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Le guide ultime des roulements à manchon et des bagues
Dans le système industriel actuel, les paliers lisses, les bagues et les roulements sont devenus des composants indispensables. Il existe une métaphore appropriée selon laquelle « les roulements sont devenus la nourriture de l’industrie ». La fonction principale des paliers lisses, des bagues et des roulements est de soutenir le corps rotatif pour réduire autant que possible la friction, réduire efficacement le bruit, réduire la consommation d'énergie, maximiser l'efficacité de la machine, accélérer l'application et prolonger considérablement la durée de vie de la machine. Mais dans le domaine des fixations, des paliers lisses, des bagues et des roulements, il est difficile de dire qu'il existe un nom commun. Par exemple, des statistiques incomplètes indiquent qu'il existe plus de 400,000 XNUMX types de roulements. Même des noms différents peuvent représenter le même roulement. Paliers lisses et bagues, la principale différence entre les roulements ou les bagues réside dans leurs différentes applications. Choisir le bon type de palier lisse, de bague ou de roulement pour votre application industrielle afin de répondre à certaines exigences nécessite une richesse de connaissances. Vous devez connaître les principales différences entre les paliers lisses, les bagues, les roulements, leurs applications dans l'industrie et la fabrication, etc. Dans cet article, nous examinerons en profondeur les caractéristiques et les applications des paliers lisses, des bagues et roulements, clarifiant leurs fonctions, leurs matériaux et leurs principales différences.
Bref et simple : les paliers lisses et les bagues sont égaux. Les paliers lisses sont des manchons ou des tubes qui permettent un mouvement linéaire ou rotatif. C'est exactement à cela que servent les bagues. Les termes palier lisse et bague sont utilisés de manière interchangeable. Ainsi, dans la description qui suit, l’auteur de cet article utilisera ces deux termes de manière aléatoire. En fait, les paliers lisses, les paliers lisses, les paliers lisses et les paliers lisses peuvent tous être utilisés comme bagues ; ces termes décrivent différents styles de bagues. En bref, une bague est toujours un roulement, mais tous les roulements ne sont pas des bagues.
Qu'est-ce qu'une bague (roulement à manchon) ?
La bague – souvent appelée roulement à manchon, est un roulement cylindrique utilisé pour supporter la charge sur un arbre de commande qui glisse d'avant en arrière entre les surfaces mobiles. Les bagues sont des roulements spéciaux qui peuvent être fabriqués à partir d'une variété de matériaux et glisser sur une tige ou un arbre, offrant un mouvement de friction extrêmement faible, une excellente absorption des chocs et minimisant la consommation d'énergie, le bruit et l'usure tout en fournissant une étanchéité efficace, protégée de la poussière et de l'humidité. . . Heureusement, les bagues sont autolubrifiantes, ce qui les rend idéales pour un fonctionnement nécessitant peu ou sans entretien. L'autolubrification est obtenue grâce à un motif uniforme de creux sur la surface de la bague, qui agissent comme des réservoirs de graisse. Quel que soit le type ou la taille des roulements à manchon utilisés, ils présentent un avantage par rapport aux roulements à billes ou à rouleaux traditionnels en raison de leur coefficient de frottement plus faible dû à leur zone de contact minimale. Cela rend les bagues idéales pour les applications où la vitesse, la précision et la durabilité sont essentielles. En gardant ces avantages à l’esprit, il est facile de comprendre pourquoi les paliers lisses sont aujourd’hui si populaires dans de nombreux secteurs. Les bagues sont largement utilisées dans les automobiles, les appareils électroménagers, les outils de forage, les moteurs, les pompes hydrauliques à engrenages externes, etc. Dans l'industrie automobile, par exemple, les paliers lisses assurent un mouvement linéaire rotatif dans les charnières, les systèmes de réglage des sièges et les volants. Certaines bagues en nylon peuvent fonctionner sans utilisation de lubrifiants et sont particulièrement adaptées aux industries alimentaires et textiles où les applications sèches sont préférées.
Quels types de bagues existe-t-il ?
Il existe plusieurs bagues de différents types sur le marché. Généralement, les bagues peuvent être classées en fonction du matériau et de la forme. Les paliers lisses peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux. Il s'agit notamment des métaux, des bimétalliques, de la céramique, de la pierre, du graphite, des composites et des plastiques. La fonction du palier lisse dépend du choix du matériau, car le matériau déterminera la résistance, l'élasticité, le coefficient de frottement, etc.
Classés par matériau, il existe trois types courants de bagues : les bagues composites, les bagues métalliques et les bagues en plastique. Selon la classification des formes, les bagues peuvent être divisées en six types : les bagues à manchon ordinaires, les bagues à bride, les rondelles de butée, les bagues fendues, les bagues composites et les bagues composites à bride.
Bagues en polymère ou composite
Les bagues en polymère sont pour la plupart chimiquement inertes ; ils ont une faible absorption d'eau et peuvent fonctionner à des températures élevées sans se déformer. Les bagues en polymère peuvent également être appelées bagues composites. Ils conviennent aux conditions de charges lourdes et sont les bagues les plus couramment utilisées. Les bagues composites offrent une faible friction et une faible résistance à l'usure, minimisant ainsi les dommages à la machine causés par une mauvaise lubrification. Ils sont fabriqués à partir de matériaux présentant une résistance élevée aux facteurs environnementaux, une résistance à la chaleur, un faible coefficient de frottement et des propriétés non adhésives. Le seul inconvénient est qu'ils sont très flexibles, ce qui signifie qu'ils peuvent se tordre pendant le travail. En ajoutant des charges, ce problème peut également être résolu et permettre aux fabricants de proposer des manchons très polyvalents. Les bagues en polymère ou composites sont utilisées pour transmettre le mouvement de rotation et peuvent remplacer les roulements traditionnels dans les environnements dangereux. Les bagues en polymère ou composite peuvent être utilisées dans diverses industries, notamment les équipements de construction, les systèmes hydrauliques, les équipements médicaux, l'aérospatiale et.
Bagues POM
Bagues POM sont développés dans un souci d'autolubrification, offrant une bonne résistance à l'usure et un faible coefficient de frottement. Convient aux charges lourdes fonctionnant à basse vitesse pour réduire les vibrations et le bruit de la machine. Les roulements à manchon POM contribuent également à réduire l'accumulation de chaleur causée par la friction, prolongeant ainsi la durée de vie des roulements jusqu'à quatre fois plus longue que celle des roulements fabriqués à partir d'autres matériaux conventionnels (acier). Les manchons en polyoxyméthylène ou manchons POM sont généralement fabriqués à partir d'un support en acier et recouverts d'une couche de cuivre/bronze fritté. Enfin, une couche de POM est ajoutée sur la couche de cuivre/bronze, qui contient des puits de graisse qui retiennent le lubrifiant. Les applications des bagues POM sont largement utilisées dans les secteurs de l’agriculture, du génie civil, des machines et de la construction.
Bagues en PTFE
Bagues en PTFE sont constitués de deux matériaux différents, le polytétrafluoroéthylène et le métal, et sont couramment utilisés dans diverses industries. Sa fonction principale est de réduire la friction entre les pièces mobiles des machines. Les bagues en PTFE conviennent à une variété d'applications industrielles en raison de leur capacité à résister à des fluctuations de température élevées et peuvent être utilisées dans des industries aussi diverses que les centrales électriques, thermiques, nucléaires, chimiques, pharmaceutiques et même les centrales électriques.
Douilles en nylon
Douilles en nylon sont solides et durables et remplacent de plus en plus les bagues métalliques dans de nombreuses applications. Le nylon présente une excellente résistance à l’usure et ne nécessite aucune lubrification externe. Il convient de noter que les bagues en nylon ne font pas autant de bruit lors du fonctionnement que les bagues en métal. Ils ont un faible coefficient de friction et une haute résistance aux acides faibles, aux carburants et aux alcalis.
Bague en métal
Comme nous le savons tous, les bagues métalliques sont constituées de métal ou d’alliages métalliques. Ces bagues métalliques ont une très haute résistance mécanique et sont particulièrement adaptées aux applications à vitesse élevée et à charges élevées impliquant une lubrification. La traversée métallique utilisée dépend de l'environnement industriel ou du type d'application. Les bagues métalliques ont différentes méthodes de lubrification en fonction de leur taille, de leur construction et de leur application.
Douille en bronze
Douille en bronze est le matériau de choix pour les bagues métalliques. Les bagues en bronze résistent à la déformation et à la rupture par rapport aux paliers lisses fabriqués dans d'autres matériaux. Comme le plastique, les roulements en bronze sont solides et résistants à la rouille. Les bagues en bronze sont largement utilisées dans la transformation des aliments, le moulage par injection, les machines automobiles, les engins de terrassement, la fabrication d'acier, etc. Les bagues en bronze offrent une excellente durabilité et une longue durée de vie. Ils ne se corrodent pas et ne se déforment pas facilement. Cependant, les bagues en bronze nécessitent des quantités importantes de lubrification pendant le fonctionnement, ce qui les rend plus coûteuses à entretenir que les bagues en plastique.
Bagues en graphite
Bagues en graphite sont utilisés dans de nombreuses applications en raison de leurs propriétés mécaniques et physiques uniques. Les bagues en graphite ont un très faible coefficient de friction, ce qui contribue à augmenter l'efficacité, la productivité et les performances des machines à filer. Le graphite, un minéral naturellement huileux, est le meilleur matériau pour les bagues car il réduit la friction sans utiliser de fluide supplémentaire. Le graphite présente notamment la stabilité thermique la plus élevée, conservant sa forme et sa structure à des températures allant jusqu'à 5000 XNUMX °F. Les revêtements en graphite sont utilisés dans une variété d'applications, notamment les fours et les étuves, les applications alimentaires, l'industrie chimique, l'industrie automobile, les métaux, etc.
Bagues en acier
Bagues en acier, Comme leur nom l'indique, les bagues en acier sont en acier ou en acier inoxydable. Ces bagues sont fabriquées en acier très résistant, ce qui les rend idéales pour les applications de pivot à basse vitesse. Les boîtiers en acier sont fabriqués selon des méthodes de production respectueuses de l'environnement qui augmentent le rendement des matériaux et réduisent l'écaillage.
Douille en laiton
Douille en laiton est fabriqué en laiton et est généralement un composant de l'arbre de pivotement qui aide à protéger le corps de tout dommage causé par toute force transmise à travers l'arbre. Les bagues en laiton sont principalement utilisées dans les moteurs électriques, les moteurs automobiles, etc. De plus, les bagues en laiton sont disponibles dans une variété de tailles car elles peuvent s'adapter aux parois fines et épaisses, aux brides, cylindriques, à brides, etc.
Bagues en aluminium
Bagues en aluminium sont préférés pour leur dureté, garantissant une longue durée de vie. Au départ, il était utilisé sur les vélos, mais peu à peu, il a été utilisé sur les voitures et est aujourd'hui utilisé sur diverses machines. Les bagues en aluminium peuvent résister à des charges axiales et radiales importantes, ce qui en fait un candidat important pour une utilisation dans les industries aérospatiale et agricole. Certaines des applications courantes des bagues en aluminium incluent l'utilisation dans les vérins hydrauliques utilisés pour monter des instruments (tels que des bouchons de vidange/remplissage de fluide, des voyants de fluide ou des éléments de ventilation), des cuves et des réservoirs.
Roulements à manchon bimétallique
Roulements à manchon bimétallique sont constitués de deux métaux différents. Dans la plupart des cas, le premier métal est l’acier, tandis que les autres métaux peuvent aller du cuivre à l’aluminium ou même au laiton. La couche bimétallique agit comme un revêtement interne pour la traversée, offrant ainsi une bonne protection contre l'usure. Ils sont particulièrement utiles dans les applications qui exécutent des charges modérées à des vitesses moyennes ou des charges élevées à des vitesses faibles.
Types de bagues par forme
En termes de forme, il existe six principaux types de bagues.
Douilles à manchon simple
Les bagues à manchon simple sont généralement de forme cylindrique et fabriquées selon les dimensions standard de l'industrie. La douille cylindrique comporte des supports à l'intérieur et à l'extérieur qui soutiennent la couche coulissante au milieu. Les bagues cylindriques sont plus résistantes que les roulements et peuvent supporter des charges plus élevées que les roulements métalliques, ce qui les rend idéales pour les charges variables unidirectionnelles, les mouvements de pivotement et les roulements de guidage axiaux.
Matières: Généralement fabriqué en bronze, laiton ou autre matériau autolubrifiant.
Design: Cylindrique avec diamètres intérieur et extérieur.
Application: Applications générales nécessitant un faible frottement et une capacité de charge moyenne.
Douille à bride
Les bagues à bride sont similaires aux bagues cylindriques, mais avec une différence évidente : elles ont une bride à une extrémité. Les brides peuvent être utilisées à diverses fins, du montage ou de l'alignement des bagues à une installation pratique. Les bagues à bride, couramment utilisées dans les applications à boulons traversants, permettent l'utilisation de boulons de plus petit diamètre pour réduire le poids sans réduire la surface d'appui des fixations pour la paroi du longeron, tout en réduisant également la contrainte sur les filetages des boulons de montage.
Design: Semblable à une douille ordinaire, mais avec une bride à une extrémité pour fournir un support axial.
Application: Utilisé lorsque la bague doit résister à un mouvement axial.
Rondelle de poussée
La rondelle de butée en elle-même n'est pas une bague, mais c'est un composant très important. Ils semblent être une rondelle plate placée entre le composant fixe et la surface de roulement, supportant des charges axiales ou un mouvement latéral sur l'arbre et limitant tout mouvement le long de l'arbre. Ils forment une surface sur laquelle repose le roulement ou la bague.
Design: Douille plate ou à bride en forme de rondelle.
Application: Conçu pour supporter des charges axiales, généralement en combinaison avec des bagues radiales.
Bague fendue
Design: Ces bagues sont disponibles en deux moitiés et peuvent être facilement installées et retirées sans avoir besoin d'équipement de retrait supplémentaire.
Application: Idéal pour les applications où le démontage est difficile ou prend du temps.
Bague composite
Matériaux: Fabriqué à partir d'une combinaison de matériaux tels qu'un support métallique et une couche de PTFE (polytétrafluoroéthylène).
Application: Un faible frottement, une résistance élevée à l’usure et des propriétés autolubrifiantes le rendent adapté à une variété d’applications.
Bague composite à bride
Design: Similaire aux bagues composites mais avec bride pour support axial.
Application: Combine les avantages des matériaux composites avec une stabilité axiale accrue.
Avantages des paliers lisses
Les paliers lisses sont idéaux pour de nombreuses applications en raison de leur simplicité et de leur durabilité. Ils réduisent la consommation d'énergie pendant le fonctionnement en assurant une faible friction entre l'arbre et les roulements. Les paliers lisses ont également un faible encombrement, ce qui les rend adaptés aux applications où l'espace est limité. De plus, grâce à sa conception simple, il peut être facilement assemblé ou démonté. Les paliers lisses offrent une protection supérieure contre les particules de poussière, la saleté et autres contaminants, ainsi que contre l'usure causée par les températures élevées. De plus, ces bagues ne nécessitent aucun entretien car elles ne nécessitent pas de lubrification comme la plupart des autres types de roulements. Par conséquent, les paliers lisses constituent une solution rentable qui améliore l’efficacité opérationnelle tout en réduisant les coûts d’exploitation. De plus, ils peuvent être utilisés dans des conditions sèches et humides sans aucune modification.
La fiabilité des paliers lisses en fait un choix attrayant pour les machines industrielles nécessitant des composants de contrôle de mouvement fiables ; il n’est donc pas étonnant que de nombreuses entreprises s’appuient sur ce type de roulement lors de la conception d’équipements. Dans l’ensemble, les roulements à manchon sont des composants polyvalents qui permettent un fonctionnement fluide à un coût inférieur à celui des alternatives telles que les roulements à billes ou à rouleaux. Cela dit, il est clair pourquoi ils restent populaires au sein de l’industrie.
Inconvénients des paliers lisses
Les paliers lisses ne sont pas conçus pour des vitesses élevées, des études montrant que leur vitesse maximale est d'environ 5,000 XNUMX tr/min. Cette limitation peut entraîner un certain nombre de problèmes dans les applications nécessitant des vitesses plus élevées, telles que les moteurs et les ventilateurs. Un autre problème avec les paliers lisses est qu'ils ont tendance à avoir une durée de vie limitée lorsqu'ils sont utilisés dans des applications lourdes telles que les grandes machines industrielles. Leur conception les rend également inadaptés aux charges radiales car ils se déforment facilement sous pression. Au fil du temps, la quantité de saleté qui pénètre dans les paliers lisses augmente, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée.
Limites de charge et de vitesse des bagues
Les bagues sont généralement utilisées pour des charges plus lourdes et des vitesses plus lentes. Les roues métalliques industrielles bénéficient de bagues durables capables de résister à de lourds transferts de charge et à des chocs. Pour les traversées, un échauffement par friction doit être pris en compte. Les deux principaux facteurs affectant la chaleur sont la pression unitaire (P) et la vitesse superficielle (V). Le produit de la pression unitaire et de la vitesse superficielle est la vitesse de pression (PV). Pour déterminer si une traversée convient à une application, recherchez d’abord la valeur PV limite auprès du fabricant. Pour un fonctionnement sûr, la valeur PV calculée par l'application doit être inférieure à la valeur PV limite du fabricant.
Calculer la valeur PV de l'application: PV=P×V
Déterminer la vitesse de surface (V): V=0.262×rpm×D Rpm = Tours d'arbre par minute D = Diamètre de l'arbre (pouces)
Pression (P): P = Charge totale (lbs) / Surface de contact (po²) Surface de contact = D (diamètre de l'arbre en pouces) x L (longueur du boîtier)
L'effet de la limitation de la valeur PV est visible dans ce graphique, qui compare la vitesse par rapport à la charge pour les bagues en bronze et Nyloil.
Dans une étude d'ingénierie interne, les bagues Nyloil et C93200 Des bagues en bronze ont été utilisées ensemble pour tester l'effet des éléments suivants : Limites PV de la bague. Comme mentionné précédemment, les bagues sont généralement utilisées pour des charges plus lourdes à des vitesses plus lentes. Cela est évident dans le diagramme car aucune des deux bagues n'est capable de supporter des charges importantes à des vitesses élevées. Plus la vitesse est rapide, plus sa capacité de charge est faible. Les valeurs P-max (psi) et V-max (fpm) sont fournies par le fabricant pour chaque produit. P-max est la charge maximale à 0 tr/min et V-max est la vitesse maximale à faible charge (régime maximum de l'arbre). Pour des applications pratiques, comparez les valeurs P, V et PV calculées aux tolérances maximales pour déterminer si la traversée fonctionnera. Assurez-vous que la traversée fonctionne dans une plage inférieure à la courbe PV limite.
Roulement ou douille ?
Les facteurs à retenir lors du choix entre des bagues ou des roulements doivent inclure les suivants (par ordre de préférence) :
Vitesse et charge: Transporter des charges plus lourdes à des vitesses plus lentes ou des charges plus légères à des vitesses plus élevées ? Lorsque la vitesse élevée est un facteur, les roulements offrent une meilleure solution, tandis que les bagues répondent bien aux applications à faible vitesse et à forte charge.
Un fonctionnement en douceur: En raison du phénomène de « stick-slip », un problème courant avec les bagues, les roulements sont un meilleur choix pour un fonctionnement plus fluide.
Entretien/Lubrification: Les applications sans entretien avec des capacités autolubrifiantes, en particulier dans les industries alimentaires sèches et textiles, privilégient souvent les bagues.
Bruit de fonctionnement: Lorsqu'un fonctionnement silencieux est une considération clé, les bagues sont généralement plus silencieuses que les roulements.
Budget: Les bagues ont tendance à coûter six à dix fois moins cher que les roulements.
Lors du choix entre des roulements et des bagues, l'application spécifique, son environnement de fonctionnement ainsi que les diverses conditions et limitations de fonctionnement doivent être pris en compte. Comprendre les avantages et les inconvénients de chaque type peut aider à déterminer quel type offre la meilleure solution.