Roulements à rotule sur rouleaux : types, applications et entretien

1. Introduction

Bref aperçu des roulements à rotule sur rouleaux et de leur impoutance dans diverses industries.

Roulements à rotule sur rouleaux (SRB) sont un composant fondamental des machines rotatives dans d'innombrables industries, servant de héros méconnus qui permettent le mouvement dans les conditions les plus difficiles. Contrairement aux autres roulements, les SRB sont spécialement conçus pour supporter des charges lourdes àut en tolérant simultanément un désalignement angulaire de l'arbre par rapport au boîtier.

Leur conception interne comporte deux rangées de rouleaux sphériques fonctionnant dans un chemin de roulement à anneau extérieur sphérique commun. Cela permet à l'ensemble bague intérieure et rouleau de « flotter » ou de pivoter librement, compensant ainsi la déflexion de l'arbre ou les erreurs d'installation sans générer de contraintes internes conduisant à une défaillance prématurée.

L’importance de ces repères ne peut être surestimée. Des opérations massives et continues dans exploitation minière et production de ciment à la précision requise dans le monde moderne éoliennes , les SRB garantissent un fonctionnement fiable et continu, minimisant les temps d'arrêt et maximisant la productivité.

Pourquoi les roulements à rotule sur rouleaux sont essentiels pour les applications lourdes.

Les applications lourdes sont caractérisées par une combinaison de facteurs difficiles : charges radiales , significatif charges axiales , potentiel déflexion de l'arbre , et une exposition fréquente à vibrationss or charges de choc . Les types de roulements stetard échouent souvent rapidement sous ces contraintes combinées.

Les roulements à rotule sur rouleaux sont essentiels pour ces environnements exigeants en raison de deux caractéristiques principales :

Capacité de charge exceptionnelle : Les grets rouleaux symétriques et la géométrie des chemins de roulement offrent une zone de contact massive, leur permettant de supporter des charges statiques et dynamiques nettement plus élevées que les roulements à billes à gorge profonde ou même les roulements à rouleaux cylindriques de même taille.
Capacité d'auto-alignement : C’est sans doute leur caractéristique la plus critique. Dans les machines lourdes, un alignement parfait est difficile à obtenir et à maintenir en raison de l’élasticité de la structure, de la dilatation thermique et des tolérances d’assemblage. Les SRB peuvent généralement gérer un désalignement allant jusqu'à 1,5 à 2,5, ce qui évite le grippage des roulements et une défaillance catastrophique.

Les SRB constituent le choix optimal lorsqu'une capacité de charge élevée et la capacité de fonctionner de manière fiable malgré un désalignement sont des exigences non négociables.

Comparaison avec d'autres roulements à rouleaux courants

Pour illustrer leur valeur dans des contextes exigeants, voici une comparaison mettant en évidence les attributs clés des roulements à rouleaux sphériques par rapport à d'autres types de roulements à rouleaux courants :

Type de roulement	Direction de la charge principale	Capacité de désalignement	Capacité de charge relative	Unpplications typiques
Rouleau sphérique	Radial élevé et axial modéré	Excellent (Auto-alignement)	Très élevé	Convoyeurs, concasseurs, éoliennes
Rouleau cylindrique	Radial élevé uniquement	Très limité	Élevé	Boîtes de vitesses, moteurs électriques
Rouleau conique	Élevé Radial & High Axial	Limité	Élevé	Roues automobiles, broches de machines-outils

2. Que sont les roulements à rouleaux sphériques ?

Définition et construction de base des roulements à rotule sur rouleaux.

A Roulement à rouleaux sphériques (SRB) est un roulement à éléments roulants qui fonctionne à l'aide de rouleaux en forme de tonneau sur deux rangées, fonctionnant sur un chemin de roulement de bague extérieure sphérique concave commun et deux chemins de roulement de bague intérieure. Cette géométrie interne unique est au cœur de sa caractéristique déterminante : le auto-alignement capacité.

La conception permet à l'ensemble bague intérieure (y compris les rouleaux et la cage) de pivoter librement à l'intérieur de la bague extérieure, compensant ainsi efficacement le désalignement angulaire entre l'arbre et le boîtier. Les SRB sont spécialement conçus pour les applications qui nécessitent capacité de charge radiale élevée , modéré capacité de charge axiale et l'immunité aux problèmes d'alignement causés par les tolérances de fabrication, les erreurs de montage ou la déflexion de l'arbre sous charge.

Composants clés : bague intérieure, bague extérieure, rouleaux sphériques et cage.

Les roulements à rotule sur rouleaux se composent de quatre composants essentiels qui fonctionnent en synergie pour supporter les charges lourdes et les désalignements :

Anneau extérieur : Comprend un chemin de roulement sphérique unique, continu et concave. Cela permet à l'ensemble interne de s'incliner ou de pivoter, offrant ainsi la fonction d'auto-alignement.
Bague intérieure : Comprend deux chemins de roulement séparés par une nervure centrale. Ces chemins de roulement guident et soutiennent les deux rangées de rouleaux. La conception de cette bague est cruciale pour déterminer la capacité de charge et les limites de vitesse du roulement.
Rouleaux sphériques : Ce sont les éléments roulants, généralement symétriques et en forme de tonneau. Ils sont disposés en deux rangées distinctes et offrent une grete zone de contact avec les chemins de roulement des bagues intérieure et extérieure, ce qui permet au roulement de bénéficier d'une capacité de charge exceptionnelle.
Cage : La fonction première de la cage est de maintenir le bon espacement entre les rouleaux et de les guider lors de la rotation. Il empêche également les rouleaux de tomber lors du montage et facilite une bonne répartition de la lubrification. Les cages sont généralement fabriquées en acier embouti, en laiton usiné ou en polyamide haute résistance, en fonction des exigences de vitesse, de vibration et de température de l'application.

En quoi ils diffèrent des autres types de roulements à rouleaux (par exemple, cylindriques, coniques).

Les SRB se différencient des autres types de roulements à rouleaux principalement par leur dessin géométrique et the resulting caractéristiques de performance :

Caractéristique	Roulement à rouleaux sphériques (SRB)	Roulement à rouleaux cylindriques (CRB)	Roulement à rouleaux coniques (TRB)
Forme du rouleau	Symétrique, en forme de tonneau	Droit, cylindrique	Conique (conique)
Circuits extérieurs	Simple, sphérique (concave)	Droit, cylindrique	Conique (conique)
Comp. de désalignement.	Élevé/Excellent (Auto-alignement)	Aucun/très limité	Limité
Capacité de charge radiale	Très élevé	Élevé	Élevé
Capacité de charge axiale	Modéré (bidirectionnel)	Aucun (nécessite un roulement de butée séparé)	Élevé (Uni-directional, typically)
Utilisation principale	Charge lourde, arbres mal alignés	Charge radiale pure, haute vitesse	Charges combinées, Haute rigidité

La fonction d'auto-alignement du SRB constitue la principale différence, lui permettant de fonctionner avec succès là où les CRB et les TRB seraient soumis à des contraintes internes élevées et échoueraient rapidement en raison d'un désalignement inévitable.

3. Types de roulements à rouleaux sphériques

Les roulements à rotule sur rouleaux sont classés en fonction de leur construction interne, en particulier le matériau de la cage et the nombre de rangées de rouleaux . Le type spécifique choisi pour une application dépend fortement des conditions de fonctionnement, notamment de la vitesse, de la température, des niveaux de vibration et des intervalles de maintenance requis.

Basé sur la conception de la cage

La cage est un composant essentiel qui affecte la vitesse admissible et la stabilité opérationnelle du roulement, en particulier en cas de vibrations élevées ou d’accélérations rapides.

Cage en laiton usiné (M/MB) :
- Avantages : Offre une solidité, une durabilité et une résistance à l'usure supérieures, ce qui les rend idéaux pour haute température les opérations, à haute vibration environnements et applications nécessitant une intégrité de roulement robuste. Ils présentent également une bonne résistance à certains produits chimiques.
- Inconvénients : Généralement plus chères et ont une masse rotative légèrement plus lourde que les autres cages.
Cage en acier (J/C) :
- Avantages : Rentable et largement disponible. Les cages en acier estampé sont légères et adaptées à la plupart des applications industrielles stetard et aux opérations à plus grete vitesse où les conditions de fonctionnement ne sont pas excessivement difficiles.
- Inconvénients : Moins résistant aux chocs et aux températures élevées que les cages en laiton.
Cage en polyamide ( P ) :
- Avantages : Extrêmement léger, ce qui entraîne une très faible inertie. Cela les rend excellents pour à grete vitesse applications où la friction et la génération de chaleur doivent être minimisées. Ils sont également résistants à la corrosion.
- Inconvénients : Limité by temperature (usually restricted to operations below 120 or 250 and can be susceptible to damage from certain aggressive lubricating agents or solvents.

Basé sur les rangées de rouleaux

Les SRB sont principalement conçus avec deux rangées, mais des variantes à une seule rangée existent à des fins spécialisées.

Roulements à rouleaux sphériques à une rangée (applications spécifiques moins courantes) :
- Bien que moins courantes que leurs homologues à double rangée, les conceptions à une rangée sont utilisées dans des applications spécifiques où la composante de charge axiale est minime ou où une conception plus compacte est requise.
- Ils offrent toujours un auto-alignement mais ont généralement une capacité de charge globale inférieure à celle de la conception à double rangée.
Roulements à rouleaux sphériques à double rangée (type le plus courant) :
- Il s’agit de la configuration standard et la plus utilisée.
- Les deux rangées de rouleaux augmentent considérablement la capacité de charge radiale et provide a balanced distribution of charge axiale dans les deux sens.
- Leur conception robuste constitue la base de leur utilisation dans les machines lourdes où les charges combinées et les problèmes d’alignement sont répandus.

Roulements à rouleaux sphériques scellés ou ouverts

La distinction entre les roulements étanches et ouverts tourne autour de la maintenance et de la protection de l'environnement.

Roulements à rouleaux sphériques ouverts :
- Avantages : Permet la relubrification (si nécessaire) et s'adapte généralement à des vitesses plus élevées en raison de moins de friction des joints. Ils sont indispensables dans les applications où le roulement doit être lubrifié par le système de lubrification centralisé de la machine (bain d’huile ou circulation d’huile).
- Inconvénients : Nécessite des éléments d'étanchéité externes dans le boîtier de la machine et est susceptible d'être contaminé par la poussière, l'eau ou les débris, ce qui peut réduire considérablement la durée de vie des roulements.
Roulements à rouleaux sphériques scellés :
- Avantages : Pré-lubrifié avec une quantité de graisse mesurée avec précision et équipés de joints avec ou sans contact. Cela protège les composants internes des contaminants et retient le lubrifiant, conduisant à une solution « à installer et à oublier » qui réduit les coûts et le temps de maintenance.
- Inconvénients : La température et la vitesse maximales de fonctionnement sont souvent inférieures à celles des types ouverts en raison de la chaleur générée par le frottement des joints. La relubrification est souvent difficile, voire impossible, une fois installée.

4. Avantages des roulements à rouleaux sphériques

Les roulements à rotule sur rouleaux (SRB) sont très appréciés dans l'ingénierie industrielle en raison de leur conception robuste, ce qui leur confère des performances nettement supérieures à de nombreux autres types de roulements, en particulier dans les environnements exigeants.

Compensation de désalignement

La capacité à gérer le désalignement est la caractéristique distinctive de la conception SRB.

Capacité à gérer le désalignement angulaire entre l’arbre et le boîtier : Les SRB sont intrinsèquement auto-alignement . Leur conception, comprenant deux rangées de rouleaux fonctionnant sur un seul chemin de roulement de bague extérieure sphérique, permet à l'ensemble bague intérieure et rouleau de pivoter librement. Cette fonctionnalité interne compense le désalignement angulaire statique ou dynamique. La capacité de désalignement typique varie de 1,5 degrés à 2,5 degrés, en fonction de la série de roulements spécifique et des conditions de charge.
Pourquoi c’est crucial dans les machines lourdes : Un alignement parfait est presque impossible à maintenir dans des équipements lourds et à grande échelle. Un désalignement peut provenir de :
- Erreurs d'installation (par exemple, arbres pas parfaitement parallèles).
- Déviation de l'arbre sous des charges extrêmes.
- Distorsion du boîtier de la machine ou du châssis de base en raison de surfaces inégales ou de dilatation thermique.
  Si un roulement non auto-alignant est soumis à un désalignement, les contraintes internes se concentrent sur les bords des rouleaux, entraînant une usure rapide et défaillance prématurée des roulements . Les SRB éliminent ces contraintes internes nocives, améliorant considérablement la durée de vie et la fiabilité.

Capacité de charge élevée

Les SRB sont conçus pour supporter certaines des charges les plus lourdes dans les applications industrielles.

Capable de supporter de lourdes charges radiales et axiales : Les SRB utilisent un grand nombre de rouleaux longs et symétriques, qui offrent une zone de contact efficace nettement plus grande entre les rouleaux et les chemins de roulement. Cela leur permet de résister charges radiales exceptionnellement élevées et moderate charges axiales bidirectionnelles .
Explication des charges nominales (dynamiques et statiques) :
- Capacité de charge dynamique : Cette note détermine la performance attendue du roulement durée de vie en fatigue sous des charges fluctuantes ou tournantes. Une dynamique élevée indique que le roulement peut supporter de lourdes charges pendant une longue période de service.
- Charge statique : Cette valeur nominale correspond à la charge maximale que le roulement peut supporter à l'arrêt avant qu'une déformation plastique permanente ne se produise sur les surfaces de roulement. Un indice statique élevé est crucial pour les applications impliquant des charges de choc ou des oscillations très lentes.

Durabilité et longue durée de vie

La nature robuste des SRB se traduit directement par une durée de vie opérationnelle prolongée.

Construction et matériaux robustes : Les SRB sont fabriqués à partir d'acier à roulements de haute qualité et de haute pureté, souvent amélioré par des processus de traitement thermique. La conception robuste de la cage et la grande section des rouleaux assurent la stabilité mécanique et la résistance aux fortes charges de choc et aux vibrations.
Facteurs affectant la durée de vie des roulements : Le calculé durée de vie est régie par la charge dynamique de base et la charge dynamique équivalente appliquée. Les facteurs opérationnels clés qui maximisent la durée de vie comprennent :
- Une bonne lubrification (type et quantité corrects).
- Étanchéité efficace (empêchant la pénétration des contaminants).
- Maintien des températures de fonctionnement dans les limites de conception.

Friction réduite

La conception optimisée a conduit à une efficacité opérationnelle améliorée.

Conception optimisée des rouleaux et des chemins de roulement : Les SRB modernes présentent des profils de rouleaux optimisés et des surfaces de guidage internes pour garantir que les rouleaux entrent et sortent efficacement de la zone de chargement et se déplacent en douceur. Cette optimisation minimise le frottement de glissement entre les extrémités des rouleaux et les nervures de la bague intérieure.
Avantages d’une friction moindre : La réduction du frottement entraîne plusieurs avantages opérationnels :
- Température de fonctionnement inférieure : Moins de génération de chaleur signifie que le lubrifiant dure plus longtemps et que le risque de dommages thermiques est réduit.
- Consommation d'énergie réduite : La machine nécessite moins d’énergie pour vaincre la résistance interne.
- Élevéer permissible speeds pour une charge donnée.

5. Applications des roulements à rouleaux sphériques

La combinaison unique d'une capacité de charge élevée et d'une capacité d'auto-alignement rend les roulements à rotule sur rouleaux (SRB) indispensables dans les secteurs industriels lourds où les machines fonctionnent sous des contraintes, des vibrations et un désalignement potentiel sévères.

Machinerie lourde

Les SRB sont le choix privilégié pour les machines qui doivent résister à un fonctionnement continu et à fort impact dans des environnements difficiles.

Exemples : matériel de chantier, engins miniers, engins agricoles :
- Machines minières : Largement utilisé dans concasseurs , grand tamis vibrants , et poulies de convoyeur . Ces applications impliquent des charges de choc extrêmes, une forte pollution par la poussière et des désalignements fréquents, autant de conditions dans lesquelles la résilience du SRB est essentielle.
- Matériel de chantier : Présent dans les principaux éléments rotatifs des poids lourds excavatrices et rouleaux compresseurs (compacteurs), garantissant une transmission de puissance fiable malgré les irrégularités du terrain et les forces dynamiques.
- Machines agricoles : Appliqué en lourd moissonneuses et tracteurs où les arbres sont souvent soumis à la contamination, à l'humidité et à des charges élevées dues à des conditions de terrain difficiles.

Boîtes de vitesses industrielles

Les SRB jouent un rôle crucial dans le maintien de l’intégrité et de l’efficacité des systèmes de transport d’électricité.

Arbres de support et engrenages dans les boîtes de vitesses : Les boîtes de vitesses des mélangeurs industriels, des extrudeuses et des lignes de production transmettent souvent un couple et une puissance massifs, ce qui entraîne de lourdes charges sur les supports d'arbre. Les SRB sont utilisés pour soutenir le intermédiaire et arbres de sortie , absorbant ces forces radiales importantes tout en gérant la légère déviation qui peut se produire à l'intérieur du carter d'engrenage.

Éoliennes

Dans le secteur des énergies renouvelables, les SRB sont essentiels à la fiabilité de la production d’énergie.

Roulements de l'arbre du rotor principal : Il s’agit de l’une des applications les plus exigeantes pour n’importe quel roulement. L'arbre principal d'une grande éolienne est soumis à d'immenses forces en constante évolution (poussée, couple et moments de flexion) du vent. Un grand roulement à rotule sur rouleaux à double rangée est généralement utilisé pour soutenir l'arbre du rotor principal, garantissant ainsi une fiabilité à long terme sous ces charges variables et de fatigue élevée.

Machines de coulée continue

Dans l'industrie de la production d'acier, les roulements doivent fonctionner dans des environnements à haute température, humides et contaminés.

Rouleaux de support dans la production d'acier : La coulée continue consiste à faire passer de l'acier en fusion ou semi-fondu à travers de longues lignes de rouleaux de support. Les SRB supportant ces rouleaux doivent fonctionner de manière fiable à des températures élevées tout en étant exposés à l'eau de refroidissement, au tartre et à la vapeur. Leur étanchéité robuste et leur capacité à supporter à la fois la charge et la dilatation thermique sont ici essentielles.

Industrie des pâtes et papiers

L'industrie s'appuie sur des machines lourdes et rapides qui nécessitent des solutions de roulements fiables.

Machines pour usines de papier : Les SRB sont couramment utilisés dans le section de presse humide et the section séchoir des machines à papier. La section séchoir, en particulier, nécessite des roulements capables de fonctionner de manière fiable à des températures et des vitesses extrêmement élevées, supportant des cylindres de séchage massifs.

6. Installation et entretien

Une installation appropriée et des protocoles de maintenance rigoureux sont essentiels pour maximiser la durée de vie et atteindre les normes de haute performance inhérentes aux roulements à rotule sur rouleaux. Les erreurs dans ces domaines sont la principale cause de défaillance prématurée des roulements.

Techniques d'installation appropriées

Un montage correct garantit que le roulement fonctionne comme prévu, sans contrainte interne ni dommage initial.

Préparation de l'arbre et du logement : Avant l'installation, le tourillon d'arbre et l'alésage du boîtier doivent être soigneusement nettoyé et checked for dimensional accuracy, straightness, and surface finish. Any burrs, nicks, or foreign particles can compromise the fit and lead to early wear.
Méthodes de montage (hydraulique, thermique, mécanique) : Les SRB nécessitent souvent un ajustement serré (un ajustement serré) sur l'arbre pour éviter le fluage. Les trois principales méthodes de montage sont :
- Montage hydraulique : La méthode préférée pour les gros roulements. L'injection d'huile est utilisée pour créer un film d'huile entre l'alésage et l'arbre, qui dilate temporairement l'alésage du roulement, lui permettant de glisser facilement en position.
- Montage thermique : Le roulement est chauffé (à l'aide de radiateurs à induction ou de bains d'huile) pour dilater sa bague intérieure, lui permettant ainsi d'être glissé sur l'arbre. Il faut veiller à ne pas dépasser les températures maximales recommandées pour éviter des dommages métallurgiques ou une déformation de la cage.
- Montage mécanique : Utilisé principalement pour les roulements plus petits, impliquant l'utilisation de manchons de montage, d'écrous et d'outils spécifiques pour enfoncer le roulement sur l'arbre ou dans le boîtier.
Importance d'un ajustement correct : Atteindre le bon jeu interne et ensuring the bearing is mounted with the proper ajustement serré sont primordiales. Un ajustement incorrect peut entraîner soit une charge excessive sur les éléments roulants (trop serré), soit un glissement/usure de l'arbre (trop lâche).

Lubrification

Lubrification separates the rolling elements and raceways, preventing metal-to-metal contact and minimizing friction and heat.

Choisir le bon lubrifiant (graisse ou huile) : Le choix dépend de l'environnement d'exploitation, de la vitesse et de la température :
- Graisse : Le plus courant. Un usage général graisse à base de lithium est standard, mais des graisses spécialisées (par exemple, polyurée, sulfonate de calcium) sont utilisées pour les applications à haute température, extrême pression ou à grande vitesse.
- Huile : Préféré pour les vitesses très élevées, les températures élevées ou dans les grandes machines où le roulement est intégré dans un système de circulation d'huile qui refroidit et filtre également l'huile.
Lubrification intervals and methods: Un programme de lubrification doit être établi en fonction de la température de fonctionnement, de la vitesse (RPM) et de la taille du roulement. Relubrification (ajout de lubrifiant frais) doit avoir lieu avant que le lubrifiant existant ne se dégrade. Pour la graisse, la pratique moderne consiste à calculer la quantité et l’intervalle de lubrification, souvent à l’aide de systèmes de lubrification automatiques.

Surveillance des conditions

Une surveillance systématique détecte les premiers signes de détresse, évitant ainsi une panne catastrophique et permettant une maintenance planifiée.

Analyse vibratoire : Un outil de diagnostic clé. Des modèles de vibrations excessifs ou changeants sont souvent le premier signe de défauts (par exemple, dommages au chemin de roulement, dommages aux rouleaux ou usure de la cage). En analysant le spectre de fréquences, le composant endommagé spécifique peut souvent être identifié.
Surveillance de la température : Des températures de fonctionnement élevées ou en augmentation rapide indiquent une friction excessive, généralement causée par une lubrification inappropriée, une surcharge ou un jeu interne incorrect. Les capteurs de température continus sont souvent utilisés dans les équipements critiques.
Analyse d'huile (le cas échéant) : Dans les systèmes lubrifiés à l’huile, l’analyse périodique de l’huile pour détecter les contaminants, la teneur en eau et les particules d’usure métalliques (ferrographie) fournit des informations sur la santé du roulement et l’état du lubrifiant.

Dépannage des problèmes courants

L'identification et la résolution rapide des problèmes évitent des dommages graves et des temps d'arrêt imprévus.

Défaillance prématurée des roulements : Souvent causé par mauvais montage (entraînant une surcharge), contamination (provoquant une fatigue/des piqûres de surface), ou lubrification insuffisante (entraînant usure et surchauffe).
Problèmes de bruit et de vibrations : Ceux-ci peuvent provenir de défauts mineurs, comme un petite entaille sur un chemin de roulement, faux Brinell (dommages causés par les vibrations à l'arrêt), ou simplement un problème avec le film lubrifiant .
Causes et solutions : Un dépannage efficace nécessite des données issues de la surveillance des conditions. Par exemple, si une chaleur élevée est détectée, la solution peut être aussi simple que d’ajouter du lubrifiant ; si une vibration excessive est détectée à une fréquence spécifique, la solution peut être de remplacer un roulement endommagé.

7. Sélection du bon roulement à rouleaux sphériques

La sélection du roulement à rotule sur rouleaux (SRB) approprié est un processus d'ingénierie critique qui influence directement la fiabilité, l'efficacité et la longévité de la machine. La sélection doit être basée sur une analyse approfondie de toutes les conditions opérationnelles et environnementales.

Exigences de charge

Le roulement doit être capable de supporter les forces combinées qu’il rencontrera sans subir de fatigue ou de déformation prématurée.

Détermination des charges radiales et axiales : La première étape consiste à calculer avec précision charge radiale (perpendiculaire à l'arbre) et le charge axiale (parallèle à l'arbre) agissant sur le roulement. Ces forces peuvent être constantes ou dynamiques (fluctuantes).
Calcul de la charge équivalente sur les roulements : Étant donné que les SRB gèrent généralement simultanément des charges radiales et axiales, une valeur unique appelée charge dynamique équivalente sur les roulements doit être déterminé. Cette valeur est utilisée conjointement avec la charge dynamique de base du roulement pour calculer la durée de vie théorique.

Exigences de vitesse

La vitesse influence à la fois les besoins en friction et en lubrification.

Compte tenu de la vitesse de fonctionnement et de son effet sur la durée de vie des roulements : La vitesse de rotation continue ( RPM ) dicte le niveau de friction, la température de fonctionnement et la méthode de lubrification nécessaire (graisse ou huile). Chaque roulement a un limitation de vitesse (basé sur les limites mécaniques) et un vitesse de référence (utilisé pour les calculs thermiques). Travailler à proximité de la vitesse limite nécessite des cages de haute précision et un refroidissement efficace.

Température de fonctionnement

La température est un facteur principal affectant la résistance des matériaux et l’intégrité du lubrifiant.

Sélection de roulements adaptés à la plage de températures de fonctionnement : Des températures élevées peuvent réduire la dureté et la capacité de charge de l'acier à roulement. Pour des opérations prolongées à haute température, les roulements peuvent nécessiter des stabilisation de la chaleur pour assurer la stabilité dimensionnelle. De plus, la température maximale de fonctionnement dicte souvent le choix du matériau de la cage (laiton ou acier plutôt que polyamide) et le type de lubrifiant utilisé.

Désalignement

Cette exigence dicte le choix du roulement à rotule sur rouleaux lui-même par rapport aux autres types de roulements.

Détermination du degré de désalignement auquel le roulement doit s'adapter : Même si les SRB s’auto-alignent, leur capacité est limitée. L'écart angulaire maximal attendu dû à la déflexion de l'arbre ou aux imperfections du boîtier doit être quantifié. Si la compensation requise dépasse la capacité du roulement, une refonte du système d’arbre ou de boîtier peut être nécessaire.

Taille et dimensions des roulements

La forme physique au sein de la machine est primordiale.

Sélection de la taille appropriée en fonction des dimensions de l'arbre et du boîtier : Le roulement diamètre intérieur doit correspondre à la taille de l'arbre et le diamètre extérieur et largeur doit s'adapter à l'alésage du boîtier. Les séries standardisées (par exemple 222, 232) définissent la taille et la capacité de charge par rapport à la dimension de l'alésage, permettant aux ingénieurs de choisir la série dimensionnelle appropriée pour l'espace disponible et la charge requise.

Matériau de la cage

Le choix du matériau de la cage affecte la fiabilité dans des conditions particulières.

La sélection finale de la cage ( laiton usiné, acier estampé ou polyamide ) est basé sur les exigences spécifiques en matière de vitesse, de stabilité de température et de résistance aux vibrations ou aux chocs à haute fréquence, comme détaillé dans la section 3. Laiton usiné est souvent préféré pour les applications importantes et critiques soumises à des vibrations sévères, tandis que polyamide excelle dans les environnements à haute vitesse et à basse température.

8. Innovations dans la technologie des roulements à rouleaux sphériques

Le marché des roulements à rotule sur rouleaux (SRB) évolue continuellement, stimulé par la demande d'une efficacité énergétique plus élevée, d'une durée de vie prolongée et d'une surveillance plus intelligente des machines dans des environnements industriels de plus en plus difficiles. Les fabricants sur mesure sont à l’avant-garde de ces innovations.

Matériaux avancés

Les progrès de la science des matériaux repoussent les limites des performances des roulements, en particulier dans les applications soumises à des contraintes et des températures élevées.

Aciers de haute pureté : Les fabricants utilisent désormais des aciers plus propres et plus purs pour les bagues et les rouleaux de roulements. La teneur réduite en inclusions minimise les défauts, augmentant considérablement la durée de vie du matériau en fatigue et rendant les roulements plus résistants aux défaillances d'origine superficielle.
Traitements de surface et revêtements spéciaux : Des revêtements, tels que de l'oxyde noir ou un chromage dense, sont appliqués sur les surfaces d'appui. Ces traitements offrent une résistance améliorée à la corrosion, à l’usure par glissement et aux effets de la dégradation des lubrifiants à haute température, courants dans les boîtes d’engrenages d’éoliennes et les rouleaux de coulée continue.
Composants en céramique : Bien qu'ils ne soient pas entièrement en céramique, les roulements hybrides dotés de billes ou de rouleaux en nitrure de silicium sont parfois utilisés dans des applications à vitesse extrêmement élevée ou lorsqu'une isolation électrique est requise, car ils offrent une densité plus faible et une stabilité thermique supérieure.

Solutions d'étanchéité améliorées

Les joints sont essentiels pour empêcher les contaminants d’entrer et le lubrifiant d’entrer, ce qui a un impact direct sur la durée de vie du roulement, en particulier dans les environnements poussiéreux ou humides.

Joints de contact à faible friction : Les SRB scellés modernes sont dotés de joints de contact redessinés qui minimisent la friction et la génération de chaleur qui en résulte, leur permettant de fonctionner à des vitesses plus élevées que les anciennes conceptions scellées.
Joints multi-lèvres intégrés : Ces joints sont conçus avec plusieurs lèvres et chemins en labyrinthe pour fournir une exclusion supérieure de la poussière fine et de l'humidité, ce qui rend le SRB scellé une option viable et sans entretien pour les applications nécessitant auparavant des roulements ouverts avec des joints externes.
Rainures de rétention avancées : La conception de la rainure de rétention du joint à l'intérieur de la bague extérieure est optimisée pour garantir que le joint reste bien en place même en cas de vibrations et de variations de température élevées.

Capteurs intégrés

L’intégration de technologies intelligentes transforme la maintenance des roulements de réactive à prédictive.

Surveillance d'état intégrée : Certains SRB avancés sont désormais disponibles avec micro-capteurs capable de mesurer en continu des paramètres opérationnels clés, tels que température et vibrationss .
Transmission de données : Ces données en temps réel peuvent être transmises sans fil ou par câble au système de supervision d’une machine. Cela permet aux opérateurs de détecter immédiatement l'apparition d'un défaut, planifier la maintenance de manière proactive et évitez les temps d'arrêt catastrophiques de la machine.
Gestion intelligente de la lubrification : Des capteurs peuvent également être utilisés pour surveiller la qualité et la quantité du lubrifiant, signalant le moment exact de la relubrification, optimisant ainsi les intervalles de maintenance et réduisant le gaspillage de lubrifiant.

Conclusion

Récapitulatif des principaux avantages et applications des roulements à rotule sur rouleaux.

Les roulements à rotule sur rouleaux (SRB) se distinguent comme des bêtes de somme performantes de machines industrielles. Leur capacité à gérer charges radiales et axiales exceptionnellement lourdes simultanément, couplé à leur unique auto-alignement capability (compensant le désalignement de l'arbre), les rend essentiels pour un fonctionnement fiable dans les applications difficiles. Ce sont des composants essentiels dans des secteurs allant de exploitation minière, construction, and pulp & paper to énergie éolienne et heavy boîtes de vitesses industrielles .

L'accent est mis sur l'importance d'une sélection, d'une installation et d'un entretien appropriés.

L’atteinte de la durée de vie et des performances attendues d’un roulement à rotule sur rouleaux dépend non seulement de sa conception de qualité, mais également de pratiques d’ingénierie assidues. Sélection appropriée une analyse précise de la charge, de la vitesse et de la température est primordiale. Ceci doit être suivi de techniques d'installation correctes - en particulier en atteignant le bon ajustement et l'alignement - et discipliné entretien continu , notamment à travers lubrification optimale et surveillance proactive de l'état . Le respect de ces étapes garantit que le roulement délivre tout son potentiel, garantissant ainsi la disponibilité et l'efficacité opérationnelle de la machine.