Qu’est-ce qu’un roulement à rouleaux ?
Les roulements à rouleaux sont un type de roulement dont les éléments roulants sont des rouleaux.
Les éléments roulants sont les parties du roulement qui tournent entre la bague intérieure et la bague extérieure (chemins de roulement) ou les chemins de roulement. Les roulements à billes sont le type de roulement le plus couramment utilisé, mais ils diffèrent sensiblement en ce qu’ils utilisent des rouleaux (pièces cylindriques) au lieu de billes comme éléments roulants.
Les roulements à rouleaux sont utilisés pour supporter des arbres rotatifs soumis à de fortes charges. Le contact entre les éléments roulants et les bagues intérieures et extérieures et les chemins de roulement, tel que décrit ci-dessous, est un contact ponctuel dans les roulements à billes, alors qu’il s’agit d’un contact linéaire dans les roulements à rouleaux. Plus la surface de contact passe d’un point à une ligne, plus il est possible de supporter des charges importantes.
Utilisations des roulements à rouleaux
Les roulements à rouleaux sont utilisés dans une large gamme de machines industrielles. Les applications spécifiques comprennent les pièces rotatives des automobiles, des véhicules ferroviaires, des avions, des machines de construction, des éoliennes et des robots industriels.
Les roulements à rouleaux peuvent supporter des charges plus élevées que les roulements à billes et ont une plus grande rigidité. En revanche, les roulements à billes ont un avantage en termes de performances de rotation. Lorsque de faibles charges et des vitesses de rotation élevées sont requises, les roulements à billes offrent une résistance au roulement plus faible. En raison de ces caractéristiques, ils sont souvent utilisés dans les boîtes de vitesses des machines industrielles.
Dans les automobiles et les machines industrielles, on utilise souvent des engrenages hélicoïdaux, dont les dents sont alignées en biais par rapport à l’axe de rotation, ce qui permet de réduire le bruit et les vibrations. Cependant, la nature oblique des engrenages entraîne des forces importantes agissant dans trois directions. Des roulements à rouleaux sont utilisés pour soutenir ces axes.
Principe des roulements à rouleaux
Il existe deux grands types de roulements à rouleaux : les roulements à rouleaux radiaux et les roulements à rouleaux de butée. Bien qu’ils diffèrent dans leur construction, le principe est le même.
Les rouleaux roulent entre les deux pièces dans lesquelles ils sont pris en sandwich, ce qui leur permet de tourner en douceur tout en supportant les charges élevées générées sur l’arbre en rotation. La surface de chaque composant est finie pour être dure et moins irrégulière, c’est-à-dire avec une rugosité de surface plus faible. L’acier allié traité thermiquement est souvent utilisé.
Structure des roulements à rouleaux
1. Roulements à rouleaux radiaux
Les roulements à rouleaux radiaux comprennent une bague intérieure, une bague extérieure, des rouleaux et un dispositif de retenue. Les rouleaux sont disposés entre le diamètre extérieur de la bague intérieure (chemin de roulement) et le diamètre intérieur de la bague extérieure. Les retenues sont disposées de manière à maintenir les rouleaux à une distance égale et à empêcher un frottement excessif dû au contact entre les rouleaux.
2. Roulements à rouleaux de poussée
Les butées à rouleaux sont constituées de deux chemins de roulement avec les rouleaux et la bague de retenue entre les deux chemins de roulement, soit en trois parties solidaires, soit avec les rouleaux et la bague de retenue solidaires de l’un des chemins de roulement, soit encore avec tous les rouleaux et la bague de retenue comme pièces séparées. Le choix de la construction intégrale ou séparée est déterminé par des facteurs tels que la facilité de montage.
Types de roulements à rouleaux
Outre les roulements à rouleaux radiaux et les butées à rouleaux, il existe plusieurs autres types de roulements à rouleaux. Ils peuvent être classés en deux catégories : les roulements ouverts, qui sont lubrifiés de l’extérieur, et les roulements étanches, dans lesquels la graisse est scellée à l’intérieur du roulement.
En veillant à ce que chaque surface de roulement soit correctement lubrifiée, un film d’huile est présent sur la surface du diamètre extérieur de chaque chemin de roulement pendant que le roulement poursuit son mouvement de roulement. Cela signifie que même dans des conditions de charge élevée et de fonctionnement à grande vitesse, la résistance au frottement est faible et qu’un fonctionnement en douceur est possible pendant de longues périodes.
En fonction de leur forme, les rouleaux peuvent être classés dans les quatre catégories suivantes
1. Roulements à rouleaux cylindriques
Les roulements à rouleaux cylindriques ont des rouleaux cylindriques simples. Les roulements à rouleaux radiaux ne supportent que des charges radiales, tandis que les roulements à rouleaux de poussée ne supportent que des charges axiales.
2. Roulements à rouleaux à aiguilles
Les roulements à aiguilles sont des roulements à rouleaux dont les rouleaux sont aussi longs et étroits que des aiguilles. Ils sont également appelés roulements à aiguilles. Ils constituent un type de roulements à rouleaux spécifié par la JIS et l’ISO, mais sont généralement appelés roulements à aiguilles s’ils n’entrent pas dans le champ d’application de ces spécifications.
3. Roulements à rouleaux coniques
Les roulements à rouleaux coniques sont principalement utilisés comme roulements à rouleaux radiaux. Ils sont également appelés roulements à rouleaux coniques. Les éléments roulants étant coniques, ils peuvent supporter des charges perpendiculaires à l’axe ainsi que des charges axiales avec une direction fixe.
Lorsqu’ils sont utilisés en rangées de deux ou plus, les charges axiales peuvent être supportées dans les deux sens dans la direction axiale et des moments de charge élevés peuvent également être pris en charge. Souvent utilisés pour supporter des engrenages hélicoïdaux.
4. Roulements à rouleaux sphériques
Les roulements à rouleaux sphériques ont des éléments roulants en forme de flèche (forme cylindrique avec un centre convexe). En outre, lorsque la bague extérieure du chemin de roulement est concave et que les rouleaux sont alignés avec la bague intérieure du chemin de roulement, le profil circonférentiel des éléments roulants est convexe dans l’axe de la bague extérieure du chemin de roulement.
Il est donc possible de tolérer le basculement même si les centres de rotation des anneaux extérieur et intérieur sont inclinés. Ils peuvent supporter des charges perpendiculaires à l’arbre et des charges axiales dans les deux sens.
Informations complémentaires sur les roulements à rouleaux
Précautions pour l’utilisation des roulements à rouleaux
Les roulements à rouleaux sont utilisés notamment sur les arbres tournants qui doivent supporter des charges importantes. Lors de leur utilisation, il est important de s’assurer que les bagues intérieures et extérieures et les chemins de roulement ont une rigidité suffisante.
Les surfaces d’appui du logement qui supportent ces pièces doivent également être suffisamment rigides. Si la surface sur laquelle les rouleaux roulent est peu rigide, les rouleaux n’entreront pas en contact linéaire comme prévu et un contact localisé se produira. Cela peut entraîner des pressions élevées sur la surface de contact, ce qui peut amener les rouleaux à atteindre la fin de leur durée de vie plus tôt que prévu lors de la conception.
Il est également important d’assurer une lubrification suffisante, de veiller à ce que la lubrification ait un effet de refroidissement suffisant et d’éliminer les corps étrangers tels que la poudre de fer de l’environnement de fonctionnement, y compris de l’huile de lubrification, à l’aide de filtres à huile ou d’aimants.