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Conseils sur les charges de roulement
Charge de roulement La capacité est essentielle à sa durée de vie et à ses performances. Une capacité de charge insuffisante peut entraîner une usure prématurée, échauffement et une défaillance catastrophique, il est donc essentiel de prendre en compte la charge des roulements lors de la conception de nouvelles applications ou de la modification d'applications existantes, en particulier après une défaillance des roulements. Ce blog vise à présenter des informations sur les charges des roulements et à fournir des suggestions constructives pour vous permettre de choisir les roulements appropriés.
La charge du roulement est la quantité de force ou de pression exercée sur le roulement. Plus précisément, la force est transférée d'une bague de roulement à l'autre par l'intermédiaire de tout ou partie des éléments roulants. Généralement, la charge appliquée est transférée à l'arbre, puis à la bague intérieure du roulement et enfin à la bague extérieure. Les roulements peuvent résister à diverses charges, telles que la charge radiale, la charge axiale, la charge centrifuge, etc. L'ampleur et la direction des charges sur les roulements dépendent de divers facteurs, notamment le poids de l'équipement, la vitesse de fonctionnement, l'accélération, la décélération, les chocs, les vibrations, la température et la lubrification. Un alignement, une installation ou un entretien inappropriés peuvent également affecter les charges des roulements.
Forme de charge portante
Charge de roulement au sens traditionnel, ils incluent la charge axiale, la charge radiale et le moment de renversement. Les roulements supportent de nombreux types de charges. Qu'ils soient en fonctionnement ou non, ils supporteront des charges de travail, des charges mortes, des charges de pente, des charges de collision, des charges thermiques, etc. Ci-dessous, nous présentons en détail les manifestations de la charge sur roulement.
Charge radiale du roulement
Les charges des roulements radiaux sont perpendiculaires à l'axe de l'arbre et agissent sur la bague extérieure du roulement. Ils sont provoqués par le poids de l’équipement ou par les forces des pièces en rotation. Pour calculer la capacité radiale, déterminez le poids des composants supportés et les forces agissant sur eux, répartissez la charge entre les roulements et assurez-vous que la charge calculée à l'aide des spécifications du fabricant se situe dans la capacité maximale du roulement sélectionné. Si votre application nécessite des roulements pour supporter des charges radiales, les roulements à billes radiaux ou les roulements à contact oblique à faible angle de contact seraient un bon choix.
Charge axiale du roulement
Les charges axiales, également appelées charges de poussée, agissent parallèlement à l'axe de l'arbre et agissent sur les bagues intérieures ou extérieures du roulement. Ils sont provoqués par une poussée ou une tension et peuvent être unidirectionnels ou bidirectionnels. Ils transmettent la force uniformément pour produire une répartition équilibrée de la charge. Les roulements à contact oblique avec des angles de contact plus élevés (environ 25°) sont de bons choix pour les applications de charges axiales. Toutefois, pour les charges axiales décalées, des moments agissent sur la bague intérieure, ce qui entraîne une répartition inégale de la charge sur les éléments roulants du roulement. Pour calculer la capacité de charge axiale, tenez compte de la taille, du matériau et de la géométrie du roulement, ainsi que de la direction et de l'ampleur de la charge. Les fabricants évaluent les roulements sur la base de formules et de tests standardisés, et les applications avec des charges axiales élevées incluent les pompes, les transmissions automobiles et les compresseurs.
La capacité de charge des roulements peut être calculée à l'aide de diverses formules et logiciels, notamment les catalogues des fabricants de roulements, les calculateurs en ligne et les simulations d'analyse par éléments finis (FEA). Les formules les plus couramment utilisées pour les charges radiales et axiales sont :
Capacité de charge radiale = (C/P)^(1/3)x Fr, capacité de charge axiale = (C0/P)^(1/2)x Fa.
Parmi eux, C est la charge dynamique de base, P est la charge dynamique équivalente du roulement, C0 est la charge dynamique de base charge statique nominale, Fr est la charge radiale et Fa est la charge axiale. Afin d'obtenir des résultats précis lors du calcul de la capacité de charge du roulement, veuillez demander des recommandations à des experts ou utiliser un logiciel fourni par le fabricant du roulement.
Charge centrifuge
Les charges centrifuges des roulements sont générées par la vitesse de rotation de l'application, en particulier les applications à grande vitesse telles que les turbines et les centrifugeuses. Lorsque la bague intérieure fait tourner les éléments roulants, ceux-ci se déplacent tangentiellement sur une trajectoire rectiligne, mais la bague extérieure doit les forcer à suivre l'arc du roulement. Cette interaction crée des charges radiales centrifuges et la vitesse maximale de l'application est parfois limitée par la force qu'elle crée. Limites de charge centrifuge.
Charge statique
La charge statique du roulement fait référence à la force maximale ou au moment maximal auquel le roulement est soumis dans les directions radiale, axiale et autres lorsque le roulement ne tourne pas. La charge statique est un paramètre important dans la conception des roulements. Elle fait partie de la charge nominale de base du roulement et constitue également l'une des données de référence importantes pour déterminer la durée de vie du roulement.
Charge dynamique
La charge dynamique du roulement fait référence à la charge maximale que supporte le roulement pendant la rotation. Elle est généralement calculée à l'aide de la formule de calcul de charge équivalente dynamique. L'ampleur de la charge dynamique sur le roulement affecte directement la durée de vie et les performances du roulement. Par conséquent, les fabricants de roulements doivent prendre en compte l’impact de la charge dynamique lors de la conception et de la production de roulements. La méthode de calcul des charges dynamiques sur les roulements dépend du type de roulement et les conditions d'utilisation. La formule de calcul de charge équivalente dynamique est généralement utilisée et la méthode de calcul est la suivante :
P = (Fr^2 + Fa^2)^0.5
Parmi eux, P est la charge dynamique équivalente ; Fr est la charge radiale ; Fa est la charge axiale. Les valeurs de charge radiale et de charge axiale doivent être calculées en fonction de conditions d'utilisation spécifiques, tandis que la charge dynamique équivalente est calculée de manière globale en fonction de facteurs tels que la géométrie des roulements, le matériau, l'écart et le nombre de roulements.
Capacité de charge statique du roulement
La charge statique de base d'un roulement (Cor radial, Coa axial) fait référence à la charge radiale fantôme équivalente ou à la charge statique axiale centrale lorsqu'une certaine contrainte de contact est provoquée au centre de contact entre les éléments roulants du roulement et le chemin de roulement sous le application de charge maximale. . La charge statique est déterminée dans des conditions de charge supposées. Pour les roulements radiaux, la charge statique fait référence à la charge radiale. Pour les butées radiales (roulements à billes à contact oblique), il s'agit de la composante radiale de la charge qui charge le chemin de roulement en demi-cercle du roulement. Pour les butées, il s’agit de la charge axiale centrale. C'est-à-dire que la charge statique de base radiale et la charge statique de base axiale du roulement font référence à la charge maximale que le roulement peut supporter en position statique ou en rotation. La capacité de charge des roulements à billes à gorge profonde à l'arrêt ou en rotation lente (vitesse n≤ 10 tr/min) est la charge statique nominale.
Capacité de charge dynamique des roulements
La charge dynamique nominale du roulement est la charge radiale constante (charge axiale constante) que le roulement peut théoriquement supporter. La durée de vie nominale de base sous cette charge est de 100 W par tours. La charge dynamique de base du roulement reflète la capacité du roulement à résister à la fatigue de roulement. . Les charges dynamiques de base des roulements radiaux et des butées sont respectivement appelées charge dynamique de base radiale et charge dynamique de base axiale, représentées par Cr et Ca. La capacité de charge des roulements à billes à gorge profonde lors de la rotation (vitesse n>10r/mim) correspond à la charge dynamique de base.
Charge fixe
La charge radiale résultante agissant sur la bague de roulement est supportée par la zone locale du chemin de roulement de la bague et transmise à la zone opposée de l'arbre ou du siège de roulement. Cette charge est appelée charge fixe. La caractéristique d’une charge fixe est que le vecteur de charge radiale résultant est relativement stationnaire par rapport à la virole. Ni la virole ni la charge radiale résultante ne tournent ou tournent à la même vitesse et sont considérées comme des charges fixes. Les viroles qui supportent des charges fixes peuvent utiliser un ajustement plus lâche.
Charge tournante
La charge radiale synthétique agissant sur la bague de roulement tourne dans la direction circonférentielle du chemin de roulement, et la charge supportée par chaque pièce en séquence est appelée charge de rotation. La charge de rotation est caractérisée par la rotation du vecteur de charge radial résultant par rapport à la virole. Il existe trois situations de charge tournante :
un. La direction de la charge est fixe et la virole tourne ;
b. Le vecteur de charge tourne et la virole est stationnaire ;
c. Le vecteur de charge et la virole tournent à des vitesses différentes.
Charges oscillantes et charges indéfinies
Parfois, la direction et la taille de la charge ne peuvent pas être déterminées avec précision. Par exemple, dans les machines tournantes à grande vitesse, en plus de la charge dans une direction fixe du poids du rotor, il existe également une charge rotative provoquée par une masse déséquilibrée. Si cette charge rotative est supérieure à la charge fixe, si elle est beaucoup plus grande, la charge résultante sera toujours une charge de rotation. Et si la charge rotative est bien inférieure à la charge fixe, la charge résultante est une charge oscillante. Quelle que soit la charge rotative ou la charge oscillante, son ampleur et sa direction changent constamment. Dans des conditions de travail variables, la charge sur certaines viroles peut être des charges rotatives, des charges fixes ou des charges oscillantes. Ce type de charge est appelé charge indéfinie.
Les charges oscillantes et les charges indéfinies doivent être traitées de la même manière que les charges de rotation en termes d'ajustement. Une coupe trop ample a fait des dégats à la surface de contact. La virole et l'arbre ou le trou de siège qui tournent par rapport à la direction de la charge doivent choisir un ajustement de transition ou un ajustement serré. La taille d'interférence est basée sur le principe selon lequel lorsque le roulement fonctionne sous charge, la bague ne « rampe » pas sur la surface de contact de l'arbre ou dans le trou du siège. Pour les applications à charges lourdes, l’ajustement doit généralement être plus serré que pour les applications à charges légères et normales. Plus la charge est lourde, plus l’interférence d’ajustement doit être importante.
Chargement de travail
Lorsque le roulement fonctionne, il supporte la somme du poids de la machine elle-même et du poids de l'objet lourd, et transfère lentement le poids total au roulement.
Charge de température
Les équipements mécaniques génèrent une certaine température pendant le fonctionnement, et ces températures doivent être absorbées par les roulements afin que les roulements puissent résister à toutes les températures.
Vent charge
Lorsque la machine travaille à l'air libre, l'effet de la charge du vent doit être pris en compte, notamment la direction du vent, la pluie, les orages, etc. Ce qui précède ne représente que quelques-unes des charges supportées par le dispositif de roulement d'orientation. En fait, l'ensemble de roulement d'orientation doit supporter une charge pour faire face à tout le poids et aux charges de la machine en fonctionnement. Dans des circonstances normales, le roulement de la plaque d'orientation lui-même comporte des trous de montage, de l'huile lubrifiante et des dispositifs d'étanchéité, qui peuvent répondre aux différents besoins de différents types d'hôtes travaillant dans différentes conditions de travail.
Charge de risque
Charge inattendue et imprévisible supportée par le roulement en rotation, force latérale, force de risque, violence accidentelle, etc. Par conséquent, le choix des roulements doit avoir un facteur de sécurité pour garantir qu'il est infaillible.
Portant une charge minimale
Les roulements sont utilisés pour réduire la friction dans les machines tournantes en supprimant autant de friction de glissement que possible du système en utilisant une friction de roulement avec un coefficient de friction inférieur. Cependant, même si les roulements tentent de réduire la friction totale dans le système, les éléments roulants individuels à l'intérieur du roulement nécessitent toujours une certaine quantité de friction pour rouler plutôt que glisser. Ce frottement interne est créé en appliquant une charge sur le roulement. Cette charge peut être générée en interne par préchargement ou par une charge appliquée en externe.
Avec de nombreux roulements radiaux, un certain espace est généralement prévu entre les éléments roulants et le chemin de roulement pour permettre la dilatation thermique et empêcher le grippage du roulement. «Cet interne dégagement crée des zones dites de chargement et de déchargement à l'intérieur du roulement. Au fur et à mesure que l'arbre tourne, les éléments roulants entrent et sortent de la zone portante de la bague extérieure. À mesure que les éléments roulants entrent et sortent de la zone de chargement, la vitesse des éléments roulants change. S'il n'y a pas de charge minimale sur les éléments roulants, l'accélération dans et hors de la zone de charge peut être très préjudiciable.
Pourquoi la charge est-elle importante pour les roulements ?
Si un roulement ne répond pas à la charge minimale, un certain nombre de conditions peuvent survenir et réduire considérablement la durée de vie du roulement. Le glissement qui se produit entre les éléments roulants et les chemins de roulement peut détruire le film lubrifiant et causer des dommages par bavures. Le maculage endommagera non seulement la surface de roulement, mais entraînera également une augmentation de la température. La charge est placée sur une cage à l'intérieur du roulement. Généralement, les cages sont conçues pour empêcher les éléments roulants d'entrer en contact les uns avec les autres. Cependant, lorsque la charge minimale n'est pas respectée, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas d'effort de traction, c'est désormais la cage qui doit entraîner les éléments roulants à la place de l'effort de traction du chemin de roulement. Cela crée des charges inexpliquées sur la cage et peut conduire à une défaillance prématurée de la cage.
Facteurs affectant la charge des roulements
Les matériaux, la structure, le processus de fabrication, la charge de travail, la vitesse de rotation, la température et les conditions de lubrification sont les principaux facteurs affectant la répartition interne de la charge du roulement. Lors de l'utilisation et de la maintenance des roulements, il est nécessaire de prêter attention aux changements de ces facteurs et à leur impact sur la durée de vie et la stabilité de fonctionnement pour garantir un fonctionnement normal des roulements.
Facteurs structurels
La structure du roulement a également un certain impact sur sa capacité portante. La structure du roulement comprend principalement des bagues intérieures et extérieures et des éléments roulants. Les roulements à éléments roulants sphériques ont une capacité de charge radiale plus élevée que les roulements à éléments roulants en forme de rouleaux.
Procédé de fabrication
Le processus de fabrication est l’un des facteurs importants affectant la capacité portante. Les processus de fabrication comprennent traitement thermique, usinage de précision, assemblage, etc. Ceux-ci affectent directement la qualité d'apparence et la qualité intrinsèque du roulement, puis affectent la capacité portante.
Charge de travail
La charge de travail du roulement fait référence à la force et au moment supportés par le roulement. C'est l'un des facteurs les plus importants affectant la répartition de la charge à l'intérieur du roulement. La taille et la direction de la charge de travail déterminent directement la répartition des contraintes et de la charge des différentes pièces à l'intérieur du roulement. Lorsque la charge de travail du roulement est inégale, la répartition de la charge à l'intérieur du roulement sera en conséquence inégale, ce qui entraînera des dommages locaux et une rupture par fatigue du roulement.
Vitesse de rotation
La vitesse de rotation du roulement fait référence à la vitesse de rotation des éléments roulants à l’intérieur du roulement. C'est l'un des facteurs importants qui affectent la répartition de la charge à l'intérieur du roulement. L'augmentation de la vitesse de rotation augmentera la force d'inertie des éléments roulants à l'intérieur du roulement, ce qui entraînera une charge plus importante sur l'ensemble de roulement. De plus, lorsque la vitesse de rotation est trop élevée, le matériau du roulement est sujet à la fatigue et à la surchauffe, ce qui affectera également la répartition de la charge à l'intérieur du roulement.
Température
La température est un autre facteur important affectant la répartition de la charge à l'intérieur du roulement. Lorsque le roulement fonctionne, la température à l'intérieur du roulement augmente en raison de la génération de friction et de chaleur. Lorsque la température augmente, les propriétés des matériaux des différentes pièces à l'intérieur du roulement changent, affectant ainsi la répartition de la charge à l'intérieur du roulement. Si la température est relativement élevée, la cage en polymère à l'intérieur du roulement, la température thermiquement stable de l'acier, des joints, etc. Le jeu interne d'un roulement et son évolution avec la température peuvent avoir un impact significatif sur la taille de la zone de charge dans le roulement. Lorsqu'il y a une grande différence de température entre les deux extrémités du roulement (c'est-à-dire l'arbre chaud et le boîtier froid), le jeu interne du roulement diminue. Cela créera des charges plus élevées et un frottement de roulement plus élevé dans les roulements.
Conditions de lubrification
Les conditions de lubrification sont un autre facteur clé affectant la répartition de la charge au sein du roulement. Lorsque le roulement fonctionne, il a besoin d'huile lubrifiante ou de graisse pour maintenir l'état de lubrification, réduisant ainsi la friction et l'usure à l'intérieur du roulement. Lorsque les conditions de lubrification sont mauvaises, un frottement sec local et une accumulation de chaleur se produiront à l'intérieur du roulement, ce qui entraînera une répartition inégale de la charge à l'intérieur du roulement et rendra probable sa défaillance.
Roulements et direction de la charge
Dans des circonstances normales, pour des exigences de charge radiale pure, des roulements à billes à gorge profonde ou des roulements à rouleaux cylindriques peuvent être sélectionnés. Et si c'est un butée à billes, il ne convient que pour supporter une quantité modérée de charge axiale pure. De plus, les butées à billes unidirectionnelles ne peuvent supporter des charges que dans une seule direction. S'il s'agit d'une butée à billes bidirectionnelle ou d'une butée à contact oblique bidirectionnelle, elle peut supporter des charges axiales dans les deux sens. Par exemple, si le roulement est soumis à des charges radiales et axiales combinées, alors roulements à billes à contact oblique ou des roulements à rouleaux coniques sont généralement utilisés. Et s'il s'agit d'un roulement à billes à contact à quatre points et d'un roulement à billes à contact oblique à poussée bidirectionnelle, il peut résister à la charge combinée dans les deux sens.
Si la charge s'éloigne du centre du roulement, un moment de renversement peut se produire. Selon les fabricants de roulements en acier inoxydable, les roulements à billes à deux rangées peuvent résister aux moments de renversement, mais il est recommandé de choisir des billes à contact oblique appariées ou des roulements à rouleaux coniques appariés. Les types face à face sont disponibles, et les types dos à dos sont meilleurs. Bien entendu, vous pouvez également choisir des roulements à rouleaux coniques croisés, etc.
Conclusion
Lors de la sélection des roulements, les exigences de l'application, le type de charge, la vitesse, l'environnement et la température doivent être pris en compte. Les roulements à billes conviennent aux charges faibles à moyennes, tandis que les roulements à rouleaux conviennent aux charges plus élevées. Les paliers lisses conviennent aux machines à faible vitesse et à charge élevée. En entretenant régulièrement les roulements en les inspectant, en les nettoyant et en les lubrifiant pour garantir des performances et une durée de vie optimales. Aubearing propose une large gamme de roulements pour différentes conditions et applications, fournissant des produits de haute qualité et des conseils d'experts. Pour information, contactez-nous.