Les roulements

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/30/BallBearing.gif

Exemple de roulement mécanique en mouvement.


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 cinématique.


Aspect historique[modifier]

Schema et réalisation en bois d'un roulement à bille par Léonard de Vinci au 15ième siecle

L'exemple connu le plus ancien du principe du roulement, en remplacement du glissement, est certainement celui des constructeurs de pyramides qui ont intercalés des rondins de bois entre les blocs de pierre et le sol pour faciliter leur déplacement.

Plus tard, au 15ème siècle,Léonard de Vinci théorisa la géométrie des roulements. On trouve beaucoup de descriptions détaillées de systèmes de guidages par éléments roulants dans ces écrits. Enfin, la publication des travaux de Heinrich Hertz sur les déformations des corps en contact contribua beaucoup à améliorer les performances des roulements.

Roulement à billes[modifier]

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Roulbille-3c.jpg

Présentation concrète[modifier]

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.

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.


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. 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. Il est souvent nécessaire, pour réaliser une liaison pivot d'utiliser deux roulements, une des solutions isostatiques étant l'association d'une liaison rotule et d'une linéaire annulaire.

Les éléments roulants[modifier]

Les différents éléments roulants.

Par abus de langage on utilise la même désignation, roulement à billes pour nommer toute sorte de roulements. On doit cependant les distinguer par la forme des éléments roulants :

  • La bille est le cas le plus connu, mais les rouleaux cylindriques ou coniques sont aussi très employés dans les montages nécessitant une plus grande rigidité.
  • Certains roulements à rotule sont munis de rouleaux en forme de barillet.
  • Enfin lorsqu'il s'agit de rouleaux cylindriques très longs devant leur diamètre on parle d'aiguilles.



Familles de roulements[modifier]

Les roulements se distinguent par la forme et la disposition des éléments roulants. À chaque modèle correspondent des performances particulières et donc un usage spécifique.

Par exemple, les roulements à rouleaux supportent des charges supérieures par rapport aux roulements à billes (de taille équivalente), car le contact des éléments roulants avec les bagues est linéaire. Cependant, ils acceptent des fréquences de rotation moins élevées. Les cages à aiguilles sont moins encombrantes mais exigent une préparation des portées (trempe).

Roulement à billes à contacts droits[modifier]

Très économiques, ce sont les plus utilisés en petites et moyennes dimensions. Ils supportent tous les types de charges (modérées à moyennes): axiales, radiales et combinées. Sous charge, ils se comportent comme un roulement à contact oblique dont l'angle d'inclinaison serait variable. Variantes: versions avec rainure et segment d'arrêt, versions étanches d'un ou des deux côtés (étanchéité par flasques en tôle ou par joints élastomères). Les versions étanches des 2 côtés sont graissées à vie.


Roulement à billes à contacts obliques[modifier]

Ecorchés d'un roulement à billes à contacts obliques

Ils supportent tous les types de charges axiales, dans un seul sens. Les bagues ne sont pas séparables. Les angles 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'un arbre court).

Roulement à rouleaux coniques[modifier]

Ils supportent des efforts axiaux et radiaux importants. Du fait de la disposition des contacts de roulement, les bagues peuvent se désolidariser par translation axiale. Il ne posent donc pas les mêmes problèmes d'assemblage que les roulements à billes.

Ils constituent une liaison rotule équivalente (unilatérale) entre les bagues. D'une grande rigidité, ce type de composant est idéal pour les guidages de grande précision devant subir de gros efforts (pivot de roue de véhicules, broches de machines).


Roulement conique déboité Disposition en X et en O

Pour le guidage d'un arbre, comme les roulements à billes à contact oblique, ils sont généralement associées par paire en opposition. Suivant la disposition des composants, on obtient un montage dit en O ou en X:

  • si les centres de poussée sont situés à l'extérieur des roulements, les droites d'actions mécaniques des éléments roulants forment un O (<>)
  • si les centres de poussée sont situés entre les roulements, ces droites forment un X.


Chaque roulement constituant une liaison rotule, l'association des deux donne un pivot, dont la raideur est d'autant plus grande que les centres de poussée sont éloignés. Ce montage en opposition ne permettant pas la constitution d'une liaison isostatique, il y a nécessité de réglage au montage, pour un fonctionnement correct. Leur mise en œuvre est donc plus coûteuse.

Pour des raisons technologiques (ajustement des bagues et leur portée et réglage du jeu), 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 montage en O est utilisé, lui, dans le cas d'un logement tournant.


Roulement à rouleaux cylindriques[modifier]

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 rotule à rouleaux[modifier]

roulements rotules à rouleaux

Du fait de la forme et la disposition des rouleaux, ces roulements acceptent un grand déversement relatif des deux bagues (plusieurs degrés). Ils conviennent alors parfaitement pour le guidage d'arbres très longs, pour lesquels il est impossible d'aligner les portées lors de leur réalisation, comme par exemple le guidage d'arbre d'hélice de bateau.

Roulement à aiguilles[modifier]

Roulement à aiguilles à cage sans bagues

Il ressemble au roulement à rouleaux, mais ses éléments roulants ont un diamètre beaucoup plus petit (comparé à leur longueur). 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.

Il existe des roulements complets avec les deux bagues mais aussi des modèles ne présentant que la bague extérieure, ou alors seulement la cage tenant les éléments roulants. Dans ce cas, les portées doivent être de dureté suffisante. Le roulement n'est alors pas le seul composant d'usure.

Le type à cage est plus résistant, particulièrement aux hautes vitesses. Il est par exemple utilisé sur les axes de pistons des moteurs à deux temps, dont la faible lubrification ne permet pas l'utilisation de paliers lisses.

Butées[modifier]

Écorché partiel d'une butée à billes unilatérale.

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.

On distingue les butées à simple effet qui ne supportent des forces que dans un seul sens, des butées à double effet qui supportent des charges dans les deux sens.

Comme pour les roulements classiques, les éléments roulants peuvent être des billes, des rouleaux ou des aiguilles. Les butées à billes ne supportent que des faibles vitesses de rotation. Les butées à aiguilles ou rouleaux supportent des charges plus fortes que celles à billes.

Représentation et schématisation[modifier]

Repres.gif

Étant d'un emploi assez courant, et ses formes demandant un travail important si on veut respecter les conventions du dessin technique, la représentation des roulements adopte, comme pour la vis, des conventions particulières sur les schémas et sur les plans.

En gros, les contours des bagues sont dessinés comme si le roulement était monobloc, et un symbole permet d'identifier le type d'éléments roulants, la disposition des contacts de guidage et les options éventuelles (étanchéité). De manière générale, les propriétés du composant sont rappelées dans la nomenclature.

Quelques fabricants[modifier]

SKF, NSK, FAG, WIB, TIMKEN, INA, NTN, Koyo, SNR, SNFA, MAGNETAL

En France, la société CGR Roulements, créé après guerre, ancienne filiale du groupe SKF, fabrique et conçoit des roulements spéciaux adaptés à chaque application.