Roulements à rouleaux coniques : Un guide complet

Roulements à rouleaux coniques

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Figure 1 : Ensemble de roulements à rouleaux coniques

Les roulements à rouleaux coniques concentrent les charges combinées sur un axe de rotation central. Ils permettent l'action simultanée des charges radiales et axiales sur le montage du roulement. La capacité de charge axiale d'un roulement à rouleaux coniques augmente à mesure que les angles de contact des chemins de roulement augmentent. Leur forme conique permet de réduire la contrainte globale sur les pièces d'interface. Les roulements à rouleaux coniques sont utilisés sur les arbres de moteurs, les essieux, les hélices et d'innombrables autres applications.

Table des matières

Composants des roulements à rouleaux coniques

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Un roulement à rouleaux coniques se compose d'une bague intérieure et d'une bague extérieure qui abritent les éléments roulants. Les rouleaux se terminent par des formes coniques. Les chemins de roulement correspondants avec lesquels les galets sont en interface sont inclinés pour s'adapter à leur forme conique. Les galets eux-mêmes sont maintenus ensemble dans une cage (ou dispositif de retenue) qui s'adapte aux bagues intérieure et extérieure. La figure 2 montre les principaux composants qui maintiennent les rouleaux ensemble.

Vue éclatée d'un roulement à rouleaux coniques. De gauche à droite : le chemin de roulement intérieur, les éléments roulants, la cage et le chemin de roulement extérieur.

Figure 2 : Vue éclatée d'un roulement à rouleaux coniques. De gauche à droite : Chemin de roulement interne, éléments roulants, cage et chemin de roulement externe.

Quels types de charges les roulements à rouleaux coniques peuvent-ils supporter ?

La forme angulaire et conique des roulements à rouleaux coniques minimise les contraintes causées par une combinaison de charges radiales et axiales. Lescharges radiales et axiales se combinent souvent pour créer des charges différentes sur un ensemble de roulements. La capacité à gérer des charges angulaires et des charges angulaires changeantes - rend les roulements à rouleaux coniques indispensables à diverses conceptions techniques et industries. La forme conique concentre essentiellement les charges radiales et axiales en une charge unifiée qui est plus facilement exploitable. Les charges angulaires qui peuvent être exploitées dépendent de l'angle précis du roulement conique. Ils peuvent exploiter une gamme complète de forces en configurant deux ou même plusieurs roulements coniques.

La raideur de la pente du roulement à rouleaux augmente la poussée/charge axiale qu'il peut supporter, tandis qu'un angle peu prononcé augmente la capacité de charge radiale. Lorsque la charge radiale augmente, le roulement subit davantage de contraintes contre les côtés des chemins de roulement. Un angle plus faible minimise les contraintes, réduisant ainsi la pression sur les rouleaux. L'augmentation de la charge axiale contribue à la contrainte appliquée au sommet des rouleaux. Un angle plus prononcé répartira la pression davantage vers le centre du roulement et moins sur les rouleaux eux-mêmes.

Roulements coniques à une rangée, à butée ou à rangées multiples

En fonction du type et de l'angle des charges qui vont interagir avec le roulement à rouleaux coniques, vous devrez trouver le roulement conique avec un angle approprié. Pour les charges multiples, il existe plusieurs types d'options d'assemblage à rangées multiples.

Un roulement conique à deux rangées (à gauche), un palier de butée (au milieu) et un roulement conique à une rangée.Un roulement conique à deux rangées (à gauche), un roulement de butée (au milieu) et un roulement conique à une rangée.Un roulement conique à deux rangées (à gauche), un roulement de butée (au milieu) et un roulement conique à une rangée.

Figure 3 : Un roulement conique à deux rangées (à gauche), une butée (au milieu) et un roulement conique à une rangée.

Roulement à rouleaux coniques à une rangée

Un roulement conique à une rangée est généralement adéquat pour les applications les plus simples (par exemple, les forces angulaires sur un point fixe et avec seulement une légère fluctuation). Pour trouver le bon roulement, vous devez déterminer si l'utilisation finale du roulement conique entraînera des charges radiales ou axiales plus importantes. Il existe des roulements à rouleaux coniques uniquement axiaux, appelés butées coniques, qui ressemblent à des anneaux ou des disques plats où les rouleaux sont perpendiculaires à l'axe de l'alésage du roulement. Lorsque plusieurs roulements sont nécessaires, il peut être avantageux d'utiliser deux ou plusieurs roulements coniques à une rangée plutôt que des roulements à plusieurs rangées dans un seul logement. Par exemple, si un roulement doit être entretenu, ajusté ou remplacé séparément de l'autre. Un autre cas est celui où il est nécessaire de faire preuve de souplesse dans la conception et d'ajouter ou de soustraire des roulements coniques à une rangée, ce qui est impossible avec un roulement conique à plusieurs rangées.

Les roulements coniques à plusieurs rangées sont intrinsèquement plus sûrs car ils fonctionnent dans le même logement. Ce boîtier est plus proéminent et offre une plus grande surface de connexion avec l'équipement avec lequel il s'interface, offrant ainsi une plus grande stabilité et une plus grande longévité.

Roulements à rouleaux coniques à plusieurs rangées

Si un roulement à rouleaux coniques doit supporter différents angles de poussée axiale, on peut intégrer plusieurs rangées de rouleaux (le plus souvent deux ou quatre) dans une seule unité. Ces rangées de rouleaux peuvent être soit adjacentes les unes aux autres, soit espacées. Ces roulements sont identifiés selon la façon dont les multiples rangées sont orientées les unes par rapport aux autres et comprennent :

  • Tandem : Les rangées de rouleaux adjacentes sont orientées dans la même direction de charge dans le même roulement.
  • Double-cup : Les apex (ou "points de fuite") sur lesquels se concentrent les deux galets adjacents sont orientés vers l'intérieur, l'un vers l'autre, à l'intérieur d'un seul chemin de roulement extérieur à double rainure.
  • Double cône :les rouleaux sont placés côte à côte de façon à ce que le "sommet" de chacun d'eux soit orienté vers l'extérieur et éloigné de l'autre.
  • Assemblage de l'entretoise : Toute paire de roulements à une rangée séparés par des entretoises ou une cage plus large dans un même ensemble. Les roulements à une rangée peuvent être orientés de la même manière que les montages tandem, double-cup ou double-cône, selon les mêmes principes - la différence essentielle est qu'ils sont éloignés et non pas côte à côte. La figure 4 en donne un exemple.
Roulements à rouleaux coniques avec entretoise

Figure 4 : Roulements à rouleaux coniques avec entretoise

Critères de sélection

Les roulements à rouleaux coniques sont la solution la plus courante lorsqu'il s'agit d'interagir avec des forces combinées, en particulier des forces changeantes.

  • Forces non combinées : Les roulements à billes et d'autres solutions plus simples présentent globalement moins de frottement et sont probablement suffisants pour les utilisations non spécialisées qui ne nécessitent pas de forces combinées ou un contact de surface élevé.
  • Forces combinées : Une combinaison de charges axiales et radiales nécessite presque toujours un roulement à rouleaux coniques.
  • Détermination de la capacité de charge : L'angle de contact détermine la capacité de charge. Il est donc essentiel de déterminer les angles de charge qu'un roulement peut supporter. Pour les applications lourdes, les roulements coniques à plusieurs rangées sont nécessaires pour les charges combinées. Avec des forces plus légères, un seul suffit souvent.
  • Détermination des angles de contact : L'angle de contact entre un composant et le roulement déterminera l'angle du chemin de roulement de la bague extérieure. Des angles de contact plus importants se traduisent par des capacités de charge axiale plus élevées et vice versa. Lorsque vous choisissez le roulement conique adapté à vos besoins, vous verrez que cet angle est souvent exprimé par le coefficient "e" ; des valeurs plus élevées indiquent à la fois des angles de contact et une capacité de charge axiale plus importants.

Angles de contact peu profonds, modérés et aigus

En général, un angle de 10° à 19° est très courant pour les applications à forte charge radiale. Pour tout ce qui est inférieur à 10°, vous devez vous demander si vous avez besoin d'un roulement à rouleaux de butée complète et examiner si la force radiale est importante ou non. Lorsque les charges axiales augmentent (et que les charges radiales diminuent), 20° et 24° constituent un bon équilibre. Cet angle est suffisamment faible pour que les charges radiales n'exercent pas de pression extrême sur les roulements, mais suffisamment prononcé pour que les charges axiales soient mieux gérées. Pour les charges axiales importantes, des angles compris entre 25° et 29° sont nécessaires. C'est à ce moment-là que les charges radiales créent davantage d'usure et réduisent la durée de vie du composant. Néanmoins, il est plus qu'adéquat pour gérer un mélange élevé de charges combinées radiales et axiales simultanément.

Les roulements à billes à contact oblique peuvent être aussi efficaces les uns que les autres pour traiter différentes charges. Lisez notre guide technique sur les roulements à billes à contact oblique pour en savoir plus.

Utilisations courantes des roulements à rouleaux coniques

Un roulement à rouleaux coniques est approprié lorsqu'un roulement doit supporter des charges combinées. L'une des utilisations les plus courantes consiste à maintenir l'équilibre axial, obtenu grâce à plusieurs roulements à rouleaux coniques le long d'un axe ou d'un arbre. Les roulements coniques répartissent uniformément les charges lorsqu'ils sont correctement alignés, ce qui minimise l'usure des composants. Grâce à leur plus grande surface, les roulements à rouleaux coniques peuvent répartir plus efficacement le frottement et la chaleur des charges combinées que les rouleaux non coniques (qui sont plus efficaces que les roulements coniques uniquement pour les forces non combinées les plus simples). Cette réduction du frottement augmente la vitesse de rotation des pièces d'interface et rend les roulements à rouleaux coniques idéaux pour une utilisation dans.. :

  • Engins
  • Moteurs
  • Boîtes de vitesses (en particulier celles à engrenages hélicoïdaux)
  • Roues et essieux
  • Turbines et hélices

Cet équipement doit combiner de nombreux angles différents et les utiliser pour entraîner des moteurs, des arbres de transmission et d'autres composants rotatifs.

Prolonger les cycles de vie des équipements grâce aux roulements à rouleaux coniques

Dans les applications à grande vitesse, les roulements standard se détériorent beaucoup plus rapidement et endommagent les composants avec lesquels ils sont en interface. Par rapport à leurs homologues non coniques, les rouleaux coniques combinent un frottement moindre et un contact de surface élevé avec des pièces à rotation extrêmement rapide. Le résultat est un transfert très efficace des forces combinées et des forces de déplacement sur un seul axe de rotation. Cette efficacité se traduit par des vibrations beaucoup moins importantes, ce qui évite d'endommager les instruments délicats dans toute la machine et réduit la nécessité d'amortir les forces extérieures.

Les avantages et les inconvénients des roulements à rouleaux coniques

Les avantages des roulements à rouleaux coniques

  • Haute fiabilité : Les roulements à rouleaux coniques sont très fiables lorsqu'ils sont utilisés correctement. Les automobiles peuvent parcourir des centaines de milliers de kilomètres sans connaître de défaillance des roulements coniques et ne nécessitent que peu ou pas d'entretien.
  • Charges combinées et variées : Grâce à leur géométrie, les roulements à rouleaux coniques présentent de nets avantages par rapport aux roulements à rouleaux sphériques, cylindriques et à aiguilles lorsqu'il s'agit de traiter des charges combinées et variées.
  • Capacité de charge : Les roulements coniques peuvent supporter une charge purement axiale et radiale.
  • Charge minimale requise : Les rouleaux sont très peu susceptibles de glisser ou de " déraper " lorsqu'ils sont chargés ou déchargés ; d'autres roulements à rouleaux ont des exigences de charge minimales - une quantité constante de pression qui doit être maintenue - pour empêcher les rouleaux de glisser dans leurs chemins de roulement.

Les inconvénients des roulements à rouleaux coniques

  • Vitesse : Parce que les rouleaux maintiennent une surface de contact élevée - un avantage à certains égards (comme la répartition uniforme des charges) - ils n'atteignent pas le potentiel de vitesse des roulements sphériques, qui ont moins de friction interne et génèrent moins de chaleur.
  • La chaleur : Par rapport aux rouleaux non coniques, les rouleaux coniques génèrent moins de chaleur car il y a moins de matériau, et la cage de roulement avec les rouleaux est moins encombrante.
  • Désalignement dynamique : Les roulements sphériques tolèrent mieux le désalignement dynamique que les roulements coniques, car ils ont été conçus pour des angles particuliers et réagissent mal aux gradients hors de leur objectif de conception. Les roulements sphériques peuvent supporter des déplacements temporaires sans trop de contraintes sur l'unité, car les billes flottent indépendamment dans leur cage de retenue. Avec les rouleaux coniques, toute pression exercée sur l'un d'entre eux se répartit minutieusement sur l'ensemble de l'assemblage.

FAQ - Foire aux questions

Quelle est la durée de vie d'un roulement à rouleaux coniques ?

Lorsqu'ils sont correctement sélectionnés, ajustés, étanches et lubrifiés, les roulements coniques durent très longtemps et ne nécessitent qu'une maintenance minimale. Ce sont généralement les dernières pièces d'une machine à être réparées.

Comment régler les roulements à rouleaux coniques ?

Si elle est trop lâche, la cage à rouleaux peut se déformer et marquer les surfaces des chemins de roulement. S'il est trop serré, il y a une friction constante qui crée de petits copeaux de métal. Eliminez le "jeu" et reculez jusqu'à ce qu'il tourne librement.

Quelles sont les causes de défaillance des roulements à rouleaux coniques ?

Il y a quelques raisons courantes :

  1. Des ensembles de roulements mal étanches ou mal lubrifiés.
  2. Humidité ou corrosion.
  3. Cônes et coupelles mal réglés.

Quand dois-je remplacer un roulement à rouleaux coniques ?

L'écaillage du métal indique que le roulement conique doit être remplacé le plus rapidement possible. De même, les stéthoscopes peuvent aider à détecter les bruits de grincement ou de couinement qui pourraient signifier une usure importante.

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