixte subissent une usure accélérée et moins prévisible que ceux fonctionnant en conditions stables de film complet.
Les ingénieurs utilisent le rapport lambda (épaisseur spécifique du film) : l'épaisseur minimale du film d'huile calculée divisée par la rugosité composite des surfaces en contact. Pour les roulements à rouleaux, l'ISO 281 utilise un équivalent, le rapport de viscosité kappa, qui intervient directement dans le facteur de modification de la durée de vie du roulement.
Oui, dans le sens où chaque démarrage et arrêt force le contact à traverser le régime de lubrification limite où les taux d'usure sont les plus élevés, puisque un film fluide de soutien ne s'est pas encore développé à basse vitesse. Les équipements qui subissent des cycles fréquents accumulent plus d'exposition à l'usure en régime limite que ceux qui tournent en continu pour le même nombre total d'heures.
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