Choix du type de roulements à billes
Chaque type de roulement à billes a des caractéristiques particulières qui le rendent adapté à certaines applications. Les roulements rigides à billes sont plutôt adaptés aux vitesses basses et fortes charges.
Le choix du roulement dépend principalement des critères suivants :
- Dimensions : alésage imposé, espace réduit en largeur ou hauteur
- Charge : l'intensité et la direction (radiale, axiale, combinée, dans les 2 sens) orientent le choix.
- Défauts d'alignement : cela impose des roulements à alignement automatique comme les roulements à rotule sur billes ou sur rouleaux, qui supportent des déversements de 1 à 3° suivant les cas.
- Vitesse de rotation : une vitesse élevée impose un roulement à faible frottement : roulement rigide à billes pour les charges purement radiales, ou roulement à contact oblique pour les charges combinées.
- Niveau de bruit et de vibration : certaines applications telles que les moteurs électriques, les petits appareils électriques, les machines de précision, nécessitent un contrôle strict du niveau de bruit.
- Possibilité de déplacement axial : les arbres sont généralement supportés par un palier fixe, et un palier " libre " qui autorise le déplacement axial. Les roulements à aiguilles ou à rouleaux avec bague intérieure sans épaulement sont les mieux adaptés.
- Montage, démontage : dans le cas de montage / démontage fréquents, il vaut mieux éviter les roulements rigides à billes, à contact oblique, et les roulements à rotules sur billes ou sur rouleaux.
Choix des dimensions du roulement à billes
Le type de roulement étant choisi, les dimensions sont déterminées en fonction de différents facteurs tels que : la durée de vie souhaitée, la charge appliquée ou la sécurité de fonctionnement, qui font appel aux notions de charge dynamique de base C et de la charge statique de base Co. Ces 2 valeurs C et Co sont données dans les tableaux de roulements, pour chaque roulement, et sont déterminées suivant la norme internationale ISO 281.
- Charge statique de base Co :
C'est la charge pour laquelle la déformation permanente totale atteint 1/10000 du diamètre de l'élément roulant le plus chargé. Elle est utilisée pour le calcul des roulements à l'arrêt, en rotation basse vitesse, ou animés de faibles mouvements, et correspond aux valeurs suivantes de contraintes de contact entre l'élément roulant le plus chargé et la piste du roulement :
- 4600 N/mm² pour les roulements s'autoalignant
- 4200 N/mm² pour les autres roulements à billes
- 4000 N/mm² pour tous les roulements à rouleaux
- Charge dynamique de base C :
C'est la charge pour laquelle la durée de vie nominale atteint 1 000 000 de tours.
Elle est utilisée pour le calcul de la durée de vie du roulement considéré, qui correspond au nombre d'heures de fonctionnement que celui-ci peut effectuer avant les premiers signes de fatigue.
- Calcul dynamique
Durée de vie normale :
C'est la durée de vie atteinte ou dépassée par 90% de roulements identiques fonctionnant dans les mêmes conditions. La durée de vie nominale L10 (en millions de tours) est donnée par :
Cette durée de vie peut être corrigée par les facteurs suivants :
- Température de fonctionnement introduisant un coefficient de température appliqué à la charge dynamique
- Facteur de fiabilité appliqué à la durée de vie
- Facteur de conditions de fonctionnement appliqué à la durée de vie
- Calcul statique
Dans le cas de roulement quasi-statique, la capacité de charge n'est plus déterminée par la fatigue de la matière, mais elle est limitée par les déformations permanentes induites aux points de contact éléments roulants / piste de roulement.
La charge statique de base nécessaire Co est donnée par :
Caractéristiques - Tolérances des roulements à billes
- Matière : les bagues et les éléments de roulements sont soumis à des contraintes élevées sur de petites surfaces de contact, et doivent avoir une grande résistance à la fatigue et à l'usure.
L'acier utilisé pour les roulements à billes standards est un acier au chrome de haute qualité 100 Cr 6 conforme à la norme AISI 52100.
- Dimensions des arrondis
Les dimensions des arrondis données dans le tableau ci-dessous correspondent à la norme ISO 582 : 1995. C'est le standard international pour les roulements radiaux conformes à l'ISO 15 : 1998.
dimensions en mm
- Tolérances dimensionnelles
La précision dimensionnelle et l'exactitude de rotation des roulements ont été normalisées. Les roulements standards CIV ont une classe de précision normale. Les normes internationales couvrent des tolérances plus précises (classe P6 et P5).
Roulements radiaux - Tolérances normales
Roulements radiaux - Tolérances P6
Roulements à rouleaux coniques
Bague extérieure - Tolérances normales en μm
Bague intérieure - Tolérances normales en μm
Butées à billes
Jeux internes
Le jeu d'un roulement est défini par le déplacement relatif d'une bague par rapport à l'autre dans le sens radial (jeu radial) ou dans le sens axial (jeu axial). Le jeu de fonctionnement est déterminée par le jeu radial initial du roulement avant montage. Ce jeu interne initial se réduit sous l'effet de serrage éventuel dû à l'ajustement des bagues et aussi en raison de l'influence de la température.
Le jeu dit normal d'un roulement avant montage est calculée de façon que sous l'effet des ajustements recommandés et dans des conditions normales d'utilisation, il subsiste après montage le jeu de fonctionnement requis (à peu près nul pour les roulements à billes).
Jeu radial des roulements rigides à billes
Les roulements à rotules sur rouleaux comportent 2 rangées de rouleaux avec un chemin de roulement sphérique dans la bague extérieure. L'ensemble bague intérieure-cage-rouleaux peut donc basculer librement à l'intérieur de la bague extérieure et compenser un défaut d'alignement ou une flexion de l'arbre.
Ils sont fabriqués en version standard aux tolérances normales (tableaux page 5) avec un jeu radial normal (tableaux ci-dessous) et peuvent être produits avec des jeux différents (C2, C3, C4, C5)
Jeu radial des roulements à rotules sur rouleaux à alésage cylindrique
Jeu radial des roulements à rotules sur rouleaux à alésage conique
Montage
Pour que la capacité de charge d'un roulement puisse être complètement utilisée, un bon positionnement et un soutien uniforme des bagues sur toute leur périphérie et leur largeur sont indispensables. Il en résulte que les portées doivent être réalisées avec précision.
Les bagues sont fixées afin d'éviter qu'elles ne tournent sur l'arbre ou dans le logement sous l'effet de la charge, mais restent "libres" lorsque l'on désire faciliter les opérations de montage / démontage ou si un déplacement axial est nécessaire.
Le choix de l'ajustement dans le logement, et de l'ajustement sur l'arbre s'effectuent principalement en considérant les paramètres suivants :
- Conditions de rotation, intensité de la charge, jeu interne du roulement, température de fonctionnement, précision de rotation désirée, matières, déplacement axial souhaité ou non (voir tableau ci-dessous).
Ajustements des rouleaux à billes
Les tolérances du diamètre extérieur du roulement (symbole à rajouter dmp), et de son alésage (symbole à rajouter) sont normalisées (cf tableaux Tolérances). On obtient un ajustement serré ou avec jeu en choisissant la tolérance appropriée pour l'arbre et le logement (cf. tableaux tolérance recommandées sur l'arbre). Les tableaux ci-dessous donnent les valeurs en µm des tolérances chinoises pour l'arbre et le logement et permettent de calculer le serrage ou jeu théorique de chaque ajustement.
Lubrification
La fiabilité d'un roulement à billes dépend aussi du type de lubrifiant et de la méthode de lubrification choisie. La lubrification d'un roulement a pour principaux objectifs :
- réduire le frottement entre les éléments de roulement, la cage et les pistes en fonctionnement
- garantir une protection contre la corrosion, contre les polluants extérieurs
- réduire dans une certaine limite le niveau de bruit
Le choix du lubrifiant dépend principalement des conditions de fonctionnement plages des températures, charge appliquée, vitesse et de l'environnement.
Les graisses couvrant la plupart des applications sont reprises dans le tableau ci-dessous.
