joint d'arbre radial

Un joint d'étanchéité radial est un composant mécanique qui empêche les fuites de fluide le long d'un arbre rotatif là où il traverse un logement fixe. Il fonctionne en pressant un élément d'étanchéité, généralement en élastomère ou en matériau composite, contre la surface de l'arbre à l'aide d'un mécanisme à ressort ou à soufflet. Le joint est positionné perpendiculairement à l'axe de l'arbre, d'où le terme radial, et maintient le contact pendant que l'arbre tourne.

La conception la plus courante est le joint à lèvre, qui possède un bord d'étanchéité tranchant ou arrondi qui glisse sur une fine pellicule de fluide ou d'air à la surface de l'arbre. Ce film, généralement de 1 à 10 micromètres d'épaisseur, empêche le contact métal sur métal et réduit l'usure. La gorge du joint, une cavité usinée dans le logement, maintient la lèvre en élastomère en position. Un ressort derrière la lèvre applique une pression constante, généralement de 0,5 à 2 kilogrammes-force par centimètre de diamètre d'arbre, assurant le contact sur toute la plage de vitesse de fonctionnement de l'arbre.

Le choix du matériau dépend du fluide à étancher et de la température de fonctionnement. Le caoutchouc nitrile convient bien aux huiles minérales et à l'eau; le Viton résiste aux huiles chaudes et aux produits chimiques; le polyuréthane est adapté à l'eau et aux fluides hydrauliques. L'arbre lui-même est souvent trempé à 50 à 62 HRC (dureté Rockwell) et fini avec une rugosité de surface de 0,4 à 0,8 micromètre Ra pour minimiser le frottement et l'usure du joint. La défaillance du joint survient généralement après 3 000 à 10 000 heures de fonctionnement, bien que cela varie considérablement.

Applications courantes et modes de défaillance

Les joints d'étanchéité radiaux se retrouvent dans les arbres de pompe, les entraînements de moteur, les arbres d'entrée et de sortie de boîte de vitesses et les paliers de broche. Ils sont exposés à des différentiels de pression à travers le joint, à des particules abrasives dans le fluide, à des variations de température et à des désalignements. Les fuites peuvent résulter de l'usure de la lèvre, du durcissement de l'élastomère à haute température, de l'extrusion du joint sous haute pression ou d'un faux-rond d'arbre dépassant 0,1 à 0,2 millimètre. Une lèvre secondaire ou un pare-poussière sur de nombreux joints retient les particules avant qu'elles n'atteignent l'élément d'étanchéité principal.

Les spécifications industrielles telles que la norme ISO 6194 définissent la géométrie du joint et les pratiques d'installation. Les joints doubles, avec une cavité entre deux lèvres, sont utilisés lorsqu'un seul joint ne peut pas répondre aux exigences de pression ou de température. Le choix entre les configurations simple et double, la qualité du matériau et la force du ressort dépendent de la pression du système, de la viscosité du fluide à la température de fonctionnement, de la vitesse de l'arbre en tr/min et des intervalles de maintenance prévus. Une installation correcte, y compris un ajustement précis de la gorge et une préparation de la surface de l'arbre, est essentielle; des arbres sous-dimensionnés ou rayés entraîneront des fuites immédiates ou une destruction rapide du joint.