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Constitution d’un roulement
Principaux éléments d’un roulement
La bague extérieure: qui
se
positionne
dans
le
logement
La bague intérieure: qui
se positionne sur l’arbre
Les éléments roulants:
billes ou rouleaux de formes
diverses qui roulent sur les
chemins des deux bagues
La cage: qui maintient les
éléments
roulants
à
intervalles réguliers
Roulements
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1
Phénomène de resitance au roulement
En charge la zone de contact entre chemin et élément
roulant se comprime, puis se détend après passage
il en résulte en mouvement la formation d’un
bourrelet s’opposant au mouvement
C’est le phénomène de résistance au roulement
La cage: qui maintient les éléments roulants à
intervalles réguliers
Roulements
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2
Phénomène de resitance au roulement
Couple de résistance au roulement (CI)
Il permet d'évaluer la résistance générale à
l'avancement (en rotation) d'un roulement.
Sa valeur approximative est :
Cf=f.Fr.Rm
avec
f:« frottement interne» du roulement
Fr : charge radiale exercée
Cf : couple résistant
Rm :rayon moyen = (d + D)/2
Roulements
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3
Phénomène de resitance au roulement
Frottement
Roulements
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4
Actions internes dans les roulements
Contact radial ou oblique
Roulements
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5
Charges supportées par les roulements
Les actions mécaniques de contact exercées par les
éléments roulants sur l'une ou l'autre bague sont en
général schématisées par des forces ou des charges.
On observe trois cas :
Charge radiale (Fr) : sa
direction, perpendiculaire à l'axe
de rotation, passe par le centre
géométrique du roulement.
Fr est toujours portée par
un rayon, d'où le nom de charge
radiale.
Roulements
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Charges supportées par les roulements
Charge axiale (Fa) : sa
direction est celle de l'axe de
rotation du roulement.
Roulements
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7
Charges supportées par les roulements
Charge combinée (F) : c'est la
combinaison des deux cas précédents.
La direction de F, quelconque,
passe par le centre géométrique du
roulement.
La projection de F sur l'axe de
rotation donne une composante axiale
Fa.
La projection de F sur un rayon
perpendiculaire à l'axe donne une
composante radiale Fr.
Remarque : Fa et Fr sont deux
projections orthogonales possibles de
F.
Roulements
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8
Différents types de roulements
Roulements à billes
Principaux
roulements
rigides à billes (ou à
gorges profondes ou
contact radial). Schémas
: voir aussi page 578
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à billes
Roulements à contact oblique :
Ils supportent tous les types de charge mais
uniquement des charges axiales dans un seul sens (point
d'application le centre de poussée J).
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à billes
Les bagues ne sont pas séparables.
Les angles a de 15°, 25° et 40° sont les plus
courants.
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.
La version à deux rangées peut être utilisée
seule (cas d'arbre court).
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à billes
Roulements à contact oblique et schématisation
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à billes
Roulements à rotule sur billes :
Le chemin extérieur est sphérique.
Ils supportent tous les types de charges, mais
faiblement les charges axiales. L'angle de rotulage, assez
important (entre 2,5 et 4°), autorisent les défauts
d'alignement des portées de paliers et des flexions d'arbres
éle-vées.
Les variantes à alésage conique s'utilisent avec des
manchons de serrage ou de démonta-ge (pour montage
sur arbre lisse avec paliers « semelle ou applique »).
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à billes
Roulement à rotule sur billes.
Roulements
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14
Différents types de roulements
Roulements à billes
Butées à billes :
Peu utilisées, elles supportent des charges axiales
uniquement dans un seul sens.
Les vitesses de rotation sont limitées à cause de la
force centrifuge sur les billes.
Certaines versions ont des rondelles sphériques pour
compenser des défauts d'alignement.
Ne réalisant aucun centrage arbre/logement, elles
doivent être montées avec d'autres types de roulements.
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à billes
Butées à billes
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à rouleaux
L'effort de contact rouleau/chemin est réparti sur
une ligne (un « point » dans le cas des billes).
En conséquence, à taille identique, ils supportent
des charges plus élevées que les roulements à billes
(capacités de charge plus élevées).
Ils sont conseillés en cas de chocs, vibrations et
surcharges possibles.
En revanche, les vitesses de rotation permises sont
un peu plus faibles et ils sont plus coûteux.
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à rouleaux
Roulements à rouleaux cylindriques :
Ils supportent des charges radiales importantes mais
pas les charges axiales, sauf les versions épaulées NJ avec
Fa = Fr/10.
Les vitesses de rotation permises sont assez élevées.
Les deux bagues sont dissociables ou séparables, ce qui
facilite les montages et démontages.
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à rouleaux
Ils compensent peu, ou pas, les défauts d'alignement
et les flexions d'arbres, les versions à deux rangées ne
compensant rien.
En conséquence, les portées d'arbre et de logement
devront présenter une très bonne coaxialité
Roulements
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Différents types de roulements
Roulements à aiguilles
Roulements, douilles et cages à aiguilles : principales variantes
Roulements
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Choix d’un type de roulement
Critères de choix
- Nature des charges : axiale, radiale ou combinée.
- Importance des charges (intensité).
- Vitesse de rotation.
- Perturbations : chocs, vibrations, niveau sonore...
- Montage et démontage : mise en place, accessibilité, réglage...
- Précision exigée : coaxialité, faux rond, précision de rotation...
- Rigidité exigée : déformations admissibles, désalignement des
paliers...
- Encombrement, place disponible, dimensions des roulements.
- Longévité, durée de vie souhaitée.
- Conditions ambiantes : pollution, températures, lubrification, prix
et disponibilité...
Roulements
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Montage des roulements
Introduction
Dans les machines évoluées, automatisées ou
non, les liaisons mécaniques du type pivot, réalisées par
roulements, sont parmi les plus nombreuses. Elles
reviennent régulièrement dans les projets.
Le choix du type de roulement effectué, la
conception d'un montage de roulements comporte trois
sortes de difficultés :
- Le choix des ajustements : arbre/bague
intérieure et logement/bague extérieure.
- La fixation latérale des bagues de roulement ou
« épaulements »
- L'étanchéité et le graissage
Roulements
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Montage des roulements
Remarques et suggestions pour la conception
- Faire une conception aussi simple que possible et utiliser
un nombre total de pièces ou de composants aussi réduit
que possible, ce qui améliore entre autre la fiabilité.
- Choisir les pièces auxiliaires nécessaires en priorité dans
les séries normalisées : écrous à encoches, circlips, joints...
- Limiter le nombre des pièces « sur mesure » ou à
fabriquer et les remplacer, chaque fois que c’est possible,
par des composants normalisés.
- Veiller à la possibilité, à la facilité et à l'ordre de montage
de toutes les pièces de l'ensemble. Éliminer les montages
impossibles ou difficiles.
Roulements
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Montage des roulements
Choix des ajustements
Règle:
En règle générale, chaque roulement d'un même
montage a une bague ajustée serrée et l'autre ajustée
avec jeu.
Le jeu simplifie les assemblages, compense les
dilatations et évite les oppositions mutuelles entre les
roulements.
Règle : si une bague tourne par rapport à la direction de
la charge exercée sur le roulement (Fa,Fr ou F), elle doit
être ajustée avec serrage.
Si elle est fixe, ou non tournante, par rapport à la
direction de cette charge, elle doit être ajustée avec jeu.
Roulements
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Montage des roulements
Choix des ajustements
Remarques :
- La charge est fixe par rapport à une bague
lorsqu'elle agit toujours au même point pendant une
révolution. Elle est tournante si, pendant une révolution,
toute la circonférence de la bague reçoit la charge. Si la
direction d'une charge forte n'est pas constante, elle sera
assimilée à une charge tounante.
- Si une bague devant être montée serrée ne l'est
pas, elle risque de subir un phénomène de détérioration par
roulage. La bague est laminée entre les éléments roulants
et l'arbre ou le logement.
Roulements
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Ajustements, diamètres à choisir par le concepteur d'un montage.
Classe normale = classe 0= classe 6X = ABEC-1...
Roulements
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BNC : bague non coulissante ; BC : bague coulissante ; PR : précision de rotation ;
EA : si échauffement de l'arbre.
Roulements
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Montage des roulements
Fixation latérale des bagues de roulements
Roulements
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Montage des roulements
Fixation latérale des bagues de roulements
Montage en X ou montage direct
Roulements
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Montage des roulements
Fixation latérale des bagues de roulements
Montage en X ou montage direct
Roulements
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Montage des roulements
Fixation latérale des bagues de roulements
Exemple de montage en O
13A
Roulements
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Montage des roulements
Fixation latérale des bagues de roulements
Exemple de montage en O
13B
Roulements
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Lubrification des roulements
Introduction
Organigramme pour le choix du mode de lubrification
Roulements
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Lubrification des roulements
Lubrification à l’huile
. Roulements à rouleaux coniques : vitesses possibles selon le mode de lubrification.
Roulements
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34
Etanchéité des roulements
Introduction
Organigramme pour le choix d’un dispositf d’étancheité
Roulements
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E.PRESTA
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Etanchéité des roulements
Dispositifs avec frottement
Roulements
Durée de vie des roulements
• Dans 70% des cas, il s'agit d'une mauvaise lubrification :
trop ou trop peu; lubrifiant inadapté, etc…
• Dans 18%, d'une pollution : entrée de liquide ou de
particules solides, d'où l'importance des joints d'étanchéité
dont la défaillance peut provoquer une fuite de graisse et
une entrée de pollution.
• Dans 10%, d'un montage incorrect : montage brutal,
échauffement excessif, mauvais ajustement et jeux, serrage
excessif du manchon conique, défauts géométriques…
• Et dans 2%, de diverses causes : utilisation sous des
charges mal adaptées, défauts de réglage, corrosion liée au
contact, passage de courant électrique…
Roulements
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Durée de vie des roulements
Définition de l'écaillage
Cette "mort naturelle " se concrétise par
l'apparition d'écaillages de fatigue.
Même utilisé correctement (notamment avec
une bonne lubrification), des fissures vont se créer
et se développer jusqu'à ce que des morceaux de
matière se détachent.
C'est le signe de la destruction progressive du
roulement jusqu'à sa "mort" annoncée.
On parle alors d'écaillage. Le chemin de
roulement est endommagé. Le roulement perd ses
propriétés initiales, il n'est donc plus en mesure de
fonctionner normalement.
Roulements
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Durée de vie des roulements
Evolution de l'écaillage
Les contraintes auxquelles sont soumises les pistes
de roulement conduisent à plus ou moins long terme
à une fissure au sein de l'acier : des inclusions en
sous-couche puis une fissure.
Roulements
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Calcul des roulements
Fiabilité et durée de vie L10
Fiabilité et durée de vie L10
Sous charge et au cours du mouvement de
rotation les chemins des bagues de roulements
reçoivent de la part des éléments roulants, billes ou
rouleaux, des millions de compressions élastiques
intermittentes.
Il en résulte, avec le temps, des fissurations
amenant progressivement un écaillage des surfaces.
C'est le phénomène de fatigue.
Roulements
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Calcul des roulements
Fiabilité et durée de vie L10
Durée de vie normalisée L10
La durée de vie L10 d'une série de roulements
identiques, soumis à la même charge, est égale au
nombre de tours, ou de révolutions, réalisés par 90 %
des roulements de la série avant qu'apparaissent les
premiers signes de fatigue.
Unités : la durée de vie normalisée se calcule en
millions de tours, parfois par commodité en heures de
fonctionnement.
Roulements
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Calcul des roulements
Fiabilité et durée de vie L10
Remarques :
- La fatigue est un phénomène aléatoire ou statistique.
Autrement dit, des roulements identiques, de mêmes
dimensions, de mêmes matériaux, appartenant à un
même lot, tous chargés de la même façon, auront, après
le même essai, des durées de vie différentes (voir
chapitre 14 : essais).
- L10 est la durée de vie (moyenne statistique) basée sur
une fiabilité de 90 %, c'est-à-dire 90 % de survie après
essai sur un même lot. Llo sert de référence à tous les
roulements de la série.
Roulements
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42
Calcul des roulements
Fiabilité et durée de vie L10
Durée de vie corrigée Ln : fiabilité différente de 90 %
Si l'on désire obtenir une durée de vie Ln supérieure
à L10, ou à une fiabilité supérieure, celle-ci peut être
obtenue par:
Ln = a1.L10
avec: a1= 4,48 [Ln(100/F)]2/3
F = fiabilité en %.
Roulements
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43
Calcul des roulements
Fiabilité et durée de vie L10
Fiabilités différentes de 90 %
fiabilité F en % 90
Ln
L70
a1
1
Ln= a1L10
95
96
97
98
99
99,5
99,9
L5
L4
L3
L2
L1
L0,5
L0,1
0,21
0,15
0,06
0,62 0,53 0,44 0,33
Roulements
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Calcul des roulements
Fiabilité et durée de vie L10
Remarques :
- La durée de vie moyenne (fiabilité de 50 %) d'un lot L50
est égale à environ 5 fois la durée L10. Elle est de
15.L10avec 10 % de survie.
- En pratique on utilise Ln = a1.a2.a3.L10
L'étude des coefficients correcteurs a2 (liée à la
géométrie et à la matière du roulement) et a3 (fonction
des conditions de fonctionnement : lubrification...) sort du
cadre de cet ouvrage.
Dans certains cas parfaitement bien maîtrisés, la
durée de vie peut devenir infinie.
Roulements
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45
Calcul des roulements
Fiabilité F et probabilité de défaillance D (L < L10)
Exemple :
La durée de vie prévue d'un roulement est L10 = 10 000
heures.
On souhaite connaître la fiabilité après 5 000 heures de
fonctionnement juste avant extinction de la garantie
commerciale.
L= 5 000 et L/L10 = 5 000/10 000 = 0,5
L'équation précédente donne F=0,9637 (fiabilité de 96,37 %)
Pourcentage de défaillance : D = 1-F = 0,0363 (3,63 %).
Roulements
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Calcul des roulements
Durée de vie d’un ensemble ou d’une association
de roulements
Lorsqu'un ensemble de roulements (E) comprend
plusieurs roulements fonctionnant en même temps
(exemple : arbre avec plusieurs roulements), la durée de
vie LE10 de l'ensemble est fonction de la durée de vie Li.10
de chacun des n roulements. Elle est définie par la
relation suivante :
Roulements
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47
Calcul des roulements
Durée de vie d’un ensemble ou d’une association
de roulements
Exemple : deux roulements à rouleaux coniques d'un
même arbre ont des durées respectives de 15 000 et 25
000 heures. Calculons la durée de vie probable du
montage.
Cette durée est toujours inférieure à la plus petite des
valeurs Li.10, ici 15 000 heures
Roulements
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48
Calcul des roulements
Capacité de charge dynamique C
En dépit de l'utilisation d'aciers spéciaux
résistants, les roulements ont une durée de vie limitée.
très
Cette durée dépend principalement de la charge
supportée.
Plus la charge est faible, plus la durée de vie est
longue, et inversement
Roulements
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49
Calcul des roulements
Capacité de charge dynamique C
Définition :
La charge dynamique de base C, d'une série de
roulements identiques, est la charge radiale (axiale pour
une butée), constante en intensité et en direction, que
peut endurer 90 % des roulements du groupe, pendant 1
million de tours, avant qu'apparaissent les premiers signes
de fatigue.
Autrement dit, si un lot de 100 roulements identiques
est soumis au cours d'un essai à sa charge de base C (Fr =
C), 90 roulements du lot (90 %) auront une durée de vie
qui atteindra ou dépassera 1 million de tours (L10 = 1).
Roulements
E.PRESTA
50
Calcul des roulements
Capacité de charge dynamique C
Remarques
- La capacité C est une des caractéristiques de base des
roulements ; elle est indiquée dans les catalogues des
fabricants en même temps que d, D, B et r.
- Pour une même référence normalisée de roulement, la
valeur de C peut varier sensiblement d'un fabricant à
l'autre.
Roulements
E.PRESTA
51
Calcul des roulements
Relation entre durée de vie L10 et charge
dynamique C
L10 : durée de vie du roulement en millions de
tours
C : charge dynamique de base
P: charge équivalente exercée sur le roulement
n = 3 pour les roulements à billes
n = 10/3 pour les roulements à rouleaux
Durée
de
vie
L10H en
fonctionnement
L10 : millions de tours
N : vitesse de rotation en tr/min.
Roulements
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heures
52
de
Calcul des roulements
Relation entre durée de vie L10 et charge
dynamique C
Durées de vie indicatives de quelques paliers à roulements
mode d'emploi
usages
intermittents
exemples d'emploi
durée de vie L10H
•électroménager, outillages
•électroportatifs, automobiles,
•appareils de manutention et de
•levage, moteurs d'avions...
1 000 à 15 000
fonctionnant
8 heures par jour
•véhicules industriels,
•machines-outils, machines
•agricoles, machines de
•production, réducteurs...
15 000 à 35 000
service en continu
24 heures 24
•convoyeurs, compresseurs,
•laminoirs, certaines machines
•de production, ventilateurs,
•moteurs stationnaires
35 000 à 60 000
•machines à papier, machines
•textiles, navires, services
•des eaux, barrages, fours rotatifs,
•propulseurs...
60 000 à 100 000
machines dont
la fiabilité est
très importante
Roulements
E.PRESTA
53
Calcul des roulements
Exemple de calcul
Un catalogue de roulements donne, pour un roulement
à billes à contact radial, une capacité de charge dynamique C
égale à 6 300 daN.
Le roulement supporte une charge P de 2 100 daN.
Déterminons les durées L10 et L10H si la vitesse de
rotation de l'arbre est de 150 tr/min.
n
L10
3
 C  =  6300 
3
=
 P   2100  = 3 = 27 (27 millions de tours)
27 × 10 6
L 10H =
= 3 000 heures
60 × 150
Roulements
E.PRESTA
54
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
La charge équivalente P est une charge radiale
pure, donnant exactement la même durée de vie que la
combinaison charge axiale Fa plus charge radiale Fr
réellement exercée sur le roulement.
P est différent de la charge combinée F.
Charge équivalente P et charges exercées Fa et Fr.
Roulements
E.PRESTA
55
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
Cas général d'une charge combinée
Fa et Fr étant connues, la charge P est calculée à l'aide de la
relation
P = X.Fr + Y.Fa
X et Y sont des coefficients normalisés liés à la nature du
roulement et à ses dimensions
Remarques
- Si la bague extérieure tourne par rapport à la direction de
la charge la valeur de P est calculée par
P = 1,2.X.F + Y.Fa
- Les relations précédentes sont obtenues à partir des
courbes expérimentales d'équidurée.
Roulements
E.PRESTA
56
Calcul des roulements
Relation entre durée de vie L10 et charge
dynamique C
L10 : durée de vie du roulement en millions de
tours
C : charge dynamique de base
P: charge équivalente exercée sur le roulement
n = 3 pour les roulements à billes
n = 10/3 pour les roulements à rouleaux
Durée
de
vie
L10H en
fonctionnement
L10 : millions de tours
N : vitesse de rotation en tr/min.
Roulements
E.PRESTA
heures
de
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Calcul des roulements
Relation entre durée de vie L10 et charge
dynamique C
L10 : durée de vie du roulement en millions de
tours
C : charge dynamique de base
P: charge équivalente exercée sur le roulement
n = 3 pour les roulements à billes
n = 10/3 pour les roulements à rouleaux
Durée
de
vie
L10H en
fonctionnement
L10 : millions de tours
N : vitesse de rotation en tr/min.
Roulements
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heures
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de
Calcul des roulements
Relation entre durée de vie L10 et charge
dynamique C
Durées de vie indicatives de quelques paliers à roulements
mode d'emploi
usages
intermittents
exemples d'emploi
durée de vie L10H
•électroménager, outillages
•électroportatifs, automobiles,
•appareils de manutention et de
•levage, moteurs d'avions...
1 000 à 15 000
fonctionnant
8 heures par jour
•véhicules industriels,
•machines-outils, machines
•agricoles, machines de
•production, réducteurs...
15 000 à 35 000
service en continu
24 heures 24
•convoyeurs, compresseurs,
•laminoirs, certaines machines
•de production, ventilateurs,
•moteurs stationnaires
35 000 à 60 000
•machines à papier, machines
•textiles, navires, services
•des eaux, barrages, fours rotatifs,
•propulseurs...
60 000 à 100 000
machines dont
la fiabilité est
très importante
Roulements
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Calcul des roulements
Exemple de calcul
Un catalogue de roulements donne, pour un roulement
à billes à contact radial, une capacité de charge dynamique C
égale à 6 300 daN.
Le roulement supporte une charge P de 2 100 daN.
Déterminons les durées L10 et L10H si la vitesse de
rotation de l'arbre est de 150 tr/min.
Roulements
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Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
La charge équivalente P est une charge radiale
pure, donnant exactement la même durée de vie que la
combinaison charge axiale Fa plus charge radiale Fr
réellement exercée sur le roulement.
P est différent de la charge combinée F.
Charge équivalente P et charges exercées Fa et Fr.
Roulements
E.PRESTA
61
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
Cas particuliers
Dans le cas des roulements à aiguilles et des
roulements à rouleaux cylindriques avec bagues séparables
:Fa= 0 et P = Fr.
Avec des butées ne supportant que des charges
axiales: Fr = 0 et P = Fa.
Valeur de P dans le cas des roulements à
rouleaux cylindriques.
Roulements
Valeur de P dans le cas des butées.
E.PRESTA
62
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
Cas général d'une charge combinée
Fa et Fr étant connues, la charge P est calculée à l'aide de la
relation
P = X.Fr + Y.Fa
X et Y sont des coefficients normalisés liés à la nature du
roulement et à ses dimensions
Remarques
- Si la bague extérieure tourne par rapport à la direction de
la charge la valeur de P est calculée par
P = 1,2.X.F + Y.Fa
- Les relations précédentes sont obtenues à partir des
courbes expérimentales d'équidurée.
Roulements
E.PRESTA
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Calcul des roulements
Sous
l'action
des
charges F1, F2, F3 ou F4 ,le
roulement a la même
durée de vie.
La courbe d'équidurée
est obtenue en traçant la
courbe passant par les
extrémités des charges
précédentes,
toutes
tracées à partir du même
point d'application O.
Cette
courbe
est
ensuite approximée par
des
droites
pour
en
simplifier
l'exploitation
(permet de définir les
coefficients X, Y, e = tan β
...).
Roulements
E.PRESTA
64
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
Roulements
E.PRESTA
65
E.PRESTA
66
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
Roulements
Calcul des roulements
Calcul de la charge équivalente P
Roulements
E.PRESTA
67
Calcul des roulements
Capacité de la charge statique CO et charge statique équivalente PO
Pour un roulement chargé à l'arrêt, ou dans le cas de
mouvements de faible amplitude et de petites oscillations,
Co représente la charge statique limite à ne pas dépasser.
Au-delà de cette charge, les déformations des éléments
roulants deviennent inadmissibles.
La plupart des fabricants admettent une déformation
maximale admissible égale à 0,0001 du diamètre moyen de
l'élément roulant (conformément à l'ISO 76).
CO est une grandeur caractéristique du roulement
indiquée dans les catalogues de fabricants en même temps
que d, D, B, C...
Roulements
E.PRESTA
68
Calcul des roulements
Capacité de la charge statique CO et charge statique équivalente PO
Comme C, Co est une charge radiale pure. Si le
roulement est soumis à une charge combinée Fa plus Fr, il
est nécessaire de calculer au préalable la charge statique
équivalente Po (analogie avec P).
PO = XO.Fr + YO.Fa
avec Po.so ≤ Co
Roulements
69
E.PRESTA
Calcul des roulements
Capacité de la charge statique CO et charge statique équivalente PO
So
rlts à faibles vitesses
fonctionnement
rlts à
billes
rlts à
rouleaux
régulier sans vibrations
(si silencieux)
0,5 à 1
1 à 1,5
(2)
(3)
normal
(si silencieux)
0,5 à 1
1 à 1,5
(2)
chocs prononcés
(si silencieux)
≥ 1,5
(≥ 2)
rlts à l'arrêt
rlts à
billes
rlts à
rouleaux
0,4
0,8
(3,5)
0,5
1
≥3
(≥4)
≥1
≥2
Remarque : si le roulement est soumis à une charge
radiale pure Fr alors P0=Fr avec P0.s0 ≤ C0
Roulements
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Calcul des roulements
Capacité de la charge statique CO et charge statique équivalente PO
Valeurs normalisées des coefficients Xo et Yo (NF ISO 76)
Type de roulements
Roulements
à
Billes
Roulements
à
rouleaux
roulement à 1 rangée
roulement à 2 rangées
Xo
Yo
Xo
Yo
à contact radial
0,6
0,5
0,6
0,5
à rotules
0,5
0,22.cotan α
1
0,44.cotan α
α = 15°
0,5
0,46
1
0,92
α = 25°
0,5
0,38
1
0,76
α = 30°
0,5
0,33
1
0,66
α = 35°
0,5
0,29
1
0,58
α = 40°
0,5
0,26
1
0,52
α = 45°
0,5
0,22
1
0,44
à rouleaux coniques
0,5
0,22.cotan α
1
0,44.cotan α
à rotules
0,5
0,22.cotan α
1
0,44.cotan α
Contact
oblique
Roulements
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Calcul des roulements
Capacité de la charge statique CO et charge statique équivalente PO
Roulements
E.PRESTA
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Calcul des roulements
Capacité de la charge statique CO et charge statique équivalente PO
Méthode de calcul ISO. Pour appliquer la méthode, appeler A
le roulement supportant FaE.
Roulements
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Calcul des roulements
Calculs des roulements
Données nécessaires : Fa, Fr et N, la vitesse de rotation.
La durée de vie L10 dépend de ces paramètres.
Autres paramètres usuels : diamètre minimal dmini de
l'arbre, fourni par la résistance des matériaux, et Dmaxi, qui
résulte de l'encombrement général et de la place disponible.
Faire le choix d'un type de roulement ou du moins en
limiter le nombre.
Roulements
E.PRESTA
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Calcul des roulements
Calculs des roulements
1. Calculs de vérification
Ils sont destinés à vérifier la durée de vie d'un
roulement dont les dimensions (d, D, B, C, Co , e, Y...)
sont connues.
2. Calculs de détermination
L'objectif est de choisir un roulement et ses
dimensions connaissant une durée de vie souhaitée. Il est
nécessaire de procéder par itération (calculs de
vérification
successifs
à
partir
de
roulements
judicieusement choisis) avant d'envisager un choix
définitif.
Il existe de nombreux logiciels d'assistance
permettant d'effectuer rapidement ce type de calcul.
Roulements
E.PRESTA
75
Calcul des roulements
Calculs des roulements
3. Cas des roulements à contact oblique et à
rouleaux coniques
Pour ces roulements, le calcul de la charge axiale Fa
présente une différence du fait de la géométrie
particulière des bagues.
Pour chaque roulement, l'action de la charge radiale
Fr entraîne par « effet de cône », la création d'une charge
axiale induite (Fa,) s'ajoutant ou se retranchant à celle
déjà exercée par l'arbre (Fa.).
Roulements
E.PRESTA
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Calcul des roulements
Calculs des roulements
Dans la méthode de calcul normalisé ISO,
Fai=0,5.Fr/Y.
Cette méthode permet de calculer les charges axiales
totales FaA et FaB résultant de FaE et des charges axiales
induites Fai puis de déduire les charges équivalentes PA et
PB.
Les autres calculs (L10...) ne sont pas différents de ceux
des autres roulements
Roulements
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Calcul des roulements
Calculs des roulements: exemples
Exemple 1
Un roulement à billes à contact radial de
dimensions
d = 50, D = 110, B = 27, C = 6 200 daN, Co = 3 800
daN, supporte la charge combinée Fa = 400 daN et Fr =
1 000 daN.
Quelle durée de vie peut-on
attendre si la vitesse de rotation de
l'arbre est de 150 tr/min ?
Roulements
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Calcul des roulements
Calculs des roulements
Exemple 2
Déterminer la durée de vie L10E d'un montage de
deux roulements à rouleaux coniques 1 et 2, montés en X,
tel que Fr1= 1 500 daN, Fr2 = 2 000 daN et Fae= 1 000
daN.
L'effort axial Fae est supporté par le roulement 2.
Dimensions : d = 60, D = 95, B = 27, C = 7 850 daN,
Co = 7 650 daN, e = 0,33. Y = 1,83 pour le roulement 1
d= 90, D= 140, B= 39, C= 18 600 daN,
Co = 19 600 daN, e= 0,27, Y= 2,2 pour le roulement 2
Roulements
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E.PRESTA
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Calcul des roulements
Calculs des roulements
Roulements
Calcul des roulements
Calculs des roulements; exercices
Exercice 1
Reprendre les données de l'exemple 1 avec un roulement
à contact oblique à deux rangées de billes, d = 50, D =
110
Déterminer la durée de vie du roulement.
Exercice 2
Reprendre les données de l'exemple 1 avec un roulement
à rotule sur rouleaux, d = 50,D = 110
Déterminer la durée de vie du roulement.
Roulements
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Calcul des roulements
Calculs des roulements; exercices
Exercice 3
Reprendre les données de l'exemple 2 avec FrA = 1 000
daN ; FrB = 900 daN ; FaE = 400 daN ; N = 500 tr/min ;
CA = 9500 daN ; eA = 0,43 ; YA = 1,38 ; CB = 8 190 daN ;
eB=0,46; YB=1,31.
Déterminer les durées de vie des roulements et celle de
l'ensemble.
Roulements
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Roulements spéciaux
Roulements en
céramique (1980)
Roulements
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Roulements spéciaux
Roulements instrumentés
Capteur mécatronique
Vue éclaté d’un capteur
incrémental de position
intégré au roulement
Roulements
(1989)
E.PRESTA
84
Roulements spéciaux
Roulements instrumentés
Dans de nombreux domaines de l’ingénierie, il est
essentiel d’obtenir des informations exactes sur le
mouvement des composants en rotation ou à déplacement
axial.
L'importance du contrôle exact des mouvements ne
fait qu'augmenter du fait de l'automatisation croissante de
tous les types de processus.
De plus, les concepteurs veulent des systèmes
toujours plus légers et plus simples, ce qui mène au
développement de solutions intégrées, par exemple en
faisant enregistrer par les roulements instrumentés
Roulements
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E.PRESTA
86
Roulements spéciaux
Roulements instrumentés
Roulements
Roulements spéciaux
Roulements instrumentés
Les roulements instrumentés conçus et brevetés par SKF
sont simples et robustes. Ils sont composés des éléments
suivants :
• un roulement rigide à billes
• un capteur actif.
Roulements
E.PRESTA
87
Roulements spéciaux
Roulements instrumentés: conception
Les
roulements
instrumentés
composent des éléments suivants :
se
– • un roulement rigide à billes Explorer
muni d'un joint d'étanchéité par contact
RS1 et d'une rainure pour segment d'arrêt
dans la surface extérieure de la bague
extérieure (a)
– • une bague d'impulsions magnétisée (b)
– • un corps de capteur (c)
– • un câble de connexion (d).
Roulements
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Exercice ESSOREUSE A COPEAUX
Montage
Roulements
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Exercice ESSOREUSE A COPEAUX
• Désigner le type de montage
• Expliquer à l’aide d’un schéma
les règles de montage utilisées
• Donner les ajustement utilisés
• Expliciter le mode opératoire
pour monter cet ensemble de
pièces
• Déterminer à l’aide de la
méthode ISO la durée de vie de
l’ensemnble
• Comment
roulement
Roulements
lubrifie
- -t on
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90
le
Pompe PHP 15
d=30mm
D=72mm
C=5500daN
e=0,37
Calcul de la durée de vie
d=30mm
D=62mm
C=4600daN
e=0,37
Fa=700daN
Fa=1200daN
N=1000 tr/min
La charge radiale est supposeé localisée au centre de l’espace
inter- roulement donc chaque roulement supporte une charge de 600 daN
Roulements
E.PRESTA
91
Détérioration des roulements
Introduction
Quand
on
remplace
un
roulement
détruit
prématurément, il faut étudier
les causes de cette
destruction.
Malheureusement l'étude des avaries n'est pas facile :
il est plus facile d’indentifier une acuse sur un début d’avarie
que sur un roulement entièrement cassé
Quoi qu'il en soit, si un incident grave survient, il faut
suivre une méthode rigoureuse pour permettre l'expertise :
Roulements
E.PRESTA
92
Détérioration des roulements
Introduction
• fournir une bonne photographie en couleurs du roulement
avant démontage,
• prélever un échantillon du lubrifiant en service,
éventuellement les joints d'étanchéité voisins,
• extraire le roulement avec précaution pour éviter toute
détérioration supplémentaire,
• ne jamais nettoyer le roulement, au contraire, laisser en
place le maximum de graisse,
• placer les pièces à conviction dans un emballage qui ne
modifie pas les données (sac en plastique par exemple).
Il faut maintenant analyser les principales causes d'avaries
ou de destruction des roulements :
Roulements
E.PRESTA
93
Détérioration des roulements
Écaillage de fatigue (flaking)
C'est la cause normale de destruction des roulements
correctement montés et utilisés.
Si la pression de Hertz ne dépasse pas 2 000 N/mm2,
les roulements ont une durée de vie pratiquement illimitée à
condition que la lubrification et la propreté soient bonnes.
En fait, les pressions entre les éléments roulants et les
bagues atteignent couramment 3 000 à 3 500 N/mm2 et des
dégâts surviennent sous l'effet de la fatigue due aux
contraintes de cisaillement alternées qui sévissent en souscouche.
Roulements
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94
Détérioration des roulements
Écaillage de fatigue (flaking)
Roulements
E.PRESTA
95
Détérioration des roulements
Écaillage de fatigue (flaking)
Les mécanismes de la fatigue par roulement sont à
la fois très étudiés et très mal connus.
Toutes les études confirment cependant l'influence
très néfaste sur la fatigue des roulements des inclusions
non métalliques ou des anomalies métallurgiques de
l’acier
L'écaillage est un processus continu qui s'accélère
plus ou moins après l'apparition des premières fissures.
Roulements
E.PRESTA
96
Détérioration des roulements
Écaillage de fatigue (flaking)
L'écaillage localisé et prématuré résulte
d'anomalies caractérisées telles que mauvais montage,
surcharge, défaut d'alignement, mauvaise forme de
logement.
Une
limite
d'élasticité
élevée
augmente
l'endurance car elle diminue les risques liés à la
présence d'inclusions non métalliques.
L'utilisation d'aciers de très haute qualité dégazés
sous vide, et mieux refondus sous vide, est aujourd'hui
généralisée
Roulements
E.PRESTA
97
Détérioration des roulements
Écaillage superficiel (pelling)
L'écaillage superficiel est un enlèvement superficiel
de métal, plus ou moins étendu, sous forme de paillettes
très fines.
Il est attribué à une épaisseur de lubrifiant trop faible
par rapport à la rugosité, ce qui provoque des contacts
métal sur métal.
Le remède consiste essentiellement à diminuer la
rugosité et à augmenter la viscosité du lubrifiant.
Roulements
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