SKF Info Papeterie n 3

SKF Info Papeterie n 3
SKF Communication
Segment
Industrie Papetière
Support| Centre
No. 3 | Décembre 2012
SKF Info Papeterie
Philippe Gachet vérifiant l’état des pistes à l’aide d’un fil sur un roulement pour rouleaux de feutre.
Retour en arrière
Vous vous demandez peut-être ce qui a motivé SKF à publier cette
lettre d’information. Cela remonte à 1994 lorsque le “SKF Ball Bearing
Journal” a été remplacé par le magazine Evolution. Publié de 1926
à 1994, il était beaucoup plus technique, à l’inverse, Evolution suit
une orientation plus généraliste.
À l’époque, je travaillais comme ingénieur d’application pour SKF
France. Certains professionnels de maintenance de l’industrie papetière
et des concepteurs de machines pour l’industrie manufacturière
m’ont signalé qu’ils avaient besoin d’une revue technique comme le
“SKF Ball Bearing Journal”. C’est ainsi que “SKF Info Papeterie” a vu
le jour. Il s’agissait alors d’un simple document en noir et blanc
délivrant des informations techniques à destination des ingénieurs et
des recommandations pratiques pour les équipes de maintenance.
La plupart des articles étaient fondés sur les questions que l’on me
posait et sur des pratiques parfois observées au cours de mes visites
d’usines. Lors de la prise de mes nouvelles fonctions internationales
au sein de l’équipe “Pulp & Paper”, le SKF Info Papeterie a été mis en
veille après 20 numéros, et c’est l’année dernière que nous avons
décidé de relancer cette publication.
Pour cette 3ème édition, j’ai choisi le thème du jeu interne dans les
roulements à rotule sur rouleaux. Ce choix est motivé par le fait que
de nombreuses personnes sont surprises d’apprendre que la réduction
du jeu ne vise pas à obtenir un jeu correct mais un ajustement serré
adéquat de la bague intérieure. La question, “Et le jeu du roulement
alors ?”, revient ainsi très souvent.
Concernant la réduction du jeu, la méthode des lames calibrées a été
présentée dans le premier numéro. Toutefois, nos recommandations
de valeurs de réduction du jeu interne vont être modifiées et les valeurs
minimales admissibles ont disparues. Ces modifications n’ont aucune
répercussion sur les méthodes de montage modernes pour roulements
à alésage conique, comme la méthode par enfoncement axial SKF
Drive-up et la méthode SensorMount qui seront expliquées dans le
prochain numéro.
Je vous laisse maintenant à la lecture de ce troisième numéro de
“SKF Info Papeterie”. Les retours relatifs au premier numéro se sont
révélés très positifs, ce qui constitue pour nous une excellente motivation.
N’hésitez pas à nous contacter pour toute question ou commentaire.
Cordialement,
Philippe Gachet
Rolling bearings
in paper machines
A handbook for the paper machine
designers and operators
4th Edition
La 4ème édition de ce guide à
destination des concepteurs
et utilisateurs de machines
à papier est désormais
disponible. Cette publication,
téléchargeable sur skf.com,
est identifiée par la
référence 10580 EN.
C4 au lieu de C3
Il arrive parfois que des variantes de roulements spécifiques ne soient
pas disponibles, mais que le même type existe dans une classe de jeu
radial différente. Est-il possible de l’utiliser comme alternative ?
Peut-on monter un roulement 22316 EK/C3 au lieu d’un 22316 EK
sur des rouleaux de feutre ? Ce type de question est récurrent.
Intéressons-nous, par conséquent, aux différentes classes de jeu, aux
critères de sélection et aux conséquences d’un changement de classe
de jeu au sein d’une application.
Dans cet article, il sera plus spécialement question des roulements à
rotule sur rouleaux. La plupart des informations fournies s’applique
également aux autres types de roulements, comme les roulements à
rouleaux cylindriques ou les roulements rigides à billes. Ce n’est toutefois
pas le cas pour la totalité des types et montages de roulements. Pour
le roulement à rouleaux toroïdaux CARB, le jeu radial change avec le
décalage axial et/ou le défaut d’alignement de la bague intérieure par
rapport à la bague extérieure.
Avant de répondre aux questions les plus fréquentes, passons en revue
quelques principes de base : qu’est-ce que la classe de jeu radial ?
Quel est son impact sur la durée de service du roulement ?
Quels rôles ont l’exactitude de rotation et le choix de la classe de jeu ?
Exemple pour un roulement 22320 EK :
22320 EK/C1
22320 EK/C2
22320 EK
22320 EK/C3
22320 EK/C4
22320 EK/C5
Des lettres peuvent être ajoutées à la classe de jeu pour indiquer une
réduction ou un déplacement des tolérances.
C3L désigne la moitié inférieure de la classe C3
C3H désigne la moitié supérieure de la classe C3
C3P désigne l’ensemble formé par la moitié supérieure de C3
et la moitié inférieure de C4
C3M
désigne l’ensemble formé par la moitié supérieure de C3L
et la moitié inférieure de C3H
Principes de base
Classe de jeu radial
Le jeu radial exact d’un roulement correspond au déplacement radial
de la bague intérieure par rapport à la bague extérieure. Ce jeu radial
dépend des diamètres des pistes, des diamètres des rouleaux et, dans
le cas d’un roulement à rotule sur rouleaux, de la position des pistes
sur la bague intérieure (fig. 1). Pour des raisons pratiques, les
roulements sont livrés sans indication de jeu radial exact. Une plage
de jeu est spécifiée conformément à la norme ISO 5753:1991. Cette
classe de jeu radial est indiquée par un suffixe dans la désignation du
roulement. Ces suffixes sont, dans l’ordre croissant, C1, C2, CN, C3,
C4 et C5. CN correspond à la classe de jeu standard et, à ce titre,
n’est pas inclus dans la désignation du roulement.
Dans certains cas, la classe de jeu est associée à un autre suffixe.
Pour des roulements à rotule sur rouleaux montés sur des machines
à papier, les suffixes les plus courants sont C083 et CO84.
C08 désigne un roulement présentant une exactitude de rotation accrue.
C083 indique donc un roulement caractérisé par une exactitude de
rotation accrue et un jeu de classe C3.
La classe de jeu radial est sélectionnée en fonction de l’application,
autrement dit des conditions de fonctionnement (vitesse, charge,
lubrification, transfert de chaleur), et d’une éventuelle réduction du
jeu due à un ajustement serré. Les conditions au démarrage doivent
également être prises en compte.
Fig. 1.
2
le jeu radial est de
0,035 à 0,055 mm
0,055 à 0,080 mm
0,080 à 0,110 mm (le suffixe CN est omis)
0,110 à 0,140 mm
0,140 à 0,180 mm
0,180 à 0,230 mm
Fig. 2.
Fr
Précharge
Fig. 3.
Jeu
0
Fr
Fr
Qmax 1
Qmax 2
Qmax 3
Effet du jeu radial sur la durée de vie du
roulement
Répartition de la charge avec
Répartition de la charge en
bague et logement rigides
tenant compte des déformations
de la bague et du logement
La figure 2 montre que le roulement qui présente le jeu le plus élevé est
celui qui compte le moins de rouleaux pour supporter la charge.
La charge par rouleau et la pression de contact exercée sont donc
nettement supérieures. Dans une telle situation, la durée en fatigue sera
inférieure par rapport à l’autre roulement. Lors du calcul de la durée de
vie nominale selon la méthode ISO, le jeu à l’intérieur du roulement est
considéré comme nul (aucun jeu, aucune précharge), ce qui correspond à
50% des rouleaux sous charge. La charge globale exercée sur le roulement
est donc supérieure, mais celle qui s’exerce sur le rouleau le plus chargé
est inférieure, car mieux répartie sur l’ensemble des rouleaux.
Par conséquent, la durée en fatigue du roulement augmente.
Cependant, si la précharge devient trop importante, la durée en fatigue
diminue rapidement (cf. courbe rouge sur la fig. 3).
En réalité, un logement est flexible et comme la bague extérieure tend à
épouser la forme de sa portée dans le logement, la distribution de la
charge peut s’effectuer de manière totalement différente (fig. 4).
La courbe de la durée en fatigue (en rouge sur la fig. 3) est alors modifiée,
mais on observe toujours une chute brutale en cas de précharge
excessive et une diminution de la durée en fatigue lorsque le jeu devient
trop élevé. Le jeu et la précharge influent également sur le frottement
et, par conséquent, sur le dégagement de chaleur du roulement. Pour
faire simple, plus le jeu est faible, plus le frottement est élevé.
Le frottement augmente aussi rapidement avec la précharge.
Fig. 4.
3
Impact du jeu radial sur l’exactitude de
rotation
La Figure 5 représente un roulement avec un jeu excessif mais des
bagues et des rouleaux parfaitement ronds. Si la charge s’exerce
toujours dans la même direction, la position de la bague intérieure
par rapport à la bague extérieure reste identique. Toutefois, si la
charge se déplace sur la position 3 heures (indiquée par la flèche en
pointillés rouges), le centre de la bague intérieure se déplace vers la
droite. En cas de variation de la direction de la charge, plus le jeu en
fonctionnement est faible, plus l’exactitude de rotation est élevée.
Pour certaines applications qui requièrent une exactitude de
rotation très élevée, comme les presses d’impression par exemple,
un roulement à rotule sur rouleaux d’exactitude de rotation
supérieure peut être monté avec une précharge (jeu négatif).
Selon la méthode de montage et les conditions de fonctionnement,
ce roulement à rotule sur rouleaux peut fonctionner avec une légère
précharge sans risque d’entrer dans une zone de précharge
excessive. Certaines usines de pâte, et même de papier, utilisent des
presses à vis dans lesquelles la charge axiale est supportée par une
butée à rotule sur rouleaux et la charge radiale, par un roulement
radial à rotule sur rouleaux (fig. 6).
Fig. 5.
La butée est montée libre dans le sens radial à l’intérieur du
logement et ne supporte donc aucune charge radiale. Lors de la
compression de la matière brute, une charge radiale tournante est
générée et sa magnitude peut dépasser la charge radiale sous l’effet
du poids de la vis. Une charge tournante est alors exercée sur la
bague extérieure du roulement à rotule sur rouleaux. La bague
intérieure, et par conséquent l’arbre, présente alors un certain
déplacement radial en fonction du jeu interne et de l’ajustement, libre
ou non, du roulement dans le logement. Ce phénomène dépend
également du jeu entre la bague extérieure et le logement. La bague
intérieure (rondelle-arbre) de la butée effectue alors un déplacement
radial et, par conséquent, il en va de même pour la bague extérieure
(rondelle-logement) (fig. 7).
La bague extérieure (rondelle-logement) de la butée se trouve ainsi
contrainte à un mouvement de frottement contre sa surface d’appui
dans une mesure équivalente au jeu radial interne et à la magnitude
de l’ajustement libre du roulement radial. Dû au frottement contre la
surface d’appui, la butée va reprendre une partie de la charge radiale.
Dans de nombreux cas, cela conduit à des défaillances précoces.
Le battement des pistes (exactitude de rotation) influe également.
À titre indicatif, les roulements à rotule sur rouleaux standard et
roulements à rouleaux toroïdaux CARB de SKF, jusqu’à 300 mm de
diamètre d’alésage, présentent une exactitude de rotation de classe
P5.
Cette valeur est quatre fois supérieure à la norme ISO.
L’exactitude de rotation globale d’une presse à rouleaux, par
exemple, dépend également d’autres facteurs comme la forme des
portées de roulements, celle des rouleaux, la coaxialité entre la
portée de roulement et la partie rouleau, la position du point haut
d’excentricité de la bague intérieure par rapport au point haut
d’excentricité de la portée du roulement etc.
4
Fig. 6.
Dr
D
Dr
Dr
Fig. 7.
Quelle classe de jeu choisir ?
Un ajustement serré du roulement sur et/ou à l’intérieur de sa portée
dépend de l’intensité et de la direction de la charge. Des ajustements
serrés réduisent le jeu radial. En règle générale, même si ce n’est pas
toujours le cas, la bague intérieure du roulement présente un dégagement de chaleur plus important que la bague extérieure. Plus la vitesse
et la charge sont élevées, plus l’écart de température entre les bagues
extérieure et intérieure est important. En outre, plus la température
de fonctionnement est élevée, plus le diamètre du rouleau augmente.
Cela a pour effet de réduire le jeu radial à l’intérieur du roulement.
Il convient aussi de tenir compte du démarrage. En effet, la température
de la bague intérieure augmente plus rapidement que celle de la
bague extérieure. Le jeu diminue puis après un certain temps augmente
à nouveau. Il reste toutefois inférieur au jeu à froid. Ce phénomène
est accentué lorsque l’arbre ou la portée est chauffé(e), comme sur
les cylindres sécheurs, calandres ou cylindres yankee par exemple.
Le Diagramme 1 indique l’écart de température entre la bague
intérieure et la bague extérieure au démarrage. S’il n’y avait pas de
phase de démarrage et que les roulements fonctionnaient à un régime
constant, la classe de jeu C4 ne constituerait pas un choix judicieux
pour les roulements des cylindres sécheurs. La classe de jeu C3 serait
préférable en raison d’une meilleure répartition de la charge. Pour le
vérifier, il suffit d’observer la zone de charge d’un roulement monté
sur un cylindre sécheur. En moyenne, cette zone correspond à un
angle de 90–120°. Cela indique que le roulement fonctionne avec un
jeu excessif à une température de fonctionnement constante. Toutefois,
si un roulement de jeu C3 était utilisé, la précharge risquerait de
s’avérer excessive car l’écart de température entre bague intérieure
et bague extérieure supprimerait complètement le jeu au démarrage.
La stabilité dimensionnelle constitue un autre élément important en
cas de température élevée. Des changements structurels s’opèrent
au niveau de l’acier et les dimensions varient. Les bagues en acier
non stabilisé soumises à un traitement thermique martensitique
présentent les variations les plus importantes. Elles se dilatent dans
un premier temps, puis se contractent.
Le diagramme 2 indique la variation du diamètre à 200°C pour
l’acier martensitique stabilisé pour 120°C et pour un acier bainitique
stabilisé pour 200°C. Rappelons que tous les roulements à rotules sur
rouleaux et roulements à rouleaux toroïdaux CARB sont stabilisés
pour 200°C.
Les procédures de montage des roulements et l’environnement de la
machine entrent également en ligne de compte. Si le roulement est
monté selon une méthode de montage de faible précision, comme
l’utilisation de lames calibrées, si un graissage excessif est probable
ou si la température ambiante est extrêmement variable, il sera alors
difficile de maintenir un jeu de fonctionnement précis. Même si l’on
opte pour une classe de jeu qui correspond, en théorie, à un jeu de
fonctionnement optimal, il existe un risque de précharge du roulement
en fonctionnement. Pour cette raison, la plupart des classes de jeu
radial sont sélectionnées et la plupart des roulements sont montés
de manière à fonctionner avec un jeu même si cette solution n’est
pas optimale en terme de durée en fatigue.
Température
Température de la
bague intérieure
Température de
fonctionnement
constante
Température de la
bague extérieure
Écart de température maximal
entre la bague extérieure et la
bague intérieure au démarrage
Durée
Diagram 1.
Variation du diamètre [µm/100 mm]
80
70
60
50
40
30
20
10
0
–10
–20
Martensitique (SN)
Bainitique (S1)
1
Diagram 2.
2
5
10
20
50 100 200
500 1000 2000
Temps de maintien de la température à 200°C (392°F)
À savoir :
• Ne soufflez jamais d’air frais sur un palier en cas de surchauffe du
roulement. Cela pourrait avoir comme conséquence d’augmenter
l’écart de température entre les bagues extérieure et intérieure et
d’engendrer une précharge à l’effet désastreux.
• Soyez prudent si vous augmentez le débit d’huile ou procédez à
une relubrification tandis que le roulement est en surchauffe.
Un excès de lubrifiant pourrait contribuer à la surchauffe.
Le choix de la classe de jeu appropriée peut sembler complexe si aucune
indication n’est donnée par le fournisseur de la machine. Dans certains
cas, ce choix peut être compliqué car la vitesse, la charge, le type de
lubrification, le système de refroidissement externe, le matériau et la
géométrie de l’arbre, ou du logement, les ajustements, le transfert de
chaleur et même la couleur du palier peuvent influer sur les écarts de
température entre la bague intérieure et la bague extérieure. Pour un
usage général, qui représente plus de 90% des applications,
le catalogue général SKF fournit les informations utiles. La solution
n’est pas directement indiquée et plusieurs étapes sont parfois
nécessaires :
1 Choisir le type et la dimension du roulement selon les charges.
2 Choisir les ajustements appropriés selon les charges. Le catalogue
général SKF précise si une classe de jeu supérieure est requise.
3 Calculer la nouvelle vitesse de référence en fonction de la charge
et de la lubrification. Nous apporterons également d’autres précisions
à ce sujet dans un article à venir consacré aux vitesses limites.
5
Roulements radiaux à alésage cylindrique
Conditions d’utilisation Exemples
Diamètre de l’arbre, en mm
Roulements à
billes1)
Roulements à
rouleaux
cylindriques
Classe de tolérance
Roulements à
Roulements CARB
rouleaux coniques et à rotule sur
rouleaux
Charge tournante sur bague intérieure ou direction de charge indéterminée
Charges faibles et
variables
(P ≤ 0,05 C)
Convoyeurs, roulements ≤ 17
de boîtes d’engrenages
(17) to 100
faiblement chargés
(100) to 140
–
Charges normales à
élevées (P > 0,05 C)
Applications de
roulements générales,
moteurs électriques,
turbines, pompes,
engrenages, machines à
bois, éoliennes
Charges élevées à
très élevées et
charges de chocs
associées à des
conditions de service
difficiles
(P > 0,1 C)
Boîtes d’essieux pour
véhicules ferroviaires
lourds, moteurs de
traction, laminoirs
Exigences élevées en Machine Outils
termes d’exactitude
de rotation en présence
de charges faibles
(P ≤ 0,05 C)
–
≤ 25
(25) to 60
(60) to 140
–
≤ 25
(25) to 60
(60) to 140
–
–
–
–
js5 (h5)4)
j6 (j5)4)
k6
m6
≤ 10
(10) to 17
(17) to 100
–
(100) to 140
(140) to 200
–
(200) to 500
–
> 500
–
–
–
–
–
≤ 30
(30) to 50
–
(50) to 65
(65) to 100
(100) to 280
–
(280) to 500
> 500
–
–
–
≤ 40
–
(40) to 65
–
(65) to 200
(200) to 360
–
(360) to 500
> 500
–
–
< 25
–
25 to 40
–
(40) to 60
(60) to 100
(100) to 200
–
(200) to 500
> 500
js5
j5 (js5)4)
k55)
k6
m5
m6
n56)
n66)
p68)
p76)
r66)
r76)
–
–
–
–
–
–
(50) to 65
(65) to 85
(85) to 140
(140) to 300
(300) to 500
> 500
–
(50) to 110
(110) to 200
(200) to 500
–
> 500
(50) to 70
–
(70) to 140
(140) to 280
(280) to 400
> 400
n56)
n66)
p68)
r68)
s6min ± IT6/26)8)
s7min ± IT7/26)8)
8 to 240
–
–
–
–
25 to 40
(40) to 140
(140) to 200
–
25 to 40
(40) to 140
(140) to 200
–
–
–
–
js4
js4 (j5)10)
k4 (k5)10)
m5
–
(200) to 500
(200) to 500
–
n5
Charge fixe sur bague intérieure
Roues sur essieux fixes
Déplacement axial
aisé de la bague
intérieure sur l’arbre
souhaitable
Déplacement axial
aisé de la bague
intérieure sur
l’arbre non requis
g612)
Galets tendeurs, poulies à
câbles
Charges axiales uniquement
Tous types d’applications ≤ 250
de roulements
> 250
1)
h6
–
–
≤ 250
> 250
≤ 250
> 250
j6
js6
Pour des roulements à aiguilles : voir chapitre correspondant page 673.
Pour les roulements Y : voir chapitre correspondant page 421
Toutes les classes de tolérance ISO sont valides avec les exigences d’enveloppe (tel que H7 E ) conformément à ISO 14405-1
3) Pour des roulements à billes soumis à des charges normales à élevées (P > 0,05 C), un jeu radial supérieur au jeu Normal est souvent requis lorsque les tolérances d’arbre indiquées dans le tableau
ci-dessus sont appliquées. Les conditions de fonctionnement imposent parfois un ajustement plus serré afin d’empêcher la bague intérieure des roulements à billes de tourner et de se déplacer (roulage)
sur l’arbre. Si le jeu adéquat, généralement supérieur au jeu Normal, est utilisé, on peut employer les tolérances ci-dessous.
• k4 E pour les arbres de 10 à 17 mm de diamètre
• n6 E pour les arbres de (140) à 300 mm de diamètre
• k5 E pour les arbres de (17) à 25 mm de diamètre
• p6 E pour les arbres de (300) à 500 mm de diamètre
• m5 E pour les arbres de (25) à 140 mm de diamètre
Pour plus d’informations, veuillez contacter le service applications engineering SKF
4) La tolérance entre parenthèses s’applique à des roulements en acier inoxydable
5) Pour des roulements en acier inoxydable de 17 à 30 mm de diamètre, la tolérance applicable est j5 E
6) Des roulements avec un jeu radial interne supérieur au jeu Normal peuvent s’avérer nécessaires
7) Des roulements avec un jeu radial interne supérieur au jeu Normal sont recommandés pour d ≤ 150 mm. Pour d > 150 mm, des roulements avec un jeu radial interne supérieur au jeu Normal peuvent
être nécessaires.
8) Des roulements avec un jeu radial interne supérieur au jeu Normal sont recommandés
9) Des roulements avec un jeu radial interne supérieur au jeu Normal peuvent être nécessaires. Un jeu radial interne supérieur au jeu normal est recommandé pour les roulements à rouleaux cylindriques
10) La tolérance entre parenthèses s’applique aux roulements à rouleaux coniques. Pour les roulements à rouleaux coniques faiblement chargés et fixés via la bague intérieure, des tolérances
js5 E ou js6 E doivent être appliquées.
11) Pour des niveaux élevés de précision de rotation, des roulements dotés d’une précision plus élevée que normale sont nécessaires.
Les tolérances sur l’alésage et le diamètre extérieur sont plus serrées, ce qui a une influence sur les ajustements possibles. Pour obtenir les valeurs pertinentes, veuillez contacter le service des applications
techniques SKF.
12) La tolérance f6 E peut être choisie pour les roulements de grandes dimensions afin d’assurer un déplacement aisé
2)
Tableau 1. Ajustements pour arbres pleins en acier.
Tableau extrait du Catalogue Général 10 000 EN.
6
Prenons un exemple rapide
Par rapide on entend un moyen rapide de déterminer une classe de jeu
qui permet au roulement de fonctionner sans jeu excessif ni précharge
dangereuse. Il ne s’agira pas toujours de la classe de jeu optimale
mais avec un peu d’expérience cela fonctionne.
Un roulement à rotule sur rouleaux pour rouleaux de feutre, 22222 EK,
fonctionne à une vitesse de 200 tr/min et supporte une charge forte
due à une nouvelle tension du feutre liée à l’augmentation de la vitesse
de la machine. La charge dynamique équivalente, P, calculée à partir
des charges radiale et axiale (selon une estimation basée sur le
frottement entre la bague extérieure et le logement en position libre,
qui, notons-le, est inexistant si des roulements à rouleaux toroïdaux
CARB sont utilisés en position libre) avoisine les 96 kN. Le roulement
est lubrifié avec une graisse dont la viscosité de l’huile de base est de
220 mm²/s à 40°C.
La charge dynamique de base du roulement, C, est égale à 560 kN.
La charge statique de base du roulement, C0, est égale à 640 kN.
En premier lieu, que préconise le catalogue général SKF concernant
l’ajustement sur l’arbre ? Même si le roulement présente un alésage
conique (suffixe K), il est recommandé de consulter aux indications
relatives aux roulements à alésage cylindrique (tableau 1, page 6).
P/C = 96/560 = 0,17 le roulement est exposé à une très forte charge.
Le roulement présente un alésage de 110 mm. Les recommandations
indiquées dans le tableau sont un ajustement p6 et un jeu radial
supérieur au jeu normal. Ainsi, l’enfoncement du roulement à alésage
conique sur sa portée doit s’effectuer dans la moitié supérieure de la
plage d’enfoncement et que la classe de jeu appropriée est la classe C3.
Intéressons-nous maintenant à la vitesse de référence. Elle s’élève à
3 000 tr/min pour le roulement SKF 22222 EK et représente la vitesse,
dans des conditions de fonctionnement spécifiques, à laquelle s’établit
l’équilibre entre le dégagement de chaleur du roulement et la dissipation
de chaleur. Si le roulement fonctionne dans des conditions différentes
de celles prises en compte pour le calcul de la vitesse de référence,
une nouvelle vitesse, appelée vitesse admissible, doit être calculée.
Les roulements peuvent dépasser la vitesse admissible dans certaines
conditions, notamment si l’on choisit une classe de jeu supérieure.
Toutes ces indications se rapportent à une température de fonctionnement du roulement de 70°C. Le facteur de correction dépend de la
charge et de la viscosité.
Pour la lubrification à la graisse : Nperm = nr fp (fvréelle / fvISOVG150)
Pour déterminer la nécessité d’une classe de jeu supérieure pour le
roulement SKF 22222 EK, il convient d’utiliser le diagramme 3, page 7.
La vitesse de rotation du roulement étant de 200 tr/min, donc inférieure
à 1 520 tr/min, il n’est pas nécessaire d’opter pour une classe de jeu
supérieure à celle retenue après prise en compte de l’ajustement.
Le roulement 22222 EK/C3 sera donc retenu.
Si vous manquez d’assurance, contactez SKF. Les ingénieurs
d’application SKF disposent d’outils précis pour sélectionner la classe
de jeu appropriée.
Questions les plus fréquentes
Puis-je opter pour un roulement dans une
classe de jeu supérieure ?
Dans des applications générales comme les ventilateurs et dans la
plupart des applications de l’industrie du papier, il est possible de
choisir un roulement dans une classe de jeu supérieure, sans impact
significatif sur la durée de service des roulements ou les conditions
de service de la machine. Veillez toutefois à appliquer la classe de jeu
recommandée lors du remplacement du roulement.
De nombreux mécaniciens choisissent le roulement de remplacement
d’après la désignation du roulement déposé. S’ils ont opté par deux
fois pour un roulement avec un jeu supérieur, il est possible que la
machine fonctionne avec un roulement de jeu C4 alors qu’elle devrait
être équipée d’un roulement de jeu CN.
Avec un roulement à rouleaux toroïdaux CARB, une méthode simple
consiste à créer un décalage axial déterminé des bagues de manière
à réduire le jeu interne.
fP
0,9
dm ≤ 35 mm
0,7
dm = 150 mm
dm = 400 mm
0,5
dm ≥ 600 mm
0,3
0,1
0
0,1
0,3
0,5
0,7
P/C0
1,0
0,9
ISO VG 32
Dm = diamètre moyen du roulement = 0,5 (d+D) [mm]
d = diamètre d'alésage [mm]
D = diamètre extérieur [mm]
ISO VG 68
0,8
ISO VG 150
0,7
Pour un roulement 22222 : dm = 0,5 (110+200) = 155 mm.
D’après le diagramme,
avec dm = 155 mm et P/Co = 0,15,
fp = 0,53 et avec P/Co = 0,15 et ISO VG 220,
fvréelle = 0,83; et P/Co = 0,15 et ISOVG150, fvISOVG150 = 0,87.
nperm = 3 000 x 0,53 x 0,83/0,87 = 1 520 r/min
ISO VG 220
ISO VG 460
0,6
fn
Diagramme 3 : facteur d’adjustement fp and fv pour roulements à rouleaux
7
Puis-je opter pour un roulement dans une
classe de jeu inférieure ?
La lubrification a-t-elle un rôle dans le choix
de la classe de jeu ?
Non, il n’est pas recommandé, en l’absence d’étude technique, de
remplacer un roulement par un autre dans une classe de jeu inférieure
en raison du risque de précharge excessive en service. Une solution
consiste à augmenter le jeu du roulement disponible en réduisant le
diamètre de la (des) piste(s) de la bague intérieure. Selon l’endroit et
la manière dont l’opération s’effectue, les performances des roulements
(frottement, exactitude de rotation, durée en fatigue) peuvent être
réduites et s’éloigner des paramètres de conception initiaux SKF.
La réponse est oui, puisque selon le lubrifiant (graisse ou huile, viscosité)
et la quantité utilisée, la température du roulement et l’écart de
température entre bague intérieure et bague extérieure seront différents.
Par conséquent, passer d’une lubrification par bain d’huile à une
lubrification à la graisse en vue d’éviter les fuites d’huile peut s’avérer
risqué. Le catalogue général SKF fournit des informations complètes
pour la plupart des cas.
L’exactitude de rotation ne dépend pas de la classe de jeu.
Les roulements standard SKF 22320 E, 22320 E/C3 et 22320 E/C4
présentent tous une exactitude de rotation P5 (quatre fois supérieure
à la classe d’exactitude de rotation ISO normale). Toutefois, le jeu de
fonctionnement résiduel peut influer sur l’exactitude de rotation globale.
Il importe également de bien comprendre qu’un roulement C4 peut
fonctionner avec un jeu interne résiduel inférieur par rapport à un
roulement C3.
Monter un roulement avec un jeu inférieur n’éliminera pas la cause.
La cause des vibrations doit être recherchée pour mettre en place
des actions correctives. En outre, monter un roulement avec un jeu
inférieur peut être risqué et entraîner une défaillance précoce due à
une précharge excessive.
Ma machine vibre trop.
Dois-je opter pour un roulement avec un jeu
L’exactitude de rotation d’un roulement C3 est- inférieur ?
Le jeu est rarement en cause en cas de vibrations.
elle supérieure à celle d’un roulement C4 ?
Un roulement avec un jeu radial proche de la valeur maximale de la
classe C3, monté avec un ajustement très peu serré, peut présenter,
après montage, un jeu résiduel supérieur par rapport à un roulement
C4 dont le jeu est proche de la valeur minimale de la classe C4 et qui
est monté avec un ajustement très serré.
• 22320 EK/C3 : le jeu radial est compris entre 0,110 et 0,140 mm
• 22320 EK/C4 : le jeu radial est compris entre 0,140 et 0,180 mm
Conclusion
J’espère que cet article offre une meilleure vision de ce qu’est la
classe de jeu et de son impact sur les conditions de service. Le choix
de la classe de jeu appropriée pour un roulement n’est pas toujours
évident car plusieurs paramètres entrent en compte comme les
ajustements sur l’arbre et dans le logement, la vitesse et la lubrification.
Nous reviendrons sur ces éléments de façon plus approfondie dans
un futur article. Dans tous les cas, SKF est à votre disposition pour
toute assistance.
Prenons un roulement 22320 EK/C3 de 0,135 mm de jeu radial et
un roulement 22320 EK/C4 de 0,145 mm de jeu radial. La réduction
de jeu recommandée se situe entre 0,045 et 0,060 mm.
• Si la réduction de jeu du roulement 22320 EK/C3 est de
• 0,045 mm, le jeu résiduel après montage est de 0,090 mm.
• Si la réduction de jeu du roulement 22320 EK/C4 est de
• 0,060 mm, le jeu résiduel après montage est de 0,085 mm.
Bien sûr, un tel cas est relativement rare et, statistiquement, les
roulements C3 ont un jeu résiduel après montage inférieur aux
roulements C4. L’expérience visait à démontrer que cela ne se vérifie
pas dans 100% des cas.
La liste des roulements de mon magasin
indique que j’ai besoin des références 22320
EK et 22320 EK/C3.
Puis-je stocker uniquement la variante C3 ?
Pourquoi pas. Dans certains cas, notamment pour les roulements
soumis à des charges faibles à modérées, l’augmentation du jeu de
CN à C3 n’a que peu d’effet sur la durée de service ou l’exactitude de
rotation ou cet effet reste dans les limites acceptables. La décision
doit être prise au cas par cas. Il n’existe aucune règle générale.
8
Philippe Gachet est ingénieur
d’application chez SKF depuis
1990. Il occupe des fonctions
internationales au sein de l’unité
Industries Lourdes, et plus
particulièrement pour l’industrie
des pâtes et papiers. Vous pouvez
le contacter par e-mail :
[email protected]
Le cas de la bague intérieure fendue
Bague intérieure de roulement à rotule sur rouleaux fendue au
démarrage d’une machine à papier.
Dégradation due à un écaillage profond et à un serrage beaucoup
trop important.
Au début des années 80, dans une usine de la Nouvelle-Angleterre,
la machine à papier venait de subir un arrêt non planifié. Lorsque
Sam, le responsable ingénierie et maintenance, arriva sur place, il
était déjà établi qu’au moins un roulement coté CT des cylindres
sécheurs était défaillant et que plusieurs engrenages d’entraînement
présentaient des dents déformées. En un mot, la situation était critique.
Le plus urgent était de remettre la machine en service au plus vite.
Un plan d’action avait été mis en place pour travailler 24H/24 aux
réparations jusqu’à ce que tout rentre dans l’ordre. Quarante-deux
heures plus tard, la machine redémarrait et fonctionnait à nouveau
correctement. Mais l’histoire ne s’arrêtait pas là, il fallait maintenant
passer à la phase de résolution du problème.
Une équipe pluridisciplinaire de personnes expérimentées s’était
lancée dans une évaluation préliminaire des événements entourant
l’incident. Un objectif commun : éviter les incidents récurrents
entraînant des pertes de temps et d’argent.
Le “chef” de l’équipe est le directeur exécutif du département (Ted) et
posséde un niveau hiérarchique et un pouvoir décisionnel équivalents.
L’“animateur” de l’équipe est l’ingénieur maintenance et fiabilité. Le
planificateur et le contremaître de maintenance (Hank et Bob) font
également partie de l’équipe. Le service ingenierie est représenté
par l’ingénieur de zone (Terry).
D’autres départements, comme ceux des Achats et des Ressources
Humaines sont également mis à contribution dans le cas de questions liées à un fournisseur ou à la formation. Pour cette réunion particulière, Sam était également présent.
L’ingénieur de maintenance (Jim) avait collecté un maximum
d’informations qu’il avait ensuite communiquées à l’équipe. Ces
informations se présentaient sous forme d’un tableau simple.
Les questions de base posées étaient : quoi, quand, où, pourquoi, qui
et comment. La question essentielle une fois la cause déterminée est :
“Qu’est-ce qui doit être fait pour éviter que le problème ne se reproduise ?”
Il a été établi que la défaillance du roulement n°10 du sécheur coté CT
s’était produite quelques minutes seulement après le démarrage de
la machine au cours d’une intervention de maintenance planifiée avec
interruption de service. Le roulement de sécheur était complètement
hors service. Les morceaux ou plutôt les débris avaient pénétré dans le
train d’entraînement, occasionnant des dégâts au niveau des dentures
de ces engrenages. Le roulement de sécheur était lubrifié, comme
l’indiquait la présence d’un débit d’huile. Les rouleaux et la bague
extérieure étaient tellement endommagés que toutes les tentatives
d’exploitation à des fins d’évaluation étaient restées vaines. En
revanche, la bague intérieure était encore fixée au tourillon du cylindre
sécheur après la défaillance. La bague intérieure montrait des signes
évidents de surchauffe et, plus important, une fissure. Là était la clé
du mode de défaillance subi.
Jim contacta alors le fabricant du roulement. Lors d’une discussion
avec l’un des ingénieurs d’application, il apprit que cette fissure
témoignait d’une fatigue thermique ayant entraîné la défaillance.
Ensemble, ils réfléchirent au fait que le roulement ait pu subir une
surchauffe importante juste avant la défaillance. Un élément était
fourni par l’enregistrement du “bruit” (vibration) du roulement juste
avant l’arrêt. Il s’agissait d’une procédure opératoire normale pour
chaque arrêt de machine programmé. Les “bons” résultats enregistrés
à ce moment là ne laissaient présager aucun problème concernant
ce roulement particulier et le train d’engrenages à proximité.
Toutes ces informations furent présentées lors de la réunion.
La discussion qui a suivi fut dirigée par Ted.
“D’où a pu venir cette surchauffe ?” demanda Ted à l’équipe.
“Eh bien,” s’est aventuré Bob, “s’il n’y a pas d’huile dans le roulement,
les surfaces métalliques frottant l’une sur l’autre ont pu générer un
échauffement important, rapidement.”
“Est-ce que le roulement était alimenté en huile ?” rétorqua Ted.
“Oui, concrètement, on voyait encore le débit d’huile alimentant le
roulement après la défaillance.” répondit Bob.
“Par conséquent, l’apport en huile est-il un problème ?” dit Ted, agité.
“C’est parfois le cas” a répondu Bob.
“Comment pouvons-nous nous assurer que l’alimentation en huile
fonctionne correctement ?” Ted posa la question en s’adressant à Bob.
“Tout d’abord, par l’intermédiaire de l’opérateur-graisseur en charge
de la machine”, a répondu Bob.
“Surveillait-il le système de lubrification ?”
“Il le fait toujours, et cette fois là aussi, pour autant que je sache.”
“Que peut-on faire pour être absolument certain que tous les
roulements soient alimentés en huile,” questionna Ted.
“Je pense qu’il existe des indicateurs de débit, des systèmes d’alarme,
ou autres dispositifs similaires, même si je ne crois pas que le problème
vienne de là.” a répondu Bob.
9
Système SKF Flowline permettant de faire passer l’huile réchauffée dans les canalisations avant le démarrage de la machine.
Sam s’est immiscé dans la discussion. “Ne vous emportez pas, ce
n’est pas une chasse aux sorcières, il ne s’agit pas de pointer du doigt
les mauvais élèves. Nous sommes ici pour identifier la cause, trouver
une solution et empêcher que le problème ne se reproduise. Nous
n’allons pas perdre notre temps à formuler des accusations ou nous
défendre. Est-ce clair ?”
“Oui,” a répondu Bob ; d’autres ont également acquiescé.
“Ok, donc si nous disposions d’une alarme concernant le débit d’huile,
nous pourrions avoir une indication sur cette cause particulière et
éviter la défaillance, c’est bien cela ?” Face à l’approbation générale,
Ted poursuivit : “Jim, prenez note de tout cela en vue d’un suivi. Je
veux que Terry suive cette affaire et étudie les dispositifs d’alarme
disponibles.“
“Quelle est la procédure normale de mise en route pour cette machine ?”
demanda-t-il au contremaître de la machine également présent.
“Eh bien, nous commençons par faire tourner les sécheurs dès que
nous avons le feu vert. Autrement dit, dès que tous les arrêts de sécurité
ont été débloqués sur la turbine”.
“Et ensuite ?” poursuivit Ted.
“Nous ouvrons les vannes de vapeur qui alimentent les sécheurs
pour leur permettre de chauffer” répondit le contremaître.
“Je pense qu’une partie du problème est là,” s’écria Bob.
“Comment cela ?” demanda Ted.
“Eh bien, l’huile n’est pas encore vraiment chaude lors de l’ouverture
des vannes de vapeur sur les sécheurs. Elle est peut-être à seulement
26–32°C [80-90°F] et reste épaisse comme de la mélasse tant
qu’elle n’a pas atteint la température de service. C’est la partie la plus
importante du travail des opérateurs graisseurs lors de la mise en
route : ajuster le débit jusqu’à ce que l’huile et les conduits soient
suffisamment chauds et que le débit d’huile se stabilise. En réalité,
c’est une véritable corvée pour les opérateurs-graisseurs.”
10
“Quoi d’autre ?” interrogea Ted.
“Lors de la mise en vapeur des sécheurs, la température est très
élevée et la vapeur est conduite via l’alésage du tourillon CT,” répondit
Bob. “Toute cette chaleur soudaine sans aucun refroidissement doit
être à l’origine d’une partie du problème.”
“À quelle température est la vapeur à cet endroit ?” demanda Ted.
Terry répondit : “J’imagine qu’elle peut monter jusqu’à 149°C [300°F],
et elle est probablement surchauffée car il n’y aucun refroidissement
tant que la condensation au niveau des sécheurs n’est pas suffisante
pour déclencher les refroidisseurs.”
“Vous voulez dire que le métal est chauffé jusqu’à environ 150°C puis
exposé à une huile froide dont la température ne dépasse pas 26 à
32°C lors de la mise en route ?”
“Pas toujours,” précisa Terry, “uniquement après des arrêts prolongés
comme celui-là, où l’arrivée d’huile est coupée et la température de
l’acier redescend à une température ambiante. Généralement, selon
les travaux effectués sur la machine, nous laissons le système de
circulation d’huile en route et le métal ne refroidit pas aussi rapidement.”
“Qu’en est-il de la température de l’huile ?”
“Eh bien, le réchauffeur de l’huile repose sur des serpentins à vapeur
et lorsque la turbine est à l’arrêt, le réchauffeur n’est pas alimenté en
vapeur. Nous avons dû apporter certaines modifications au système
de chauffage car il nécessite beaucoup de maintenance,” répondit Bob.
“Donc, reprenons dans l’ordre : premièrement l’huile n’est pas
chauffée lorsque la machine est à l’arrêt . Un chauffage de l’huile serait
nécessaire. Nous envoyons de la vapeur surchauffée aux sécheurs
avant que l’huile puisse être utilisée pour le refroidissement et, bien
sûr, la lubrification. L’opérateur-graisseur a ensuite toutes les peines
du monde à maintenir un débit d’huile donné, sans fuites aux paliers,
lors du préchauffage de la machine.
Pour finir, au bout de quelques heures, l’huile atteint la température
de service et le refroidissement de la vapeur ne s’effectue que lorsque
la condensation au niveau des sécheurs a atteint un niveau suffisant.
Est-ce bien cela ?” demanda Ted, animé d’une expression d’incrédulité
face à l’assentiment général.
“D’accord, et maintenant que faisons-nous concernant ce festival
d’inepties ?” interrogea-t-il.
“Nous pourrions isoler les alésages des tourillons coté CT pour réduire
la chaleur,” suggéra Terry.
“Combien de temps et quel budget faut-il prévoir ?”
“Beaucoup d’argent et beaucoup de temps. Il faudrait que chaque
sécheur soit modifié, je pense que c’est hors de question.”
“Une autre suggestion ?”
“Nous pourrions installer des réchauffeurs électriques dans le système
de lubrification pour maintenir l’huile à la température de service, y
compris à l’arrêt.”
“Même question ?”
“Je ne pense pas que le coût soit très élevé. Pour ce qui est du temps
d’installation, je ne sais pas, il faudrait vider la cuve. Je vais étudier la
question,” s’aventura Terry.
“Bien, prenez note Jim, et je veux un suivi d’ici la fin du mois,” reprit Ted.
“Vous savez,” commença Sam, “dans une autre entreprise où j’ai
travaillé, il y avait des boucles de préchauffage sur le système de
circulation d’huile pour faire circuler l’huile dans des collecteurs avant
la mise en route. La circulation de l’huile lors de la mise en route était
plus fluide et de nombreux tuyaux étaient ainsi préchauffés, ce qui
facilitait la tâche des opérateurs-graisseurs lors de la mise en route.
Nous pourrions peut-être envisager un système similaire sur cette
machine ? Cela nécessite seulement une légère modification des
tuyaux, des raccords et des vannes entre le collecteur de pression et
la conduite d’évacuation.”
“Êtes-vous partant ?” demanda le chef de cette équipe
“Bien sûr, je vais mener mon enquête et vous présenterai un chiffrage
lors de la prochaine réunion,” répondit Sam.
“Bien. D’autres suggestions ?”
“Ce problème de vapeur surchauffée ne devrait pas être difficile à
résoudre,” fit remarquer Terry. “Nous pourrions soit recueillir
suffisamment de condensat pour la mise en route au lieu de le dissiper,
ou amener de l’eau déminéralisée depuis l’installation thermique
pour le refroidissement. Ce n’est pas si loin, je vais étudier la question.”
“Super, tout roule.”
“Je pense que nous pourrions revoir notre procédure de mise en
route,” ajouta le contremaître de la machine :“nous pourrions vérifier
auprès de l’opérateur-graisseur qu’il est prêt avant de lancer la vapeur.
Je m’occupe d’intégrer ces modifications dans notre procédure.”
“Autre chose ?” demanda le chef d’équipe. Il n’y eut aucune réponse.
“Dans ce cas, fixons notre prochaine réunion au mercredi 23, à 13H,
ici même. Ok ?
Vous préparerez votre rapport sur la partie de la solution qui vous
concerne.”
Ce processus de résolution de problème n’a, à première vue, rien de
révolutionnaire, mais il le fut pour cette papeterie. Elle disposait
désormais d’un système de gestion des arrêts-machines et des pertes
de production basé sur plusieurs points de vue et favorisait le
partage d’expériences. Il s’agissait d’un processus simple axé sur le
développement d’un plan et le suivi de chaque élément.
Que pouvait espérer de plus un directeur de papeterie ?
La mise en œuvre de solutions nécessite du temps mais l’élément
crucial de cette procédure réside dans le suivi.
L’ingénieur de maintenance est l’animateur, le planificateur,
la personne qui doit veiller à ce que le suivi des idées et des tâches
soit effectué. Bien entendu, il bénéficie du soutien du Chef d’équipe
et des membres de l’équipe.
La clé est de parvenir à éliminer un problème récurrent.
L’élimination d’un problème est la récompense pour avoir poursuivi
le processus.
John Yolton approche de sa
46ème année dans l’industrie
Papetière. Vétéran chevronné de
la fabrication du papier, Yolton a
travaillé aux quatre coins du
monde et assiste actuellement
les industriels du papier dans
leurs stratégies d’amélioration
de la fiabilité des moyens
de production.
Vous pouvez le contacter à :
[email protected]
11
Solutions
d’étanchéité
Roulements
et ensemblesroulements
Mécatronique
The Power of Knowledge Engineering*
Systèmes de
lubrification
Services
The Power of Knowledge Engineering*
*La puissance de l’expertise
En s’appuyant sur cinq domaines de compétences et sur une
connaissance des applications accumulée depuis plus d’un siècle,
SKF apporte des solutions innovantes aux fabricants d’équipements industriels et d’installations de production dans tous les
principaux secteurs industriels à travers le monde. Ces cinq
domaines de compétences, communément appelés les cinq
plates-formes, incluent les roulements et ensembles-roulements,
les solutions d’étanchéité, les systèmes de lubrification, les
composants mécatroniques (alliance de la mécanique et de
l’électronique au sein de systèmes intelligents), ainsi qu’une
gamme étendue de services, de la modélisation 3D assistée par
ordinateur aux systèmes avancés de maintenance conditionnelle
et de fiabilité. Grâce à la présence mondiale de SKF, les clients
bénéficient de normes de qualité uniformes et de produits
distribués partout dans le monde.
*La puissance de l’expertise
En s’appuyant sur cinq domaines de compétences et sur une connaissance des applications, accumulée
depuis plus d’un siècle, SKF apporte des solutions innovantes aux fabricants d’équipements industriels et
d’installations de production dans les principaux secteurs industriels à travers le monde. Ces cinq domaines
de compétences incluent les roulements et ensembles-roulements, les solutions d’étanchéité, les
systèmes de lubrification, les composants mécatroniques (alliance de la mécanique et de l’électronique
au sein de systèmes intelligents), ainsi qu’une gamme étendue de services, de la modélisation 3D
assistée par ordinateur aux systèmes avancés de maintenance conditionnelle et de fiabilité. Grâce à
la présence mondiale de SKF, les clients bénéficient de normes de qualité uniformes et de produits
distribués partout dans le monde.
SKF Segment Industrie Papetière
Directeur de la publication : [email protected]
Responsable Segment Papeterie : [email protected]
® SKF, CARB et SensorMount sont des marques déposées du Groupe SKF.
© SKF Group 2011
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écrite préalable. Le plus grand soin a été apporté à l’exactitude des informations contenues dans cette publication, mais SKF décline
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PUB 72/S9 11147/1 FR · Décembre 2012
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