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Notions de base sur les roulements: ce que tout le monde devrait savoir sur la sélection, l'installation et la lubrification appropriées

Les roulements d'éléments roulants doivent gérer de larges gammes de vitesses et de nombreuses combinaisons de charges, tout en résistant aux conditions environnementales néfastes telles que les températures extrêmes, la poussière et les débris, la lubrification compromise, l'humidité et les conditions de montage inhabituelles.

Avec autant de facteurs qui affectent le fonctionnement des roulements, il est important que les ingénieurs de conception, les techniciens d'installation et les professionnels de l'entretien comprennent les bases des roulements, de la sélection à la lubrification, en passant par leur installation.

Par Nigel Los, Spécialiste ingénieur d'application chez Timken

Contenu fourni par The Timken Company, un leader mondial des roulements conçus et des produits de transmission de puissance

Nigel Los

Timken est un chef de file dans le développement de la technologie des roulements depuis plus d'un siècle avec un savoir-faire expert, des installations de production de classe mondiale et un investissement continu dans des programmes garantissant que nos produits sont synonymes de qualité et de fiabilité.

Ce guide sur les principes fondamentaux des roulements n’est pas exhaustif, mais il peut constituer une ressource utile pour ceux qui souhaitent améliorer les performances et la fiabilité de leurs machines.


Sélection des roulements

Il existe de nombreux types de roulements, chacun ayant une conception interne unique avec des avantages et des inconvénients inhérents. Tous les roulements sont constitués d’un cône (bague intérieure), d’une cuvette (bague extérieure), de rouleaux (éléments roulants) et d’une cage (support de rouleau), tous les composants ayant des tailles et géométries différentes en fonction des besoins de l’application. Certains types de roulements courants incluent:

  • Roulements à rouleaux coniques: Les rouleaux ayant des angles coniques permettent aux roulements de contrôler efficacement une combinaison de charges radiales et de poussée. Dans cette conception, les extensions des chemins de roulement et les surfaces coniques des rouleaux se rejoignent en un point commun sur l'axe de rotation, offrant un véritable mouvement de roulement.
  • Roulements à rouleaux sphériques: Ces roulements utilisent deux rangées de rouleaux en forme de tonneau et un chemin de roulement en forme de cuvette de forme sphérique pour tolérer un désalignement et des charges élevées dans les équipements lourds. Comme les roulements à rouleaux coniques, ils peuvent gérer une combinaison de roulements radiaux et de butées. Des contraintes critiques sont souvent présentes lors de la gestion de charges radiales élevées, et les roulements à rouleaux sphériques peuvent être plus performants que d'autres conceptions nécessitant une solution plus robuste.
  • Roulements à rouleaux cylindriques: Les rouleaux cylindriques profilés donnent à ces roulements la capacité de gérer une capacité de charge radiale supérieure pour une taille donnée par rapport aux autres types de roulements (leur capacité à supporter des charges de poussée est cependant limitée). Il existe des conceptions complètes, à une, deux ou quatre rangées pour répondre aux diverses exigences de l'application.
  • Roulements: Les paliers de butée incluent des conceptions sphériques, à rouleaux croisés, cylindriques, coniques et sphériques pour la gestion de la poussée (fortes charges axiales) dans les applications industrielles et automobiles. Tous les types ont de gros éléments roulants pour une capacité maximale. Pour certains paliers de butée, des rouleaux profilés sont utilisés pour assurer un contact uniforme sur toute la longueur entre les rouleaux et les chemins de roulement sous des charges lourdes.
  • Roulements à bille: Les roulements à billes sont largement utilisés dans les applications auxiliaires soumises à de faibles charges et / ou à des conditions de grande vitesse. Il existe des roulements à billes à contact radial, à butée et à contact oblique pour répondre à différentes exigences, ainsi que des roulements à billes de précision pour les applications nécessitant des tolérances très strictes et une précision de fonctionnement. En règle générale, les roulements à billes ne peuvent pas supporter les charges plus élevées pour lesquelles les roulements sont conçus.


Le tableau 1 classe différents types de roulements en fonction de leurs performances et peut vous aider à limiter vos options. Un expert en gestion de frottement qualifié peut également vous aider à créer un modèle d'application qui identifie les roulements les plus appropriés pour votre défi spécifique.

Un tableau classant différents types de roulements sur différentes caractéristiques de performance

Tableau 1 - Caractéristiques de fonctionnement relatives de différents types de roulements

L'étape suivante consiste à évaluer les contraintes de taille des roulements, y compris l'alésage, le diamètre extérieur (OD) et la largeur. Cela se fait en définissant le diamètre minimum de l'arbre, le diamètre maximum du logement et la largeur disponible pour le roulement dans l'application. À ce stade, vous pouvez sélectionner des roulements qui s’inscrivent dans l’enveloppe de taille définie.

Pour assurer le bon fonctionnement, il est également important d'évaluer les conditions environnementales connues (par exemple, la température ambiante et la propreté de l'environnement) ainsi que les exigences de l'application (par exemple, le réglage du roulement, le type de lubrifiant, les agencements de brides).

Encore une fois, recherchez un expert qui peut effectuer des calculs de durée de vie des roulements qui tiennent compte de tous ces facteurs et plus encore, et qui peut vous fournir une analyse complète de vos exigences en matière de roulements. Comme de nombreux propriétaires d’équipements l’ont appris, une solution de roulement optimale permet d’économiser des milliers de dollars par an en évitant les réparations et les remplacements fréquents.


Installation de roulements

Les procédures de montage, de montage, de réglage et d’installation doivent être scrupuleusement respectées pour obtenir des performances de roulement correctes. Les pratiques diffèrent d'un roulement à l'autre, mais de nombreuses similitudes s'appliquent à tous les roulements. Ces similitudes sont résumées ci-dessous.

Montage

La plupart des roulements sont montés sur un arbre et dans un logement, l’arbre et le logement ayant des épaulements pour soutenir les bagues. Le but des épaulements est d'établir positivement l'emplacement axial et l'alignement du roulement.

La figure 1 illustre différents types de conceptions d'épaulement de soutien avec le procédé conventionnel utilisant un épaulement usiné sur un arbre ou dans le logement. D'autres fois, les anneaux sont utilisés comme épaule. Il est essentiel qu'un épaulement soit carré avec la bague de roulement et du bon diamètre pour assurer un renfort adéquat du chemin de roulement.

Veuillez noter que : Lorsque vous recevez un envoi de roulements, ne retirez pas les produits de leur emballage tant qu'ils ne sont pas prêts pour le montage, afin d'éviter qu'ils ne soient corrodés ou contaminés.

Figure 1 - Modèles de support communs

Figure 1 - Modèles de support communs

Essayage

En règle générale, les bagues de roulement montées sur un arbre rotatif ou dans un logement rotatif doivent avoir un ajustement serré (également appelé ajustement serré, dans lequel le frottement entre deux pièces sert de seul moyen de fixation).

Un ajustement lâche peut permettre à la bague de fluer ou de tourner, entraînant une usure prématurée de la surface de contact et de l'épaulement de soutien, susceptible d'endommager le roulement, l'arbre ou le logement. Dans la plupart des cas, l'anneau fixe peut être mal ajusté pour faciliter l'installation.

Les pratiques d’ajustement varient en fonction de plusieurs autres facteurs, notamment la classe de précision du roulement, la configuration du roulement (par exemple, les roulements à une ou deux rangées), le type et la direction de la charge (par exemple, rotation continue ou alternée), les conditions de fonctionnement (par exemple, les chocs , vibrations, surcharge et vitesses élevées), la section et le matériau de l’arbre et du logement, ainsi que la facilité de montage / démontage et les conditions de réglage, entre autres considérations.

La figure 2 montre une sélection d'ajustement d'arbre et de logement de roulement à rouleaux conforme aux normes reconnues de l'industrie. Les barres désignées par g6, h6, etc., représentent le diamètre de l'arbre / logement et les plages de tolérance permettant de réaliser les différents ajustements requis pour différentes conditions de charge et de rotation de l'anneau.

Sélection de l'ajustement de l'arbre et du logement

Figure 2 - Sélection de l'ajustement de l'arbre et du logement

Disposition

Souvent, dans la fabrication des roulements, il est courant d'assembler des bagues et des éléments roulants avec un jeu interne spécifié qui compense les effets des ajustements serrés et de la dilatation thermique des roulements, des arbres et des logements. Pour certains roulements, cela peut également fournir l'angle de contact interne souhaité après le montage.

Le jeu interne est mesuré en jaugeant radialement ou axialement. Le jeu interne radial (RIC) est accepté comme caractéristique typique de réglage pour la plupart des roulements car il est plus directement lié aux ajustements des roulements. Dans le même temps, les roulements à rouleaux coniques et les roulements à billes à contact oblique sont exceptionnels, le réglage étant généralement mesuré dans la direction axiale.

Il est important d’obtenir le réglage correct pour respecter les conditions de fonctionnement prévues des roulements et ainsi optimiser les performances du système. Un professionnel qualifié peut vous aider à spécifier les exigences de réglage pour vos roulements.

Installation

La propreté est essentielle pour l'installation des roulements. Assurez-vous toujours que les arbres sont propres, sans entailles ni bavures, rectilignes et de diamètre adéquat pour éviter les problèmes de performance des roulements. Des outils adéquats doivent également être utilisés pour ajuster correctement les bagues intérieures des roulements sur l'arbre et les bagues extérieures dans le logement pour éviter tout endommagement. Consultez votre fabricant ou fournisseur pour en savoir plus sur les outils et les kits pouvant faciliter une installation rapide et précise des roulements.

Remarque: lors de l'installation d'un nouveau roulement, ne retirez pas le lubrifiant ou le préservatif appliqué par le fabricant. Les agents de conservation utilisés sur presque tous les roulements sont entièrement compatibles avec les huiles et autres lubrifiants couramment utilisés. Le laisser en place protégera le roulement de la corrosion.

Roulements lubrifiants

Avec autant d'options, il peut être difficile de choisir le meilleur lubrifiant pour vos roulements. L'utilisation réussie de l'huile ou de la graisse pour roulements dépend des propriétés physiques et chimiques du lubrifiant, ainsi que des conditions d'application et environnementales.

Au niveau de la conception, la première considération consiste à déterminer si l'huile ou la graisse est optimale pour l'application. La plupart des roulements (environ 80%) utilisent de la graisse, qui est généralement plus facile à utiliser que l'huile. Les roulements initialement garnis de graisse ne nécessitent qu'une lubrification périodique pour fonctionner efficacement. Dans le même temps, dans les applications où la chaleur doit être évacuée du roulement ou dans les applications à très grande vitesse, il est nécessaire d'utiliser de l'huile.

Il n’existe pas de directives simples et exhaustives à suivre pour bien choisir le lubrifiant, compte tenu des innombrables combinaisons de types de roulements et de conditions de fonctionnement pouvant être expérimentées. Il est conseillé de consulter votre fournisseur de lubrifiant ou votre fabricant d’équipements / roulements pour des questions spécifiques sur les besoins en lubrification pour une application donnée.

Le tableau 2 peut vous aider à comprendre quels types de graisse peuvent être optimaux pour vos roulements (ces informations ne sont toutefois pas destinées à remplacer les spécifications du constructeur de l'équipement). Parler à un expert de la sélection de la graisse est également un bon moment pour revoir les pratiques de lubrification appropriées et s’assurer que vos employés ont reçu la formation et l’éducation appropriées.

Tableau 2 - Scénarios de lubrification des roulements

Tableau 2 - Scénarios de lubrification des roulements

Où se tourner

Bien qu'il y ait beaucoup à apprendre sur les roulements, garder les choses simples à l'esprit permet souvent d'éviter les problèmes qui entraînent des temps d'arrêt, des retards et des dommages matériels dans les cas les plus défavorables. En comprenant les exigences de base de votre machine en matière de roulements, vous pouvez avoir une conversation plus productive avec un expert susceptible de vous mener à la réussite.

De nombreuses entreprises proposent des programmes de formation et ressources utiles cela peut améliorer votre connaissance des roulements et de la maintenance pratique. Pour ceux qui souhaitent poursuivre leurs études, un appel à votre fournisseur de roulements local est un excellent point de départ.

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