Roulement mécanique
Un roulement permet la rotation entre deux pièces par le remplacement du glissement par le roulement. Ce composant mécanique optimise le frottement et la précision de la liaison.
Roulement à billes
Un roulement à billes est un organe mécanique permettant la mise en rotation d'une pièce par rapport à une autre, en réduisant les frottements. Il est utilisé en particulier comme interface entre une pièce fixe et un axe.
Le roulement à billes se présente sous la forme de deux cylindres (appelés bagues) emboîtés dans lesquels sont placées des billes, légèrement lubrifiées et régulièrement espacées à l'aide d'un disque comportant un trou par bille et un jour central pour le cylindre intérieur.
Le matériau employé dépend de l'application pour laquelle est conçue le roulement à billes, mais il doit être très résistant à la compression. C'est pourquoi on choisit souvent l'acier ou la céramique.
Contrairement à une idée reçue, la lubrification n'a pas pour but principal de réduire les frottements entre les billes et les bagues ; au contraire, un excès de lubrifiant rend le mouvement plus difficile et provoque un échauffement très préjudiciable à la durée de vie du composant. En fait, le lubrifiant sert ici avant tout à éviter le grippage des divers éléments. Ces questions sont traitées en détail dans le Wikilivre consacré à la tribologie.
Le roulement n'étant 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. Certains roulements sont néanmoins équipés de flasques permettant d'éviter d'avoir à effectuer l'étanchéité. Pour un roulement de type classique, l'étanchéité peut être réalisée par des joints à lèvres.
Il existe une norme ABEC populaire pour mesurer la qualité des roulements, elle est progressivement remplacée par une norme ISO.
La liaison réalisée par un roulement à billes dépend de la manière dont il est fixé à l'arbre et à l'alésage. Il est assez courant, pour effectuer une liaison pivot d'utiliser deux roulements, l'un accomplissant une liaison rotule et l'autre une linéaire annulaire.
Roulement à rouleaux
Ce type de roulement est très proche du précédent, la cage contenant des rouleaux au lieu de billes.ok
Le roulement à rouleaux supporte un effort radial supérieur par rapport au roulement à billes, en revanche il ne supporte aucun effort axial et ne permet pas le positionnement axial.
Roulement à aiguilles
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.
Butée à billes
Ce type de roulement ne supporte que des efforts axiaux. Les butées à simple effet ne supportent des forces que dans un seul sens, alors que les butées à double effet supportent des charges dans les deux sens. Les butées à billes ne supportent que des vitesses de rotation faibles. Les butées à aiguilles supportent des charges plus fortes que celles à billes.
Durée de vie
La variation des sollicitations sur les bagues du roulement provoque une fatigue visible au bout d'un nombre de tour assez grand. La durée de vie d'un roulement est le nombre de tours qu'il peut effectuer avant que n'apparaisse le premier signe d'écaillage, c'est à dire l'altération de l'état de surface des chemins de roulements ou des organes roulants (billes, rouleaux, aiguilles…).
On peut calculer le nombre de roulements (en %) que l'on peut s'attendre à voir atteindre une durée de vie déterminée. Ce pourcentage est la fiabilité, on peut également l'approcher de la probabilité de voir un roulement atteindre cette durée de vie.
Cette fiabilité R est donnée par la loi de Weibull :
R(L)=100*e(ln(0,9)*((L/L10)^(3/2))
où L est la durée de vie posée, R la proportion de roulements qui peuvent atteindre L et L10 la durée de vie nominale.
Cette loi implique que 90 % des roulements atteignent au minimum L10.
Pour calculer L10 on utilise
L10=(C/P)3 pour un roulement à billes
ou
L10=(C/P)(10/3) pour un roulement à rouleaux
où C est la charge dynamique de base (donnée par le contructeur) et P la charge radiale équivalente supportée.
Pour calculer P pour un roulement à billes, on doit obtenir les charges radiales et axiales, respecivement Fr et Fa. On a également besoin des données constructeur e,X et Y.
si Fa=<e*Fr alors P=Fr
si Fa>=e*Fr alors P=X*Fr+Y*Fa
Quelques fabricants
SKF, NSK, INA, SNR Roulements, ...
Voir aussi
Ils ont la possibilité de supporter des efforts axiaux et radiaux importants mais ils doivent être montés par paires en opposition. Le montage est dit en O ou en X. Leur mise en œuvre est plus délicate car ils nécessitent un système de réglage parfois complexe et coûteux.