Roulement mécanique1 Roulement mécanique Un roulement mécanique permet le positionnement, la transmission des efforts et la rotation entre deux pièces par le remplacement du glissement en un roulement. Ce composant mécanique optimise le frottement et la précision de la liaison. Le premier roulement à rouleaux est attribué à John Harrison dans le milieu du XVIIIéme siècle. Exemple de roulement mécanique en mouvement. Les deux points rouges se déplacent en sens contraire. Roulement à billes Présentation concrète Un roulement à billes se présente sous la forme de deux bagues coaxiales entre lesquelles sont placées des billes, légèrement lubrifiées, et maintenues espacées par une cage. Les matériaux employés dépendent de l'application pour laquelle est conçu le roulement, mais il doit être généralement très résistant à la compression. C'est pourquoi on choisit souvent l'acier ou la céramique (Si3N4, SiC ou ZrO2). Contrairement à une idée reçue, la Éclaté d'un roulement à billes. lubrification n'a pas pour but principal de réduire les frottements entre les billes et les bagues ; le lubrifiant sert ici, avant tout, à éviter le grippage des divers éléments. D'ailleurs, un excès de lubrifiant rend le mouvement plus difficile et provoque un échauffement très préjudiciable à la durée de vie du composant[1] . Le roulement n'étant par principe pas étanche, il faut veiller à le protéger des poussières et autres corps étrangers qui pourraient s'y loger, accélérant son usure et diminuant son rendement. Les roulements sont néanmoins souvent équipés de flasques permettant d'éviter d'avoir à effectuer l'étanchéité. Pour un roulement de type classique, même si en position théorique finale les pièces semblent avoir assez de place ! . Trop nombreux la bague ne peut pas entrer. Le nombre d'éléments roulants est en partie limité par cette contrainte de montage. • Enfin lorsqu'il s'agit de rouleaux cylindriques très longs devant leur diamètre on parle d'« aiguilles ». En outre un roulement est un composant sur lequel on ne peut pas effectuer de maintenance. il est possible de séparer les bagues et la cage. pour réaliser une liaison pivot d'utiliser deux roulements. Pour les roulements à rouleaux coniques et les butées. La liaison locale obtenue entre l'arbre et son logement est de plus tributaire de la manière dont le roulement est fixé à l'arbre et à l'alésage. Assemblage d'un roulement à billes Les différents éléments roulants. une des solutions isostatiques étant l'association d'une liaison rotule et d'une linéaire annulaire. Illustration Etape Commentaire 1° Les billes sont disposées jointives sur le chemin de roulement de la bague extérieure. C'est une opération délicate (il ne faut pas endommager les pièces) mais guère difficile. Il est souvent nécessaire. Il existe une norme ABEC populaire pour mesurer la qualité des roulements. On doit cependant les distinguer par la forme des éléments roulants : • La bille est le cas le plus connu.Roulement mécanique l'étanchéité est réalisée par des joints à lèvres. elle est progressivement remplacée par une norme ISO. Leur espacement final sera garanti par la cage (demi-cage en arrière plan) 2° On peut alors engager la bague intérieure. ce qui ne correspond en aucun cas à une aide à la mise en œuvre de ce composant. Le tableau ci-dessous décrit donc l'opération de montage en fabrication de ce composant. Les éléments sont appairés (sélectionnés pour s'assembler au mieux). De ce fait. mais les rouleaux cylindriques ou coniques sont aussi très employés dans les montages nécessitant une plus grande rigidité. L'assemblage des éléments d'un roulement à billes ne semble pas évident à la vue de l'objet. « roulement à billes » pour nommer toute sorte de roulements. La liaison mécanique équivalente entre les deux bagues d'un roulement dépend du type d'éléments roulants et de la disposition des contacts de ces éléments avec les bagues. le montage n'est donc pas possible. 2 Les éléments roulants Par abus de langage on utilise la même désignation. ce problème de montage ne se pose pas. • Certains roulements à rotule sont munis de rouleaux en forme de barillet. . car le contact des éléments roulants avec les bagues est linéaire. Familles de roulements Les roulements se distinguent par la forme et la disposition des éléments roulants. Roulement à billes à contacts droits Très économiques. Ils supportent tous les types de charges (modérées à moyennes): axiales. 3° 4° Les billes sont enfin écartées pour prendre la répartition circulaire finale correspondant à la cage de roulement. Cependant. Par exemple. Les cages à aiguilles sont moins encombrantes mais exigent une préparation des portées (trempe). radiales et combinées. Les versions étanches des 2 côtés sont graissées à vie. les qualités. À chaque modèle correspondent des performances particulières et donc un usage spécifique. versions étanches d'un ou des deux côtés (étanchéité par flasques en tôle ou par joints élastomères). Sous charge. ou soudage suivant les tailles. ils se comportent comme un roulement à contact oblique dont l'angle d'inclinaison serait variable. ce sont les plus utilisés en petites et moyennes dimensions. collage. ils acceptent des fréquences de rotation moins élevées. ou les constructeurs. 5° Les deux parties de la cage sont rapportées de part et d'autre puis assemblées par rivetage. Variantes: versions avec rainure et segment d'arrêt. les roulements à rouleaux supportent des charges supérieures par rapport aux roulements à billes (de taille équivalente). Celui-ci ne doit donc pas excéder 180° (limitation encore une fois du nombre de billes).Roulement mécanique 3 La bague intérieure se centre naturellement par appui sur les billes en s'engageant radialement dans l'arc qu'elles forment. comme les roulements à billes à contact oblique. les bagues peuvent se désolidariser par translation axiale. le montage en X est habituellement utilisé dans le cas d'un arbre tournant par rapport à la charge radiale subie par la liaison. • le choix du montage en X ou en O ne semble en fait dépendant que de l'écartement des deux roulements[2] . ce type de composant est idéal pour les guidages de grande précision devant subir de gros efforts (pivot de roue de véhicules. l'association des deux donne un pivot. Roulement conique déboité Disposition en X et en O Problèmes technologiques du montage en O Problèmes technologiques du montage en X Pour le guidage d'un arbre. dans le cas d'un logement tournant. ces droites forment un X. Ils constituent une liaison rotule équivalente (unilatérale) entre les bagues. Chaque roulement constituant une liaison rotule. Pour des raisons technologiques (ajustement des bagues et leur portée et réglage du jeu). pour un fonctionnement correct. Du fait de la disposition des contacts de roulement. les droites d'actions mécaniques des éléments roulants forment un O (<>) • si les centres de poussée sont situés entre les roulements. Si les roulements sont éloignés. Suivant la disposition des composants. Écorchés d'un roulement à billes à contacts obliques. les centres de rotation des deux roulements sont proches (les roulements peuvent dans une moindre mesure tourner autour de l'intersection des droites perpendiculaires aux rouleaux et passant par le milieu des rouleaux) fragilisant ainsi le système . Les bagues ne sont pas séparables. Roulement à rouleaux coniques Ils supportent des efforts axiaux et radiaux importants. dans un seul sens. il y a nécessité de réglage au montage. lui. . Leur mise en œuvre est donc plus coûteuse. 25° et 40° sont les plus courants. D'une grande rigidité.Roulement mécanique 4 Roulement à billes à contacts obliques Ils supportent tous les types de charges axiales. on peut choisir la topologie la plus pratique au montage. broches de machines). Les angles de 15°. pour pallier ceci. En effet si les deux roulements sont proches. Ils doivent être montés au minimum par paire et en opposition : ils offrent la possibilité de régler le jeu interne de la liaison par précharge du montage. on obtient un montage dit en O ou en X: • si les centres de poussée sont situés à l'extérieur des roulements. Ce montage en opposition ne permettant pas la constitution d'une liaison isostatique. dont la raideur est d'autant plus grande que les centres de poussée sont éloignés. Le montage en O est utilisé. Il ne posent donc pas les mêmes problèmes d'assemblage que les roulements à billes. on écarte les deux centres l'un de l'autre en utilisant le montage en O. La version à deux rangées peut être utilisée seule (cas d'un arbre court). ils sont généralement associées par paire en opposition. les portées doivent être de dureté suffisante. dont la faible lubrification ne permet pas l'utilisation de paliers. Dans ce cas. pour lesquels il est impossible d'aligner les portées lors de leur réalisation. Ils conviennent alors parfaitement pour le guidage d'arbres très longs. ou alors seulement la cage tenant les éléments roulants. comme par exemple le guidage d'arbre d'hélice de bateau. Il est par exemple utilisé sur les axes de pistons des moteurs à deux temps. Le roulement n'est alors pas le seul composant d'usure. Il a donc l'avantage d'être moins encombrant. ce qui est intéressant quand l'espace radial est petit : C'est la solution retenue pour la liaison des croisillons d'un joint de cardan avec les deux moyeux. roulements rotules à rouleaux Roulement à aiguilles Il ressemble au roulement à rouleaux. Roulement à rouleaux cylindriques Roulement rotule à rouleaux Du fait de la forme et la disposition des rouleaux.Roulement mécanique 5 Roulement à rouleaux cylindriques Ils supportent un léger défaut d'alignement. Il y a deux types de roulements à rouleaux : • Sur deux rangées de billes type BS : ils supportent des charges radiales élevées. • Sur deux rangées de rouleaux type SC : ils supportent des charges radiales encore plus élevées. Roulement à aiguilles à cage sans bagues . particulièrement aux hautes vitesses. Le type à cage est plus résistant. Il existe des roulements complets avec les deux bagues mais aussi des modèles ne présentant que la bague extérieure. mais ses éléments roulants ont un diamètre beaucoup plus petit (comparé à leur longueur). ces roulements acceptent un grand déversement relatif des deux bagues (plusieurs degrés). On distingue les butées à simple effet qui ne supportent des forces que dans un seul sens. Il faut donc lier les bagues aux éléments du montage (arbre. logement) afin qu'elles en deviennent partie intégrante. la tolérance de l'arbre étant dépendante du type de roulement et du cas de charge). fréquences de rotation. Tolérances d’ajustement Montage arbre tournant La charge tourne par rapport à la bague intérieure. Le plateau cyclique d'un hélicoptère s'appuie sur ce type de composant dans la commande de portance des pales. La charge est fixe par rapport à la bague extérieure. • La bague fixe par rapport à la direction de la charge peut être libre. Règles : • La bague tournant par rapport à la direction de la charge radiale doit être montée serrée. nécessite le respect de règles garantissant un comportement sain de l'ensemble.Roulement mécanique 6 Butées Ce type de roulement ne supporte que des efforts axiaux. Ils sont utilisés en supplément d'autres roulements supportant les charges radiales de la liaison. des rouleaux ou des aiguilles. Les butées à billes ne supportent que des faibles vitesses de rotation. Les choix sont entièrement dictés par les conditions de fonctionnement du mécanisme : encombrement. Exemple : roulement de roue motrice sur une voiture (la charge est verticale par rapport au sol et la bague intérieure est entraînée par le cardan) Dans ce cas la bague intérieure doit être montée serrée (ou collée) sur l'arbre. les éléments roulants peuvent être des billes. . des butées à double effet qui supportent des charges dans les deux sens. L'ajustement peut être du type k6 sur l'arbre (Voir les préconisations du fabricant. Écorché partiel d'une butée à billes unilatérale. ce qui provoque une usure prématurée de la portée. La bague extérieure est montée glissante dans le logement. efforts transmis. Mise en œuvre L'emploi de roulements dans la réalisation d'une liaison pivot. Comme pour les roulements classiques. Montage des roulements Sous l'action de la charge radiale. les bagues d'un roulement en rotation ont tendance à tourner sur leur portée ou dans leur logement. Les butées à aiguilles ou rouleaux supportent des charges plus fortes que celles à billes. durée de vie. voire la destruction du roulement et donc des pièces qu'il guide[1] . Pour une fiabilité supérieure à 96% cette loi n'est plus valable car. une fiabilité de 100% donnerait une durée de vie nulle (or elle est d'environ 0. À partir de ces relevés statistiques. Ce pourcentage est la fiabilité. à l'extrême. Cette fiabilité R est donnée par la loi de Weibull : où L est la durée de vie posée. ou des organismes de normalisation. on peut également l'approcher de la probabilité de voir un roulement atteindre cette durée de vie.025. 7 Durée de vie La variation des sollicitations aux contact des éléments roulant sur les bagues provoque une usure par fatigue. La durée de vie d'un roulement est le nombre de tours qu'il peut effectuer avant que n'apparaissent les premiers signes d'écaillage. La charge est fixe par rapport à la bague intérieure. (Voir les préconisations du fabricant) La bague extérieure est montée serrée (ou collée). L'ajustement peut être du type N7 (voir les préconisations du fabricant)[3] . On détermine le nombre de roulements (en Écaillage d'une bague extérieure d'un roulement à rouleaux cylindriques. (la bague intérieur tourne avec le tambour) Dans ce cas la bague intérieure doit être montée glissante. %) que l'on peut s'attendre à voir atteindre une durée de vie déterminée. l'ajustement peut être du type g6 sur l'arbre. Montage moyeu tournant La charge tourne par rapport à la bague extérieure.L10) et on utilise alors cette loi : où . R la proportion de roulements qui peuvent atteindre L et L10 la durée de vie nominale exprimée en millions de tours. on peut évaluer la fiabilité d'un modèle de roulement.Roulement mécanique L'ajustement peut être du type H7 dans le logement (Voir les préconisations du fabricant). Exemple: roulement de machine à laver lorsque le linge n'est pas bien réparti dans le tambour. c’est-à-dire l'altération de l'état de surface des chemins de roulement ou des éléments roulants eux-mêmes. Ces mesures sont établies par les constructeurs eux-mêmes. Cette loi implique que 90 % des roulements atteignent au minimum L10. La théorie de Hertz permet une estimation assez juste de cet effet. Cet écaillage peut entraîner un grippage net de la liaison. Schaeffler Gruppe. respectivement Fr et Fa. WIB. des conventions particulières sur les schémas et sur les plans.X et Y. elle ne concerne que les roulements mis en œuvre dans le respect des règles de montage préconisées. INA. cat/ tg_hr*ST4_1652155275. Notes et références [1] Voir le Wikilivre consacré à la tribologie. Lorsque qu'un roulement est mal adapté. et un symbole permet d'identifier le type d'éléments roulants. Quelques fabricants Représentation d'un roulement à billes à contact droit (1) et d'un autre à contact oblique (2) en dessin technique SKF (Leader mondial). les propriétés du composant sont rappelées dans la nomenclature. des fonctionnements avec chocs sont autant de facteurs aggravants. TIMKEN. FAG. un milieu agressif. qui traite notamment des modes d'endommagement des roulements. NTN-SNR Roulements. tg. De manière générale. com/ technologies/ 224292-montage-roulements-x-o.aspx) . JESA. si Fa=<e*Fr alors P=Fr si Fa>=e*Fr alors P=X*Fr+Y*Fa La dégradation par fatigue est le mode « normal » de mise hors service . En gros. les contours des bagues sont dessinés comme si le roulement était monobloc. http:/ / medias. Pour calculer P pour un roulement à billes. INA FAG. NMB Minebea (roulements miniatures). schaeffler. de/ medias/ fr!hp. 8 Représentation et schématisation Étant d'un emploi assez courant. on doit obtenir les charges radiales et axiales. NSK.bxkmWfuvXPN9#ST4_1652157963 Liens externes • Calculs en ligne de la durée de vie d'un roulement à bille (http://pats. MAGNETAL. futura-sciences. la disposition des contacts de guidage et les options éventuelles (étanchéité).ch/formulaire/element/element11. html [3] Source : Bases techniques Roulements Conception des paliers. comme pour la vis. et ses formes demandant un travail important si on veut respecter les conventions du dessin technique. des jeux mal réglés. son usure peut être bien plus rapide : des défauts de lubrification. [2] http:/ / forums. la représentation des roulements adopte.Roulement mécanique Pour calculer L10 on utilise L10=(C/P)3 pour un roulement à billes ou L10=(C/P)(10/3) pour un roulement à rouleaux où C est la charge dynamique de base (donnée par le constructeur) et P la charge radiale équivalente supportée. SNFA. Koyo. On a également besoin des données constructeur e. wikipedia.jpg Licence: Public Domain Contributeurs: Original uploader was Ruizo at fr. Kilith.png Licence: Creative Commons Attribution-ShareAlike 1.php?title=Fichier:Needle_bearing.wikipedia.org/w/index. licences et contributeurs image:BallBearing.jpg Source: http://fr. R. Benjism89.0 Contributeurs: Ruizo Image:Montage x techno. Liquid 2003.org/w/index.png Source: http://fr.wikipedia.wikipedia.wikipedia Image:Ecaillage severe sur une bague de roulement.wikipedia.png Source: http://fr.org/w/index. WikipediaMaster. Sand. Savant-fou. Taveneaux. Fpanel. Ren ito.org/w/index. Phe. Asabengurtza. Pulsar. Tornad.org/w/index. Coyote du 86.png Licence: Creative Commons Attribution 2. 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