Pour les applications nécessitant un fonctionnement à grande vitesse avec des charges radiales et axiales combinées, les roulements à billes à gorge profonde sont les roulements à éléments roulants les plus largement utilisés, représentant environ 70 % de toutes les applications de roulements dans les moteurs électriques, les pompes, les boîtes de vitesses et les convoyeurs . La conclusion directe : sélectionner des roulements rigides à billes en fonction de charge dynamique (C, en kN), charge statique (C0, en kN), limite de vitesse (lubrification à la graisse ou à l'huile) et jeu interne (C2, CN, C3, C4) . Un roulement avec une charge dynamique insuffisante se fatiguera prématurément (durée de vie L10 inférieure à 10 000 heures) ; un roulement avec un jeu excessif générera du bruit, des vibrations et une précision de positionnement réduite.
Roulements rigides à billes se composent d'une bague intérieure, d'une bague extérieure, d'une cage (retenue) et d'un jeu de billes qui roulent dans des rainures profondes du chemin de roulement. La « rainure profonde » fait référence à la géométrie du chemin de roulement où le rayon de la rainure n'est que légèrement plus grand (généralement 52 % du diamètre de la bille) que la bille elle-même, créant un contact conforme qui répartit la contrainte sur une plus grande surface. . Cette conception permet au roulement de supporter des charges radiales importantes (primaire), des charges axiales modérées (poussée) dans les deux sens (secondaire) et des charges combinées simultanément. L'angle de contact sous charge axiale est généralement de 5 à 15 degrés, en fonction de l'ampleur de la charge axiale.
Directives relatives au rapport de charge : Pour une durée de vie optimale, le rapport entre la charge axiale et la charge radiale (Fa/Fr) ne doit pas dépasser 0,5 pour les roulements rigides à billes standard. . Si Fa/Fr dépasse 0,5, envisagez des roulements à billes à contact oblique (capacité axiale plus élevée) ou augmentez la taille du roulement. Pour les charges axiales pures uniquement (Fr=0), les roulements à billes à gorge profonde peuvent supporter des charges axiales allant jusqu'à 50 % de la charge statique nominale, mais leur durée de vie sera réduite car les billes entrent en contact avec les bords des épaulements du chemin de roulement, créant des augmentations de contraintes. Pour les applications avec des charges axiales importantes (par exemple, pompes à arbre vertical, applications de poussée), les roulements à contact oblique sont préférés.
\-| Numéro de roulement. | Alésage (mm) | Diamètre extérieur (mm) | Dynamique C (kN) | C0 statique (kN) | Vitesse maximale (tr/min, graisse) |
|---|---|---|---|---|---|
| 6200\- | 10\- | 30\- | 4.0\- | 2.0\- | 22 000\- |
| 6201\- | 12\- | 32\- | 5,5\- | 2,8\- | 20 000\- |
| 6202\- | 15\- | 35\- | 7.0\- | 3,8\- | 18 000\- |
| 6203\- | 17\- | 40\- | 8,5\- | 4,5\- | 16 000\- |
| 6204\- | 20\- | 47\- | 12,0\- | 6,5\- | 14 000\- |
| 6205\- | 25\- | 52\- | 14,0\- | 7,8\- | 12 000\- |
La charge dynamique (C) est la charge radiale constante que 90 % d'un groupe de roulements identiques (durée de vie L10) peuvent supporter pendant 1 million de tours (environ 500 heures à 3 330 tr/min). La formule de durée de vie de base L10 : L10 = (C / P)^3 × 1 000 000 de tours, où P est la charge dynamique équivalente sur les roulements . Pour un roulement avec C = 14 kN et une charge appliquée P = 2 kN, L10 = (14/2)^3 × 10^6 = 7^3 × 10^6 = 343 × 10^6 tours. À 3 000 tr/min, cela fait 343 000 000 / (3 000 × 60) = 1 905 heures. Pour la plupart des applications industrielles, la durée de vie minimale acceptable du L10 est de 10 000 à 20 000 heures (1 à 2 ans de fonctionnement continu). Pour les applications critiques (pompes, ventilateurs, convoyeurs), préciser L10 de 50 000 heures.
Ajustement pour la fiabilité (L10 non standard) : Pour une fiabilité de 95 % (L5), multipliez L10 par 0,62 ; pour une fiabilité de 99 % (L1), multiplier par 0,21 . Pour un roulement avec L10 = 20 000 heures, L1 = 4 200 heures (ce qui signifie que 1 % des roulements tomberont en panne avant 4 200 heures). Pour les applications où la défaillance est catastrophique (dispositifs médicaux, avions, ascenseurs), conception pour une durée de vie L1 et non L10. Pour les machines industrielles standards, L10 est suffisant. Appliquer également les facteurs d'application (a2 pour la lubrification, a3 pour la contamination) selon la norme ISO 281 ; un roulement propre et bien lubrifié atteint a2 = a3 = 1,0 ; un roulement avec une lubrification marginale ou une contamination peut avoir des facteurs de 0,3 à 0,5, réduisant ainsi sa durée de vie effective de 50 à 70 %.
La charge statique (C0) est la charge à laquelle la déformation permanente des billes et des chemins de roulement atteint 0,0001 fois le diamètre de la bille (généralement 0,1 à 0,2 microns pour une bille de 10 mm). Pour un fonctionnement fluide et silencieux, la charge statique appliquée (y compris les charges de choc) ne doit pas dépasser 50 % de C0 . Pour les applications avec fonctionnement intermittent ou oscillation à faible vitesse (inférieure à 10 tr/min), la charge statique peut approcher 100 % de C0, mais le bruit audible et les vibrations augmenteront. Pour un roulement avec C0 = 7,8 kN, la charge statique maximale recommandée pour un fonctionnement fluide est de 3,9 kN (environ 400 kg). Le dépassement provoque des Brinelling (indentations permanentes) qui génèrent des vibrations et réduisent la durée de vie.
Les charges de choc sont particulièrement dommageables. Une charge statique de 5 kN appliquée progressivement provoque des dommages négligeables ; la même charge de 5 kN appliquée sous forme d'un impact d'une milliseconde (coup de marteau) génère une contrainte instantanée 10 à 20 fois plus élevée, déformant de manière permanente le chemin de roulement . Pour les applications soumises à des charges de choc (convoyeurs, concasseurs, manutention de matériaux), sélectionnez un roulement avec une charge statique nominale d'au moins 10 fois la charge en régime permanent calculée. Spécifiez également des roulements rigides à billes avec des billes de plus grande taille (série 6000 contre série 6200 pour le même alésage), car les billes plus grosses répartissent la contrainte d'impact sur une plus grande surface, réduisant ainsi le risque de Brinell.
Le jeu interne (jeu radial) est la distance totale que la bague intérieure peut parcourir radialement par rapport à la bague extérieure sans charge. Classes de clairance : C2 (plus petite que la normale), CN (normale, la plus courante), C3 (plus grande que la normale), C4 (plus grande que C3) . La sélection du jeu correct est essentielle car les gradients de température et les ajustements serrés réduisent le jeu installé. Pour la plupart des applications avec des températures de fonctionnement inférieures à 80°C et un arbre/boîtier en acier, le jeu CN est suffisant. Pour les applications à haute température (au-dessus de 100°C), la bague intérieure se dilate plus rapidement que la bague extérieure, réduisant ainsi le jeu ; préciser C3 ou C4 selon la température. Pour les boîtiers à paroi mince (plastique ou aluminium) où l'expansion du boîtier dépasse l'expansion de l'arbre, spécifier le jeu C2.
Une règle générale pour la sélection des autorisations : Pour un différentiel de température (ΔT) entre la bague intérieure et la bague extérieure de 30°C, la réduction du jeu est d'environ 0,003 mm par 10 mm d'alésage du roulement. . Pour un roulement 6205 (alésage de 25 mm), ΔT = 30°C réduit le jeu radial de 25 × 0,000011 × 30 = 0,0083 mm (environ 8 microns). Si le jeu initial (CN pour 6205) est compris entre 5 et 15 microns, le roulement peut fonctionner avec un jeu négatif (précharge) à température, provoquant une surchauffe et une défaillance précoce. Pour ΔT > 30°C, préciser le jeu C3 (15-25 microns pour 6205). Pour ΔT > 60°C, préciser C4 (25-35 microns). Mesurez la température de fonctionnement réelle après l'installation avant la sélection finale du dégagement pour les applications critiques.
Les roulements à billes à gorge profonde ont des limites de vitesse déterminées par la conception de la cage, la méthode de lubrification et la génération de chaleur. Pour la lubrification à la graisse, la limite de vitesse (n) est généralement de 60 à 80 % de la limite lubrifiée à l'huile. . Le facteur de vitesse (valeur dn = alésage du roulement en mm × tr/min) est une mesure de comparaison standard. Pour les roulements en acier lubrifiés à la graisse avec des cages en acier embouti, le dn maximum est d'environ 300 000 à 400 000. Pour un roulement d'alésage de 25 mm, cela correspond à 12 000-16 000 tr/min maximum. Pour les roulements lubrifiés à l'huile avec cages usinées en laiton ou en polyamide, le dn peut atteindre 600 000 à 800 000.
Sélection de lubrifiant : Pour des températures de fonctionnement de -20 à 80°C, une graisse standard NLGI grade 2 à base de lithium (huile de base ISO VG 150-220) convient. . Pour des températures élevées (80-120°C), spécifier de la graisse polyurée ou épaissie au PTFE avec de l'huile synthétique (PAO ou ester). Pour les basses températures (inférieures à -20°C), spécifiez une graisse à faible viscosité (grade NLGI 1 ou 0) avec une huile de base synthétique. Remplissage de graisse : pour les roulements étanches (2RS ou 2Z), le fabricant remplit 25 à 35 % de l'espace libre ; pour les roulements relubrifiables (ouverts), remplissez jusqu'à 30 à 50 % de l'espace libre lors de la lubrification initiale, puis relubrifiez toutes les 500 à 2 000 heures en fonction des conditions de fonctionnement. Un graissage excessif (remplissage supérieur à 60 %) provoque un barattage, une surchauffe et une dégradation de la graisse.
Les roulements rigides à billes sont disponibles avec des flasques (Z ou ZZ) ou des joints de contact (RS ou 2RS). Les boucliers (en métal) offrent une protection contre les gros débris tout en permettant une certaine évacuation de la graisse et une augmentation négligeable de la friction (couple 5 à 10 % plus élevé qu'à l'ouverture) . Les boucliers conviennent aux environnements propres où un échange occasionnel de lubrifiant est nécessaire (par exemple, les moteurs électriques). Les joints (en caoutchouc, généralement en nitrile ou en fluoroélastomère) assurent l'étanchéité des contacts contre la poussière et l'humidité, mais augmentent le couple de friction de 50 à 100 % et réduisent les limites de vitesse de 20 à 30 %. Pour les environnements sales (scieries, engins de chantier, agroalimentaire), préciser 2RS (double joint). Pour les applications de lavage (transformation alimentaire, lave-auto), spécifiez 2RS avec roulement en acier inoxydable (qualité martensitique ou 440C) pour éviter la rouille.
Limites de température du joint : Les joints en caoutchouc nitrile (standard) sont évalués à 100°C ; fluoroélastomère (Viton) scelle à 200°C . Pour les applications haute température (fours, séchoirs, fourneaux), préciser les joints Viton. Pour les applications sous vide (inférieures à 10⁻³ mbar), spécifiez des roulements blindés (non scellés) car les joints dégazent et ne parviennent pas à sceller sous vide. Pour les roulements exposés à l'eau ou à la vapeur, spécifier des roulements scellés avec une graisse résistante à l'eau (sulfonate de calcium ou complexe d'aluminium). Les données de terrain montrent que les roulements étanches dans les environnements humides durent 3 à 5 fois plus longtemps que les roulements blindés, car les joints empêchent la pénétration d'eau, ce qui provoque la corrosion et le lessivage du lubrifiant.
Le matériau standard pour les bagues et les billes des roulements à billes à gorge profonde est l'acier chromé SAE 52100 (acier allié au chrome à haute teneur en carbone). L'acier 52100 a une dureté de 60 à 64 HRC, une excellente résistance à la fatigue au contact du roulement et une résistance modérée à la corrosion. . Pour les applications nécessitant une résistance à la corrosion (agroalimentaire, marine, chimique), spécifier l'acier inoxydable AISI 440C (dureté 58-60 HRC) pour les anneaux et les billes. L'acier inoxydable 440C a 70 à 80 % de la capacité de charge du 52 100 mais est suffisant pour la plupart des applications. Pour une résistance extrême à la corrosion (eau salée, solutions acides), spécifiez des bagues en acier inoxydable 316 avec billes en nitrure de silicium (céramique) ; ce roulement hybride est non magnétique et totalement résistant à la corrosion, mais coûte 5 à 10 fois l'acier standard.
Les roulements hybrides (bagues en acier, billes en céramique) offrent une capacité de vitesse plus élevée (les billes en céramique sont plus légères, réduisant la force centrifuge) et une isolation électrique. Les billes en céramique de nitrure de silicium (Si3N4) ont une densité 60 % inférieure à celle de l'acier, permettant des limites de vitesse 30 à 50 % plus élevées. . Les roulements hybrides préviennent également les dommages causés par les cannelures électriques dans les moteurs électriques (les billes en céramique sont non conductrices). Pour les moteurs à entraînement à fréquence variable (VFD), spécifiez des roulements rigides à billes hybrides pour éviter les courants de roulement qui provoquent des cannelures (motif de planche à laver sur les chemins de roulement). Dans les moteurs VFD sans roulements hybrides, la défaillance des roulements se produit au bout de 6 à 18 mois ; les roulements hybrides durent 5 à 10 ans.
La cage sépare les balles, les guide à travers la zone de charge et empêche le contact balle à balle. Les cages en acier estampé (rivetées ou cassées) sont standard pour 70 à 80 % des roulements à billes à gorge profonde . Ils sont économiques, robustes et fonctionnent à des températures allant jusqu'à 150°C. Cependant, ils ont une capacité de vitesse limitée (dn = 300 000 max) et ne sont pas recommandés pour des vitesses ou des vibrations extrêmement élevées. Les cages en laiton usinées (rivées en deux parties) sont utilisées pour les applications à grande vitesse (dn = 600 000 ), à hautes températures (300°C) et dans les environnements à vibrations sévères. Les cages en laiton coûtent 3 à 5 fois les cages en acier, mais offrent des limites de vitesse 30 à 50 % plus élevées et une durée de vie plus longue dans de mauvaises conditions de lubrification.
Les cages en polyamide (nylon) sont légères, présentent d'excellentes caractéristiques à grande vitesse et un fonctionnement silencieux. Les cages en polyamide sont standard pour les roulements de petite et moyenne taille (alésage inférieur à 100 mm) utilisés dans les moteurs électriques et les appareils électroménagers . Cependant, le polyamide se dégrade au-dessus de 120°C et est attaqué par certains lubrifiants (additifs EP agressifs). Pour des températures supérieures à 100°C ou avec des lubrifiants extrême pression, préciser des cages en laiton ou en acier. Pour les applications sous vide, le polyamide dégaze et devient cassant ; spécifier l'acier ou le laiton. Pour les applications médicales et agroalimentaires où la compatibilité des lubrifiants est critique, le polyamide est acceptable si le lubrifiant spécifique a été testé.
Des ajustements corrects de l’arbre et du boîtier sont essentiels au bon fonctionnement des roulements. Pour les charges tournantes sur la bague intérieure (la plupart des applications), l'arbre doit avoir un ajustement serré (tolérance de l'arbre k5, k6 ou m6) pour éviter le fluage (rotation sur l'arbre). . Pour un arbre de 25 mm, la tolérance k6 fournit une interférence de 2 à 15 microns, adéquate pour la plupart des applications. Le boîtier doit avoir un ajustement avec jeu (tolérance H7) pour permettre un mouvement axial pour la dilatation thermique. Pour les charges tournantes sur la bague extérieure (arbres excentriques, charges déséquilibrées), le boîtier doit avoir un ajustement serré (P7 ou N7) et l'arbre un ajustement avec jeu (h6). Un mauvais ajustement provoque une corrosion de contact (ajustement lâche) ou une précharge excessive (ajustement serré).
La mesure s'adapte aux micromètres, pas aux pieds à coulisse. Pour un arbre de 25 mm, la différence entre k6 (maximum 25,015 mm, minimum 25,002 mm) et h6 (maximum 25 000 mm, minimum 24,987 mm) est de 15 à 28 microns, facilement mesurable avec un micromètre mais à la limite de la précision du pied à coulisse. . Inspectez l'arbre pour déceler des entailles, des bavures ou des rayures avant l'installation ; tout défaut de plus de 5 microns de hauteur marquera l'alésage du roulement et affectera la précision de fonctionnement. Pour les boîtiers en aluminium ou en plastique, utilisez un collage (composé de retenue) au lieu d'ajustements serrés car le boîtier se déformerait sous l'effet des interférences.
Ne martelez jamais un roulement sur un arbre – la charge par impact Brinell endommage les chemins de roulement. Utiliser des presses mécaniques (pour les petits roulements jusqu'à 40 mm d'alésage) ou une dilatation thermique (pour les roulements plus grands). Pour une installation thermique, chauffer le roulement à 80-100°C (ne dépassant pas 120°C) à l'aide d'un chauffage par induction ou d'un bain d'huile. . Le chauffage dilate la bague intérieure, permettant un ajustement glissant sur l'arbre. Pour le montage de l'arbre, chauffez le roulement et faites-le glisser sur l'arbre jusqu'à ce qu'il soit en place. Pour le montage du boîtier, refroidissez le roulement (neige carbonique ou congélateur à -40°C) pour rétrécir la bague extérieure, puis déposez-le dans le boîtier. Ne chauffez jamais un roulement scellé ou blindé au-dessus de 80 °C : les joints ou la graisse seraient endommagés.
Appliquez une force uniquement sur l’anneau à monter. Lors du montage sur un arbre, appliquez une force uniquement sur la bague intérieure ; appuyer sur la bague extérieure transfère la force à travers les billes, bosselant les chemins de roulement . Lors du montage dans un boîtier, appliquez une force uniquement sur la bague extérieure. Utilisez des manchons de montage ou des outils en métal doux (laiton ou aluminium) pour éviter d'endommager les surfaces d'appui. Après l'installation, faites tourner le roulement à la main ; il doit tourner en douceur, sans entailles (points rugueux) ni grippage (résistance excessive). Une encoche indique un Brinell dû à un montage incorrect ; la liaison indique un jeu incorrect ou un désalignement.
Pour les roulements à billes à gorge profonde regraissables (ouverts), les intervalles de regraissage dépendent des conditions de fonctionnement. Pour des conditions normales (température 40-70°C, environnement propre, arbre horizontal), regraisser toutes les 2 000-4 000 heures ou tous les 6 mois . Pour des conditions sévères (température >80°C, humidité élevée, contamination, arbre vertical), regraisser toutes les 500 à 1 000 heures ou mensuellement. Pour les moteurs électriques (fonctionnement continu, 40-60°C), regraisser toutes les 3 000 à 5 000 heures (4 à 6 mois). Pour les ventilateurs et les soufflantes (charges légères, air pur), regraisser toutes les 4 000 à 8 000 heures. Pour les pompes (eau propre, 20-40°C), regraisser toutes les 2 000 à 4 000 heures.
Quantité de graisse : Pour un roulement 6205 (OD 47 mm, ID 25 mm), ajoutez 1,5 à 2,5 grammes de graisse lors du regraissage . Trop peu de graisse (moins de 1 g) provoque une famine et une usure rapide ; trop (plus de 5 g) provoque un barattage, une surchauffe et des fuites de graisse. Pour les roulements équipés d'un graisseur (raccord Zerk), pompez lentement (1 pompe par seconde) jusqu'à ce que de la graisse propre apparaisse au niveau des joints ou qu'une légère résistance se fasse sentir. Pour les roulements sans raccords, démontez pour regraisser, ce qui n'est pas pratique ; spécifier des roulements scellés (2RS) et remplacer le roulement lorsque la graisse se dégrade.
Les défaillances des roulements à billes à gorge profonde peuvent être diagnostiquées par inspection visuelle. Écaillage (écaillage) des chemins de roulement : rupture par fatigue classique ; indique une durée de vie L10 dépassée ou une charge dépassée . Brinelling (empreintes espacées au pas de la bille) : causé par des charges de choc ou de martelage lors de l'installation. Maculage (soudure entre billes et chemins de roulement) : lubrification insuffisante ou vitesse excessive. Faux Brinell (marques d'usure peu profondes aux positions des billes) : vibration à l'arrêt (machinerie transportée). Décoloration (anneaux bleus/marron sur anneaux/billes) : surchauffe (>150°C), souvent due à une vitesse élevée, un faible niveau de lubrifiant ou une précharge excessive.
Corrosion (rouille rouge/brune) : pénétration d’humidité ; améliorer l'étanchéité ou utiliser des roulements en acier inoxydable. Cannelures électriques (motif planche à laver sur chemins de roulement d'aspect dépoli) : passage du courant électrique ; utiliser des roulements hybrides ou des roulements isolés . Dommages à la cage (cage fissurée ou cassée) : vibrations excessives, vitesse dépassant les limites de la cage ou manque de lubrifiant provoquant une charge d'impact. Pour chaque mode de défaillance, identifiez la cause profonde avant de remplacer le roulement ; l'installation d'un roulement neuf dans les mêmes conditions reproduit la panne. Pour les équipements critiques, envoyer les roulements défectueux à un laboratoire pour analyse (SEM/EDX pour l'identification de la contamination, coupe métallurgique pour la fatigue souterraine).
Droit d'auteur © Ningbo Demy (D&M) Bearings Co., Ltd. Tous droits réservés.
Fabricants de roulements industriels OEM/ODM
Search
Language
