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CHAPITRE 3 DES ELEMENTS A PRENDRE EN COMPTE DANS LA CONCEPTION D'UN SYSTEME DE ROULEMENT :

Introduction : La conception d'un systeme de roulement est cruciale pour garantir le bon fonctionnement et la durabilite des machines et des equipements.En comprenant ces factures et en choisissant les composants appropries , il est possible de creer des systemes de roulement faibles et durables, essentiels ou bon fonctionnement des machines et des equipements industriels.Cela peut inclure l'usure normale due a l'utilisation, les fissures, les eclatements, les deformations ou d'autres problemes qui compromettent la performance du roulement et peuvent eventuellement entrainer une defaillance de la machine dans laquelle il est utilise.L'endommagement des roulements peut etre divise en deux categories : l'endommagement direct, i.e, les dommages que peuvent subir les pieces durant leur fabrication, leur acheminement, leur montage ou en cours de fonctionnement lorsqu'un incident survient, comme cela a ete presente dans la section precedente, et l'endommagement indirect, i-e, les dommages resultant d'un long processus de fatigue et d'usure des pieces.Choix d'un roulement : Le choix du type de roulements a utiliser depend des exigences techniques propres a chaque cas (la position des charges concentree, la vitesse, temperature de fonctionnement, lubrification , choisir des materiaux, bruit et vibrations, Cout) et ne peut se faire que dans la connaissance parfaite des caracteristiques techniques de chaque type .Ce !phenomene est lie a la modification du profil des pistes qui peut s'operer sous l'effet d'une usure irreguliere et se traduire par une concentration des contraintes au niveau des lignes de pression elevee et une diminution de l'epaisseur du film lubrifiant .En retour, tout dommage potentiel cause par des fissures de phase blanche (WEC) est retarde Bruit et vibrations : Le bruit et les vibrations de roulement sont generalement causes par des problemes au niveau des pneus, des roues, de la suspension ou des freins d'un vehicule.1_ Fatigue des roulements: La fatigue de roulement est un phenomene qui se produit dans les roulements mecaniques, ou les elements roulants subissent des contraintes repetees au fil du temps, ce qui peut entrainer des fissures et finalement la defaillance du roulement.Il est essentiel de consulter les specifications du fabricant du roulement et de concevoir correctement l'installation pour garantir une performance optimale et une duree de vie prolongee du roulement.Differents facteurs de charge doivent etre pris en compte, tels que la direction de la charge, le type de charge et l'etat de la charge.Ils sont fabriques a partir d'eau et d'additifs lubrifiants et sont utilises pour lubrifier les roulements et autres pieces en mouvement dans des applications ou l'utilisation d'huile ou de graisse est difficile ou impossible.Les roulements de ce type sont indispensables non seulement la ou la chaleur est presente comme partie intrinseque du processus, mais aussi dans les applications de machines-outils ou les hautes vitesses de broches generent des temperatures elevees dans les composants d'entrainement.Si le premier cas d'endommagement est souvent facile a deceler, le second repose davantage sur la probabilite que des evenements critiques surviennent en cours de fonctionnement, et necessite donc l'utilisation de modeles ou de criteres afin d'etre predit .Il existe egalement d'autres types de lubrifiants, tels que les lubrifiants solides (par exemple, les lubrifiants a base de plastique ou de ceramique) et les lubrifiants pour les applications speciales (par exemple, les lubrifiants pour les roulements a billes en acier inoxydable ou les roulements a rouleaux coniques).Choix un lubrifiant : Il existe deux types de lubrifiants utilises dans le roulement (graisse et huile) Utilisation : Remarque : tous les roulements etanches ou proteges sont pre lubrifies avec de la graisse et graisses a vie.Cet effet se cree car les inclusions d'oxydes d'aluminium sont relativement dures et susceptibles de se rompre au moment du traitement de l'acier, comme par exemple pendant la forge.Calcul du cout de roulement: La formule la plus courante pour calculer le cout de roulement est la suivante: (Nombre d'employes quittant l'entreprise / Nombre moyen d'employes) x 100 Exemple: Si une entreprise a 100 employes au debut de l'annee et que 20 d'entre eux la quittent au cours de l'annee, le taux de roulement est de 20%.Les roulements ont donc une duree de vie finie, que l'on note L, et qui se compte en nombre de cycles, c'est-a-dire en nombre de tours de l'arbre.Des etudes statistiques ont ete menees de longue date par les constructeurs de roulements et elles ont conduit a une courbe de probabilite de survie dont la forme est representee en (Figure 4.1) o Figure 4.1 : L'ecaillage et ses consequences.Les Roulements peuvent subir une perte de materiau (usure) significative resultant d'une lubrification insuffisante, de particules abrasives, de la corrosion ou d'un fonctionnement avec oscillations, entre autres causes.Charge combinee : La charge combinee est une combinaison des composantes de la charge radiale et de la charge axiale (figure 4 droite)

Type de charge:

Charges dynamiques : Il s'agit des forces de rotation qui s'exercent sur le roulement lorsqu'il tourne.A titre d'exemple, on sait que les inclusions d'oxydes d'aluminium, formees par le processus d'oxydation lors de la fusion, peuvent entrainer une reduction importante de la duree de vie des roulements.Lors du developpement, les caracteristiques l'acier SHX ont ete demontrees au moyen de tests exhaustifs de resistance a l'usure, dont notamment des tests a quatre billes et a rouleaux, ainsi que de duree de vie du materiau et de la surface

.L'endommagement: L'endommagement de roulement se refere aux defauts ou aux dommages qui surviennent dans les roulements mecaniques, tels que les roulements a billes ou les roulements a rouleaux, utilises dans diverses applications industrielles.Purete du materiau La duree de vie en des alliages d'aciers de roulements comme le 100 Cr6 (ou SUJ2 selon la norme japonaise), par exemple, depend principalement de la teneur en inclusions.Les alliages peuvent prevenir ou du moins reduire la formation de fissures dans la microstructure du roulement Les materiaux comme l'acier Super Tough resultent de la combinaison d'un traitement thermique optimal avec un alliage special.Il est important de choisir le bon type et la bonne quantite de lubrifiant, et de respecter les intervalles de lubrification recommandes par le fabricant pour maintenir les performances optimales du roulement.Traitement thermique adapte aux applications : Le traitement thermique constitue un autre parametre qui influe sur les caracteristiques specifiques des aciers et affecte par consequent aussi les roulements.Si vous avez besoin de determiner la vitesse de rotation appropriee pour un roulement specifique, je peux vous aider a le calculer en fonction de ses specifications et de vos besoins d'application.Elles sont fabriquees a partir de base d'huile minerale ou synthetique et sont utilisees pour lubrifier les roulements et autres pieces en mouvement dans une large gamme d'applications.Epilogue : La conception d'un systeme de roulement efficace repose sur la pris en compte de nombreux elements , allant de la charge et de la vitesse a l'environnement d'exploitation et a la lubrification .Les elements roulants font supporter aux pistes des efforts repetes et, cela provoque a une certaine profondeur un cisaillement alterne.Les elements roulants, en passant sur ce cratere, subissent des accelerations qui sont a l'origine du bruit dont nous avons parle.Commencez par nettoyer soigneusement le roulement et les surfaces en contact avec celui-ci avec une petite brosse.Ces types de graisses sont utilises pour lubrifier les roulements et autres pieces en mouvement dans des conditions difficiles, telles que les temperatures elevees, l'humidite et la poussiere.Petit a petit, cette fissure se propage jusqu'a la surface et on assiste a la formation d'une ecaille qui se detache, laissant sur la piste un cratere.Cette usure peut, a son tour, avoir un effet nefaste sur le fonctionnement des roulements, qui peut aller de la reduction de la pre-charge jusqu'a des consequences potentiellement catastrophiques.Les roulements haute vitesse sont concus pour des applications ou les vitesses de rotation sont elevees, tandis que les roulements a basse vitesse sont utilises pour des applications a vitesses plus faibles.La lubrification : La lubrification des roulements est essentielle pour reduire les frottements, la chaleur et l'usure, prolongeant ainsi leur duree de vie.La lubrification va reduire les frottements ce qui va limiter l'usure de vos pieces et donc augmenter la duree de vie de vos roulements.Le mouvement etant facilite, il faut moins d'energie pour effectuer les mouvements de rotation, ce qui peut vous faire faire des economies.C'est la raison pour laquelle les materiaux comme l'acier SHX de NSK font l'objet d'un traitement thermique specifique particulierement resistant a l'usure a haute temperature.Dans les environnements ou le lubrifiant a une teneur normale en impuretes, la duree de vie du roulement peut meme etre multipliee par dix.2.3.4.1.3.4.5.6.

CHAPITRE 3
DES ÉLÉMENTS À PRENDRE EN COMPTE DANS LA CONCEPTION D’UN SYSTÈME DE ROULEMENT :

Introduction :
La conception d’un système de roulement est cruciale pour garantir le bon fonctionnement et la durabilité des machines et des équipements. De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour créer un système de roulement efficace et fiable.
1_ Fatigue des roulements:
La fatigue de roulement est un phénomène qui se produit dans les roulements mécaniques, où les éléments roulants subissent des contraintes répétées au fil du temps, ce qui peut entraîner des fissures et finalement la défaillance du roulement. Le roulement commence à émettre un bruit caractéristique que l’on considère généralement comme le signe de sa défaillance. L’origine de ce bruit est le phénomène d’écaillage, dont voici la genèse. Les éléments roulants font supporter aux pistes des efforts répétés et, cela provoque à une certaine profondeur un cisaillement alterné. À l’issue d’un certain nombre de cycles, il arrive qu’une fissure se forme en un point faible. Petit à petit, cette fissure se propage jusqu’à la surface et on assiste à la formation d’une écaille qui se détache, laissant sur la piste un cratère. Les éléments roulants, en passant sur ce cratère, subissent des accélérations qui sont à l’origine du bruit dont nous avons parlé.
Le phénomène d’écaillage est inévitable et se produit d’autant plus vite que la charge est plus élevée. Les roulements ont donc une durée de vie finie, que l’on note L, et qui se compte en nombre de cycles, c’est-à-dire en nombre de tours de l’arbre. Malheureusement, ce nombre de cycles avant écaillage sous une charge donnée est très dispersé, ce qui complique l’analyse. Des études statistiques ont été menées de longue date par les constructeurs de roulements et elles ont conduit à une courbe de probabilité de survie dont la forme est représentée en (Figure 4.1)
• Figure 4.1 : L'écaillage et ses conséquences.

Les Roulements peuvent subir une perte de matériau (usure) significative résultant d’une lubrification insuffisante, de particules abrasives, de la corrosion ou d’un fonctionnement avec oscillations, entre autres causes. Cette usure peut, à son tour, avoir un effet néfaste sur le fonctionnement des roulements, qui peut aller de la réduction de la pré-charge jusqu’à des conséquences potentiellement catastrophiques. Une conséquence commune et probablement inattendue d’une usure irrégulière des pistes de roulements est un risque accru de fatigue de surface. Dans certaines applications, il n’est pas rare d’observer des bandes de fatigue ou écaillage de surface le long des pistes. Ce ¬phénomène est lié à la modification du profil des pistes qui peut s’opérer sous l’effet d’une usure irrégulière et se traduire par une concentration des contraintes au niveau des lignes de pression élevée et une diminution de l’épaisseur du film lubrifiant .

L’endommagement:
L’endommagement de roulement se réfère aux défauts ou aux dommages qui surviennent dans les roulements mécaniques, tels que les roulements à billes ou les roulements à rouleaux, utilisés dans diverses applications industrielles. Cela peut inclure l’usure normale due à l’utilisation, les fissures, les éclatements, les déformations ou d’autres problèmes qui compromettent la performance du roulement et peuvent éventuellement entraîner une défaillance de la machine dans laquelle il est utilisé.L’endommagement des roulements peut être divisé en deux catégories : l’endommagement direct, i.e, les dommages que peuvent subir les pièces durant leur fabrication, leur acheminement, leur montage ou en cours de fonctionnement lorsqu’un incident survient, comme cela a été présenté dans la section précédente, et l’endommagement indirect, i-e, les dommages résultant d’un long processus de fatigue et d’usure des pièces. Si le premier cas d’endommagement est souvent facile à déceler, le second repose davantage sur la probabilité que des évènements critiques surviennent en cours de fonctionnement, et nécessite donc l’utilisation de modèles ou de critères afin d’être prédit .

Choix d’un roulement :
Le choix du type de roulements à utiliser dépend des exigences techniques propres à chaque cas (la position des charges concentrée, la vitesse, température de fonctionnement, lubrification , choisir des matériaux, bruit et vibrations, Côut) et ne peut se faire que dans la connaissance parfaite des caractéristiques techniques de chaque type .

La position des charges concentrée :
• La position des charges concentrées des roulements dépend de la configuration spécifique de l’application et du type de roulement utilisé. En général, les charges concentrées peuvent être supportées radialement, axialement ou de manière combinée, en fonction de la conception du roulement et de sa capacité de charge. Les charges radiales sont perpendiculaires à l’axe de rotation, les charges axiales sont parallèles à l’axe de rotation et les charges combinées sont une combinaison des deux. Il est essentiel de consulter les spécifications du fabricant du roulement et de concevoir correctement l’installation pour garantir une performance optimale et une durée de vie prolongée du roulement.Différents facteurs de charge doivent être pris en compte, tels que la direction de la charge, le type de charge et l’état de la charge.

Direction de la charge:

Charge radiale : La charge radiale est toute charge agissant à angle droit par rapport à l’axe du roulement (figure 4 à gauche).

Charge axiale : La charge axiale ou de poussée est toute charge agissant le long de l’axe du roulement (figure 4 au milieu).

Charge combinée : La charge combinée est une combinaison des composantes de la charge radiale et de la charge axiale (figure 4 droite)

Type de charge:

Charges dynamiques : Il s’agit des forces de rotation qui s’exercent sur le roulement lorsqu’il tourne. Ces charges provoquent l’usure du roulement.

Charges statiques : Une charge de pointe continue ou intermittente. Sous des charges statiques, la résistance du matériau du roulement est le facteur limitant.

État de charge:

Charge constante : Sous charge constante, la
direction de la charge ne change pas et la même partie du roulement est constamment soumise à la charge, également appelée zone chargée.

Charge alternée:Sous charge alternée, les zones adjacentes du roulement sont alternativement chargées et déchargées.

La vitesse de rotation :
La vitesse de rotation d’un roulement est généralement mesurée en tours par minute (RPM). Elle dépend de plusieurs facteurs tels que le type de roulement, la taille, la précision de fabrication et les conditions de fonctionnement. Il est important de respecter les limites de vitesse recommandées par le fabricant du roulement pour éviter les problèmes de surchauffe, d’usure prématurée ou de défaillance. Les roulements haute vitesse sont conçus pour des applications où les vitesses de rotation sont élevées, tandis que les roulements à basse vitesse sont utilisés pour des applications à vitesses plus faibles. Si vous avez besoin de déterminer la vitesse de rotation appropriée pour un roulement spécifique, je peux vous aider à le calculer en fonction de ses spécifications et de vos besoins d’application.

Température de fonctionnement :
Les roulements à billes sans étanchéité peuvent être utilisés jusqu’à une température de fonctionnement de +120 °C. Pour des applications au-dessus de +120 °C.

Les roulements à billes avec joints à lèvre peuvent être utilisés pour des températures de fonctionnement de –30 °C à +110 °C, limitées par les caractéristiques de la graisse et par la matière des joints.

Les roulements avec étanchéités par passage étroit sont prévus pour des températures de –30 °C à +120 °C.

Les roulements avec cages en polyamide renforcé de fibres de verre conviennent pour des températures de fonctionnement jusqu’à +120 °
La lubrification :
La lubrification des roulements est essentielle pour réduire les frottements, la chaleur et l’usure, prolongeant ainsi leur durée de vie. Elle peut être effectuée avec différentes substances comme de l’huile ou de la graisse, selon les besoins spécifiques du roulement et de l’application. Il est important de choisir le bon type et la bonne quantité de lubrifiant, et de respecter les intervalles de lubrification recommandés par le fabricant pour maintenir les performances optimales du roulement.

Comment lubrifier les roulements ?

Il existe plusieurs manières de lubrifier un roulement, en fonction du type de roulement et de l’application dans laquelle il est utilisé. Voici quelques étapes générales pour lubrifier un roulement :

1. Commencez par nettoyer soigneusement le roulement et les surfaces en contact avec celui-ci avec une petite brosse.


2. Appliquez de la graisse ou de l’huile de lubrification sur les parties en mouvement du roulement. Utilisez une quantité suffisante pour remplir tous les espaces entre les pièces en mouvement.


3. Actionnez le roulement pour distribuer la lubrification de manière uniforme et éliminer les excès de graisse ou d’huile.


4. Contrôlez régulièrement le niveau de lubrification du roulement et rechargez-le si nécessaire.
   Quelle graisse utiliser pour les roulements ?
   Il existe plusieurs types de lubrifiants, qui diffèrent par leur composition et leurs propriétés. Les principaux types de lubrifiants sont les suivants :
   Les huiles :. Elles sont fabriquées à partir de base d’huile minérale ou synthétique et sont utilisées pour lubrifier les roulements et autres pièces en mouvement dans une large gamme d’applications. Les huiles ont des propriétés lubrifiantes, refroidissantes et protectrices.
   Les graisses :. Elles sont fabriquées à partir de base d’huile minérale ou synthétique et de différents additifs, tels que des agents de viscosité, des agents de lubrification et des agents anti-usure. Ces types de graisses sont utilisés pour lubrifier les roulements et autres pièces en mouvement dans des conditions difficiles, telles que les températures élevées, l’humidité et la poussière.
   Les lubrifiant a base d’eau:. Ils sont fabriqués à partir d’eau et d’additifs lubrifiants et sont utilisés pour lubrifier les roulements et autres pièces en mouvement dans des applications où l’utilisation d’huile ou de graisse est difficile ou impossible.
   Il existe également d’autres types de lubrifiants, tels que les lubrifiants solides (par exemple, les lubrifiants à base de plastique ou de céramique) et les lubrifiants pour les applications spéciales (par exemple, les lubrifiants pour les roulements à billes en acier inoxydable ou les roulements à rouleaux coniques).
   Quels sont les avantages de la lubrification pour un roulement ?


5. La lubrification d’un roulement va vous apporter de nombreux avantages :


6. La lubrification va réduire les frottements ce qui va limiter l’usure de vos pièces et donc augmenter la durée de vie de vos roulements.


7. La réduction de ces frottements va également entraîner une baisse de l’échauffement lors des rotations extrêmement rapides de vos roulements.


8. Le mouvement étant facilité, il faut moins d’énergie pour effectuer les mouvements de rotation, ce qui peut vous faire faire des économies.


9. Dans une moindre mesure, la lubrification protège votre roulement de la pollution extérieure. Il faudra tout de même faire attention à ce que la lubrification soit régulièrement revue.


10. Enfin, le lubrifiant protégera votre roulement contre la corrosion.
    Choix un lubrifiant :
    Il existe deux types de lubrifiants utilisés dans le roulement (graisse et huile) Utilisation :
    Remarque : tous les roulements étanches ou protégés sont pré lubrifiés avec de la graisse et graissés à vie.
    Pourquoi 80 % de graisse ?
    En a choisir 80% de graisse par-ce-que :

• Lubrification facile d’application (facilité de stockage et d’utilisation).


• Simple dessin des machines.


• Coûts moins élevés.
  Et pour l’huile

Figure 4.3: Formation du film d’huile
Choix des matériaux :
La sélection et l’optimisation des matériaux (acier) jouent un rôle capital dans le développement de roulements de hautes performances. C’est la raison pour laquelle l’ingénierie des matériaux constitue chez NSK l’une des quatre technologies clés de recherche et développement.
Pureté du matériau
La durée de vie en des alliages d’aciers de roulements comme le 100 Cr6 (ou SUJ2 selon la norme japonaise), par exemple, dépend principalement de la teneur en inclusions. Les inclusions non métalliques ou d’oxydes, en particulier, promeuvent des effets négatifs sous la surface de roulement. A titre d’exemple, on sait que les inclusions d’oxydes d’aluminium, formées par le processus d’oxydation lors de la fusion, peuvent entraîner une réduction importante de la durée de vie des roulements. Cet effet se crée car les inclusions d’oxydes d’aluminium sont relativement dures et susceptibles de se rompre au moment du traitement de l’acier, comme par exemple pendant la forge. Lorsqu’une rupture se produit, les inclusions rétrécissent et affaiblissent la microstructure.
Traitement thermique adapté aux applications :
Le traitement thermique constitue un autre paramètre qui influe sur les caractéristiques spécifiques des aciers et affecte par conséquent aussi les roulements. C’est la raison pour laquelle les matériaux comme l’acier SHX de NSK font l’objet d’un traitement thermique spécifique particulièrement résistant à l’usure à haute température. Les roulements de ce type sont indispensables non seulement là où la chaleur est présente comme partie intrinsèque du processus, mais aussi dans les applications de machines-outils où les hautes vitesses de broches génèrent des températures élevées dans les composants d’entraînement.

Lors du développement, les caractéristiques l’acier SHX ont été démontrées au moyen de tests exhaustifs de résistance à l’usure, dont notamment des tests à quatre billes et à rouleaux, ainsi que de durée de vie du matériau et de la surface

. La différence résidant dans l’alliage

Le troisième paramètre en quête d’une fiabilité supérieure des roulements, c’est l’alliage. Les alliages peuvent prévenir ou du moins réduire la formation de fissures dans la microstructure du roulement
Les matériaux comme l’acier Super Tough résultent de la combinaison d’un traitement thermique optimal avec un alliage spécial. Par exemple, la trempe des aciers à l’aide d’un procédé de type carbonitruration multiplie par deux la durée de vie par rapport à la longévité estimée dans des conditions de lubrification contaminées. Dans les environnements où le lubrifiant a une teneur normale en impuretés, la durée de vie du roulement peut même être multipliée par dix. Cette amélioration de la performance est imputable à la réduction sensible de l’usure induite en surface provoquée par une lubrification insuffisante ou une contamination du lubrifiant. En retour, tout dommage potentiel causé par des fissures de phase blanche (WEC) est retardé
Bruit et vibrations :
Le bruit et les vibrations de roulement sont généralement causés par des problèmes au niveau des pneus, des roues, de la suspension ou des freins d’un véhicule. Cela peut être dû à une usure inégale des pneus, des roulements défectueux, des disques de frein voilés, ou même un déséquilibre des roues. Si vous rencontrez ce problème, il est conseillé de faire vérifier votre véhicule par un mécanicien pour identifier et résoudre la cause du bruit et des vibrations.
Coût :
Le coût de roulement, aussi appelé taux de rotation du personnel, représente le pourcentage d’employés qui quittent une entreprise sur une période donnée. Il s’agit d’un indicateur important pour les entreprises car il peut avoir un impact significatif sur leur performance et leur rentabilité.
Calcul du coût de roulement:
La formule la plus courante pour calculer le coût de roulement est la suivante:
(Nombre d’employés quittant l’entreprise / Nombre moyen d’employés) x 100
Exemple:
Si une entreprise a 100 employés au début de l’année et que 20 d’entre eux la quittent au cours de l’année, le taux de roulement est de 20%.
Epilogue :
La conception d’un système de roulement efficace repose sur la pris en compte de nombreux éléments , allant de la charge et de la vitesse à l’environnement d’exploitation et à la lubrification . En comprenant ces factures et en choisissant les composants appropriés , il est possible de créer des systèmes de roulement faibles et durables, essentiels ou bon fonctionnement des machines et des équipements industriels.