Coussinet ou palier : Quelle est la meilleure solution pour votre application ?

Notre monde est fortement tributaire de divers types de machines comportant des pièces mobiles, qui s'arrêteraient toutes sans les bagues et les roulements. La fonction première des bagues et des roulements est de réduire le frottement créé par l'interaction de deux éléments mobiles, ce qui réduit l'énergie nécessaire pour les mettre en mouvement et limite l'usure des éléments.

Table des matières

• À quoi servent les bagues et les roulements ?
• Qu'est-ce qu'une bague ?
• Types de bagues
• Considérations relatives à la sélection des bagues
• Entretien des bagues
• Applications des bagues
• Qu'est-ce qu'un roulement ?
• Principaux types de roulements
• Critères de sélection des roulements
• Entretien des roulements
• Applications des roulements
• Douille ou roulement
• Choix entre roulements et bagues
• FAQ

À quoi servent les bagues et les roulements ?

Les coussinets et les roulements offrent tous deux des solutions pour réduire le frottement et limiter l'usure des composants, mais chacun d'entre eux est mieux adapté à des conditions de fonctionnement et d'environnement différentes. Pour choisir la bonne solution, il faut comprendre la différence entre les deux, leurs avantages et leurs inconvénients, ainsi que les applications typiques pour lesquelles elles sont utilisées.

Des roulements de différents types sont utilisés pour réduire les frottements et supporter les contraintes de plusieurs types de charges. La figure 2 présente les différents types de chargement :

• A : Chargement radial pour les mouvements rotatifs

• B : Charge axiale pour les mouvements de glissement

• C : Une combinaison de mouvements de glissement et de rotation

• D : Moments d'impact (charge de choc)

D'un point de vue technique, la bague est une classification au sein de la classe globale des roulements. Il se définit par sa conception à un seul composant, contrairement à d'autres types de roulements à deux ou plusieurs composants. Une bague est constituée de plusieurs matériaux différents combinés pour former un seul ensemble porteur. Ils sont souvent utilisés avec des charges plus lourdes à des vitesses plus lentes et peuvent supporter des transferts de charge et des chocs importants.

En revanche, les roulements sont des pièces mécaniques de précision à composants multiples qui permettent aux arbres rotatifs des machines de se déplacer à des vitesses extrêmement élevées, en réduisant le frottement entre les pièces mobiles et en gérant les contraintes de charge radiale. Bien que la fonction première des roulements soit de supporter des charges radiales, certains sont également conçus pour supporter des charges axiales et des chocs.

Qu'est-ce qu'une bague ?

Une bague est un composant cylindrique conçu pour supporter une charge sur un arbre qui fonctionne avec un mouvement de glissement entre les surfaces mobiles. Une bague est un élément unique, bien qu'elle puisse être composée de plusieurs matériaux différents.

Également appelés paliers lisses, les coussinets coulissent sur des tiges ou des arbres pour assurer un mouvement à très faible frottement, ce qui permet d'absorber les chocs et de minimiser la consommation d'énergie, le bruit et l'usure.

Types de bagues

Les deux principaux types de bagues sont les bagues à douille et les bagues à collerette. Lorsqu'ils sont conçus avec des brides, ils peuvent supporter des charges combinées. Les bagues peuvent être filetées à l'intérieur ou à l'extérieur pour s'adapter à diverses conditions d'assemblage.

Outre les différents types, des bagues de différentes compositions matérielles sont également disponibles. La composition du matériau d'une bague l'aide à résister à diverses conditions dans un environnement opérationnel, telles que la corrosion, les températures élevées, la haute pression et les chocs.

Bagues en bronze et en métal

Les bagues en bronze sont généralement fabriquées à partir d'un matériau en bronze coulé en continu afin de garantir une structure uniforme. Il s'agit de bagues à usage général qui présentent d'excellentes capacités de charge et de protection contre l'usure, tout en étant capables de résister à des niveaux élevés de chaleur (températures allant jusqu'à 450°F). Les bagues métalliques peuvent également être fabriquées à partir de divers métaux ou alliages afin d'améliorer leurs capacités, notamment l'acier ou l'acier inoxydable, le laiton, l'aluminium et le cuivre.

Bagues en plastique

Les bagues en plastique solide sont très appréciées pour leur légèreté et leur résistance à la corrosion. Les plastiques modernes permettent de surmonter les problèmes antérieurs, tels que la sensibilité à la chaleur, le ramollissement, l'usure ou la réduction de la durée de vie à des températures élevées. Ils constituent un bon choix pour les environnements humides ou mouillés, tels que les tours de séchoir dans les installations de séchage du bois, où l'eau agit comme un lubrifiant pour la bague. Bien que très répandu, le plastique n'est pas le matériau recommandé pour les bagues soumises à de lourdes charges. Il a tendance à se fissurer sous l'effet d'une charge élevée, et les défauts d'alignement sont fréquents si la fabrication ou l'assemblage n'est pas précis, en particulier avec les bagues vendues dans le commerce. Lorsque le plastique est spécifié, le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est le matériau plastique technique de choix.

Considérations relatives à la sélection des bagues

Lors du choix d'une bague pour une application particulière, il faut tenir compte de l'accumulation de chaleur due au frottement. Les principaux facteurs influençant la chaleur sont la vitesse de surface (V) et la pression unitaire (P). Pour déterminer si la bague est adaptée à une application, la sécurité consiste à s'assurer que la valeur PV calculée pour l'application est inférieure à la valeur PV limite du fabricant.

Utilisez les formules suivantes pour sélectionner une bague pour votre application :

1. Calculez la valeur de PV de votre application par PV = P ✕ V
2. Déterminer la vitesse de la surface (V) à partir de :

V = 0,262 × rpm × D

• rpm : tours de l'arbre / minute
• D : diamètre de la tige (en pouces).

3. Pression unitaire, P = Charge totale (lbs)/Surface de contact (in²)

Surface de contact = D x L

• L : Longueur de la douille

Les valeurs calculées correspondent aux capacités spécifiées de chaque douille fabriquée, qui peuvent être utilisées pour sélectionner la douille la mieux adaptée à l'application.

Entretien des bagues

L'entretien et l'inspection, qui comprennent l'étude des conditions de fonctionnement pour détecter toute anomalie, telle que des changements de bruit, de vibration et de température, sont essentiels pour prévenir les défaillances des bagues. L'écaillage, les rayures, les fissures, la corrosion et l'usure anormale doivent être traités immédiatement.

Les bagues ont tendance à être autolubrifiantes et sont idéales pour les opérations nécessitant peu ou pas d'entretien. L'autolubrification est également possible grâce à un motif uniforme d'empreintes sur la surface de la bague, qui agissent comme des réservoirs de graisse. De nombreuses bagues en nylon fonctionnent sans lubrifiant, ce qui en fait un choix solide pour les applications plus sèches de l'industrie alimentaire et textile.

Applications des bagues

Les bagues sont le composant le plus important des transformateurs de puissance, car elles permettent un mouvement relatif par glissement plutôt que par roulement. Les systèmes de suspension des véhicules comptent parmi les applications les plus courantes des bagues. Les bagues en caoutchouc sont utilisées dans l'ensemble de la suspension d'un véhicule afin d'assurer un équilibre entre une bonne conduite et une durabilité raisonnable. En revanche, les bagues rotatives sont courantes dans les opérations liées aux machines qui nécessitent des pièces usinées avec précision. Les bagues à douille permettent de contrôler le frottement et l'usure dans les applications soumises à des charges dynamiques. Dans les installations de séchage du bois, les roues des séchoirs à bois sont munies de bagues en plastique.

Qu'est-ce qu'un roulement ?

La plupart des roulements sont utilisés pour soutenir des arbres rotatifs dans des machines, permettant un mouvement relatif entre les composants des machines tout en assurant un certain type de localisation entre eux. La forme de roulement utilisée dépend de la nature du mouvement relatif et du type de contraintes qui lui sont appliquées.

La majorité des roulements se distinguent des coussinets par la multiplicité de leurs composants, qui comprennent une cage destinée à contenir les éléments roulants (billes ou rouleaux), les éléments roulants et une bague intérieure (adjacente à l'arbre) et extérieure (en contact avec l'alésage) sur laquelle les éléments roulants interagissent.

Les roulements sont un élément essentiel car le contact métal sur métal est abrasif, ce qui entraîne une dégradation du matériau et crée une force de résistance sous forme de frottement. Les roulements permettent aux deux surfaces en interaction de rouler, de glisser ou de glisser l'une sur l'autre au lieu de se frotter l'une contre l'autre en transférant le poids de la charge sur les éléments roulants, ce qui permet au dispositif de tourner.

Principaux types de roulements

Les roulements peuvent être divisés en deux catégories générales :

• Roulements du journal : La charge agit perpendiculairement à l'axe.
• Roulements de butée: La charge agit parallèlement à l'axe.

Dans les deux catégories, il existe différents types de roulements qui ont la même structure de base et le même objectif. La principale différence réside dans le type de charge qu'ils manipulent et dans le type d'élément roulant utilisé. Voici de brefs exemples de chaque type :

Roulements à billes

L'élément roulant des roulements à b illes est constitué par des billes parfaitement sphériques placées entre les chemins de roulement pour maintenir la séparation entre les chemins de roulement. Les roulements à billes peuvent tourner dans toutes les directions grâce à leur forme sphérique, ce qui leur permet de supporter des charges combinées (radiales et axiales). Ils minimisent le frottement de rotation, mais ils comportent des zones de contact limitées. Ils conviennent mieux aux applications légères à moyennes qu'aux charges lourdes ou aux chocs.

Roulements à rouleaux droits

Également connus sous le nom de roulements cylindriques, les roulements à rouleaux droits sont montés sur des chemins de roulement cylindriques, ce qui leur confère un faible coefficient de frottement et les rend aptes à être utilisés à grande vitesse et à des cadences élevées. En raison des zones de contact plus larges, les rouleaux peuvent supporter des charges radiales plus lourdes, comme celles des bandes transporteuses, mais ne sont pas le meilleur choix pour les charges combinées.

Roulements à rouleaux coniques

Les roulements à rouleaux coniques ont des bagues et des rouleaux qui sont coniques et qui ont la forme d'un cône tronqué. Cette forme leur permet de surmonter les limites des roulements à rouleaux droits et de supporter des charges combinées tout en supportant des charges plus lourdes que les roulements à billes. L'angle de l'axe entre le rouleau et le roulement détermine sa capacité de charge, permettant une charge axiale plus importante à mesure que l'angle augmente.

Critères de sélection des roulements

Les roulements sont généralement mieux adaptés au soutien des roues ayant des vitesses plus élevées et des charges plus légères. Lors du choix d'un roulement, il convient de tenir compte des points suivants :

1. Les conditions de charge appliquées au roulement permettent de déterminer le type de roulement à utiliser.
2. Il est essentiel de déterminer l'espace disponible pour le roulement afin de choisir le bon roulement pour votre application.
3. Il est essentiel de connaître la charge supportée par la roue et de l'associer à un roulement conçu pour supporter cette charge.

Entretien des roulements

La détection d'anomalies telles que le bruit, les vibrations et les changements de température est essentielle pour prévenir les défaillances des roulements. L'écaillage, les rayures, les fissures, la corrosion et l'usure anormale nécessitent une attention immédiate. Certains roulements nécessitent également une lubrification régulière pour fonctionner correctement ou maintenir leur durée de vie.

Applications des roulements

• Les roulements à billes et à rouleaux impliquent un contact roulant entre des composants qui interagissent entre eux dans une machine.
• Les véhicules sont les principaux domaines où les roulements sont utilisés, notamment les roues, le mécanisme de direction, la transmission et les composants de la suspension.
• Les roulements trouvent également de nombreuses applications dans les avions, les pompes, les turbines électriques, les machines-outils et les appareils électroménagers, pour n'en citer que quelques-unes. Leur objectif principal est de fournir des applications à haute vitesse, à haute précision et à faible charge.

Douille ou roulement

Différents facteurs déterminent si les bagues ou les roulements sont le bon choix pour votre application spécifique. Chacune d'entre elles présente des avantages et des inconvénients qui doivent être pris en compte dans le processus de sélection.

Douille

Avantages

• Bien que la bague soit techniquement une catégorie de roulement, il s'agit d'un composant unique conçu pour supporter un arbre. Il fonctionne avec un mouvement de glissement entre les surfaces mobiles, ce qui permet d'obtenir un mouvement à très faible frottement qui minimise la consommation d'énergie, le bruit et l'usure des pièces.
• En tant que composant unique, les bagues présentent un avantage par rapport aux roulements dans le processus d'assemblage et tendent à coûter moins cher.
• Ils sont généralement autolubrifiants et leur fonctionnement est plus silencieux que celui de la plupart des roulements.

Disadvantages

• Les bagues doivent surmonter des forces de frottement statiques avant de se déplacer, connues sous le nom d'adhérence et de glissement, en particulier lorsque le système de mouvement linéaire est usé ou mal aligné, ce qui entraîne un mouvement saccadé et irrégulier de la bague.
• Les bagues, en particulier celles qui sont bon marché, ont tendance à avoir des tolérances plus larges pour un ajustement moins précis sur les tiges lisses.

Roulements

Avantages

• Le mouvement fourni par les roulements est généralement plus doux que celui des bagues, car il surmonte le frottement statique en roulant plutôt qu'en glissant.
• Ils ont tendance à être construits avec plus de précision et des tolérances plus serrées pour un meilleur ajustement que les bagues, ce qui réduit les défauts d'ajustement et le jeu.
• Les roulements présentent également un avantage significatif par rapport aux bagues dans un environnement à grande vitesse.

Disadvantages

• Le coût élevé (environ six à dix fois) par rapport au coût des bagues.
• Nécessite un entretien important, incluant souvent la lubrification
• Fonctionnement bruyant
• Un roulement mal ajusté ou endommagé peut endommager d'autres composants s'ils se brisent.

Choix entre roulements et bagues

Les facteurs à prendre en compte pour décider s'il convient d'opter pour des bagues ou des roulements sont les suivants, par ordre de priorité :

• Vitesse et chargement : Les roues porteront-elles des charges plus lourdes à des vitesses plus lentes ou des charges plus légères à des vitesses plus élevées ? Dans les cas où la vitesse élevée est un facteur, les roulements constituent une meilleure solution, tandis que les bagues répondent bien aux applications à faible vitesse et à forte charge.
• Douceur de fonctionnement : En raison des problèmes de "collage et de glissement" fréquents avec les bagues, les roulements sont le meilleur choix pour un fonctionnement plus souple.
• Entretien/Lubrification : Les applications sans entretien avec autolubrification, en particulier dans les industries alimentaires et textiles plus sèches, tendent à favoriser les bagues.
• Bruit de fonctionnement : Lorsqu'un fonctionnement silencieux est essentiel, les bagues sont généralement plus silencieuses que les roulements.
• Budget : Les bagues coûtent en général six à dix fois moins cher que les roulements.

Le choix entre les roulements et les bagues doit tenir compte de l'application spécifique, de son environnement de fonctionnement et des diverses conditions et limitations de fonctionnement qui lui sont appliquées. Comprendre les avantages et les inconvénients de chaque type permet de déterminer quelle est la meilleure solution.

FAQ

Qu'est-ce qu'un roulement autolubrifiant ?

Les roulements autolubrifiants sont un type particulier de roulements dont le lubrifiant, liquide (huile) ou solide (graphite), est imprégné dans la couche de glissement du roulement. Le lubrifiant est acheminé à travers les pores de la couche de glissement pendant le fonctionnement, ce qui permet de lubrifier la surface du roulement.

Pourquoi utiliser des bagues en bronze ?

Le bronze existe dans différents alliages et compositions. Ces bagues sont dures et solides, ont une durée de vie plus longue et résistent mieux aux chocs, à l'usure et à la corrosion.

Quelles sont les performances comparées des paliers lisses (bagues) et des roulements à billes ?

Les avantages des paliers lisses sont un coût plus faible, moins de maintenance, un bruit réduit à faible vitesse et une installation plus facile là où la charge est plus élevée et la vitesse plus faible. En revanche, les avantages des roulements à billes sont un fonctionnement plus souple et une capacité accrue à supporter des charges plus élevées.

Quels sont les facteurs à prendre en compte lors du choix d'un roulement ?

Les charges, les vitesses, l'orientation et l'espace dans les conditions de fonctionnement et l'environnement de l'application sont les principaux facteurs à prendre en compte lors du choix d'un roulement. Les autres facteurs comprennent la souplesse, le niveau sonore, le coût et les exigences en matière d'entretien.