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Le guide ultime des roulements à section mince
Les roulements à section mince ont été développés lorsque les roulements rigides à billes standard étaient insuffisants pour certaines applications. Les roulements à section mince ont une très petite section par rapport à leur diamètre. Cette conception détermine que le roulement à section mince a un volume de conception plus petit et une masse inférieure, tout en atteignant une rigidité et une précision de fonctionnement élevées.
Série de roulements normalisés selon DIN ISO, la section transversale des roulements à section mince augmente avec l'augmentation du diamètre, et toutes les tailles de roulements à section mince d'une série ont la même section transversale. « Il existe plusieurs définitions des roulements à section mince dans l'industrie, l'une des plus courantes est qu'un roulement est considéré comme à section mince lorsque le diamètre est plus de 4 fois supérieur à la section radiale. Les dimensions de la section transversale peuvent varier, mais sont généralement deux fois plus grandes que le diamètre. Les applications typiques des roulements à section mince sont les applications critiques où l'espace est limité, le poids doit être minimisé, la précision absolue doit être maintenue et les exigences de charge et de couple nécessitent toujours l'utilisation de roulements à billes. Dans de telles applications, les roulements à section mince contribuent à réduire les coûts par rapport aux tailles standard de roulements à billes à gorge profonde et présentent l'avantage de n'utiliser qu'un seul roulement avec peu d'impact sur le poids total.
Chaque application de roulements à section mince a des exigences spécifiques. Ces différences potentielles font de certains roulements à section mince de meilleures options que d’autres. Lorsqu’il s’agit de roulements à section mince, il existe trois types différents à considérer :
Un roulement à section mince de type
Roulement à section mince de type C
Roulement à section mince de type X
Type A – Roulements à section mince à contact oblique
Les roulements à section mince à contact oblique sont principalement utilisés dans des environnements difficiles avec des charges axiales élevées. Il n'est généralement pas recommandé d'utiliser un seul roulement à section mince à contact oblique de type A pour supporter des charges de moment ou des charges axiales inversées, mais deux roulements de type A en tant que paire de roulements duplex peuvent facilement supporter de telles charges. La stabilité, la capacité de charge et la répétabilité des paires de roulements doubles à section mince à contact oblique de type A sont meilleures que celles des roulements à section mince de type C.
Les deux bagues des roulements à section mince à contact oblique de type A sont dotées de rainures à billes très profondes (profondeur de rainure = 25 % du diamètre de la bille).
Les roulements à section mince à contact oblique de type A ont un jeu radial suffisant pour produire un angle de contact (α) de 30° pouvant résister aux charges axiales.
La cage du roulement à section mince à contact oblique de type A se trouve dans un sac circulaire dans lequel le nombre de billes représente environ 67 % de toutes les billes.
TYPE A Roulement à section mince ÉTAT DE CHARGE | ||||
Radial | axial | Moment | Inverser | Combiné |
Bon | Excellent | Utilisation en paire | Utilisation en paire | Bon |
Offre une capacité de charge axiale (unidirectionnelle) supérieure à celle des roulements de type C ou X :
La bague extérieure est généralement contre-alésée pour réduire un épaulement du chemin de roulement, et la bague extérieure est montée sur la bague intérieure, les billes et la cage pour plus de commodité (à l'aide de la différence de température entre les deux bagues).
Le roulement à section mince à contact oblique de type A est un roulement non séparable qui peut supporter des charges radiales plus importantes et supporter simultanément une grande quantité de charge axiale dans une direction.
Lors du transport de charges axiales, les surfaces des bagues intérieure et extérieure des roulements à section mince à contact oblique de type A sont approximativement affleurantes, minimisant les ajustements de précharge.
Les roulements à section mince à contact oblique de type A sont généralement installés en face d'un autre roulement du même type, de sorte que des charges axiales existent pour établir et maintenir l'angle de contact et supporter des charges axiales inverses avec un mouvement axial minimal.
Type C – Roulements radiaux à billes à section mince
Les roulements à billes à contact radial de type C à section mince adoptent une conception à billes à gorge profonde dont les rainures peuvent résister à des charges élevées et constituent la solution privilégiée pour les applications avec charges radiales. Comme on peut s'y attendre, les roulements à section mince de type C peuvent également supporter des charges axiales modérées, des charges axiales inversées et des charges de moment.
Les deux bagues des roulements à billes à contact radial de type C à section mince sont dotées de rainures à billes très profondes (profondeur de rainure = 25 % du diamètre de la bille).
La bague intérieure a un déplacement excentrique à l’intérieur de la bague extérieure, environ la moitié de la distance de la bille.
Les anneaux sont positionnés de manière concentrique et la cage/séparateur sépare les billes uniformément sur toute la circonférence.
Les roulements à billes à contact radial de type C à section mince fonctionnent mieux lorsqu'il y a un petit jeu (jeu radial, qui peut être augmenté ou diminué pour répondre aux conditions de fonctionnement) entre la bille et la bague.
TYPE C Roulement à section mince ÉTAT DE CHARGE | ||||
Radial | axial | Moment | Inverser | Combiné |
Excellent | Bon | Bon | Bon | Bon |
Les roulements à billes à contact radial de type C à section mince sont conçus de telle sorte que la bille et la bague entrent en contact dans le plan central de la bille lorsque seules des charges radiales sont appliquées. Bien qu'ils soient principalement conçus pour les applications de charges radiales, les roulements de type C n'ont pas de rainures remplies et peuvent supporter certaines charges axiales dans les deux sens. La capacité à résister aux charges axiales dépend du jeu dans le roulement après l'installation. En augmentant le jeu radial au-dessus de la valeur standard, les roulements de type C peuvent avoir un angle de contact plus grand sous charge axiale, ce qui entraîne une plus grande capacité de charge axiale. Dans ce cas, il est recommandé d'ajuster le roulement contre un autre roulement de construction similaire pour réduire le mouvement axial sous des charges axiales inverses. Utilisés de cette manière, les roulements sont essentiellement des roulements à billes à contact oblique plutôt que des roulements à billes à contact radial.
Type X - roulement à section mince à contact à quatre points
Contrairement aux conceptions de roulements à section mince de type A et de type C, les roulements à section mince à contact à quatre points de type X sont fabriqués avec des arcades gothiques qui créent quatre points de contact entre les billes et les chemins de roulement dans le roulement. Cette conception fait des roulements à section mince à quatre points de contact une option privilégiée pour les applications nécessitant un couple suffisant ou des charges axiales inverses dans un petit boîtier. Cependant, les roulements à section mince à contact à quatre points de type X ont une capacité inférieure à supporter une large plage de charges radiales que les roulements à section mince de type X. Les roulements à section mince à contact à quatre points de type X ne sont pas recommandés en remplacement des roulements à section mince de type C ou de type A dans les environnements destinés à des charges radiales pures. Il convient de noter que la vitesse (tr/min) des roulements à section mince à contact à quatre points de type X est une préoccupation particulière lorsqu'elle est combinée avec des charges radiales lorsqu'elles sont appliquées avec des charges axiales ou de moment.
CONDITION DE CHARGE DE TYPE X | ||||
Radial | axial | Moment | Inverser | Combiné |
Mauvais | Bon | Excellent | Excellent | Mauvais |
Les roulements de type X diffèrent des roulements de type A et de type C par la géométrie de leurs rainures de chemin de roulement :
Type C: Les centres des rayons sont situés dans le plan central de la balle.
Type A: La virole et la bille sont en contact angulaire et le centre du rayon de la rainure est décalé d'une quantité égale des deux côtés du plan central de la bille.
Type X: Les rainures de chaque anneau ont deux rayons dont les centres sont décalés par rapport au plan central de la bille.
La profondeur de rainure des roulements de type X est la même que celle des types A et C (25 % du diamètre de la bille).
Les caractéristiques spécifiques de « l’Arc Gothique » sont :
Permet à un seul roulement de type X de supporter trois types de charges (radiales, axiales et de moment) simultanément (alors que les roulements de taille standard sont généralement conçus pour supporter uniquement des charges radiales et axiales).
Ce qui en fait un roulement idéal pour de nombreuses applications, car un seul roulement à billes à contact à quatre points peut souvent remplacer deux roulements, comme un ensemble de deux roulements à cadre en A disposés dos à dos, offrant ainsi une conception simplifiée.
La charge axiale appliquée à la bague intérieure de droite à gauche est transférée de la bague intérieure à la bille au point B.
La charge est ensuite transférée à travers la bille jusqu'au point D où elle est transférée à l'anneau extérieur et à la structure de support.
La ligne d'action BD forme un angle de contact nominal (α) de 30° avec l'axe radial du roulement.
En raison de la déformation élastique de la bille et du chemin de roulement le long de la ligne de transfert de charge, la charge sur la bille est relâchée aux points A et C, permettant une rotation en douceur autour de l'axe perpendiculaire à la ligne BD.
Lorsqu'une charge axiale est appliquée sur la bague intérieure de gauche à droite, un transfert de charge similaire se produit entre le point C et le point A.
Comme les roulements de type C, les roulements de type X ont généralement un jeu radial. Cependant, l'angle de contact nominal et la capacité de charge axiale des roulements de type X ne dépendent pas du jeu. Lorsque la charge axiale ou de moment est considérable, l'écart doit être minimisé pour éviter que l'angle de contact ne soit trop grand. La principale chose à noter est qu’il est recommandé d’utiliser le roulement X seul. Il n'est pas recommandé d'utiliser deux roulements X sur un arbre commun car cela pourrait entraîner des moments de friction inacceptables.
Charges sur les roulements à section mince
Les roulements supportent les arbres ou les boîtiers, leur permettant de fonctionner librement sous charge. Ci-dessus, nous avons analysé une variété de roulements à section mince capables de résister à des charges radiales, axiales et de moment. Des charges peuvent être appliquées aux roulements à section mince dans l'une des deux directions cardinales, où le moment de charge résultant (M) peut être calculé comme suit :
M = Fa Sa + Fr Sr
M | = | moment de charge [N·m] |
Fa | = | charge axiale [kN] |
Sa | = | distance de décalage par rapport à l'axe du roulement [m] |
Fr | = | charge radiale [kN] |
Sr | = | distance de décalage par rapport au plan radial [m] |
Les charges axiales (Fa) sont parallèles à l'arbre (l'axe de rotation du roulement), tandis que les charges radiales (F r ) sont perpendiculaires à l'axe de rotation. Lorsque ces charges s'écartent de l'axe du roulement (distance Sa) ou du plan radial (distance Sr< /span>), une charge de moment final (M) est créée. L'utilisation de logiciels informatiques a rendu la méthode de détermination de la durée de vie des roulements plus complexe et plus précise que les calculs manuels précédents. La charge réelle est appliquée au roulement et la charge résultante sur chaque bille de ce roulement est déterminée. A partir de ce calcul, le facteur de sécurité statique et la durée de vie nominale L10 peuvent être déterminés.
Charge radiale principale
Plus le jeu du roulement est grand, moins il y a de billes pour supporter la charge, ce qui entraîne une durée de vie dynamique plus courte.
Une précharge importante du roulement peut surcharger le roulement avant que la charge ne soit appliquée.
Principales charges axiales et charges de moment
Un écart plus grand permettra un angle de contact plus grand que la bille avec le chemin de roulement et donc une meilleure adaptation à la charge appliquée.
Cependant, la zone elliptique de contact de la balle avec le chemin de roulement peut être tronquée au-dessus du bord du chemin de roulement, provoquant d'autres problèmes.
Une précharge plus importante peut à nouveau surcharger le roulement avant que la charge ne soit appliquée.
Le calcul du facteur de sécurité statique ou de la durée de vie dynamique nécessite l'aide d'un logiciel informatique pour déterminer les charges individuelles des billes dans tout le roulement – en utilisant Reali-Design (pour Roulements Reali-Slim en pouces) ou Reali-Design MM (pour Roulements métriques Reali-Slim) logiciel. Une fois ceux-ci calculés, la sphère de charge maximale est utilisée pour déterminer le niveau de contrainte maximal et donc le facteur de sécurité statique. Toutes les charges de billes sont utilisées dans une analyse pondérée pour déterminer la durée de vie nominale de base, L10.
Vitesse limite des roulements à section mince
D’une manière générale, la détermination de la vitesse de fonctionnement maximale sûre dépend en grande partie de l’expérience passée. Les facteurs qui limitent la vitesse de rotation des roulements sont très complexes, notamment :
Diamètre du roulement
Rapport diamètre du roulement/section transversale
Type de roulement et configuration interne
Rapport entre le rayon de la rainure du chemin de roulement et le diamètre de la bille
Jeu radial interne du roulement ou précharge
Angle de contact de travail
Précision du roulement (rond-rond)
Matériaux et conception de la cage à billes/séparateur
Précision d'installation (rondeur, planéité sous charge)
Lubrification
Mesures de température ambiante et de dissipation thermique
Joints
Charger
Même s'il n'est pas possible de fixer des limites de vitesse précises, les applications pratiques et l'expérience du laboratoire d'essais de l'AUB constituent une base pour fixer des limites générales. Supposons que les roulements soient installés correctement et aient une dissipation thermique adéquate. Ces limites sont basées sur une durée de vie complète de 1 000 000 de tours. Des vitesses plus élevées peuvent être tolérées si des durées de vie plus courtes sont acceptables. Pour les vitesses approchant ou dépassant la limite calculée à l'aide de la formule de vitesse limite (n), une attention particulière doit être portée à la lubrification et à la chaleur :
La graisse doit être spécialement conçue pour les roulements à grande vitesse.
La fréquence de relubrification doit être suffisante pour qu'une quantité suffisante de lubrifiant soit toujours disponible.
Si de l'huile est utilisée, la traînée visqueuse doit être minimisée en contrôlant le niveau, en utilisant un slinger d'huile et/ou en dosant de petites quantités de liquide ou de brouillard.
Les effets de la turbulence de l'air à des vitesses élevées peuvent rendre très difficile l'introduction d'huile sur les surfaces critiques. La conception du système de lubrification devient donc très importante.
Les calculs suivants peuvent être utilisés pour les roulements à billes à section mince de la série Reali-Slim de type ouvert en pouces à des vitesses continues.
n = 1 000 fl Cf/j
| Cf | = | facteur de calcul (tableau 1) |
| d | = | diamètre d'alésage [mm (dans)] (tableau des produits) |
| fl | = | facteur de réduction (tableau 2) |
| n | = | vitesse limite [r/min] |
Comment choisir le meilleur roulement à section mince pour votre application ?
Le type et l'ampleur des charges requises dans une application particulière déterminent quel roulement à section mince est le plus approprié. Par exemple, dans les environnements où il y a des charges axiales dans une direction, AUB recommande l'utilisation de ses roulements à billes à contact oblique de type A dédiés. Cette option est également idéale pour les applications à poussée radiale ou combinée. Néanmoins, il ne convient pas aux applications qui doivent supporter des charges de moment ou des charges axiales inversées.
Une fois que des moments de charge plus importants auront été déterminés, AUB recommandera l'utilisation d'options de roulements à billes à motif X ou à 4 points de contact. La conception utilise un chemin de roulement en « arc gothique » pour créer quatre points de contact entre la balle et le chemin de roulement. Ce qui en fait la solution parfaite pour les charges axiales inversées et idéale pour les charges de moment. Bien que les roulements de type X puissent être utilisés dans d'autres conditions de charge légère, le remplacement des roulements de type C ou A sous des charges purement radiales n'est pas toujours encouragé.
En règle générale, AUB recommande une surveillance attentive de la vitesse d'application (RPM) lors de la spécification des roulements de type X pour des combinaisons de charges axiales ou de moment et de charges radiales. L'équipe d'ingénieurs expérimentés de l'AUB s'est avérée d'un grand soutien à cet égard. Ils peuvent fournir et déterminer les vitesses limites et les charges combinées sur la base de statistiques et de recherches. Ils ont également ajouté des recommandations concernant l'utilisation de roulements radiaux avec des charges combinées radiales, axiales ou de moment et la sélection de la vitesse limite et du séparateur.
Les roulements à contact radial, tels que les roulements de type C, conviennent aux charges radiales. En effet, leurs rainures à billes profondes offrent la durabilité nécessaire pour résister à des charges plus élevées. Bien que ce type particulier de roulement soit utilisé dans des applications qui supportent principalement des charges radiales, Carter suggère qu'il peut également supporter efficacement des charges axiales inversées, des charges axiales modérées et des charges de moment.
Quelles sont les autres applications des roulements à section mince ?
Les roulements à section mince ont été développés principalement pour les applications où l'espace est limité, offrant des solutions sans frottement pour les composants articulés tels que systèmes de robot bras ou d’autres articulations telles que les coudes. Différents types de roulements à section mince sont largement utilisés dans différentes institutions, notamment l'aérospatiale, l'imagerie médicale, la robotique, les semi-conducteurs, le stockage de données, les machines-outils, les équipements d'emballage, les équipements d'emballage, les systèmes satellitaires et les systèmes optiques et de visée.
AUB est spécialisé dans les solutions concernant une gamme complète de roulements à section mince. Notre équipe d'ingénieurs bien équipée crée des conceptions de roulements personnalisées en tenant compte de l'espace, de la charge, de la précision et de la fiabilité, et les fabrique sur mesure en fonction des besoins de votre application. AUB propose des roulements de précision à profil bas dans des tailles allant de 1 po ID (diamètre intérieur) à 40 po OD (diamètre extérieur) pour les grands plateaux tournants déployés dans des applications commerciales et industrielles.