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Tout sur la durée de vie des roulements
La durée de vie des roulements est l’un des facteurs clés qui déterminent la durée de vie des équipements mécaniques. Après avoir déterminé l'espace de travail du roulement, pour un diamètre d'alésage d'arbre donné, il est possible de trouver des roulements standards avec différents diamètres extérieurs et largeurs. À mesure que le diamètre extérieur et la largeur du roulement augmentent, la capacité de charge dynamique augmente en conséquence, augmentant ainsi la durée de vie nominale du roulement. Une fois la charge et la vitesse des roulements déterminées, la question se pose désormais : « De combien d’heures de durée de vie nominale une machine bien conçue a-t-elle besoin ? » Parfois, cela est dicté par des normes industrielles spécifiques ou par des politiques d'entreprise basées sur le secteur et l'emplacement du client. de. Dans une industrie, il peut être parfaitement acceptable que les utilisateurs finaux entretiennent l'équipement une fois par an, en remplaçant les roulements, les joints, etc. Dans une autre industrie, les roulements ont une durée de vie d'au moins dix ans. La fréquence d'utilisation de l'équipement doit également être prise en compte lors de la détermination de la valeur de durée de vie nominale minimale attendue.
AUbearing fabrique plus de 8,000 XNUMX types de roulements utilisés dans diverses industries aux États-Unis et dans le monde. Les roulements de qualité industrielle fabriqués par Aubearing offrent non seulement une longue durée de vie selon les normes de fatigue de roulement, mais la construction des roulements doit également être prise en compte en fonction de l'application afin d'éviter les chocs, les surcharges et les excursions occasionnelles à grande vitesse. À cette fin, la conception de chaque roulement est optimisée.
Capacité de charge dynamique des roulements – C
Si la charge dynamique nominale est une charge radiale pure de direction et d'amplitude constantes (pour les roulements radiaux) ou une charge axiale centrale (pour les butées), une durée de vie nominale de base de 1 million de tours peut être obtenue dans ce cas. La valeur de ce paramètre de roulement important C est indiquée dans chaque tableau de roulements, à l'exception des roulements de crochet de grue. La charge dynamique de base indique la capacité du roulement à résister à la fatigue de roulement et est spécifiée comme la charge radiale dynamique de base (< ai=3>Cr) pour les roulements radiaux et la charge axiale dynamique de base (Ca) pour les butées. Ces valeurs ont été définies par des associations telles que l'American Bearing Manufacturers Association (ABMA) et l'Organisation internationale de normalisation (ISO) pour calculer les charges dynamiques sur les roulements. La charge dynamique des roulements est utilisée pour prédire la durée de vie nominale de chaque roulement à sa charge et à sa vitesse attendues. D'une manière générale, un roulement ne peut supporter qu'une charge de fonctionnement maximale égale à la moitié de sa capacité de charge dynamique.
Capacité statique - Co
La capacité statique du roulement Co est la charge maximale qui peut être appliquée en toute sécurité à un roulement non rotatif sans endommager son fonctionnement ultérieur. Elle est basée sur la contrainte de contact calculée au centre de l'élément roulant le plus chargé en contact avec la bague intérieure. Les niveaux de contrainte pour les trois types de roulements sont :
– Les roulements à billes à alignement automatique sont de 4600 667,000 MPa (XNUMX XNUMX psi)
– 4200 609,000 MPa (XNUMX XNUMX psi) pour tous les autres roulements à billes
– Tous les roulements à rouleaux sont de 4000 580,000 MPa (XNUMX XNUMX psi)
Calcul de la durée de vie nominale des roulements
La durée de vie nominale de base L10 fait référence aux conditions d'utilisation de roulements de fabrication de haute qualité avec une durée de vie de 90 % de fiabilité en utilisation normale. L'intérieur du roulement est constitué de matériaux en acier pour roulements spécifiés par JIS ou d'une conception standard constituée de matériaux équivalents. La relation entre la charge dynamique de base et la charge dynamique. La charge équivalente et la durée de vie nominale de base du roulement peuvent être exprimées par l'équation (5-1). Cette formule de calcul de durée de vie ne s'applique pas aux roulements C0 qui sont affectés par des facteurs tels que la déformation plastique du chemin de roulement et des surfaces de contact des éléments roulants en raison de conditions de charge extrêmement élevées (lorsque P dépasse la charge statique de base) (se référer à la charge statique de base et charge statique équivalente) ou 0.5C) ou inversement, pour des conditions de charge sur roulements affectées par des facteurs tels que les surfaces de contact des chemins de roulement et le glissement des éléments roulants en raison d'un glissement extrêmement faible. C'est le temps que traverse ou dépasse un ensemble de roulements apparemment identiques avant que l'écaillage par fatigue ne se développe. La formule de base pour calculer la durée de vie nominale du roulement L10 est (1-1) :
Pour calculer la durée de vie nominale de base d'un roulement, l'équation (1-2) est utilisée pour un fonctionnement à vitesse constante ; lorsque le roulement est utilisé dans du matériel roulant ferroviaire ou dans des automobiles, en termes de distance de déplacement (km), l'équation (1-3) est utilisée.
Par conséquent, la charge dynamique équivalente est P et la vitesse de rotation est n ; vous pouvez alors vous référer au tableau des spécifications des roulements pour sélectionner la taille de roulement la plus adaptée à l'usage spécifique. C peut calculer la formule de base de charge dynamique (1-4) ; la durée de vie recommandée du roulement varie en fonction de la machine utilisant le roulement, comme indiqué dans le tableau 1-5 Durée de vie recommandée du roulement (référence) .
Reportez-vous à
Le coefficient de durée de vie (fh) et le coefficient de vitesse de rotation nf sont calculés selon l'équation (1-2) comme suit :
À titre indicatif uniquement, les valeurs de fn, fh et L10h peuvent être facilement obtenues en utilisant le nomogramme joint à ce catalogue comme méthode simplifiée.
[Référence] Vitesse (n) et son coefficient (f< ai=4>n), coefficient de durée de vie (fh) et durée de vie nominale de base (L10h)
Charges radiales et de poussée combinées
Tous les roulements à billes et à rouleaux peuvent résister à des charges de poussée axiales importantes. Lorsque des charges radiales et axiales combinées se produisent, la « charge équivalente sur les roulements » P utilisée dans la formule de durée de vie nominale doit être calculée. Ce calcul peut être quelque peu complexe car il dépend des ampleurs relatives des charges radiales et de poussée les unes par rapport aux autres et de l'angle de contact créé par le roulement. Il serait trop difficile de démontrer le calcul de P pour tous les types de roulements illustrés. Pour les roulements à rouleaux coniques, le coefficient de poussée « K » est utilisé. Pour tout calcul de durée de vie nominale nécessitant une combinaison de charges radiales et de poussée, veuillez contacter Aubearing.
Les roulements à rouleaux cylindriques radiaux avec des brides opposées sur les bagues intérieure et extérieure ont une capacité limitée à résister aux charges de poussée sur la longueur des rouleaux. Les charges de poussée acceptables sont celles utilisant des extrémités de rouleaux et des brides à des fins de poussée et de positionnement intermittentes. Étant donné que les charges de poussée seront perpendiculaires aux charges radiales et que différentes surfaces de contact des roulements seront utilisées, les charges de poussée le long de la longueur du rouleau ne sont pas un facteur dans les calculs de durée de vie des roulements.
Charges et vitesses variables
Les roulements ne fonctionnent pas à une charge ou une vitesse constante dans de nombreuses applications, et il peut ne pas être économique de sélectionner un roulement avec une durée de vie nominale spécifique (en heures) basée sur les pires conditions de fonctionnement. Généralement, le cycle de service peut être défini pour diverses conditions de fonctionnement (charge et vitesse) ainsi que le pourcentage de temps dans chaque condition de fonctionnement. Des situations similaires se produisent également dans certaines machines produisant un mouvement alternatif. De plus, ces deux exemples peuvent être combinés pour plusieurs conditions de fonctionnement attendues avec un mouvement alternatif et différentes charges et vitesses de pointe. Le calcul de la durée de vie nominale pour les changements de charge et de vitesse nécessite d'abord de calculer la durée de vie nominale L10 pour chaque condition de fonctionnement du cycle de service. Ensuite, utilisez la formule ci-dessous pour combiner la durée de vie individuelle du L10 avec la durée de vie nominale sur l'ensemble du cycle de service.
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T1, T2, T = pourcentage de temps dans différentes conditions, exprimé sous forme décimale n
T1 + T2 + … T< /span> = 1n
Lp1, Lp2, L = Durée de vie en heures par charge constante et cycle de vitesse pn
Charge oscillante
Le roulement ne tourne pas complètement pendant le fonctionnement mais présente une amplitude d'oscillation. Nous pouvons utiliser la formule suivante pour calculer la charge radiale équivalente inférieure du roulement :
Pe = Po x (β/ 90)1/e
Pe = charge radiale dynamique équivalente
Po = charge radiale oscillante réelle
β = angle de rotation en degrés
e = 10/3 (roulement à rouleaux) 3.0 (roulement à billes)
Charges radiales et de poussée séparées
Dans certaines applications, les roulements sont soumis à des charges radiales et de poussée très élevées. Pour les applications soumises aux deux types de charges, une meilleure conception consiste à prévoir des roulements séparés pour les charges radiales ou de poussée. Si tel est le cas, le concepteur de la machine doit veiller à ce que les roulements radiaux supportent uniquement des charges radiales et que les butées supportent uniquement des charges de poussée. Un bon moyen d'y parvenir est d'utiliser un roulement à rouleaux cylindriques avec une bague droite en position « radiale », car ce roulement ne peut supporter aucune force de poussée. Une paire de roulements à contact oblique ou des roulements à rouleaux coniques à grand angle sont généralement de bons choix pour supporter des charges de poussée, mais ils doivent être protégés de toute charge radiale. Une façon d'y parvenir est de faire en sorte que la bague extérieure s'insère de manière très lâche dans le boîtier : généralement 0.5 mm/0.020 pouces. à 1.0 mm/0.040 po.
Facteurs d'ajustement pour la durée de vie des roulements
Les facteurs d'ajustement de la durée de vie des roulements permettent aux équipementiers de mieux prédire la durée de vie réelle et la fiabilité des roulements que vous sélectionnez et installez dans votre équipement. La durée de vie nominale L10 ajustée est calculée à l'aide de la formule suivante :
Lna = a1 x a2 x a3 x L10
Lna = durée de vie nominale ajustée
a1 = coefficient d'ajustement de la durée de fiabilité
a2 = facteur d'ajustement de la durée de vie pour caractéristiques spéciales des roulements (par exemple matériau)
a3 = Facteur d'ajustement de la durée de vie pour les conditions de fonctionnement, de lubrification, de propreté, etc.
Les facteurs d'ajustement de durée de vie a1, a2 et a3 peuvent théoriquement être supérieurs ou inférieurs à 1.0, selon leur évaluation.
Ajustement de la durée de vie - a1
Les fabricants d'équipements doivent améliorer la fiabilité des roulements sélectionnés pour prévoir des durées de service plus longues. Le facteur a1 indiqué ci-dessous est utilisé pour augmenter la valeur de fiabilité. Si la valeur L10 calculée à l'aide du facteur a1 est trop basse, un roulement avec une plus grande capacité de charge dynamique devra être sélectionné. (Citation de JIS B 1518: 2013)
| Fiabilité, % | Lnm | α1 |
|---|---|---|
| 90 | L10m | 1 |
| 95 | L5m | 0.64 |
| 96 | L4m | 0.55 |
| 97 | L3m | 0.47 |
| 98 | L2m | 0.37 |
| 99 | L1m | 0.25 |
| 99.2 | L0.8m | 0.22 |
| 99.4 | L0.6m | 0.19 |
| 99.6 | L0.4m | 0.16 |
| 99.8 | L0.2m | 0.12 |
| 99.9 | L0.1m | 0.093 |
| 99.92 | L0.08m | 0.087 |
| 99.94 | L0.06m | 0.080 |
| 99.95 | L0.05m | 0.077 |
Facteur d'ajustement de la durée de vie pour caractéristiques spéciales des roulements - a2
Ces dernières années en particulier, de nombreuses améliorations ont été apportées à la conception et à la fabrication des roulements, confirmées par des tests de durée de vie, entraînant une amélioration des temps L10. Certaines de ces améliorations sont :
Améliorer la finition de surface
Matériaux et traitement thermique améliorés
Rouleaux et chemins de roulement
Facteur de correction de durée de vie : αISO
a) Approche systématique
Les différents effets sur la durée de vie des roulements sont interdépendants. La méthode systématique de calcul de la durée de vie corrigée a été évaluée comme méthode pratique pour déterminer le facteur de correction de la durée de vie αISO (voir Figure 5-1). Le coefficient de correction de durée de vie αISO est calculé par la formule suivante. Il existe des schémas pour chaque type de roulements (roulements radiaux à billes, roulements à rouleaux radiaux, butées à billes et butées à rouleaux). (Chaque figure (Figures 5-2 à 5-5) est tirée de JIS B 1518≤50. ISOα
Notez qu'en utilisation réelle, ce paramètre est défini sur le facteur de modification de la durée de vie : 2013.)
Figure 1-1 Solution système
1-2 Coefficient de correction de durée de vie αISO (roulement à billes radial)
1-3 Coefficient de correction de durée de vie αISO (roulement à rouleaux radiaux)
1-4 Coefficient de correction de durée de vie αISO (butée à billes)
1-5 Coefficient de correction de durée de vie αISO (butée à rouleaux)
b) Limite de charge de fatigue : Cu
Avec la même qualité, tant que la condition de charge ne dépasse pas une certaine valeur et dans un environnement avec de bonnes conditions de lubrification, un niveau de propreté de lubrification et d'autres conditions de fonctionnement, la durée de vie du roulement est théoriquement illimitée. Pour les roulements constitués de matériaux et de qualité de fabrication généralement élevés, la limite de contrainte en fatigue est atteinte lorsque la contrainte de contact entre le chemin de roulement et les éléments roulants est d'environ 1.5 GPa. Si l'une ou les deux qualités du matériau et/ou de la qualité de fabrication sont inférieures, la limite de contrainte de fatigue sera également inférieure. Le terme « limite de charge de fatigue » fait référence à la limite de charge de fatigue. Cu est défini comme « la charge sur roulement qui atteint juste la limite de contrainte de fatigue sous la charge la plus lourde « contact avec le chemin de roulement » ISO 281 : 2007. Et est affecté par des facteurs tels que le type, la taille et le matériau du roulement. Concernant les roulements spéciaux et non répertoriés dans ce catalogue. Pour des informations détaillées sur les limites de charge de fatigue des autres roulements, veuillez contacter Aubearing.
c) Facteur de pollution : ec
Si des particules solides provenant d'un lubrifiant contaminé restent coincées entre les chemins de roulement et les éléments roulants, des empreintes peuvent se former sur l'un ou les deux chemins de roulement et éléments roulants. Ces empreintes provoqueront des augmentations de pression localisées, raccourcissant ainsi la durée de vie. La durée de vie réduite due à la contamination du lubrifiant peut être calculée en fonction du degré de contamination, c'est-à-dire du coefficient de contamination ec. Le tableau Dpw indique le diamètre du cercle primitif de l'ensemble billes/galets, simplement exprimé par < /span> : diamètre intérieur) Spécial pertinent Pour plus de détails tels que les conditions de lubrification ou une enquête détaillée, veuillez contacter JTEKT. d : diamètre extérieur, D)/2. (d＝(D＋pwD
| Niveau de contamination | ec | |
|---|---|---|
| Dpw＜ 100mm | Dpw≧ 100 mm | |
| Propreté extrêmement élevée : la taille des particules est approximativement égale à l'épaisseur du film d'huile lubrifiante, ce que l'on retrouve dans les environnements de laboratoire. | 1 | 1 |
| Haute propreté : L'huile a été filtrée par un filtre extrêmement fin, que l'on retrouve avec des roulements graissés standards et des roulements étanches. | 0.8 ~ 0.6 | 0.9 ~ 0.8 |
| Propreté standard : L'huile a été filtrée par un filtre fin, on la retrouve avec des roulements graissés standards et des roulements blindés. | 0.6 ~ 0.5 | 0.8 ~ 0.6 |
| Contamination minimale : Le lubrifiant est légèrement contaminé. | 0.5 ~ 0.3 | 0.6 ~ 0.4 |
| Contamination normale : elle se produit lorsqu'aucun joint n'est utilisé et qu'un filtre grossier est utilisé dans un environnement dans lequel les débris d'usure et les particules de la zone environnante pénètrent dans le lubrifiant. | 0.3 ~ 0.1 | 0.4 ~ 0.2 |
| Contamination élevée : cela se produit lorsque l'environnement environnant est considérablement contaminé et que l'étanchéité des roulements est insuffisante. | 0.1 ~ 0 | 0.1 ~ 0 |
| Contamination extrêmement élevée | 0 | 0 |
d) Rapport de viscosité : κ
Le lubrifiant forme un film d'huile sur la surface de contact des rouleaux, séparant les chemins de roulement et les éléments roulants. L'état du film d'huile lubrifiante est exprimé par le rapport de viscosité κ, qui est la viscosité cinématique réelle ν à la température de fonctionnement divisée par la viscosité cinématique de référence. Pour des informations détaillées sur les lubrifiants tels que les graisses et les lubrifiants contenant des additifs extrême pression, contactez JTEKT. Supérieur à 4, égal à 4 et inférieur à 0.1 ne sont pas applicables. κ A est représenté par la formule suivante.
Durée de vie d'un système de roulements composé de deux roulements
La plupart des machines utilisent deux roulements ou sur un seul arbre et ont souvent deux ou arbres. Tous les roulements d'une machine sont considérés comme un système de roulements. À des fins commerciales, il est important que les fabricants comprennent la fiabilité de leurs machines ou la longévité de leurs systèmes. Ce processus d'évaluation prend en compte le facteur important consistant à combiner la durée de vie L10 de tous les roulements du système pour répondre à la question : « Combien de temps la machine fonctionnera-t-elle avec une fiabilité de quatre-vingt-dix pour cent ? » « En termes simples, la fiabilité L10 du système sera inférieure à la durée de vie nominale individuelle L10 la plus basse. La formule de calcul de la durée de vie nominale du système est la suivante :
[exemple]
Lorsqu'un arbre est supporté par deux roulements à rouleaux ayant des durées de service de 50 000 heures et 30 000 heures respectivement, la durée de vie nominale du système de roulement supportant l'arbre est calculée comme suit : Formule (1-11) :
Cette équation montre que ces roulements en tant que système ont une durée de vie nominale plus courte que les roulements ayant une durée de vie plus courte. Ce fait est important pour estimer la durée de vie des roulements dans les applications où deux roulements ou plus sont utilisés.
Durée de vie recommandée des roulements dans différentes applications
Étant donné qu'une durée de vie plus longue ne contribue pas toujours à un fonctionnement économique, il convient de déterminer la durée de vie la plus adaptée à chaque application et conditions de fonctionnement. À titre de référence, la durée de vie recommandée déterminée empiriquement en fonction de l'application est décrite dans le tableau ci-dessous.
| Condition de fonctionnement | Application | Durée de vie recommandée (h) |
|---|---|---|
| Fonctionnement court ou intermittent | Appareil électroménager, outils électriques, matériel agricole, matériel de levage de marchandises lourdes | 4000 ~ 8000 |
| Pas de durée prolongée, mais un fonctionnement stable requis | Moteurs de climatiseurs domestiques, matériel de construction, convoyeurs, ascenseurs | 8000 ~ 12000 |
| Fonctionnement intermittent mais prolongé | Cols de laminoirs, petits moteurs, grues | 8000 ~ 12000 |
| Moteurs utilisés dans les usines, engrenages généraux | 12000 ~ 20000 | |
| Machines-outils, tamis vibrants, concasseurs | 20000 ~ 30000 | |
| Compresseurs, pompes, engrenages pour usage essentiel | 40000 ~ 60000 | |
| Fonctionnement quotidien supérieur à 8 heures. ou fonctionnement prolongé en continu | Escalators | 12000 ~ 20000 |
| Séparateurs centrifuges, climatiseurs, soufflantes d'air, équipements de menuiserie, tourillons d'essieux d'autocars de passagers | 20000 ~ 30000 | |
| Gros moteurs, treuils de mine, tourillons d'essieux de locomotives, moteurs de traction pour matériel roulant ferroviaire | 40000 ~ 60000 | |
| Équipement de fabrication de papier | 100000 ~ 200000 | |
| 24 heures. opération (aucune panne autorisée) | Installations d'approvisionnement en eau, centrales électriques, installations d'évacuation des eaux de mine | 100000 ~ 200000 |