Auteur: Karl D’haveloose
Peut-on faire plus rébarbatif ? Nous faisons de notre mieux. Mais à l'heure où, dans la plupart des départements d'ingénierie, les composants conçus à l'aide de logiciels de CAO sont parfois simplement copiés-collés pour être réutilisés dans le projet suivant, nous sommes curieux de voir qui parmi vous aura le courage de tester ses connaissances en matière de roulements. Les constructeurs de machines se distinguent par le niveau de compréhension technique de leur service de conception. On trouve des roulements dans la conception de presque tous les systèmes mécatroniques. Ainsi, tout comme la connaissance des katas est essentielle pour devenir un karatéka hors pair, la compréhension des roulements est indispensable à toute ceinture noire dans le domaine de la construction de machines.
Les roulements sont utilisés pour réduire le frottement. Le contact entre deux pièces en métal provoque en effet beaucoup de frottement, ce qui contribue à l'usure du métal, qui finit peu à peu par être détérioré. Les roulements réduisent le frottement en faisant rouler les deux surfaces l'une sur l'autre. Ces dispositifs sont constitués de billes ou de rouleaux métalliques lisses qui roulent contre une surface métallique lisse à l'intérieur et à l'extérieur. Les rouleaux ou les billes supportent la charge, ce qui permet au mécanisme de tourner.
Selon l'emplacement du roulement dans le mécanisme, celui-ci peut être soumis à une charge radiale, à une charge axiale ou à une combinaison des deux. Le roulement utilisé dans la roue de votre voiture, par exemple, supporte à la fois une charge radiale et une charge axiale. Le poids de la voiture sur le roulement exerce une charge radiale, tandis qu'une charge axiale est exercée sur ce même roulement lorsque la voiture prend un virage. Dans cet article, nous allons nous pencher de plus près sur quelques types de roulements courants.
Roulements à billes
Les roulements à billes sont le type de roulement le plus courant et peuvent supporter des charges radiales et axiales. Leur bague intérieure est généralement fixée à l'arbre rotatif, tandis que leur bague extérieure est fixée sur un palier. Chaque bague présente une rainure (sur le diamètre extérieur pour la bague intérieure et sur le diamètre intérieur pour la bague extérieure). Conjointement, ces rainures forment un chemin de roulement circulaire dans lequel les billes sont disposées, maintenues par une cage à billes. Lorsqu'une charge est appliquée sur le roulement à billes, celle-ci est transférée du chemin de roulement de la bague extérieure vers les billes, puis des billes vers le chemin de roulement de la bague intérieure. Les rainures d’un chemin de roulement ont généralement un rayon de courbure compris entre 51,5 % et 53 % du diamètre de la bille. Les roulements à billes présentant un rayon de courbure plus faible peuvent provoquer un frottement de roulement élevé en raison du contact trop étroit entre les billes et les chemins de roulement. Les modèles présentant un rayon de courbure plus important peuvent quant à eux réduire la durée de vie du dispositif en raison de la contrainte accrue dans la surface de contact plus restreinte entre les billes et les chemins de roulement. Ces roulements sont généralement utilisés lorsque les charges exercées sont faibles.
Roulements à rouleaux cylindriques
Les rouleaux des roulements à rouleaux cylindriques tournent dans des chemins de roulement cylindriques. Les roulements à rouleaux cylindriques se caractérisent par un faible frottement, une capacité de charge radiale élevée et une grande vitesse de rotation. Dans ces types de roulements, le point de contact entre un rouleau cylindrique et le chemin de roulement forme une ligne plutôt qu'un point. La charge est ainsi répartie sur une plus grande surface, ce qui permet au roulement de supporter une charge plus importante. Pour limiter tout problème dû à un défaut d'alignement, la longueur du rouleau n'est pas beaucoup plus grande que son diamètre. Ces roulements sont notamment utilisés pour les rouleaux de convoyeurs qui doivent supporter de lourdes charges radiales. Ils sont généralement conçus pour également supporter des forces axiales et sont équipés de guides de rouleaux des deux côtés d'une bague, mais pas de l'autre. Cela permet au roulement de se dilater sous l'effet de la chaleur lorsqu'il est utilisé en combinaison avec un roulement à billes à position fixe à l'autre extrémité. Une force motrice peut être supportée dans une seule direction si une bride de guidage est ajoutée à l'une des bagues opposées. Une deuxième bride peut être ajoutée pour une force motrice bidirectionnelle.
Roulements à rouleaux coniques
Les roulements à rouleaux coniques sont conçus pour résister à des charges radiales et axiales et sont souvent utilisés dans les roues des automobiles en raison des charges radiales et axiales importantes qu'ils sont capables de supporter.
Dans un roulement à rouleaux coniques, les bagues et les rouleaux sont de forme conique afin de supporter simultanément des charges axiales et radiales. Le rapport entre les charges dépend de l'angle des axes entre le rouleau et le roulement. Plus l'angle est important, plus la charge axiale pouvant être supportée est élevée. L'angle de contact de la plupart des roulements à rouleaux coniques est compris entre 10 et 16 degrés. Pour une force motrice plus élevée, on utilise un angle de contact de 30 degrés.
Les roulements à rouleaux coniques sont montés par paires, car cela leur permet de mieux supporter les charges radiales qu'une seule rangée de roulements à rouleaux coniques. Pour les applications lourdes, deux ou quatre rangées de roulements à rouleaux coniques sont combinées en un seul dispositif dans des roulements de grande taille.
Roulements à rotule sur rouleaux
Les roulements à rotule sur rouleaux se composent généralement de deux rangées de rouleaux en forme de tonneaux qui tournent dans deux chemins de roulement. Le premier se trouve sur la bague intérieure et le second sur une surface sphérique continue qui est rectifiée sur le diamètre intérieur de la bague extérieure. Le roulement peut ainsi supporter un certain désalignement. Les rouleaux sphériques ont des profils en forme de tonneau qui s'adaptent parfaitement aux profils des chemins de roulement, ce qui les rend robustes et leur permet de supporter des charges élevées. Ces roulements sont montés par paires dans les paliers et sont orientés dans des directions opposées afin de pouvoir supporter des forces bidirectionnelles. Les roulements à rotule sur rouleaux sont utilisés dans les roues des automobiles et sont capables de supporter des charges radiales et axiales importantes.
Roulements à aiguilles
Les roulements à aiguilles utilisent des éléments roulants cylindriques allongés de faible diamètre. Ils sont utilisés dans le cadre d'applications où l'espace radial est limité. Le rapport diamètre/longueur des aiguilles varie entre 1 pour 2,5 et 1 pour 10. En raison de leurs modestes dimensions, ces aiguilles ne peuvent pas être guidées avec précision et génèrent beaucoup de frottement. Elles sont par conséquent utilisées à faible vitesse et pour des mouvements oscillants. Des cages peuvent toutefois être utilisées pour guider les aiguilles et améliorer leur rétention. Ces roulements sont principalement utilisés là où l'espace de manœuvre est réduit.
Butées
Les butées à rouleaux sont conçues pour supporter des charges axiales élevées. Elles sont généralement utilisées dans les engrenages, notamment dans les transmissions automobiles entre les engrenages ou entre le carter et les arbres rotatifs. Les dents inclinées des roues hélicoïdales utilisées dans les transmissions automobiles génèrent une charge axiale élevée qui est supportée par les butées à rouleaux. Les butées à rouleaux glissent dans un chemin de roulement afin d'absorber les variations de vitesse superficielle résultant du diamètre variable sur la zone de contact.
Les butées à billes sont conçues pour supporter presque exclusivement des charges axiales dans des applications à faible vitesse et faible poids. Elles sont p. ex. utilisées dans les tabourets de bar, où elles servent à soutenir l'assise.
Les butées à billes sont constituées de deux rondelles rainurées entre lesquelles est logé un jeu de billes. Les contacts des roulements à billes ont un effet glissant qui est renforcé à grande vitesse par la force centrifuge exercée sur les billes. Les butées à rouleaux cylindriques sont limitées à environ 20 % de la vitesse de leur équivalent radial, et les butées à billes sont limitées à 30 % de la vitesse de leur équivalent radial.
Le temps est à présent venu, très chers lecteurs, de résumer tout ce qui précède en nous concentrant sur les besoins et les critères à prendre en compte :
Facteurs à prendre en compte lors du choix d'un roulement :
