Conception et ingénierie
Au cœur d'Aubearing se trouve notre capacité à travailler avec nos clients pour rechercher des conceptions et des applications uniques et pour fournir des solutions innovantes et rentables. S'appuyant sur des années de connaissances en applications et d'instruments de précision, notre équipe d'ingénieurs possède des décennies d'expérience pratique couvrant des centaines d'applications et d'industries différentes, notamment médical, robotique, équipement de minage, équipement agricole, automobile, motos, vélos, machines d'ingénierie, équipements de terrassement, foresterie, emballage, équipements de traitement de l'eau, équipements d'impression et , leur permettant d'adapter la conception optimale des roulements et des solutions d'ingénierie pour des applications spécifiques.
Ensemble, nous pouvons fabriquer le meilleur roulement pour vos spécifications précises, souvent avec des tolérances mesurées en millionièmes de pouce. Nous vous invitons à visiter nos installations et nous nous félicitons de l'occasion de visiter les vôtres dans le but de fournir des solutions à tous vos besoins.
Le laboratoire technologique interne d'Aubearing
Notre laboratoire technique est équipé d'instruments de précision avancés et de logiciels d'évaluation avancés (sans limitation d'utilisation, notamment Solid Works, AutoCAD), qui peuvent évaluer rapidement et efficacement les applications de roulements. Le « système d'analyse Aubearing » unique évalue les roulements sous plusieurs angles. Nos ingénieurs concepteurs optimisent soigneusement les profils des chemins de roulement pour maximiser les charges nominales, les limitations de vitesse et la durée de vie en fatigue. Une attention particulière a été accordée à la « conception pour la fabrication » afin de garantir une contrainte résiduelle optimale du chemin de roulement pour des performances supérieures. Dans le même temps, de nombreuses applications se déroulent dans des conditions poussiéreuses et contaminées, c'est pourquoi les joints de roulement sont également pris en compte pour empêcher la contamination.
Économisez sur les coûts de fabrication
Environ 70 % des coûts de fabrication des roulements (coûts des matériaux, coûts d'outillage et coûts d'assemblage) sont déterminés par les décisions de conception, tandis que les 30 % restants constituent des décisions de production telles que la planification des processus ou la sélection des machines-outils. Notre objectif est d'optimiser les roulements personnalisés pour qu'ils soient rentables en termes de production, d'assemblage et de maintenance tout en maintenant une qualité élevée. Aubearing peut recommander la taille des roulements, les éléments roulants, la dureté, la configuration des engrenages, etc., et fabrique des tailles de roulements allant de 200 mm de diamètre intérieur à 6,000 XNUMX mm de diamètre extérieur pour répondre à vos exigences en matière de charge, de taille, de rotation et de cycle de vie.
Termes et calculs des roulements que tout ingénieur concepteur devrait connaître
Les roulements se trouvent dans pratiquement tous les assemblages rotatifs des équipements et des applications de transmission de puissance. Ils produisent un mouvement de rotation fluide et réduisent la friction et l'usure. Lorsqu'ils sont dimensionnés et utilisés correctement, la plupart des roulements fonctionneront pendant de nombreuses années sans nécessiter de remplacement.
Le palier rotatif est un terme large qui comprend les paliers lisses, les paliers hydrostatiques et hydrodynamiques, les paliers magnétiques et les roulements à éléments roulants. Les roulements à éléments roulants peuvent être subdivisés par type d'élément roulant - à billes, à rouleaux et à aiguilles. Chaque ingénieur en conception mécanique incorporant des roulements à billes ou à rouleaux dans son assemblage doit être familiarisé avec les calculs de durée de vie et de charge des roulements. La connaissance de ces formules de base aidera à assurer une conception robuste optimisée pour une longue durée de vie.
Vie portant
La durée de vie du roulement (L) est définie comme le nombre d'heures pendant lesquelles le roulement peut fonctionner à une vitesse constante donnée avant qu'il n'affiche les premiers signes de fatigue dans le matériau de l'une des bagues de roulement ou de l'un des éléments roulants.
La durée de vie nominale des roulements (L10) est la durée de vie en heures à une vitesse constante spécifique que 90 % d'un groupe de roulements apparemment identiques complèteront ou dépasseront. La durée de vie fait également référence à la durée de vie d'un seul roulement associé à une fiabilité de 90 %. La durée de vie nominale des roulements fonctionnant à vitesse constante peut également être exprimée en heures et est appelée L10h. Les unités de durée de vie nominale sont en millions de tours (106 tours).
Capacités de charge des roulements
La charge portante est exprimée avec différents termes, chacun avec une définition unique. Les charges statiques font référence aux charges sur un roulement non rotatif.
La charge nominale de base (CB) est une charge constante calculée pour les roulements à contact radial et oblique. C'est la charge qu'un groupe de roulements apparemment identiques peut supporter pendant un million de tours de la bague intérieure tandis que la bague extérieure est maintenue immobile. Les unités de charge nominale de base sont les livres (lb) ou les newtons (N).
La charge statique de base (Co) est la charge radiale sur un roulement non rotatif correspondant à une contrainte de contact calculée au point de contact le plus chargé entre l'élément roulant et le chemin de roulement qui produit une déformation permanente totale de l'élément roulant et du chemin de roulement de 0.0001 du diamètre de l'élément roulant. Les unités de charge statique de base sont les livres (lb) ou les newtons (N).
La charge statique équivalente (Po) est une charge radiale statique calculée. Elle est définie comme la charge qui causerait la même déformation permanente totale au contact de l'élément roulant et du chemin de roulement le plus fortement sollicité que celle qui se produit dans les conditions de charge réelles. Les unités pour la capacité de charge statique équivalente sont les livres (lb) ou les newtons (N).
La charge dynamique nominale de base (C) est la charge radiale constante calculée qu'un groupe de roulements apparemment identiques avec une bague extérieure fixe peut supporter statistiquement un million de tours de la bague intérieure. Les unités de charge dynamique de base sont les livres (lb) ou les newtons (N).
La charge dynamique équivalente (P) est l'un des facteurs utilisés dans les équations de durée de vie des roulements. Il s'agit d'une charge radiale hypothétique constante, qui a le même impact sur la durée de vie du roulement que celle qui se produit dans les conditions de charge réelles. Les unités de charge dynamique équivalente sont les livres (lb) ou les newtons (N).
Calculs
La durée de vie des roulements (L10) peut être calculée avec la formule suivante. Les variables requises sont la charge dynamique de base (C) et la charge dynamique équivalente du roulement (P).
L10 = (C/P)3
L10 = durée de vie (106tour); C = capacité de charge dynamique de base (lb ou N) ; P = charge dynamique équivalente (lb ou N)
Pour convertir des tours en heures, divisez par la vitesse (rpm).
L10hrs = (C/P)3 x [(106tours) / (N tr/min x 60min/h)] = 16667/N x (C/P)3
N = vitesse (tr/min)
1. P = FVr
2. P = XVFr + YFa
P = charge équivalente dynamique ; V = facteur de rotation ; X = facteur radial ; Y = facteur de poussée ; Fr = charge radiale ; Fa = charge axiale
Lorsque le diamètre extérieur (OD) du roulement est égal ou inférieur à 0.625 in, les valeurs suivantes peuvent être utilisées : X = 0.56, Y = 2.10 et e = 0.16. Pour les roulements d'un diamètre supérieur à 0.625 po, reportez-vous au tableau ci-dessous. Le facteur « e », indiqué dans la dernière colonne du tableau ci-dessous, représente le rapport Fa/VFr. Si Fa/VFr < e, alors la formule (1) est utilisée ; si Fa/VFr > e, alors la formule (2) est utilisée.
Bien que ces formules offrent un bon point de départ, d'autres facteurs peuvent également influencer la durée de vie effective des roulements et les capacités de charge.
Dans certaines applications, les charges et la vitesse peuvent varier pendant le fonctionnement. Cela peut être pris en compte dans les calculs de charge des roulements si les variations de charge et de vitesse sont des variables connues.
La lubrification est un autre facteur qui peut avoir un impact significatif sur la durée de vie des roulements. Pour les roulements étanches, la durée de vie du lubrifiant détermine souvent la durée de vie du roulement.
Les conditions environnementales et la contamination peuvent également affecter négativement la durée de vie des roulements.
Le matériau du roulement peut également influencer les performances. Par exemple, les capacités de charge de l'acier inoxydable 440C doivent être réduites d'environ 20 % par rapport à l'acier pour roulements 52100. La durée de vie des roulements n'est pas une science exacte en raison de ces facteurs et d'autres, cependant, l'utilisation de ces formules aidera les ingénieurs à développer une conception sûre et fiable pour leurs assemblages.
Conception de roulement à billes
Les caractéristiques exceptionnelles des roulements à billes sont le résultat de caractéristiques de qualité techniquement exigeantes qui atteignent des limites de performance maximales. Diverses mesures de conception, telles que la précharge ou plusieurs dispositions de roulements, contrecarrent les limitations de performance et augmentent les capacités de performance des roulements.
ROULEMENTS DE PRECHARGE
La précharge est définie comme une force axiale agissant en permanence sur un roulement à billes qui crée une déformation élastique dans la zone de contact des billes et des chemins de roulement.
OPTIMISATION DES PERFORMANCES GRÂCE À LA PRÉCHARGE
L'installation de roulements à billes avec une précharge rigide ou à ressort optimise de nombreuses caractéristiques de performance pour le fonctionnement des roulements.
La suspension réduite assure la génération d'une rigidité radiale et axiale définissable (voir schéma)
Précision de fonctionnement et maniabilité élevées même avec des charges variables
Réduction des vibrations et du bruit
Évite le glissement et la friction au contact des éléments roulants à grande vitesse et à forte accélération
Réduction du frottement des pièces à grande vitesse (changement d'angle de contact réduit entre la bague intérieure et la bague extérieure)
Capacité de charge accrue (due aux charges externes et aux vitesses de rotation) avec une longue durée de vie
RIGIDITÉ
La rigidité définit la quantité d'effet de force axiale [N] sur le roulement à billes, qui provoque un décalage de la bague de roulement de 1 μm.
Une précharge appropriée augmente la rigidité du roulement et soutient la capacité de charge du roulement contre les forces de fonctionnement.
FORCE DE LEVAGE
La force de levage est la force à laquelle le roulement devient libre de charge grâce à une charge axiale centrale sur un jeu de roulements.
Si la charge axiale externe dépasse la force de levage, …
… les billes et les chemins de roulement du roulement à billes non chargé ne sont plus en contact permanent.
… l'usure est augmentée en augmentant le frottement de glissement.
PRÉCHARGE DU RESSORT
CARACTÉRISTIQUES DE CONCEPTION :
Le roulement 1 (côté travail) est fixé axialement dans le logement, le roulement 2 est monté mobile axialement (siège fixe des bagues intérieures sur l'arbre)
La force du ressort sur la bague extérieure du roulement 2 assure une précharge constante pour les deux roulements
La précontrainte de ressort requise est réglée au moyen de la course du ressort (fonction course-force selon la courbe caractéristique du ressort)
Pour des résultats de précharge parfaits, une mobilité axiale suffisante de la bague extérieure sertie sur le palier flottant est nécessaire
Le réglage du ressort de réglage s'effectue dans le sens d'action de la charge axiale externe
Lors de l'utilisation de roulements simples : <~>, des roulements non réglés peuvent être utilisés
Lors de l'utilisation de roulements en tandem (<< ~ >>), les roulements du même type (L, M ou S) assurent une répartition uniforme de la charge
LES CARACTÉRISTIQUES: La précharge – indépendante de la vitesse et de la température – résulte exclusivement de la force du ressort
La force du ressort entraîne une précharge égale du roulement et de la butée
La dilatation thermique de l'arbre et du logement n'a aucune influence sur la précharge
Les systèmes de roulement à ressort peuvent avoir les vitesses les plus élevées
JEUX DE ROULEMENTS RIGIDES DE PRÉCHARGE
La disposition de plusieurs roulements dans ce que l'on appelle des ensembles de roulements augmente la capacité de charge, la rigidité et la force de levage.
Ainsi, la rigidité radiale pour tous les arrangements est :
à α = 15° : Crad ~ 6 · Cax
à α = 25° : Crad ~ 2 · Cax
Exemple : Jeu de roulements avec 3 roulements dans une disposition TBT
* Valeurs de référence pour les paires de roulements en disposition O ou X (voir données des roulements).
Les influences liées au fonctionnement (telles que RPM, charge) ne sont pas prises en compte.
DISPOSITION MULTIPLE AVEC 2 ROULEMENTS (PAIRE DE ROULEMENTS)
Avec une précharge de roulement rigide, les paires de roulements spécifiées dans des dispositions en O, X ou en tandem offrent une solution efficace, économique et technique pour de nombreuses applications.
ARRANGEMENT O (DB)
>Les lignes de pression divergent dans la direction de l'axe du roulement
>Grande base d'appui (H) et grande rigidité contre les moments de basculement
Absorption de la force axiale dans les deux sens
Paire de roulements en disposition O
ARRANGEMENT X (DF)
Les lignes de pression convergent dans la direction de l'axe du roulement
>Insensible aux erreurs d'échappement
>Taille de la base de support et rigidité de basculement réduites
> Absorption des forces axiales dans les deux sens
Paire de roulements en disposition X
DISPOSITION EN TANDEM (DT)
Disposition parallèle à la direction de la charge
>Capacité de charge axiale plus élevée (facteur 2) que le roulement simple
>Les deux roulements ont le même angle de contact et sont placés contre un troisième roulement
Paires de roulements en tandem
DISPOSITION MULTIPLE AVEC 3 ROULEMENTS OU (JEU DE ROULEMENTS)
Avec des exigences maximales pour la rigidité du système ou des charges élevées, les agencements en X, O ou en tandem avec 3 roulements ou offrent des caractéristiques de performance exceptionnelles.
ARRANGEMENTS AVEC 3 ROULEMENTS
DISPOSITION A 4 ROULEMENTS
ANNEAUX INTERMÉDIAIRES
OPTIMISATION DES PERFORMANCES GRÂCE AUX ANNEAUX INTERMÉDIAIRES
Il est possible d'obtenir une optimisation différenciée des caractéristiques de qualité individuelles des roulements appariés en installant des bagues intermédiaires (bagues d'écartement). La largeur d'une bague intermédiaire est au moins égale à la largeur d'un roulement individuel.
LES CARACTÉRISTIQUES:
>Augmentation de la base d'appui (H) et augmentation de la rigidité radiale
>Optimisation de la dissipation thermique
>Amélioration de la lubrification des roulements grâce à une alimentation et une décharge d'huile optimisées
Largeur de bague intermédiaire ≥ Largeur de roulement simple
CARACTÉRISTIQUES DE CONCEPTION :
>Matière : 100 Cr6, ou similaire, trempé (au moins 45 HRC)
>Il faut veiller à assurer un bon parallélisme plan entre les anneaux intermédiaires (voir aussi la précision des composants).
>Le parallélisme requis des bagues intermédiaires extérieure et intérieure est assuré par la rectification plane des deux bagues en une seule opération de serrage.
>Dans le cas de jeux de roulements avec bagues intermédiaires (par exemple <||<||>||>), la bague entretoise entre les roulements est meulée avec différentes trajectoires de conduite de pression et ainsi la précontrainte est coordonnée.
Anneau de distance entre les différents trajets de ligne de pression
CHANGEMENT DE PRECHARGE A L'AIDE D'ANNEAUX INTERMEDIAIRES
Les bagues intermédiaires permettent de modifier la précontrainte des roulements à billes déjà coordonnés.
Si la largeur de la bague intermédiaire de l'arbre est inférieure à la largeur du logement…
… la précharge dans le montage en O augmente
… la précharge dans le tableau X est réduite
ANGLE DE CONTACT ET PRÉCISION DE LA COORDINATION
ANGLE DE CONTACT ⍺0 L'angle des droites entre les points de contact : chemin de roulement de la bague intérieure – bille – chemin de roulement de la bague extérieure et le niveau radial définit l'angle de contact.
L'angle de contact est déterminé en fonction du jeu de roulement radial (jeu de roulement) et de l'osculation des chemins de roulement.
Les transferts de charge entre les deux bagues de roulement s'effectuent sur les points de contact des chemins de roulement avec les billes.
La répartition uniforme de la charge sur les roulements individuels dans les montages de roulements définit le même angle de contact sur tous les roulements chargés.
Angle de contact standard C (15°) et E (25°) )
L'ANGLE DE CONTACT EST MODIFIÉ EN FONCTION DU FONCTIONNEMENT PAR …
… forces externes
… Forces internes
(Force centrifuge de la bague intérieure et des billes à grande vitesse)
… la bague intérieure s'adapte
… différences de température entre la bague intérieure et la bague extérieure.
Les écarts de l'angle de contact entraînent des modifications des caractéristiques du roulement,
qui influencent le fonctionnement du roulement.
D'autres angles de contact sont disponibles sur demande.
PRÉCISION DES PIÈCES DE CONVERSION
Valeurs indicatives pour le réglage de l'arbre et les tolérances de forme et de position (DIN EN ISO 1101)
OPTIMISATION DE L'AJUSTEMENT AVEC RPM ÉLEVÉ
Avec l'augmentation du RPM (d'environ n · Dm = 1.5. 106 mm/min.), l'augmentation progressive de la force centrifuge peut provoquer un élargissement de la bague interne, et conduire à des impacts fonctionnels. Par exemple:
>Glissement de la bague intérieure au contact avec l'arbre et aux surfaces de contact
>Corrosion par frottement
> Vibrations
Afin de contrecarrer le soulèvement de la bague intérieure, un ajustement plus solide est recommandé.
Facteurs de correction pour une conception et une série de roulements surdimensionnés :
SM 60.. : 1
SM 619.. : 1.10
KH 60.. : 1.05
KH 619.. : 1.15
Valable pour les arbres pleins. Pour arbres creux (50%) : Facteur de correction = 0.8
ROULEMENTS DE TENSION ENSEMBLES ENSEMBLE
OPTIMISATION DES PERFORMANCES GRÂCE AUX ÉCROUS DE PRÉCISION
L'utilisation d'écrous de précision pour serrer les roulements (ensembles) permet une utilisation optimale de la capacité de performance des roulements à billes de haute précision GMN.
CONCEPTION:
Une installation soignée avec des écrous de précision prévient (interruption, suivi éventuellement d'un trait d'union : micro-mouvements) ;
les micro-mouvements provoquent une corrosion de contact.
>Meuler les côtés de l'écrou à angle droit par rapport au filetage de l'écrou et de l'arbre pour éviter l'inclinaison du roulement ou la flexion de l'arbre (tolérance de faux-rond max. 2 μm)
>Fixer l'écrou de précision sur l'arbre (contre le desserrage)
>Les rondelles et douilles intermédiaires doivent être réalisées parallèlement aux plans (max. 2 μm)
Une force de serrage axiale suffisamment élevée fixe les roulements dans la position prévue et garantit la précharge, la précision et la rigidité requises du roulement.
INSTALLATION:
> Lubrifiez légèrement le filetage
>Vissez les écrous de précision avec 2 à 3 fois le couple de serrage CIBLE, puis desserrez-les à nouveau et serrez-les avec le couple souhaité (compensation des variations dimensionnelles des bagues intérieures et des sièges en fonction de la température)
>Le frettage requis de plusieurs roulements (axial) et le dépassement nécessaire de la résistance au frottement lorsque les roulements sont pressés sur l'arbre (radial) sont assurés par le couple de serrage primaire (arrachement) de 2 à 3 fois
Les valeurs des forces de serrage et des couples de serrage sont des valeurs indicatives basées sur l'expérience et peuvent différer selon l'application.
