Roulements à rouleaux sphériques

Les roulements à rotule sur rouleaux sont des roulements comportant une ou deux rangées de rouleaux en forme de tonneau positionnés à un angle par rapport à l'axe du roulement. Ce type de roulement est l'un des plus populaires en raison de sa capacité à s'aligner automatiquement. Ces roulements sont plus robustes et peuvent supporter des charges plus élevées, tant radiales qu'axiales, et répartir plus uniformément la charge sur les rouleaux. Les applications lourdes, telles que l'exploitation minière, les équipements de construction et les machines industrielles, utilisent couramment ces roulements. Cet article traite de la construction des roulements à rotule sur rouleaux, de leur fonctionnement, de leurs avantages et inconvénients, et les compare à d'autres types de roulements courants.

Table des matières

• Applications
• Conception des roulements à rotule sur rouleaux
• Roulements à rotule sur rouleaux : aspects
• Roulements à rotule sur rouleaux et autres types de roulements
• FAQ

Applications

Les roulements à rotule sur rouleaux conviennent aux applications de l'industrie lourde en raison de leur capacité à supporter le désalignement et le déplacement de l'arbre. Par exemple :

• Systèmes de convoyage : Les roulements à rotule sur rouleaux supportent les arbres qui entraînent les courroies. Le désalignement et la déviation de l'arbre sont dus à une charge inégale, à la tension de la courroie ou à des changements de température.
• Éoliennes : Les roulements à rotule sur rouleaux supportent l'arbre du rotor et la boîte de vitesses. Le désalignement et la déviation de l'arbre peuvent être dus à des changements de direction du vent, à des variations de la vitesse du vent ou au poids des pales de l'éolienne.
• Machines à papier : Les roulements à rotule sur rouleaux supportent les rouleaux qui déplacent et façonnent la bande de papier. Les variations de tension et la vitesse des rouleaux peuvent entraîner un désalignement et une déviation de l'arbre.
• Matériel de construction : Les roulements à rotule sur rouleaux supportent des composants rotatifs, tels que le crochet ou la couronne d'orientation d'une grue. Le désalignement et la déviation de l'arbre peuvent être causés par une charge inégale ou un mouvement sur des surfaces irrégulières.
• Matériel d'exploitation minière : Les roulements à rotule sur rouleaux soutiennent les composants des équipements miniers tels que les poulies des convoyeurs ou les arbres des concasseurs. Les forces importantes générées pendant le processus d'extraction peuvent entraîner un désalignement ou une déviation de l'arbre.

Applications inappropriées

Malgré leur polyvalence, les roulements à rotule sur rouleaux ne conviennent pas à toutes les applications. Par exemple :

• Machines de précision : La forme sphérique des rouleaux permet un certain degré de jeu ou de relâchement dans le roulement, ce qui affecte la précision. Les roulements les plus adaptés à la haute précision sont les roulements à billes à contact oblique, les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à rouleaux coniques ou les roulements à billes à gorge profonde de précision.
• Applications à faible charge : Les roulements à rotule sont les mieux adaptés aux charges lourdes. Les roulements à billes et les roulements à rouleaux cylindriques sont plus appropriés pour des charges plus faibles.
• Environnements à température extrême : Les roulements à rotule sur rouleaux ne sont pas le meilleur choix pour les applications industrielles à forte chaleur. Il peut être nécessaire d'utiliser des roulements spécialisés avec des matériaux à haute température.

Conception des roulements à rotule sur rouleaux

Comme le montre la figure 2, un roulement à rotule sur rouleaux se compose des éléments suivants :

• Anneau extérieur (A) : La surface de contact de l'anneau extérieur a une surface sphérique. Cela permet aux rouleaux de se déplacer latéralement.
• Rouleaux (B) : Les rouleaux en forme de tonneau ont une surface de contact sphérique avec une courbure qui permet au roulement de supporter des charges axiales. Les roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux, également appelés roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux, sont idéaux pour les charges axiales élevées. Les roulements à rotule sur une rangée de rouleaux conviennent aux applications soumises à des charges axiales minimales. Les rouleaux de chaque rangée sont inclinés dans des directions opposées pour résister aux charges de poussée dans l'une ou l'autre direction.
• Cage (C) : Une cage maintient les rouleaux en place.
• Bague intérieure (D) : La surface de contact de la bague intérieure comporte deux chemins de roulement sur lesquels les rouleaux se déplacent.

Bien que la capacité de charge axiale des roulements à rotule sur rouleaux soit inférieure à celle d'un roulement à contact oblique, les roulements à rotule sur rouleaux peuvent supporter ces charges axiales dans les deux sens. Les roulements à contact oblique ne peuvent le faire que dans un seul sens, à moins d'être montés dans une configuration dos à dos ou face à face.

Alésage conique ou cylindrique

Les roulements à rotule sur rouleaux peuvent avoir un alésage conique ou cylindrique. Le choix entre les deux est basé sur les éléments suivants :

• Vitesse de rotation : Pour les applications à vitesse de rotation élevée, les roulements à alésage conique sont préférables.
• Désalignement : Les roulements à alésage conique peuvent supporter un désalignement plus important que les alésages cylindriques.
• Charge : Un roulement à rotule sur rouleaux à alésage conique peut supporter des charges plus lourdes que ceux à alésage cylindrique.
• Conception de l'arbre : Comme les roulements, les arbres peuvent avoir des diamètres extérieurs cylindriques ou coniques.
• Vibrations : Les applications soumises à de fortes vibrations doivent être équipées de roulements à rotule sur rouleaux à alésage conique.

La principale raison pour laquelle les roulements à rotule sur rouleaux à alésage conique fonctionnent mieux pour les facteurs susmentionnés est la possibilité d'ajuster leurs jeux internes. Le jeu interne est la distance entre les rouleaux et les chemins de roulement. Si le jeu est trop faible, il peut y avoir une usure extrême ; si le jeu est trop grand, il y aura des vibrations excessives, ce qui réduira la capacité de charge et la durée de vie. Le réglage s'effectue à l'aide d'un manchon adaptateur conique (voir ci-dessous).

Roulements à rotule sur rouleaux : aspects

Cette section aborde quatre aspects importants des roulements à rotule sur rouleaux :

• Désalignement
• Matériaux
• Lubrification
• Options de montage

Désalignement des roulements à rotule sur rouleaux

Le désalignement des roulements peut avoir plusieurs causes. Cependant, pour les roulements à rotule sur rouleaux, la principale raison du défaut d'alignement est liée à leur utilisation dans des applications industrielles lourdes. Les roulements à rotule sur rouleaux supportent et guident les arbres en rotation, qui peuvent se déformer sous l'effet de lourdes charges, ce qui entraîne un défaut d'alignement des roulements. De plus, des vibrations importantes peuvent entraîner un désalignement.

Les roulements à rotule sur rouleaux peuvent supporter un désalignement de l'axe jusqu'à 2°. Pour les applications dont la déflexion est supérieure à 2°, les roulements à alignement automatique peuvent constituer une solution appropriée.

Matériau des roulements à rotule sur rouleaux

Les bagues extérieure et intérieure et les rouleaux d'un roulement à rotule sur rouleaux sont le plus souvent en acier chromé, matériau commun à de nombreux types de roulements. Ce matériel a été normalisé dans une certaine mesure :

• AISI 52100 (États-Unis)
• DIN 17230
• 100CR6 (Allemagne)
• SUJ2 (Japon)
• GCR15 (China)

Les matériaux les plus courants pour les cages sont les suivants :

• Acier
• Laiton
• Polyamide
• Tôle d’acier

Lubrification des roulements à rotule sur rouleaux

Comme tous les roulements, les roulements à rotule sur rouleaux doivent être correctement lubrifiés avec de la graisse ou de l'huile. La graisse a une capacité de vitesse opérationnelle inférieure à celle de l'huile. Pour les applications à grande vitesse, l'huile est un meilleur choix.

Si vous préférez la graisse, choisissez un roulement bien adapté à ce type de lubrification. Souvent, les fabricants prévoient une rainure de graissage dans le chemin de roulement extérieur pour faciliter l'application de la graisse à l'aide de graisseurs.

Si l'huile est le choix préféré, cela peut se faire par l'intermédiaire d'un roulement étanche avec un réservoir d'huile ou d'une lubrification par bain d'huile. Avec un bain d'huile, seul le rouleau le plus bas doit entrer en contact avec l'huile. Cela permet une lubrification par éclaboussures. Si plus que le rouleau le plus bas entre en contact avec l'huile, le roulement aura besoin de plus de force pour faire passer les rouleaux, perdant ainsi son efficacité et son avantage en termes de vitesse.

Méthodes de montage des roulements à rotule sur rouleaux

Les roulements à rotule sur rouleaux sont généralement montés de trois manières différentes :

• Vis de réglage
• Adaptateur conique
• Arbre direct

Vis de réglage montée

Le palier est monté avec un collier et des vis de réglage, des boulons entièrement filetés sur toute leur longueur. En règle générale, les roulements montés sur vis d'assemblage sont conçus pour supporter des charges légères à modérées, mais pas des charges lourdes. Les charges prévues déterminent les dimensions des vis si celles-ci sont serrées à leur capacité totale. Le choix d'une taille de vis trop grande entraîne une flexion excessive de l'anneau. Le respect des recommandations du fabricant concernant l'ajustement de l'arbre et le serrage des vis de réglage est essentiel pour obtenir les performances souhaitées des roulements, en particulier lorsqu'ils sont soumis à des charges plus lourdes ou à des vitesses plus élevées.

Manchon d'adaptation conique

Les manchons de serrage coniques permettent de monter un roulement à rotule sur rouleaux avec un alésage conique sur un arbre dont le diamètre extérieur est cylindrique ou légèrement conique. Le manchon s'adapte à l'arbre et possède un intérieur conique qui correspond au cône du roulement.

Un manchon de serrage conique est généralement fabriqué en acier. Il est fendu sur toute sa longueur, ce qui permet de l'installer et de le retirer facilement. La principale raison pour laquelle les manchons de serrage coniques sont préférés est leur simplicité d'installation. Ils ne nécessitent pas d'usinage supplémentaire ni d'outils spéciaux. La douille est serrée sur l'arbre à l'aide d'un écrou ou d'un dispositif de blocage. Cela permet de comprimer le manchon sur la tige, créant ainsi un ajustement sûr et stable.

Roulements à rotule sur rouleaux montés directement sur l'arbre

Les roulements à rotule sur rouleaux montés directement sur l'arbre ont un alésage cylindrique et se montent directement sur des arbres cylindriques relativement petits. Le montage direct élimine le besoin de composants supplémentaires et simplifie le processus d'assemblage. Ce type de montage convient aux applications où l'espace de montage des composants est limité.

Roulements à rotule sur rouleaux et autres types de roulements

Roulements à rouleaux cylindriques et roulements à rouleaux sphériques

Les principales différences entre les roulements à rotule sur rouleaux et les roulements à rouleaux cylindriques sont les charges qu'ils supportent et leur capacité à gérer les défauts d'alignement. Ils diffèrent également en termes de coefficient de frottement et d'application.

• Charges : Les roulements à rouleaux cylindriques supportent des charges radiales élevées et de faibles charges axiales. Les roulements à rotule sur rouleaux, quant à eux, supportent non seulement des charges radiales, mais aussi des charges axiales plus élevées.
• Désalignement : Les roulements à rouleaux cylindriques ne supportent pas les défauts d'alignement, contrairement aux roulements à rouleaux sphériques.
• Friction : Les roulements à rouleaux cylindriques ont un coefficient de frottement plus faible que les roulements à rouleaux sphériques et peuvent donc supporter des applications à plus grande vitesse.
• Applications : Les roulements à rouleaux cylindriques sont utilisés dans des machines telles que les pompes, les compresseurs et les boîtes de vitesses. Les roulements à rotule sur rouleaux peuvent supporter des vibrations et des charges plus importantes et conviennent donc pour les mines, les papeteries et les machines de construction.

Roulements à rotule sur rouleaux et roulements à billes

La principale différence entre les roulements à rotule sur rouleaux et les roulements à billes est leur mode d'application. Les roulements à billes peuvent fonctionner à des vitesses plus élevées que les roulements à rotule sur rouleaux. Cependant, les roulements à billes ne peuvent pas supporter une charge aussi importante ou un désalignement. Les moteurs électriques, les bicyclettes et les systèmes de transport sont des exemples d'applications des roulements à billes.

Roulements à rotule sur rouleaux et roulements à rouleaux coniques

Les principales différences entre les roulements à rotule sur rouleaux et les roulements à rouleaux coniques sont la charge qu'ils supportent et leur capacité à gérer les défauts d'alignement. La forme des rouleaux coniques permet un meilleur contact entre les rouleaux et les bagues du roulement. Par conséquent, le rouleau conique peut supporter des charges plus importantes à des vitesses plus élevées. Cependant, les roulements à rouleaux coniques ne gèrent pas les défauts d'alignement comme les roulements à rotule sur rouleaux.

FAQ

A quoi servent les roulements à rotule sur rouleaux ?

Les roulements à rotule sur rouleaux sont utilisés pour des charges faibles à lourdes, à la fois radiales et axiales, et en cas de problèmes de désalignement.

Quels types de charges un roulement à rotule sur rouleaux peut-il supporter ?

Les roulements à rotule sur rouleaux peuvent supporter des charges radiales, axiales et de poussée allant de faibles à très lourdes.