La décision la plus importante dans toute conception de roulement à billes à contact oblique n'est pas la taille individuelle du roulement ; c'est l'arrangement. Qu'il s'agisse de reconstruire une broche de machine-outil, de spécifier un réducteur ou de concevoir une pompe, la façon dont vous disposez les roulements contrôle la rigidité, le comportement thermique, la capacité de charge axiale et même la température de fonctionnement. La règle standard est simple : décidez de la disposition avant de calculer la durée de vie des roulements.
Les roulements à billes à contact oblique produisent une force axiale lorsqu'ils supportent une charge radiale. C'est le résultat direct de l'angle de contact intégré aux chemins de roulement. Ainsi un seul roulement ne fonctionne jamais seul lorsque l’arbre doit être contraint dans les deux sens. Vous avez besoin d'un arrangement par paire, le plus souvent dos à dos (DB), face à face (DF) ou tandem (DT), ou d'une combinaison à double rangée/préchargée qui se comporte comme un seul paquet. Cet article explique ce que fait chaque arrangement, pourquoi le préchargement modifie les résultats et ce qu'il faut spécifier lors de votre commande.
Dans un roulement à billes à contact oblique, la ligne reliant les points de contact du chemin de roulement intérieur et extérieur forme un angle par rapport au plan radial. Les angles de contact courants sont de 15, 25 et 40 degrés. Sous une charge radiale, le jeu de billes pousse la bague intérieure latéralement dans une direction axiale. Cela signifie qu'un roulement à une rangée ne peut transmettre une charge axiale que dans une seule direction. Si l'arbre subit des charges axiales des deux côtés, ou si vous avez besoin d'un positionnement axial précis, vous devez fournir un roulement antagoniste. C’est la raison fondamentale du recours à un arrangement.
L'angle de contact fait plus que définir la direction de la charge. Un angle plus grand donne une capacité de charge axiale plus élevée mais permet une capacité de vitesse plus faible. Un angle plus petit donne de meilleures performances à grande vitesse et moins de rigidité axiale. Votre choix d’agencement doit être adapté à ce compromis. Si vous souhaitez comprendre les mécanismes sous-jacents, l'article sur comment l'angle de contact est lié à la capacité de charge axiale le couvre en termes pratiques.
Un roulement à billes à contact oblique à une rangée constitue le module de base de chaque paire. Si vous réalisez des arrangements personnalisés, c'est la pièce la plus simple à acheter, mais vous devez être précis sur la direction de l'angle de contact. Cette direction est indiquée par l'orientation du roulement sur l'arbre et dans le boîtier ; le retournement du roulement modifie le chemin de la charge axiale.
Roulement à billes à contact oblique à une rangée pour un appairage personnalisé Ce roulement à une rangée est l'unité fondamentale pour la construction de paires de contacts angulaires. Sa conception à angle de contact gère les charges radiales et axiales unidirectionnelles, et une orientation précise sur l'arbre détermine le chemin de charge axiale, ce qui la rend essentielle pour les arrangements personnalisés. Voir le produit → Une fois que vous acceptez que les roulements à contact oblique doivent fonctionner par paires, l'étape suivante consiste à choisir la relation géométrique. Les fabricants utilisent des codes à deux lettres gravés sur le roulement ou sur l'entretoise de la bague extérieure : DB, DF et DT.
Dans une disposition dos à dos, les lignes de contact s'écartent du centre de la paire de roulements. Le point de charge effectif entre les deux rangées est large, de sorte que la paire présente une grande rigidité au basculement. C'est pourquoi DB est le choix standard pour les broches de machines-outils, les arbres de haute précision et toute application où il faut résister à une charge de moment. Une mise en garde : la configuration DB est sensible aux différences de température entre les bagues intérieure et extérieure. Si la bague intérieure devient plus chaude que la bague extérieure, la précharge a tendance à augmenter.
Dans une disposition face à face, les lignes de contact convergent vers le centre de l'arbre. Le point de charge effectif est plus étroit, donc la rigidité au basculement est inférieure à celle du DB. L'ensemble DF est plus tolérant au désalignement des arbres et à la dilatation thermique, et offre une disposition stable et compacte pour les arbres courts. Vous le verrez utilisé dans les sections de boîtes de vitesses, les vis d'alimentation et les cas où la distance entre les positions des roulements est petite.
Dans une disposition en tandem, les deux roulements sont orientés dans la même direction. Les lignes de contact sont parallèles, de sorte que la paire partage une lourde charge axiale agissant dans une direction. Les paires tandem ont une capacité de charge axiale dans un sens extrêmement élevée, mais elles ne stabilisent pas l'arbre dans le sens opposé. Vous devez jumeler deux ensembles tandem dos à dos ou face à face pour obtenir un contrôle bidirectionnel. Une pratique courante consiste à utiliser deux roulements en tandem d'un côté et un roulement de l'autre, formant un agencement TBT ou TFT.
| Disposition | Modèle de ligne de charge | Direction de la charge axiale | Rigidité au basculement | Utilisation typique |
|---|---|---|---|---|
| DB (dos à dos) | Divergence | Les deux sens | Élevé | Broches de machines, arbres de précision |
| DF (présentiel) | Convergence | Les deux sens | Inférieur | Arbres courts, boîtes de vitesses |
| DT (tandem) | Parallèle | Une direction | Non autonome | Charges axiales unidirectionnelles élevées |
Toutes les conceptions ne nécessitent pas une paire distincte de roulements à une rangée. Deux options pré-assemblées peuvent simplifier votre logement et réduire les stocks.
Les roulements à billes à contact oblique à deux rangées sont essentiellement deux roulements à contact oblique à une rangée intégrés dans une seule unité. La disposition interne est normalement équivalente à l'appariement DB, ce qui permet d'obtenir facilement un support axial bidirectionnel dans un boîtier compact. Les séries telles que les familles 30 et 38 sont populaires pour les machines agricoles, les réducteurs à engrenages, les pompes et les applications industrielles générales. Le principal compromis est que vous ne pouvez pas ajuster la précharge indépendamment ; vous devez utiliser la précharge fixée par le constructeur. Si votre conception nécessite une précharge personnalisée ou une vitesse très élevée, une disposition jumelée à une seule rangée est plus flexible.
Roulements à billes à contact oblique à deux rangées, séries 30 et 38 Ces roulements à double rangée intègrent deux unités à une rangée dans une configuration de type DB, offrant un support axial bidirectionnel dans un boîtier compact. Ils conviennent aux réducteurs à engrenages et aux pompes, bien que la précharge soit fixée par le fabricant et non réglable. Voir le produit → Un roulement à billes à contact à quatre points est un moyen compact de supporter des charges radiales et des charges axiales dans les deux directions dans une seule unité. Les bagues intérieure et extérieure comportent des chemins de roulement dont les points de contact alternent ; les billes entrent en contact avec la bague intérieure en deux points et avec la bague extérieure en deux points. Cela fonctionne bien pour les applications à poussée dominante telles que les crochets de grue, les tables rotatives et les pompes automobiles, où l'espace est restreint et les forces axiales sont supérieures aux charges d'inclinaison. Les roulements à quatre points ne remplacent généralement pas une paire DB lorsqu'une rigidité radiale élevée est la priorité. Vérifiez donc soigneusement l'enveloppe de charge.
Roulement à billes à contact à quatre points pour les applications de poussée compactes Ce roulement supporte les charges radiales et axiales des deux directions dans une seule unité via des points de contact alternés. Il est compact et idéal pour les utilisations dominées par la poussée, comme les crochets de grue et les tables rotatives, mais n'est pas recommandé lorsqu'une rigidité radiale élevée est la priorité. Voir le produit → Pour les broches CNC et l'usinage lourd, une simple paire DB peut ne pas fournir une rigidité axiale suffisante. La manière d'augmenter la rigidité consiste à remplacer un seul roulement sur un côté par deux roulements montés en tandem. C'est ce que décrivent des codes tels que TBT et TFT.
Dans un agencement TBT, deux roulements tandem sont montés dos à dos avec un roulement. La paire tandem s'oppose à une direction axiale avec une double capacité, tandis que le roulement unique assure la direction opposée. Le résultat est une rigidité axiale plus élevée dans une direction sans sacrifier la stabilité dans l’autre. Si les deux directions axiales nécessitent une rigidité élevée, vous pouvez utiliser quatre roulements : deux paires en tandem, disposées dos à dos ou face à face. Des codes tels que QBC, QTC et QBT représentent ces combinaisons à quatre lignes. Ils sont courants dans les applications aérospatiales, de machines-outils et rotatives de haute précision.
Chaque roulement supplémentaire augmente la rigidité axiale totale, mais ajoute également des coûts, une génération de chaleur et une complexité de montage. Pour la plupart des applications, une paire DB assortie ou un roulement à double rangée suffit.
La précharge est la charge axiale appliquée à la paire de roulements avant le démarrage de la machine. Il supprime le jeu interne, agrandit la zone de charge et maintient les éléments roulants en contact continu avec les chemins de roulement. Sans précharge, un roulement à contact oblique peut déraper, créer du bruit et perdre en précision de positionnement.
Il existe deux familles de précharge : rigide et ressort.
Une précharge rigide, également appelée précharge de position, est intégrée à la paire de roulements en meulant les faces de la bague intérieure ou extérieure jusqu'à obtenir la différence de largeur correcte. Lorsque vous serrez l'écrou de montage ou le couvercle d'extrémité boulonné, les anneaux sont forcés ensemble et la précharge est fixée. Cela donne la rigidité la plus élevée possible pour un groupe de roulements donné. Les roulements appariés y parviennent en rectifiant les faces ; lorsqu'une paire est constituée de roulements standards, le concepteur peut insérer des entretoises intérieures et extérieures de différentes largeurs pour générer la même précharge. Le risque est que des changements de température, notamment un delta entre les bagues intérieure et extérieure, altèrent la précharge. Dans une paire DB fonctionnant à grande vitesse, la croissance thermique peut augmenter la précharge et provoquer une accumulation de chaleur.
La précharge du ressort, parfois appelée précharge à pression constante, utilise un ensemble de ressorts derrière la bague extérieure pour appliquer une force axiale fixe. Il est utilisé dans les broches à grande vitesse ou les arbres légèrement chargés lorsque le concepteur souhaite une protection contre la dilatation thermique. Le ressort maintient une force axiale prévisible sur une plage de températures et d'usure mineure, mais la rigidité de l'ensemble est inférieure à celle d'une paire rigidement préchargée.
Lorsque vous sélectionnez un niveau de précharge, gardez à l’esprit la vitesse de fonctionnement. Une précharge importante augmente la rigidité mais augmente le couple de friction et la température de fonctionnement ; une précharge légère est préférable pour les vitesses élevées et les basses températures, mais offre moins de soutien sous de lourdes charges de coupe. En cas de doute, commencez par un niveau de précharge moyen et validez par une augmentation de température lors d'un essai.
La façon dont vous rédigez une spécification de roulement détermine si vous recevez une unité utilisable ou une boîte de pièces belles mais incompatibles. Une série de dimensions à elle seule ne suffit jamais.
Du point de vue des achats, il convient également de confirmer que l’usine dispose d’un processus de broyage contrôlé et enregistre les données de mesure. Les roulements issus d'une chaîne de production avec inspection automatisée et tri standardisé sont plus susceptibles de conserver une précharge constante. Dans de nombreuses machines industrielles, le côté fixe utilise une paire de roulements à contact oblique tandis que le côté libre utilise roulements à billes à gorge profonde pour permettre un déplacement axial. Assurez-vous que le concepteur du système a pris en compte ce chemin de dilatation thermique.
Choisir un montage de roulements à contact oblique ne consiste pas à mémoriser des codes. Il s’agit de contrôler la rigidité, le cheminement des charges axiales, la croissance thermique et la vitesse. Commencez par l'arrangement, ajoutez la précharge correcte et traitez les paires appariées comme des unités inséparables. Si vous faites cela, le roulement fonctionnera comme prévu. Si vous ignorez la décision d'arrangement, aucune précision des roulements ne sauvera le système d'un échauffement précoce, de vibrations ou d'une défaillance prématurée.
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