Une définition de travail
Un roulement supporte une pièce mobile et la contraint au mouvement souhaité. Dans la plupart des machines, il s'agit d'un arbre en rotation : le roulement maintient l'arbre sur son axe, reprend les efforts qui s'exercent sur lui et le laisse tourner avec un minimum de frottement et d'usure. Sans roulement, un arbre frotterait directement contre son logement, chaufferait, s'userait et finirait par gripper.
Le terme recouvre des pièces très variées, du coussinet en bronze d'une charnière de porte au roulement à rotule sur rouleaux de la taille d'une roue de voiture dans un concasseur. Les ingénieurs les répartissent en deux grandes familles. Les roulements placent des billes ou des rouleaux entre deux bagues, de sorte que les surfaces roulent au lieu de glisser. Les paliers lisses, aussi appelés coussinets, n'ont aucun élément roulant : l'arbre glisse sur une surface à faible frottement, comme le bronze, une couche de polymère ou un film d'huile. La plupart des questions des acheteurs concernent les roulements, c'est donc leur cas que nous traitons ici ; les paliers lisses ont leur propre page.
Les quatre composants d'un roulement
Un roulement type comporte quatre composants. Chacun relève d'un procédé de fabrication distinct et souvent d'un fournisseur distinct, ce qui explique que les pôles roulements en Chine comptent des spécialistes des billes, des cages et des joints aussi bien que des roulements complets.
| Composant | Fonction | Matériau habituel |
|---|---|---|
| Bague intérieure | Se monte sur l'arbre et tourne avec lui dans la plupart des conceptions | Acier au chrome à haute teneur en carbone, tel que GCr15 / 52100 |
| Bague extérieure | Prend place dans le logement ; porte le chemin de roulement extérieur | Même acier, trempé et rectifié |
| Éléments roulants | Billes ou rouleaux qui transmettent la charge entre les bagues | Acier au chrome ; céramique dans les roulements hybrides |
| Cage | Maintient les éléments roulants régulièrement espacés | Acier embouti, laiton usiné ou nylon renforcé de fibre de verre |
De nombreux roulements ajoutent sur les côtés des joints ou des flasques qui retiennent la graisse et arrêtent les impuretés, ainsi que la graisse elle-même. Un roulement étanche est souvent lubrifié à vie ; un roulement ouvert dépend de l'huile ou de la graisse fournie par la machine.
Pourquoi le roulement l'emporte sur le glissement pour la plupart des arbres
Le contact de roulement demande bien moins d'effort pour démarrer que le contact de glissement. Un roulement démarre donc facilement, reste froid à vitesse élevée et conserve un frottement presque constant sur une large plage de vitesses. Il est aussi prévisible : la durée nominale se calcule à partir de la charge et de la vitesse selon la méthode de l'ISO 281, ce qui permet aux concepteurs de dimensionner un roulement pour, par exemple, 20 000 heures de fonctionnement. Ce calcul est présenté dans durée de vie des roulements et L10.
Les paliers lisses restent supérieurs dans certains cas. Ils supportent bien les chocs et les contaminations, occupent peu de place radiale, fonctionnent silencieusement et peuvent coûter moins cher dans les pivots simples et lents. Les vilebrequins de moteur, par exemple, tournent sur des paliers lisses à film d'huile, car un film d'huile sous pression supporte de très fortes charges.
Charges : radiale, axiale et combinée
La question la plus utile pour choisir un roulement est : dans quel sens la charge pousse-t-elle ?
- La charge radiale s'exerce à angle droit de l'arbre, comme le poids d'une poulie ou la traction d'une courroie. Les roulements rigides à billes et les roulements à rouleaux cylindriques sont conçus pour la reprendre.
- La charge axiale, aussi appelée poussée, s'exerce dans le sens de l'arbre, comme la poussée d'une hélice ou d'un engrenage hélicoïdal. Les butées à billes et les butées à rouleaux ne reprennent que la charge axiale.
- La charge combinée réunit les deux. Les roulements à billes à contact oblique et les roulements à rouleaux coniques sont conçus pour elle, c'est pourquoi on les trouve dans les moyeux de roue et les arbres de sortie de boîtes de vitesses.
Les billes touchent le chemin de roulement en un point : les roulements à billes tournent vite avec peu de frottement mais supportent moins de charge. Les rouleaux touchent selon une ligne : les roulements à rouleaux supportent des charges plus lourdes à vitesse moindre. Ce compromis guide la plupart des choix et fait l'objet de la comparaison roulements à billes ou à rouleaux.
Les grandes familles en un coup d'oeil
| Famille | Atout | Emploi typique |
|---|---|---|
| Rigide à billes | Polyvalent, silencieux, rapide | Moteurs, ventilateurs, pompes, électroménager |
| Billes à contact oblique | Charge combinée, précision | Pompes, broches de machines-outils |
| Rouleaux cylindriques | Forte charge radiale | Réducteurs, gros moteurs |
| Rouleaux coniques | Forte charge combinée | Moyeux de roue, essieux, réducteurs |
| Rotule sur rouleaux | Forte charge avec défaut d'alignement | Mines, machines à papier, cribles vibrants |
| Rouleaux à aiguilles | Faible encombrement radial | Pompes à engrenages, transmissions, culbuteurs |
| Unités à palier | Montage facile sur bâti | Convoyeurs, machines agricoles |
Le catalogue produits regroupe les 31 lignes traitées par ce bureau en roulements à billes, roulements à rouleaux et roulements spéciaux, composants, kits et accessoires.
Trois idées reçues courantes
« Même référence, même roulement. » Une désignation fixe la dimension et la conception de base, pas la qualité. La propreté de l'acier, le traitement thermique, l'état de surface des chemins et la conception de la cage varient d'une usine à l'autre, et c'est ce qui détermine le bruit et la durée de vie. Seul l'essai sur échantillons permet une comparaison fiable.
« Étanche veut dire sans entretien pour toujours. » Un roulement étanche est lubrifié pour sa durée de service prévue dans des conditions normales. Une température élevée, une grande vitesse ou un site humide et poussiéreux raccourcissent la vie de la graisse, et le roulement tombe alors en panne prématurément alors que rien ne paraît anormal de l'extérieur.
« Un roulement plus serré est un meilleur roulement. » Le jeu interne se choisit en fonction de l'ajustement et de la température de l'application. Un jeu trop faible après montage provoque échauffement et défaillance précoce ; c'est pourquoi les roulements de moteur sont souvent spécifiés en C3 plutôt qu'en jeu normal.
Comment un roulement est identifié
Les roulements standard sont identifiés par une désignation telle que 6204-2RS C3. Les chiffres indiquent le type, la série de dimensions et l'alésage ; les suffixes renseignent sur les joints, le jeu interne, la cage, la classe de tolérance et la graisse. Comme les dimensions d'encombrement suivent l'ISO 15, une désignation fixe l'alésage, le diamètre extérieur et la largeur. Deux roulements de même désignation s'adaptent au même arbre et au même logement, même s'ils peuvent différer par la qualité de l'acier, le bruit et la durée de vie. Le guide des désignations explique le système ligne par ligne.
Ce que l'acheteur doit indiquer à la commande
Une demande de prix utile répond aux questions que l'usine posera de toute façon :
- La désignation, ou l'alésage, le diamètre extérieur et la largeur si la désignation est inconnue.
- Joint ou flasque, jeu interne et classe de tolérance.
- Matériau de la cage et type de graisse s'ils comptent pour la vitesse, la température ou le bruit.
- L'application, la charge, la vitesse et la température de service en une ou deux phrases.
- La quantité par désignation, le marquage et le conditionnement, ainsi que la date de livraison visée.
Avec ces informations, un fournisseur peut proposer des options adaptées et une référence indicative de MOQ plutôt qu'une liste de prix générique. Envoyez-les via le formulaire de demande de devis.