Cours de Roulements - Éléments de machines


ROULEMENTS

Plan
- Types de roulements
- Facteurs affectant le choix d’un roulement
- Durée du roulement en fatigue
- Charge statique
- Vitesse de rotation et charge variable
- Choix du roulement à billes ou à rouleaux cylindriques
- Usure
- Montage et dispositifs d’étanchéité des roulements
 

Avantages de roulements

• Frottement de roulement est inférieur à celui du glissement diminution des pertes
• Production en série précision et qualité à un prix raisonnable
• Faible sensibilité aux variations de charges, vitesses et températures bonne fiabilité
• Utilisation et choix normalisés interchangeabilité

Palier typique des poulies d’un convoyeur

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Composantes d’un palier à roulement

Les roulements sont construits pour supporter la charge :
• radiale
• axiale
• combinée
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Types d’éléments roulants

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Matériaux

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Types de roulements à billes

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Désignation ISO : XYZ (série) DD (d/5 mm)
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Roulements à rouleaux

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Facteurs affectant le choix d’un roulement

1. Charge et direction de la charge
2. Vitesse de rotation
3. Température de fonctionnement
4. Pertes mécaniques dans les roulements (frottement de roulement, de glissement et cisaillement du lubrifiant)
5. Compensation des défauts d’alignement
6. Contraintes d’encombrement
7. Précision et rigidité des roulements, facilité de montage et démontage, bruit de fonctionnement, etc.

1 - Charge et direction de la charge


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2 - Vitesse de rotation

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3 – Pertes dans les roulements

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Les données sont valides pour des roulements bien lubrifiés, dont la bague interne tourne et qui n’ont pas des joints d’étanchéité. La direction de la charge n’est pas prise en compte.

Frottement de roulement (entre les billes et les bagues)
Hystérésis de déformation élastique des éléments
Frottement de glissement (entre les billes et les bagues, les billes et les cages, etc.)
Cisaillement du film de lubrifiant

4 - Compensation de défauts d’alignement


Raisons d’apparition
Alésage séparé
Déformation des arbres
Imprécision de montage
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Angles de rotulage admissibles
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5 - Contraintes d’encombrement

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Choix des roulements (série 02) à une rangée
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Choix des roulements (résumé)

Catalogues: SKF, FAG, NSK, TIMKEN, Thomson, Renault, etc.
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C – charge dynamique de base
Co - charge statique de base
Nmax - en fonction de lubrification
Dimensions géométriques, D, d, b, r
Tolérances normalisées


Vie d’un roulement

La durée de vie d’un roulement est le nombre de tours que celui-ci peut effectuer avant qu’un début de l’écaillage ne se produise.

Avaries primaires
- Usure
- Empreintes, indentations
- Grippage
- Déformation de surface
- Corrosion
Avaries secondaires
- Ecaillage
- Fissuration

Usure

Causée par des particules abrasives (manque de propriété ou étanchéité insuffisante)
Causée par une lubrification inadéquate (le lubrifiant s’est dégradé)
Causée par les vibrations à l’arrêt

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Empreintes, indentations

Causées par les erreurs commises lors du montage (effort de montage sur la mauvaise bague, enfoncement excessif sur portée conique, etc.)
Causées par une surcharge sur le roulement à l’arrêt
Causées par des particules étrangères
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Grippage
Grippage des faces des rouleaux et des épaulements de guidage causé par un glissement sous forte charge axiale et une lubrification inadéquate
Grippage des rouleaux et des chemins dû à l’accélération des rouleaux à l’entrée dans la zone de charge

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Grippage des surfaces extérieures causé par la rotation de la bague par rapport à l’arbre ou au logement
Grippage dans les butées à billes causé par une charge trop faible par rapport à la vitesse de rotation

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Déformation de surface

Causée par une lubrification inadéquate ou par une charge excessive
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Corrosion

Causée par la présence d’eau, d’humidité ou de substances corrosives pendant une longue période (manque d’étanchéité, choix du lubrifiant sans bonnes propriétés antirouille ou ajustement insuffisamment serré)

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Ecaillage

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Fissuration
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Résumé sur la faillite d’un roulement
Deux causes ultimes de faillite de roulements :
-Usure
-Fatigue
Cas idéal de service
Choix du roulement correspond bien à l’application (calculs adéquats)
Lubrification efficace durant toute la vie du roulement
Montage soigné
Protection contre la saleté, les agents abrasifs, l’humidité et l’attaque chimique


La durée de vie nominale
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Durée de vie en fatigue d’un roulement

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L10        le nombre d’heures ou de cycles (ou de tours) de survie de 90 % des roulements à une charge et vitesse constante.
L505L10       la durée de vie de 50 % des roulements à une charge et vitesse constante.

Durée de vie en fatigue
Pour uniformiser les caractéristiques des roulements, AFBMA a introduit Le taux de charge dynamique «C10» (basic load rating) est une charge radiale qui cause la faillite de 10 % de roulements avant 1000000 (un million) de révolutions, à une vitesse de 33 1/3 tours par minute (la bague intérieure tourne); T = 20o C.
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Li - durée de vie, Fi - charge appliquée
a=3, roulements à billes; a = 10/3, roulements à rouleaux

Conditions de fonctionnement idéales : montage, lubrification, protection
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Taux de charge dynamique
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Distribution statistique de la durée de vie
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Distribution statistique de la durée de vie de Weibull
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Fiabilité

En utilisant la distribution statistique de Weibull, on peut calculer la durée de vie normalisée avec une fiabilité désirée R :
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Synthèse (fiabilité-charge)
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Choix d’un roulement

- Charge dynamique de base
- Vitesse (vérification)
- Usure (vérification)
- Charge statique (vérification)

Charge radiale équivalente

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X et Y = facteurs multiplicatifs pour les charges radiale et axiale

Notes et explications
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1. Pour une charge purement radiale :
Fe=VFr
2. Pour les R-à-B rigides à une rangée, Fa n’intervienne que si (Fa / Fr) > e [e voir catalogue]
3. Pour les R-à-B à 2 rangées de billes, Fa est toujours considérée
4. Pour les R-à-B cylindrique sans épaulement : Fa=0, avec épaulement : Fa est petite
5. Pour les butées à billes : Fr=0
6. Pour les butées à rotule sur rouleaux :
Fe=Fa+1.2Fr

Facteurs des charges radiales et axiales équivalentes
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Charge radiale équivalente en fatigue
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Facteur d’application de la charge
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Facteur de température
Tient compte de la baisse de Su et de la dureté d’éléments roulants lors d’une hausse de température
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Charge statique (bearing static load rating)

La charge correspondante à une déformation de l’ordre de 0.0001 du diamètre de l’élément roulant dans cet élément roulant ou dans la piste de roulement s’appelle la charge statique de base «Co» (voir les catalogues)
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Démarche de calcul (R-à-B rigides)

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Vitesse de rotation et charge variables
• Vitesse variable et charge constante
• Charge variable et vitesse constante
• Vitesse et charge variables
• Vitesse constante et variation linéaire de la charge
Vitesse ou charge variables
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Vitesse et charge variables
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Facteur d’usure / durée d’utilisation
Le facteur d’usure fv détermine l’usure admissible pour une application donnée (voir catalogues du fabricant).
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