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Propriétés des roulements et des paliers lisses et domaines d'application
Les roulements ou paliers lisses sont utilisés partout où doivent être supportés des arbres et des essieux (essieu de véhicule, arbre de transmission, etc.), qui effectuent alors un mouvement de rotation. On distingue une force incidente radialement (lorsque la roue tourne en ligne droite) et une force incidente axiale (lorsque la roue tourne dans un virage).
Table des matières
- roulement à rouleaux
- Utilisation de roulements
- Conceptions de roulements
- Types de montage de roulements pour roulements
- Types d'imperméabilisation
- Matériaux utilisés pour fabriquer les roulements
- Durée de vie des roulements
- Unités de stockage
- roulements
roulement à rouleaux
En principe, chaque roulement se compose de quatre parties : une bague extérieure, une bague intérieure, l'élément roulant et la cage. Les éléments roulants roulent sur le chemin de roulement formé entre les deux anneaux. Les éléments roulants peuvent avoir différentes géométries : bille, rouleau cylindrique, rouleau à aiguilles, rouleau conique et rouleau à barillet. Les corps du roulement diffèrent par leur surface de contact et donc aussi par le frottement qu'ils génèrent. Le rôle de la cage est de guider les éléments roulants, de les maintenir à une distance uniforme les uns des autres et d'éviter qu'ils n'entrent en contact les uns avec les autres et n'augmentent ainsi les frottements. Dans les roulements à aiguilles et les roulements à rotule sur rouleaux sans rebord, la cage a une autre tâche : elle garantit que l'axe du corps roulant maintient la position correcte. Les roulements démontables ont l'avantage que la cage maintient les éléments roulants ensemble, ce qui rend l'installation beaucoup plus facile que les roulements à rotule, à complément complet et à aiguilles complètes, qui ne sont utilisés que dans des applications spéciales.
Les cages sont généralement en acier en standard. Pour des applications spéciales, il existe également des cages en laiton, en acier, en tissu dur et en d'autres matériaux. La forme moderne de la cage est fabriquée à partir de thermoplastiques, notamment ceux en polyamide renforcé de fibres de verre.
L'acier chromé trempé est principalement utilisé pour fabriquer les deux anneaux et les éléments roulants. L'acier de cémentation est parfois utilisé dans la production. Lorsqu'il s'agit de charges, de vitesses, de températures particulièrement élevées ou d'une très bonne résistance à la corrosion, des aciers résistants à la température et/ou inoxydables, des plastiques, des céramiques et d'autres matériaux sont utilisés.
Afin d'assurer l'étanchéité des roulements de l'extérieur, des joints à fente et à lèvres sont généralement utilisés. Les roulements peuvent être ouverts ou scellés d’un ou des deux côtés.
Utilisation de roulements
Les nombreux types de roulements indiquent déjà que seuls certains roulements conviennent à certains boîtiers de roulements en raison de leurs propriétés spécifiques. Il est extrêmement difficile d'édicter une règle générale quant à quel roulement doit être utilisé à quelle fin, car cette décision doit prendre en compte plusieurs facteurs, qui doivent ensuite être mis en balance les uns par rapport aux autres. Outre la charge et la vitesse requise, des influences telles que la température, la lubrification, les vibrations, l'installation et la maintenance, etc. jouent également un rôle crucial. La construction environnante constitue également un facteur limitant. Cela affecte au moins l’une des dimensions principales du roulement – dans la plupart des cas le diamètre de l’alésage.
Les roulements principalement conçus pour absorber les forces radiales sont appelés roulements radiaux. Il existe également des roulements qui, dans la plupart des cas, supportent à la fois des charges axiales et radiales. Il s'agit par exemple de roulements à rotule sur rouleaux, de roulements à billes à contact oblique, de roulements à rouleaux coniques ou de roulements à gorges profondes à billes. Il existe également des roulements qui ne peuvent être chargés que radialement : les roulements à rouleaux cylindriques N, NU, la plupart des roulements à aiguilles, les manchons à aiguilles et les bagues à aiguilles.
Si des forces principalement axiales sont absorbées, le terme roulement axial s'applique. Les charges axiales et radiales combinées sont absorbées par des roulements à rotule sur rouleaux axiaux et des roulements à billes axiaux à contact oblique unidirectionnels. Tous les autres roulements de butée sont conçus exclusivement pour supporter des charges axiales.
Si l'espace de montage dans le sens radial est très limité, des roulements avec une faible hauteur de section transversale sont utilisés, par exemple des chemins de roulement à aiguilles, des roulements à aiguilles sans ou avec bague intérieure, des roulements à billes à gorge profonde et des roulements à rotule sur rouleaux de certaines séries. Si l'espace d'installation est limité dans le sens axial, des rangées de roulements rigides à une rangée, de roulements à billes à contact oblique ou de roulements à rouleaux cylindriques sont souvent utilisées pour les charges radiales et combinées. Si la charge doit agir dans ce cas exclusivement axialement, seuls les roulements à aiguilles axiaux, les jantes à aiguilles axiales ou les roulements axiaux à gorges profondes à billes de certaines séries entrent en jeu dans ces conditions.
Un autre critère distinctif pour les roulements est la manière dont ils guident un arbre. Le roulement permet-il un déplacement axial ou s'agit-il d'un roulement qui guide un arbre uniquement dans un sens ou dans les deux sens axiaux ? Certains appuis sont également mobiles angulairement et permettent ainsi d'incliner la structure adjacente.
Lors de la détermination de la taille requise d'un entrepôt, la hauteur utile et le type de charge, qu'elle soit dynamique ou statique, sont déterminants. D'autres facteurs importants sont la capacité de charge du roulement ainsi que les exigences relatives à la durée de vie et à la sécurité de fonctionnement du roulement. Les contraintes dynamiques se produisent dans les roulements en rotation, alors que les roulements ne sont soumis à des contraintes statiques que lors de mouvements relatifs très lents entre les bagues du roulement, lors de mouvements de pivotement et lors de charges à l'arrêt. Les charges pouvant agir sur les roulements à rouleaux sont supérieures à celles sur les roulements à billes pour les mêmes dimensions. Les roulements à billes, en revanche, offrent le frottement le plus faible. Ils sont principalement utilisés pour des charges petites et moyennes, tandis que les roulements à rouleaux sont souvent utilisés pour des charges plus élevées et des diamètres d'arbre plus grands.
Conceptions de roulements
- peut être chargé dans les directions axiale et radiale
- peut atteindre les vitesses les plus élevées de tous les types de roulements
- Comparé aux roulements tout aussi résilients, c'est le roulement le plus rentable
- adapté aux forces axiales unilatérales importantes
- Installation uniquement par paire (disposition tandem O ou X)
- particulièrement adapté aux charges radiales et axiales bilatérales
- La conception correspond à deux roulements à billes à contact oblique disposés sur une seule rangée dans une disposition en O
- ne peut absorber que les forces axiales
- Les roulements à double effet transmettent les forces dans les deux sens
- très élastique radialement (contact linéaire des rouleaux et des chemins de roulement)
- ne peut être soumis qu'à de très faibles charges axiales
- Peut être utilisé avec de grosses vagues
- n'absorbe que les forces axiales
- peut être installé avec des roulements radiaux
- Très résilient radialement et axialement
- généralement installé par paire et en image miroir (disposition O ou X)
- Peut être chargé radialement et axialement
- insensible au déplacement angulaire de l'arbre (erreurs d'usinage ou flèche).
- peut compenser les désalignements
- Pour absorber les forces radiales les plus élevées
- Les roulements à rotule sur rouleaux absorbent également des forces axiales élevées
- peut compenser les désalignements
- peut compenser les désalignements
- ne peut être chargé que radialement
- particulièrement adapté aux petits espaces d'installation
- insensible aux charges de type choc
- à utiliser principalement à basse vitesse et lors de mouvements pendulaires
Types de montage de roulements pour roulements
Roulements fixes et flottants (FLL)
Le roulement en tant que roulement fixe et flottant est la version de roulement la plus couramment utilisée. Les deux types de roulements peuvent absorber les forces radiales. Le roulement fixe est également protégé contre le déplacement axial, ce qui signifie qu'il peut absorber les forces axiales agissant sur l'arbre ou l'essieu. L'avantage d'un roulement flottant, cependant, est que l'arbre a la possibilité de se dilater lorsqu'il est chauffé, ce qui empêche l'apparition de contraintes.
Palier d'appui flottant (SLS)
Le roulement flottant limite le jeu d'installation à quelques dixièmes de mm dans les deux sens. Cela permet à l'arbre de se déplacer dans les deux sens lorsqu'il est soumis à des forces axiales. Le plus grand avantage de ce type de roulement est le faible coût résultant d’une installation facile. La fixation axialement peu claire de l'arbre peut être considérée comme un inconvénient, c'est pourquoi les roulements SLS ne conviennent que pour une utilisation sur des arbres courts.
Palier de support engagé (SLA)
Grâce à cette forme de roulement, les deux roulements peuvent absorber des forces axiales. Cela signifie que les roulements sont installés selon une disposition en O ou en X. Cela empêche le déplacement axial lors du chauffage ou du refroidissement
Types d'imperméabilisation
La plupart des roulements peuvent également être commandés scellés, après quoi l'étanchéité s'effectue selon le principe de la garniture mécanique. Différentes désignations de joints spécifiques au fabricant sont possibles :
- Z = couvercle en tôle d'un côté avec joint d'étanchéité
- ZZ/2Z = comme ci-dessus, des deux côtés
- RS = joint en caoutchouc frottant unilatéral
- LB = idem ci-dessus
- 2RS = comme ci-dessus, des deux côtés
- LLU = comme ci-dessus, joint en caoutchouc sans contact, des deux côtés
- EE = comme ci-dessus, touchant des deux côtés, meulant
- RZ = joint en caoutchouc unilatéral sans contact
- LB = idem ci-dessus
- 2RZ = comme ci-dessus, des deux côtés
- LLB = comme ci-dessus
Matériaux utilisés pour fabriquer les roulements
Le matériau le plus couramment utilisé pour fabriquer les roulements est l'acier chromé, qui est très dur mais rouille facilement et dans la nuance d'acier 100Cr6 (matériau n° 1.3505), un acier avec une teneur d'environ 1 % de carbone et 1,5 % de chrome, est utilisé. . Cependant, d'autres aciers tels que le 100CrMnSi6-4 et le 100CrMo7 sont également utilisés, les éléments d'alliage manganèse (Mn) et molybdène (Mo) offrant une meilleure trempabilité. Si le roulement est utilisé dans un environnement corrosif (par exemple dans la construction navale ou dans les éoliennes offshore), les aciers fortement alliés X65Cr13 (matériau n° 1.4037) et X30CrMoN15-1 (matériau n° 1.4108) sont utilisés, ces derniers pouvant même être utilisé dans le corps humain pendant quelques jours. L’inconvénient des aciers trempables est qu’ils ne sont jamais totalement exempts de corrosion, mais ne peuvent être considérés comme résistants à la corrosion que pendant un certain temps. Ces roulements sont utilisés dans les versions suivantes pour des conditions de fonctionnement particulières :
- En acier inoxydable (par exemple roulements à billes S6204 ou W6204) Dans les roulements hybrides (deux matériaux), les bagues du roulement sont en acier, tandis que les éléments roulants sont en céramique (nitrure de silicium ou dioxyde de zirconium). Utilisé, par exemple, dans les roulements de broche pour machines-outils
- Les roulements en céramique sont des roulements dont les bagues de roulement et les roulements sont en nitrure de silicium, en oxyde de zirconium ou en carbure de silicium.
- Les roulements en plastique avec éléments roulants en verre ou en céramique peuvent également être utilisés dans un environnement contenant des acides ou des alcalis agressifs, par exemple dans l'industrie chimique et alimentaire.
- Roulement avec cage en plastique (par exemple roulement à billes 6205 TN9.C3) pour un fonctionnement silencieux
- Afin d'éviter le passage indésirable du courant à travers le roulement et ainsi le développement de dommages causés par l'érosion électrique, il existe des roulements dotés d'un revêtement isolant contre le courant sur la bague extérieure ou intérieure. Ils sont utilisés, par exemple, dans les convertisseurs de fréquence pour contrôler la vitesse des moteurs triphasés.
Durée de vie des roulements
De nombreux facteurs ont une influence majeure sur la durée de vie d'un roulement. Certaines variables d'influence, telles que la charge des roulements ou la qualité de surface des composants, peuvent être mesurées directement ou calculées. Cependant, il existe également d'autres facteurs d'influence, tels que la contamination ou les conditions exactes de lubrification, qui ne peuvent pas être déterminés numériquement. De nombreux fabricants proposent des outils de calcul faciles à utiliser.
La plage de durée de vie des roulements est énorme : elle s'étend de quelques centaines d'heures, par exemple pour les appareils électroménagers ou les appareils médico-techniques, à environ 100 000 heures pour les roulements courants des navires de haute mer, des pompes et soufflantes de mines et des machines à papier. Cela signifie que les coureurs de fond situés sous les roulements peuvent survivre jusqu'à trois milliards de tours ou plus.
La question de savoir si la durée de vie théoriquement possible peut finalement être atteinte dépend également de nombreux facteurs d'influence. Outre les charges élevées sur les roulements, il convient également d'éviter les conditions de fonctionnement sales, les températures de fonctionnement élevées ou la pénétration d'eau dans le roulement. Des changements de charge en forme de choc, comme ceux observés par ex. B. Cela peut se produire dans les roulements de roue des voitures et doit être évité à tout prix, car les forces impliquées peuvent entraîner une surcharge à court terme du roulement, ce qui a un impact négatif sur la qualité du roulement et la durée de vie spécifiée du roulement. . Les fabricants lubrifient les roulements une seule fois, ce qui doit durer pendant toute leur durée de vie.
Unités de stockage
Pour un type de roulement d'arbre particulièrement simple, les unités de roulement sont principalement utilisées dans la construction de machines spéciales et dans les machines agricoles. Ils représentent une combinaison d'un roulement à billes radial à gorge profonde avec une bague extérieure couronnée (sphérique) et d'un boîtier de roulement. Pour compenser le désalignement, le boîtier de roulement peut être ajusté de quelques degrés. Selon l'utilisation prévue, les boîtiers de roulements sont en fonte grise, en fonte de métal léger, en plastique ou en tôle d'acier. Cela signifie qu'ils peuvent être facilement fixés au support de la machine.
Les formes de logements les plus couramment utilisées comprennent :
- UCP et UCPE = roulements à semelle
- UCF et UCFE = Roulements à bride carrée , quatre trous de montage,
- UCFL et UCFLE = roulement à bride , deux trous de montage (FD),
- UCT = roulement de traction.
roulements
Comme les roulements, les paliers lisses sont également destinés à supporter ou à guider deux pièces en mouvement l'une par rapport à l'autre, les forces qui se produisent devant être absorbées et transmises. La principale différence entre les deux types de stockage réside dans le type d’éléments de stockage. Dans les paliers lisses, les pièces qui se déplacent les unes contre les autres reposent directement les unes contre les autres ou ne sont séparées les unes des autres que par un film lubrifiant. En revanche, dans le roulement situé entre les deux parties mobiles se trouvent des éléments dits roulants, généralement des billes ou des rouleaux encapsulés dans une cage. Avec un palier lisse, l'arbre coulisse dans le coussinet. Pour minimiser les forces de friction importantes, un film lubrifiant est introduit entre l'arbre et le coussinet. Soit le graphite est utilisé pour la lubrification, le roulement étant placé dans un bain d'huile chauffant. La deuxième option de lubrification consiste en des rainures fraisées dans le palier lisse, dans lesquelles l'huile s'accumule et à partir desquelles le lubrifiant lubrifie l'arbre.
Les paliers lisses peuvent être conçus sous forme de roulements radiaux, de roulements axiaux, de bandes, de demi-coquilles et dans de nombreuses autres conceptions. Les avantages de ce type de roulement sont le fonctionnement silencieux, la capacité d'absorber des charges élevées avec des mouvements de rotation et de pivotement relativement lents et à des températures très élevées et très basses. Ils peuvent également être utilisés lorsque seul un espace d'installation limité peut être utilisé. Grâce à leurs diverses propriétés spécifiques, l'utilisation de paliers lisses est désormais activement utilisée dans presque tous les domaines industriels.
