Des lubrifiants solides pour les engrenages dans l'espace
En effet, l'aérospatiale a besoin de systèmes de transmission capables de fonctionner jusqu'à -173 degrés Celsius. Le rapport signal/bruit des capteurs augmente lorsque la température diminue. Par conséquent, de tels environnements très froids autorisent des mesures très précises, comme celles qu'exige la spectroscopie dans l'infrarouge lointain. Aujourd'hui, les engrenages Harmonic Drive® offrent une rigidité et une précision élevées, même à très faible vitesse, mais leur usage est limité par la nécessité de les lubrifier avec de la graisse ou de l'huile. Les chercheurs du projet HARMLES (Dry lubricated Harmonic Drives for space applications), financé par l'UE, ont exploré l'usage de lubrifiants solides pour élargir de -170 à +300 degrés Celsius la plage d'utilisation de ces engrenages. Soumis aux basses pressions et températures de l'espace, les lubrifiants liquides risquent de dégazer et de s'évaporer. Ceci réduit l'efficacité de la lubrification, et les produits dégazés peuvent se déposer ensuite sur des surfaces critiques comme celles des composants optiques. Pour les engrenages très sollicités, l'usage de couches minces de disulfure de molybdène (MoS2) est une option intéressante. Les chercheurs du projet HARMLES ont mis au point un revêtement sophistiqué basé sur du MoS2. Il s'agit d'un revêtement composite constitué d'une couche intermédiaire de carbure de tungstène, avec une couche supérieure de lubrifiant solide en MoS2 renforcé. Les chercheurs ont conduit des tests approfondis pour en valider le comportement tribologique. Ils ont utilisé des tests de frottement de disques et de pointes, et comparé les résultats avec divers types de revêtements dont le carbone adamantin. À partir des résultats de l'analyse par éléments finis, et de simulations numériques de la cinématique des engrenages, les chercheurs de HARMLES ont révisé la conception des engrenages Harmonic Drive®. Les changements potentiels ont été déterminés en tenant compte des capacités de la lubrification sèche. Le projet HARMLES a augmenté d'un facteur 20 la durabilité des engrenages, avec des prototypes dont les caractéristiques répondaient aux exigences du secteur spatial. Lors de tests sous vide à 4 Nm, ils ont accompli jusqu'à 20 000 révolutions en sortie (dans certains cas sans défaillance en fin de test), au lieu de quelques centaines au début du projet. Et au contraire des engrenages Harmonic Drive® lubrifiés à la graisse, la courbe d'efficacité est restée quasiment stable durant tout le test d'endurance sous vide. Le projet HARMLES renforcera la compétitivité du secteur spatial européen, lequel a déjà manifesté son intérêt envers les résultats. Les réactions d'entreprises ont augmenté après plusieurs publications des résultats. Les chercheurs estiment néanmoins que des améliorations sont encore possibles. Le projet devrait avoir des retombées pour les usages sous vide poussé dans le secteur des semi-conducteurs, et les environnements très froids dans de grandes installations de test comme le Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY).
Mots‑clés
Lubrifiants solides, engrenage Harmonic Drive®, transmission, environnement très froid, disulfure de molybdène, analyse par éléments finis, tribologie, friction et usure