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Roulements à rouleaux coniques ou roulements à rouleaux sphériques ?
Un roulement à rouleaux est un roulement qui utilise le mouvement de roulement des rouleaux pour supporter les pièces en rotation. Les roulements à rouleaux font partie intégrante des machines industrielles modernes et jouent un rôle central dans diverses applications. Les roulements à rouleaux sont privilégiés pour leur faible couple de démarrage, leur grande précision de rotation et leur facilité de sélection. La structure des roulements à rouleaux comprend de nombreux types, tels que les roulements à rouleaux coniques, les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à rotule sur rouleaux et les roulements à rouleaux de butée. Ils sont capables de résister à différents types de forces radiales et axiales et sont conçus dans un souci de performance d'alignement pour s'adapter aux conditions d'installation complexes. Ce blog vise à clarifier les différences entre deux types clés de roulements à rouleaux : les roulements coniques et les roulements à rotule. Vous aider à comprendre les différences entre eux et fournir des suggestions constructives pour prendre des décisions éclairées dans les applications industrielles.
Que sont les roulements à rouleaux coniques ?
Les roulements à rouleaux coniques comportent des rouleaux coniques disposés entre les chemins de roulement intérieur et extérieur. Ils sont composés de bagues intérieure et extérieure, de rouleaux et de cages. Les lignes de contact optimisées entre les rouleaux et les chemins de roulement réduisent les concentrations de contraintes. Elles convergent en un point commun sur l'axe du roulement, assurant ainsi des conditions de roulement optimales et une répartition efficace de la charge sur les rouleaux. Les roulements à rouleaux coniques sont des roulements indépendants. Les bagues intérieure et extérieure présentent des chemins de roulement coniques. Ce type de roulement se décline en différentes structures, telles que les roulements à rouleaux coniques à une, deux ou quatre rangées, selon le nombre de rangées de rouleaux. Les roulements à rouleaux coniques à une rangée supportent des charges radiales et axiales dans un seul sens. Lorsqu'un roulement est soumis à une charge radiale, une force axiale est générée ; un autre roulement, capable de supporter une force axiale de sens opposé, est donc nécessaire pour l'équilibrer.
Le 23 mars 1895, John Lincoln Scott , un agriculteur de Wilmot, dans l'Indiana, déposa une demande de brevet auprès de l'Office américain des brevets pour son invention : un roulement à rouleaux pouvant être monté sur les essieux et les moyeux de camions, de quads ou d'autres véhicules à roues. Ce roulement se compose de deux jeux de rouleaux cylindriques, l'un de diamètre supérieur à l'autre, montés sur une surface plane usinée sur un arbre conique. En 1898, Henry Timken breveta un roulement à rouleaux coniques. À l'époque, Timken était un fabricant de voitures hippomobiles de Saint-Louis, titulaire de trois brevets pour des ressorts de voiture. Cependant, c'est son brevet pour les roulements à rouleaux coniques qui assura le succès de son entreprise.
Avantages des roulements à rouleaux coniques
Grande capacité de charge : Comparés à d’autres types de roulements, les roulements à rouleaux coniques présentent une capacité de charge supérieure. C’est pourquoi ils sont largement utilisés dans les équipements mécaniques de grande taille, comme les roulements de réducteurs d’éoliennes.
Haute précision : Les roulements à rouleaux coniques offrent une haute précision, et les angles d'inclinaison des bagues intérieure et extérieure peuvent être réglés en fonction des différents besoins d'utilisation, ce qui explique en partie leur popularité.
Fonction de réglage automatique : Grâce à l'angle d'inclinaison de ses bagues intérieure et extérieure, les roulements à rouleaux coniques peuvent s'adapter aux mouvements irréguliers des machines et des équipements, réduisant ainsi le bruit et les pertes causés par le frottement et les vibrations.
Gestion des charges axiales et radiales : Les roulements à rouleaux coniques sont particulièrement performants face aux charges axiales (poussées axiales) et radiales, une caractéristique unique due à leur conception. La disposition des rouleaux coniques leur permet de gérer efficacement les charges dans plusieurs directions.
Étanchéité optimale : La conception interne du roulement à rouleaux coniques assure une excellente étanchéité, ce qui permet de mieux protéger les rouleaux et les cages et de réduire la pollution environnementale pendant son utilisation.
Longue durée de vie : Grâce aux avantages des roulements à rouleaux coniques tels qu'une grande capacité de charge, une haute précision, un réglage automatique et une bonne étanchéité, ils ont une durée de vie relativement longue et des avantages économiques élevés.
Inconvénients des roulements à rouleaux coniques
Installation complexe : La pose de roulements à rouleaux coniques engendre des coûts de traitement relativement élevés, notamment pour le montage. Dans de nombreux cas, des connaissances et un équipement spécialisés sont nécessaires, faute de quoi des défaillances sont fréquentes.
Coût plus élevé : Du fait de leur fabrication et de leur traitement, qui nécessitent une technologie complexe et l'utilisation de matériaux sophistiqués, le coût des roulements à rouleaux coniques est relativement élevé.
Applications des roulements à rouleaux coniques
Dans de nombreuses applications, les roulements à rouleaux coniques sont utilisés par paires dos à dos pour supporter les forces axiales de manière égale dans les deux sens. Les paires de roulements à rouleaux coniques sont utilisées dans les roulements automobiles et de roue où ils doivent faire face à des forces verticales (radiales) et horizontales (axiales) importantes. Les roulements à rouleaux coniques sont généralement utilisés dans les applications lourdes et à vitesse moyenne où la durabilité est requise. Les applications courantes du monde réel incluent les équipements agricoles, de construction et miniers, les combats de robots de mouvement, les systèmes d'essieux, les boîtes de vitesses, les moteurs et réducteurs de moteur, les arbres de transmission, les boîtes d'essieux ferroviaires, les différentiels, les éoliennes, etc. Les roulements à rouleaux coniques sont des unités composées de chemins de roulement coniques (bagues intérieure et extérieure) et de rouleaux coniques. Cette structure convient aux charges combinées, telles que les charges axiales et radiales à double effet. L'axe du roulement est l'endroit où les lignes projetées du chemin de roulement se combinent en un emplacement commun pour améliorer le roulement tout en réduisant la friction. La capacité de charge peut être augmentée ou diminuée en fonction de l'augmentation ou de la diminution de l'angle de contact. Plus l'angle est élevé, plus l'angle de contact est grand. Ils sont souvent utilisés par paires pour mieux gérer les charges radiales et, dans certaines applications lourdes, peuvent être utilisés dans une combinaison de deux ou quatre rangées dans une seule unité.
Restrictions d'application
Vitesse : Les roulements à rouleaux coniques ne conviennent pas aux applications à grande vitesse en raison de leur conception.
Sensibilité au désalignement : ils sont sensibles aux problèmes de désalignement et nécessitent une installation et un entretien minutieux.
Complexité de l'installation et du retrait : En raison de leur conception interne, l'installation et le retrait de ces roulements sont plus complexes que les autres types de roulements.
Les roulements à rouleaux coniques jouent un rôle important dans les applications nécessitant une manipulation de charges lourdes de haute précision. Cependant, comprendre leurs applications est essentiel pour garantir qu’ils sont utilisés dans des applications appropriées, maximisant ainsi leur efficacité et leur longévité.
Que sont les roulements à rotule sur rouleaux ?
Les roulements à rouleaux sphériques possèdent deux rangées de rouleaux. La bague extérieure présente une piste sphérique commune, tandis que la bague intérieure possède deux pistes inclinées par rapport à l'axe du roulement. Cette conception ingénieuse leur confère une capacité d'auto-alignement, les rendant peu sensibles aux variations d'angle entre l'arbre et le logement du roulement, ainsi qu'à la flexion de l'arbre. Ils sont particulièrement adaptés aux situations où des erreurs de montage ou des déformations de l'arbre entraînent des erreurs angulaires. Même en cas de flexion de l'arbre due à une contrainte ou de montage non concentrique, le roulement reste parfaitement fonctionnel. La précision d'alignement varie selon la série du roulement. L'angle d'alignement généralement admis est de 1 à 2.5 degrés, et le roulement offre une excellente résistance aux chocs. Outre les charges radiales, les roulements à rouleaux sphériques supportent également des charges axiales dans les deux sens. Il existe deux types d'alésages intérieurs pour les roulements à rouleaux sphériques : cylindriques et coniques. La conicité des alésages coniques est de 1:30 et 1:12. Ce type de roulement est équipé d'une douille de serrage ou d'une douille d'extraction. Le roulement à billes auto-aligneur à alésage intérieur conique peut être monté facilement et rapidement sur l'arbre.
Avantages des roulements à rouleaux sphériques
Capacité d'auto-alignement : L'une des caractéristiques remarquables des roulements à rouleaux sphériques est leur capacité d'auto-alignement. Celle-ci est due à la courbure de la bague extérieure qui s'aligne avec l'axe de rotation.
Tolérance au désalignement : Les roulements à rouleaux sphériques peuvent tolérer un certain degré de désalignement, compensant les erreurs de déviation et d'alignement de l'arbre sans affecter les performances.
Grande capacité de charge : Les roulements à rouleaux sphériques ont une capacité de charge supérieure à celle des autres roulements et peuvent supporter des charges et des charges axiales plus élevées.
Longue durée de vie : La structure interne des roulements à rouleaux sphériques est complexe, mais elle permet de répartir la charge et de réduire le frottement de roulement, prolongeant ainsi leur durée de vie.
Grande adaptabilité : Les roulements à rouleaux sphériques peuvent s'adapter aux erreurs d'axe de rotation et d'installation, ce qui leur permet de s'adapter à différents environnements et conditions de travail.
Inconvénients des roulements à rotule sur rouleaux
Coût élevé : La fabrication des roulements à rouleaux sphériques nécessite un équipement de traitement sophistiqué et est coûteuse ; une attention particulière doit donc être portée aux applications sensibles aux coûts.
Sensibilité à la déformation sous charge axiale : La déformation sous charge axiale des roulements à rouleaux sphériques entraîne une usure prématurée et une défaillance de ces roulements. Par conséquent, leur installation et leur maintenance doivent être correctement ajustées afin d’éviter tout problème.
Ne conviennent pas aux applications à grande vitesse : lorsque les roulements à billes sphériques tournent à grande vitesse, ils génèrent beaucoup de friction et de chaleur, ce qui entraîne des températures de fonctionnement élevées. Cela affecte non seulement l’efficacité de la machine, mais aussi la durée de vie des roulements. Par conséquent, lors du choix de roulements à billes sphériques, il est nécessaire de sélectionner des spécifications et des modèles appropriés en fonction de l’environnement de travail et des conditions de charge afin de garantir leur bon fonctionnement.
Vibrations et bruit : La complexité de la structure des roulements à billes sphériques engendre des vibrations et du bruit susceptibles de perturber le fonctionnement normal de la machine et de réduire la durée de vie des roulements. Ces vibrations et ce bruit peuvent également impacter l’opérateur, créant ainsi un environnement de travail dangereux ou inconfortable. Afin de réduire les vibrations et le bruit des roulements à billes sphériques, il est nécessaire de sélectionner des roulements de haute qualité et de procéder à un réglage et une correction appropriés du dispositif.
Faible rendement énergétique : En rotation à grande vitesse, les roulements à billes à rouleaux sphériques consomment beaucoup d’énergie pour vaincre le frottement. Une conception et une utilisation inadéquates de ces roulements entraînent non seulement un gaspillage d’énergie, mais aussi une faible efficacité de la machine. Par conséquent, pour améliorer le rendement énergétique des roulements à billes à rouleaux sphériques, il est nécessaire d’examiner attentivement la conception et le processus de fabrication, et de prendre les mesures appropriées pour optimiser le fonctionnement de la machine.
En résumé, les roulements à rotule sur rouleaux présentent des avantages uniques tels qu'un auto-alignement et une capacité de charge élevée, ce qui les rend idéaux pour les applications lourdes et sujettes au désalignement. Cependant, leurs restrictions en termes de vitesse, de complexité et de taille doivent être prises en compte pour garantir qu'elles sont sélectionnées pour le cas d'utilisation approprié.
Applications des roulements à rotule sur rouleaux
Équipements miniers : Ils peuvent résister aux charges et aux impacts extrêmes rencontrés par les excavatrices, les camions-bennes et les concasseurs.
Machines agricoles : Les tracteurs, les moissonneuses-batteuses et autres équipements agricoles lourds doivent leur durabilité et leur résistance aux environnements difficiles.
Raffineurs de pâte à papier : Leur capacité de charge élevée et leur résistance à la contamination sont essentielles pour un traitement efficace des matériaux fibreux.
Réducteurs industriels de grande taille : Leur capacité à supporter des charges radiales et axiales combinées est essentielle à la transmission de puissance des réducteurs dans diverses industries.
Systèmes de poulies : Ils compensent les défauts d'alignement de la transmission par courroie, préviennent l'usure et assurent une transmission de puissance efficace.
Roulements à rouleaux coniques vs roulements à rotule sur rouleaux
Comprendre « les roulements à rouleaux coniques par rapport aux roulements à rouleaux sphériques » est essentiel pour sélectionner le roulement approprié pour une application spécifique. Nous comparons ici ces deux types de roulements à rouleaux en fonction de plusieurs paramètres clés.
Charge de traitement
Roulements à rouleaux coniques : ils supportent mieux les charges combinées (radiales et axiales). La conception conique des rouleaux répartit efficacement la charge sur le roulement, ce qui le rend idéal pour les applications intensives.
Roulements à rotule sur rouleaux : ils sont conçus pour des charges radiales élevées et des niveaux modérés de charges axiales. Leurs rouleaux en forme de tambour les rendent adaptés aux applications où le chargement est dans des directions différentes.
Précision et alignement
Roulements à rouleaux coniques : Ce type de roulement est connu pour sa précision et convient aux applications nécessitant une haute précision. Cependant, ils sont sensibles au désalignement et nécessitent une installation précise.
Roulements à rotule sur rouleaux : ils offrent des capacités d'auto-alignement, ce qui les rend indulgents dans les applications où un désalignement de l'arbre est possible. Cette fonctionnalité réduit le risque de dégradation des performances due à des erreurs d'alignement.
Champ d'application
Roulements à rouleaux coniques : adaptés aux roulements de roues automobiles, aux transmissions et à d'autres applications où de lourdes charges combinées sont présentes.
Roulements à rotule sur rouleaux : Mieux adaptés aux machines lourdes dans les mines et la construction, aux éoliennes et aux applications où un désalignement est susceptible de se produire.
Exigences de maintenance
Roulements à rouleaux coniques : nécessitent une surveillance minutieuse et un alignement précis lors de l'installation et de la maintenance pour garantir une longévité et des performances optimales.
Roulements à rotule sur rouleaux : bien qu'ils puissent gérer le désalignement, un entretien régulier reste essentiel pour éviter une usure prématurée causée par de lourdes charges et des facteurs environnementaux.
Roulements à rouleaux coniques vs roulements à rotule sur rouleaux, lequel ?
Le choix du roulement adapté à chaque application dépend de plusieurs facteurs clés :
Facteurs clés à prendre en compte | Roulements à rouleaux coniques | Roulements à rouleaux sphériques |
Conditions de charge | Idéal pour les charges combinées élevées (radiales et axiales) dans les boîtes de vitesses, les essieux, etc. | Idéal pour les charges radiales élevées avec des charges axiales modérées dans les éoliennes, les machines lourdes, etc. |
Coût et entretien | Coût initial inférieur mais nécessite un montage précis, augmentant les besoins de maintenance. | Coût initial plus élevé mais moins gourmand en maintenance en raison de leurs fonctionnalités d’auto-alignement. |
Spécificités de l'application | Tenez compte des contraintes environnementales et spatiales pour la taille/la conception des roulements. | Envisagez les matériaux des roulements, les options d'étanchéité et consultez les fabricants pour connaître la capacité de charge, la vitesse et la taille spécifiques. |
Supplémentaire | Consultez des spécialistes des roulements pour les applications exigeantes et privilégiez la fiabilité et la sécurité à long terme plutôt que le coût initial. | En cas de doute, donnez la priorité à une capacité de charge plus élevée et à une tolérance au désalignement pour les applications critiques. |
Désalignement | Très sensible au désalignement, même un léger désalignement est sujet à l’usure. | S'adaptent à certains désalignements dus à leur conception, pardonnant dans les applications avec un mouvement potentiel de l'arbre. |
Évaluez si la charge appliquée est radiale, axiale ou une combinaison de charges. Pour les charges combinées lourdes, les roulements à rouleaux coniques sont idéaux, tandis que les roulements à rotule sur rouleaux conviennent aux charges radiales élevées avec charge axiale. Dans les applications industrielles lourdes avec des charges radiales et un désalignement élevés, les roulements à rotule sur rouleaux constituent souvent le meilleur choix. Pour les applications à grande vitesse avec des exigences de précision élevées et des charges combinées, les roulements à rouleaux coniques conviennent.