Exploration des types de roulements et de leur importance dans l'industrie

Les différents types de roulements sont des composants souvent négligés, mais ils sont essentiels à de nombreux types de machines. Ils sont les partenaires silencieux qui assurent le bon fonctionnement de nos machines, en réduisant les frottements et en soutenant le mouvement des différentes pièces. Des minuscules montres-bracelets aux énormes machines industrielles, ils garantissent un fonctionnement efficace et fiable des machines. Il existe de nombreux types de roulements, notamment les roulements à billes, les roulements à rouleaux et les butées, chacun d'entre eux étant destiné à remplir une fonction particulière ou à répondre à un ensemble d'exigences. Pour ceux qui travaillent avec des machines, il est essentiel de comprendre ce qu'est un roulement.

Cet article présente les différents types de roulements, leurs avantages particuliers et la manière dont ils prolongent la durée de vie et l'efficacité de divers systèmes.

Le principe de fonctionnement des roulements

Les roulements permettent un mouvement fluide et efficace entre deux surfaces en minimisant le contact et en supportant les pièces mobiles ou rotatives. Le frottement de roulement est à la base du fonctionnement des roulements car il est nettement inférieur au frottement de glissement. Cela signifie que la résistance est moindre lorsque deux surfaces roulent l'une sur l'autre que lorsqu'elles glissent l'une contre l'autre.

Les parties roulantes d'un roulement répartissent la charge sur leurs points de contact avec les bagues lorsqu'elles sont soumises à une charge.

Les différents types de roulements sont construits de manière relative pour supporter l'ensemble du poids. Le poids de la charge agit comme force motrice pour faire tourner le roulement, en utilisant la simple fonction métallique de la surface de la bille. La capacité de charge d'un roulement est déterminée par la taille, le type et la composition de ses éléments roulants, ainsi que par la conception de la cage et du chemin de roulement.

Support de charge dans les roulements

Il s'agit de la capacité du roulement à supporter les forces auxquelles il est soumis. Il existe deux principaux types de charges supportées par les roulements :

1. Charge axiale

Il s'agit de la force qui agit parallèlement à l'axe de rotation, souvent appelée "poussée". Les charges axiales se produisent lorsque les pièces d'une machine se déplacent dans le sens de l'axe. Dans les systèmes de transmission automobile, les engrenages et les arbres servent à transférer la puissance. Lorsque les engrenages se déplacent et tournent, ils exercent une charge axiale le long de l'arbre puisqu'ils se déplacent dans la même direction que l'axe de l'arbre.

Les roulements qui supportent ces types de charges sont les roulements à rouleaux coniques et les butées à billes.

2. Charge radiale

Cette charge agit perpendiculairement à l'axe de rotation. Elle apparaît lorsque la charge exerce une pression par le haut sur le roulement. Dans un système de bande transporteuse, les rouleaux qui déplacent et soutiennent la bande subissent des charges radiales. Cela est dû au poids des matériaux sur le convoyeur, qui exerce une pression sur les rouleaux par le haut. Les types de roulements qui gèrent principalement ces charges sont les roulements à billes et les roulements à rouleaux.

3. Charge combinée

Dans de nombreuses applications réelles, les roulements sont soumis simultanément à des charges axiales et radiales. Des types de roulements spéciaux, tels que les roulements à billes à contact oblique. sont adoptés pour supporter de telles charges. Prenons l'exemple d'une voiture qui roule en ligne droite. Les charges radiales sont souvent exercées sur les roulements de roue par leur poids. Cependant, au moment d'un virage, il y a une charge axiale "poussée" due aux forces latérales qui poussent la roue vers l'extérieur ou vers l'intérieur le long de son axe.

Répartition des éléments du palier

Élément roulant : Ces éléments peuvent être des billes ou des rouleaux. Ils se trouvent entre deux surfaces qui se déplacent l'une par rapport à l'autre.

Courses intérieures et extérieures : ils maintiennent les éléments roulants ensemble. Il s'agit de pistes circulaires à travers lesquelles les éléments roulants se déplacent.

Cage ou dispositif de retenue : Ils ont pour but de maintenir un espacement correct entre les éléments roulants et d'éviter qu'ils n'entrent en contact les uns avec les autres. Cela facilite le fonctionnement en douceur.

Lubrification : La graisse ou l'huile est appliquée sur le roulement pour éviter le frottement et l'usure. Le lubrifiant forme un film protecteur entre les bagues et les éléments roulants et minimise le contact métal contre métal.

Sceau : il s'agit d'un élément important du roulement. Il est essentiel pour le nettoyage et le maintien du lubrifiant à l'intérieur du roulement.

• 2RS ont des joints en caoutchouc de chaque côté du couvercle extérieur, ce qui est un type d'étanchéité par contact. Ils sont idéaux pour une utilisation dans des environnements où l'humidité, la poussière et d'autres contaminants sont présents.
• ZZ ont des boucliers métalliques des deux côtés. Ils permettent de bloquer les grosses particules et créent moins de frottement que les joints en caoutchouc, ce qui les rend plus adaptés aux vitesses élevées et à une meilleure efficacité.

Types de paliers et leurs caractéristiques

1. Roulements à billes

i) Roulements à billes à gorge profonde :

Ce sont les types de roulements les plus courants. Ils sont constitués d'une rangée de billes en tant qu'éléments roulants coincés entre des chemins de roulement. Ils peuvent supporter des charges axiales et radiales, mais sont limités à des poids faibles. Ils nécessitent un entretien minimal et sont faciles à installer. Ils présentent un faible frottement et un faible niveau sonore et conviennent aux applications à grande vitesse telles que les moteurs électriques.

ii) Roulements à billes à contact oblique :

Ce type de roulement possède des pistes intérieure et extérieure qui se déplacent l'une par rapport à l'autre dans la direction de l'axe. En conséquence, la charge axiale est transmise au logement par l'intermédiaire du roulement. Il est capable de supporter de fortes charges axiales dans les deux sens, ainsi que des charges radiales. Cela signifie qu'ils peuvent supporter des charges combinées. La capacité de charge axiale de ces roulements s'améliore au fur et à mesure que l'on augmente le nombre de roulements. angle de contact augmente. Il s'agit de l'angle mesuré entre le point de contact de la bille et les chemins de roulement et une ligne perpendiculaire à l'axe du roulement. Ces roulements sont idéaux pour les applications de haute précision et à grande vitesse telles que les boîtes de vitesses, Machines-outils à commande numériqueet des pompes.

iii) Roulements à billes auto-alignés.

Ces roulements peuvent tolérer un défaut d'alignement entre le logement et l'arbre. Ils comportent deux rangées de billes, des chemins de roulement sphériques sur la bague extérieure et deux rainures continues dans la bague intérieure. En cas de déflexion, la forme concave de la bague extérieure permet à la bague intérieure de se réarranger en conséquence. Il traite principalement les charges radiales et s'applique aux endroits où les désalignements sont fréquents, comme les machines agricoles.

Roulement à rouleaux

i) Roulements à rouleaux cylindriques :

Les éléments roulants sont cylindriques au lieu d'être des billes entre les pistes. Un rouleau est un élément dont la longueur est supérieure au diamètre. Cette forme cylindrique permet un contact avec les pistes intérieure et extérieure, ce qui permet de répartir la charge sur une plus grande surface. Cette construction convient aux charges radiales et non aux charges de poussée.

Ces roulements supportent des charges lourdes, des chocs et un faible frottement. Ils conviennent aux machines lourdes et aux systèmes de convoyage.

ii) Roulements à rouleaux sphériques :

Les roulements à rotule peuvent supporter des charges radiales et axiales. Ils compensent également les défauts d'alignement. Ils sont donc très polyvalents et constituent le premier choix dans la famille des roulements. Ils peuvent basculer, pivoter et s'adapter aux désalignements angulaires pour maintenir le contact et répartir les charges de manière égale. Cela permet de minimiser les coûts de maintenance et d'augmenter la durée de vie. Par conséquent, ils sont idéaux pour une large gamme d'applications : Robots, astronomie, véhicules tout-terrain et pompes.

iii) Roulements à rouleaux coniques :

Les roulements à rouleaux coniques sont les champions incontestés du support de charge, supportant sans effort les forces radiales et axiales. Ils garantissent une rotation en douceur, en particulier dans les virages serrés. Les rouleaux sont placés entre deux chemins de roulement qui sont des sections d'un cône creux. Ce cône sert d'élément porteur. Les roulements à rouleaux coniques peuvent être appliqués dos à dos pour permettre une charge axiale équivalente dans les deux sens. Ils sont utilisés dans les boîtes de vitesses et les moyeux de roues automobiles.

Roulements à aiguilles

Ils ont des rouleaux cylindriques qui ressemblent à des aiguilles en raison de leur petite taille radiale. Cela permet de loger plus de rouleaux dans le même espace, ce qui augmente la surface de contact avec les pistes. Leurs rouleaux cylindriques minces les rendent idéaux pour les charges radiales élevées. Il existe deux types de roulements à aiguilles : les roulements à aiguilles avec bague intérieure et les roulements à aiguilles sans bague intérieure.

Leur petite taille permet de les utiliser dans des applications où l'espace est limité en raison de l'espace réduit entre le boîtier et l'essieu. Elles trouvent leur place dans les motos, les compresseurs, les pompes et l'industrie textile.

Paliers de butée

i) Roulement à billes

Il s'agit de types spéciaux de roulements à billes conçus pour des charges axiales. Ils ne peuvent pas supporter de charges radiales. Les butées à billes offrent un fonctionnement souple et un niveau de bruit minimal et conviennent aux applications à grande vitesse. Le choix entre les roulements unidirectionnels et bidirectionnels dépend de la charge unidirectionnelle ou bidirectionnelle. Applicable dans les transmissions automobiles, machines de tournageet des turbines.

ii) Roulement de butée à rouleaux

Ils sont constitués de rouleaux coniques ou cylindriques disposés perpendiculairement à l'axe de l'arbre. Ils offrent ainsi une grande rigidité axiale avec un frottement minimal et de fortes charges axiales, ce qui les rend idéaux pour les applications lourdes. Les galets de butée peuvent supporter des chocs légers et des contraintes axiales unidirectionnelles. Pour les applications à faible vitesse, ils sont fréquemment utilisés dans des contextes où les butées à billes ne sont pas pratiques. Les crochets de grue, les treuils, les laminoirs et les systèmes de direction automobile sont des exemples d'applications.

Roulements magnétiques

Les paliers magnétiques utilisent des électro-aimants pour faire léviter des arbres rotatifs dans l'air sans contact physique. C'est pourquoi il s'agit de paliers à usure nulle. En outre, la vitesse relative maximale qu'ils peuvent gérer est illimitée. Les paliers magnétiques peuvent tolérer certains désalignements car la position de l'arbre est automatiquement modifiée en fonction de son centre de masse. Ils sont utilisés dans les machines IRM, les trains à grande vitesse, etc.

Ils sont classés en deux catégories ;

1. Paliers magnétiques actifs ont des électroaimants autour des arbres pour maintenir leur position. En cas de désalignement, des capteurs captent le signal et le système s'ajuste à sa position initiale.
2. Paliers magnétiques passifs utilisent un aimant permanent pour maintenir le champ magnétique autour de l'arbre. Aucun apport d'énergie n'est donc nécessaire. Toutefois, cette technologie n'en étant qu'à ses débuts, la conception du système reste difficile.

Palier à fluide

Utilise un fluide ou un gaz sous pression pour soulever et supporter des charges. Ils sont réputés pour leur capacité à réduire les frottements et l'usure, à amortir les vibrations et à supporter de lourdes charges. Ils ont une durée de vie plus longue dans des conditions difficiles, ce qui permet de réduire les coûts.

Palier lisse

Les paliers lisses peuvent également être appelés coussinets ou paliers lisses. Il s'agit de types simples de roulements de forme cylindrique ou de manchons à collerette présentant des surfaces de glissement. Ils fonctionnent avec un faible frottement et ne nécessitent pas d'entretien. Ils sont idéaux lorsque la lubrification n'est pas possible, par exemple pour les vérins hydrauliques, les systèmes de suspension, les articulations, etc.

Facteurs à prendre en compte lors du choix d'un palier pour votre système

1. Type de charge et capacité

Les roulements sont conçus pour gérer trois types de charges : axiale, radiale et combinée. La détermination du type et de l'ampleur des charges que le roulement devra supporter garantit des performances et une longévité optimales.

2. Vitesse et conditions de fonctionnement

Les roulements sont conçus pour résister à certaines limites de vitesse et le choix du roulement doit correspondre aux exigences spécifiques de la machine. En outre, les conditions environnementales exposées doivent être prises en compte. Par exemple, les roulements à billes sont généralement adaptés aux opérations à grande vitesse en raison de leur conception. Dans des conditions environnementales difficiles telles que les machines agricoles, les roulements étanches avec une protection renforcée contre la poussière sont essentiels.

3. Lubrification et entretien

La lubrification est essentielle pour la longévité des roulements. Les roulements étanches sont graissés à vie et autolubrifiés en fonctionnement, tandis que les roulements lubrifiés à l'huile conviennent lorsque le contrôle de la température et l'entretien sont cruciaux.

4. Montage et assemblage

La conception des roulements doit permettre une installation et une maintenance aisées. Les paliers à collerette et les paliers à coussinets conviennent pour un montage simple, tandis que les paliers lisses se démontent et se montent plus facilement.

5. Coût et exigences en matière de maintenance

Certains roulements peuvent avoir des coûts initiaux plus élevés, mais moins d'entretien, ce qui les rend plus économiques à long terme. Dans les applications critiques telles que l'aérospatiale, il est essentiel d'adopter des roulements de qualité supérieure ayant une durée de vie prolongée. Cela permet d'éviter les temps d'arrêt, qui peuvent avoir de graves conséquences.

6. Contraintes de taille et d'espace

Le type et la taille du roulement peuvent être déterminés par l'espace disponible dans le système. Les roulements à section mince conviennent mieux aux applications où l'espace est restreint. Les roulements à aiguilles peuvent supporter des charges importantes dans des espaces réduits.

7. Matériau

Le matériau des roulements peut avoir une grande influence sur la durabilité et les performances. Selon l'application, le roulement fonctionne dans des conditions différentes. Des matériaux différents peuvent résister à des conditions différentes. Par exemple, roulements en acier standard sont en acier de haute qualité et peuvent être utilisés dans plusieurs applications. Les roulements en acier inoxydable sont conçus pour résister aux environnements corrosifs. Toutefois, dans des conditions extrêmes, les roulements en céramique peuvent offrir une meilleure durabilité. Les roulements en céramique sont d'excellentes options pour les applications à grande vitesse, à faible poids et à haute température.

Conclusion

En fonction des exigences d'un système, la large gamme de roulements disponibles remplit une liste étendue de fonctions. Un roulement bien adapté peut faire toute la différence. Il garantit les bonnes performances et la longévité des systèmes mécaniques. En prenant une décision éclairée, les ingénieurs peuvent améliorer les performances, minimiser les temps d'arrêt et faire en sorte que les choses se déroulent sans problème. En fin de compte, le bon roulement n'est pas seulement une petite pièce ; il est essentiel pour maintenir l'ensemble de l'opération en bon état.