roule ments

ROULEMENTS

4em chapitre

Roulements4.1 Caractérisation générale

Les paliersUn palier constitue la fonction de liaison nécessaire

entre un arbre tournant et le carter fixe.L’ingénieur a à sa disposition deux possibilités :— les paliers à éléments roulants : roulements à

billes, cylindriques ou coniques ;— les paliers lisses ou coussinets.


Définition d’un roulementUn roulement permet le positionnement, la

transmission des efforts et la rotation entre deux pièces par le remplacement du glissement par le roulement. Ce composant mécanique optimise le frottement et la précision de la liaison.


Éléments historiquesEntre les deux guerres mondiales, dans le lac Nemi,

en Italie, deux épaves de vaisseaux datant du début de l'Empire romain ont été repêchées. On y a retrouvé plusieurs roulements à billes ou à rouleaux en bois et en métal. Leur utilisation n'a pas été expliquée à ce jour.

Léonard de Vinci nous a laissé un certain nombre de dessins de roulements, nous en retrouverons quelques-uns dans le chapitre spécialisé.

Richard Stribeck et John Goodman sont, avec Hertz, les pères des roulements modernes. Signalons que les premiers roulements que l'on puisse considérer comme de véritables composants industriels ont été montés sur des bicyclettes. Le nom d'un Français, Suriray, et la date de 1870, ont été retenus par certains chroniqueurs, mais ces éléments sont plus ou moins controversés.


Avantages en utilisant les roulements les pertes de puissance sont plus petite

que pour le cas des coussinets l’encombrement en direction axiale est

très petit standardisation a l’échelle internationale


Inconvénients en utilisant les roulements L’encombrement en direction radial très

grand Nécessite une usinage et un montage très

précise Ne fonction pas très bien a des grandes

vitesses

Roulements 4.1 Caractérisation générale

Les parties composants d’un roulement

Roulements 4.1 Caractérisation générale

Les parties composants d’un roulement

Un roulement à billes se présente sous la forme de deux bagues coaxiales (intérieure et une

extérieure) entre lesquelles sont placées des corps de roulement, légèrement lubrifiées,

et maintenues espacées par une cage.

Roulements 4.2 Classification et symboles des roulements

La classification est faite en tenant compte des suivantes critères:

a. La forme des différents éléments roulants

Roulements à billes;Roulements à rouleaux cylindriquesRoulements à rouleaux coniquesRoulements à rouleaux toroïdaux

Roulements à aiguilles



b. La direction principale de la force assumé

Roulements radiaux (a contact radial)Roulements radiaux axiales (a contact oblique)Roulements axiales radiaux (Butée à billes a contact oblique)Roulements axiales (Butée à billes )



c. Le nombre des rangées des éléments de roulement

Roulements avec une rangée d’éléments roulantsRoulements avec plusieurs rangées d’éléments roulants



d. Le matériel de la cage

Roulements avec cage en tôle d’acier Roulements avec cage massive en polyamide



e. La classe des dimensionsles roulements sont divisées en trois classe de diamètres et quatre classes de largeurs

Séries des diamètres

0

3

2

0

1 2 3

Séries des largeurs

Roulements 4.2 Classification et désignation des roulements

Le symbole d’un roulement est formée de plusieurs chiffres et lettres

Exemple 1

6207

Type du roulement

Série de diamètres

Diamètre d’arbre

Roulement a billes Série moyenne D=7x5=35mm



Exemple 2

NU 32 05

Type du roulement

Série de dimensions

Diamètre d’arbre

Roulement a rouleaux cylindriques et épaulements dans la bague ext.

Série de diamètres 2

Série de largeur 3

D=5x5=25mm



Exemple 3

72 07

Type du roulement

Série de dimensions Diamètre

d’arbre

Roulement a billes a contact oblique


D=7x5=35mm



Exemple 4

3 32 05

Type du roulement

Série de dimensions

Diamètre d’arbre

Roulement a rouleaux coniques


Série de largeur 2

D=5x5=25mm

Roulements 4.3 Types de roulements

ROULEMENTS À BILLESROULEMENTS À BILLES

Roulements à 1 rangée de billes à contact radial

Conçus en priorité pour supporter des charges radiales modérées, ces roulements, les plus répandus d’entre tous, admettent aussi des charges axiales faibles dans toutes les directions. Leur utilisation est particulièrement précieuse dans les applications où les vitesses de rotation sont élevées et pour limiter les pertes d’énergie.


ROULEMENTS À BILLESROULEMENTS À BILLESAssemblage d'un roulement à billes

Etape Illustration Commentaire

1°

Les billes sont disposées jointives sur le chemin de roulement de la bague extérieure. Leur espacement final sera

garanti par la cage (demi-cage en arrière plan)

2°

On peut alors engager la bague intérieure. Le nombre d'éléments roulants est en partie limité par cette contrainte de montage. Trop nombreux la bague ne peut pas entrer, le

montage n'est donc pas possible, même si en position théorique finale les pièces semblent avoir assez de place !

3°

La bague intérieure se centre naturellement par appui sur les billes en s'engageant radialement dans l'arc formé par les billes. Celui ci ne doit donc pas excéder 180° (limitation

encore une fois du nombre de billes).

4°Les billes sont enfin écartées pour prendre la répartition circulaire finale compatible avec la cage de roulement.

5°

Les deux parties de la cage sont rapportées de part et d'autre puis assemblées par rivetage, collage, ou soudage suivant les

tailles, les qualité, ou les constructeurs.


Roulements à 1 rangée de billes à contact oblique (radial-axial)

Les chemins des bagues intérieures et extérieures des roulements à une rangée de billes à contact oblique sont décalés l’un par rapport à l’autre. Cette conception est particulièrement adaptée aux applications où se combinent charges radiales et axiales modérées. Selon les séries, l’angle de contact entre les billes et les bagues varie pour augmenter la capacité de charge axiale des roulements. Cet angle est de 40° pour les roulements de précision normale, de 30° pour quelques roulements.


Roulements à 2 rangées de billes à contact oblique (radial-axial)

Les chemins des bagues intérieures et extérieures des roulements à une rangée de billes à contact oblique sont décalés l’un par rapport à l’autre. Cette conception est particulièrement adaptée aux applications où se combinent charges radiales et axiales modérées. Selon les séries, l’angle de contact entre les billes et les bagues varie pour augmenter la capacité de charge axiale des roulements. Cet angle est de 40° pour les roulements de précision normale, de 30° pour quelques roulements.


Roulements à rotule sur billes

Dotés de 2 rangées de billes et d’un chemin sphérique sur la bague extérieure, les roulements à rotule sur billes compensent les erreurs de montage ou l’alignement de l’arbre.

Ils trouvent leur utilité dans des applications qui demandent des vitesses de rotation élevées, des charges radiales modérées et des charges axiales modérées ou faibles.


Roulements à rouleaux cylindriques

L’utilisation de roulements à rouleaux cylindriques est préconisée pour des applications où les charges radiales sont importantes et les vitesses de rotation élevées.


Roulements à 1 rangée de rouleaux coniques

Les roulements à rouleaux coniques sont des roulements à contact angulaire constitués d’éléments séparés (cônes et cuvettes), ce qui facilite le montage du roulement.

Leur conception les rend particulièrement adaptés aux charges combinées. Les charges supportées peuvent être très importantes (axiales dans une direction) et ils tolèrent les défauts d’alignement très légers.

Toujours montés en opposition avec un roulement de même nature, ils permettent une grande rigidité du montage, en particulier lorsqu’ils sont préchargés. Leurs capacités de charge associées à leur polyvalence en font les roulements plus utilisés après les roulements à billes à contact radial.


Roulement à aiguilles avec bague intérieure

Douille à aiguilles sans fond


Les butées à billes à simple effet sont composées d'une rondelle-arbre, d'une rondelle-logement et d'un ensemble de billes maintenues par une cage. Les butées sont démontables, ce qui facilite grandement le montage car les rondelles et l'ensemble cage / billes peuvent être installés séparément. Les butées à billes à simple effet, comme leur nom l'indique, ne peuvent supporter des charges axiales que dans un seul sens et positionnent donc un arbre dans un seul sens axial. Elles ne supportent aucune charge radiale.


Les butées à billes à double effet

Les butées à billes à double effet sont composées d’une rondelle-arbre, de deux rondelles-logement et de deux ensembles cages / billes. Elles sont séparables pour en simplifier le montage.


Roulements à aiguilles / à contact oblique

Les roulements à aiguilles combinés sont des roulements radiaux à aiguilles combinés à des butées. Ils supportent donc des charges radiales et axiales. Ce type de roulement permet de produire des montages de roulements fixes dans un minimum d'espace radial. Ces roulements sont particulièrement utiles dans les cas de charges axiales trop importantes, de vitesses trop élevées,

Roulements 4.4 Montages des roulements

Il y a deux types de montages a roulements:

A. Le montage avec l’assumation de la force axiale dans un seul palier

Ils sont caractéristique pour les arbres (longs) qui se dilate thermiques

B. Le montage avec l’assumation de la force axiale en chaque palier dans un sens

B1. La force axiale vers droite par le palier de droite et la force axiale vers gauche par le palier de gauche

B2. La force axiale vers droite par le palier de gauche et la force axiale vers gauche par le palier de droite

Roulements 4.5 Matériaux pour roulements

•Les bagues et les éléments roulantes sont fabriquées

en aciers à roulements (RUL1, RUL2) sont dans 90% des cas des aciers trempés à cœur, dans 10 % des cas des aciers cémentés.

•Les cages sont en tôle d’acier ou en polyamide

•On fabrique des roulements en céramique, essentiellement à partir de nitrure de silicium Si3N4 pressé à chaud. Les avantages techniques des céramiques sont le faible poids, la faible dilatation thermique, la haute dureté, la résistance à la chaleur, la stabilité dimensionnelle, la haute résistance à la corrosion, en particulier à la plupart des acides, le module d'élasticité très élevé, l'absence de magnétisme, l'isolation électrique. La supériorité des billes en céramique ne se révèle qu'aux vitesses très élevées, essentiellement à cause de la diminution de la pression de contact par effet centrifuge, ou en cas de fonctionnement à sec, ou encore à cause de leur meilleure rigidité.

Roulements 4.6 Endommagement des roulements a. Écaillage de fatigue

C'est la cause normale de destruction des roulements correctement montés et utilisés.

b. Grippage

Le grippage est inévitable en l'absence de lubrification .

c. Empreintes par déformation

Sont très fréquentes : des traces de coups, des fissures, ou des cassures traduisent généralement un manque de précautions : chute accidentelle, montage par percussion ou en transmettant les efforts par l'intermédiaire des éléments roulants, surcharge.

d. Incrustation de particules étrangères

Résulte d'un manque de propreté au montage ou de l'entrée accidentelle d'impuretés.

e. Détérioration des cages

C’est la plus dangereuse endommagement des roulement

Roulements 4.6 Endommagement des roulements

Les signes extérieurs de détérioration sont nombreux :• les vibrations, • les bruits anormaux• l'élévation de température • un couple de frottement anormal

Roulements 4.7 Le calcul des roulements A. Les roulements qui tourne avec une vitesse plus de 10 tr/min

La variation des sollicitations sur les bagues du roulement provoque une fatigue visible au bout d'un nombre de tour assez grand.

La durée de vie d'un roulement est le nombre de tours qu'il peut effectuer avant que n'apparaisse le premier signe d'écaillage, c'est à dire l'altération de l'état de surface des chemins de roulements ou des organes roulants (billes, rouleaux, aiguilles…).

Lh est la durée de vie posée (en heures)L est la durée de vie nominale pour un roulement (en heures)

Roulements 4.7 Le calcul des roulements Les roulements qui tourne avec une vitesse plus de 10 tr/min

La durabilitéL10=(C/P)3 pour un roulement à billes (en millions de tours)ouL10=(C/P)(10/3) pour un roulement à rouleaux (en millions de tours)

où C est la charge dynamique de base (donnée par le constructeur) et P la charge radiale équivalente supportée.

Pour calculer P pour un roulement à billes, on doit obtenir les charges radiales et axiales, respectivement Fr et Fa. On a également besoin des données constructeur e,X et Y.

si Fa=<e*Fr alors P=Frsi Fa>=e*Fr alors P=X*Fr+Y*Fa

Roulements 4.7 Le calcul des roulements Les roulements qui tourne avec une vitesse plus de 10 tr/min

La durabilité en heures

hLn

LL

60

10610

Roulements 4.7 Le calcul des roulements B. Les roulements qui tourne avec une vitesse moins de 10tr/min

où C0 est la charge statique de base (donnée par le constructeur) et P0 la charge radiale statique équivalente supportée.s0 - coefficient de surette

P0 =X0 *Fr+Y0 *Fa

000 CPs

roule ments

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