Dégagement idéal. Durée de vie idéale des roulements.

Mar 07, 2023

Le jeu interne est l'un des facteurs les plus importants affectant les performances des roulements dans les applications de pompe. Le "jeu interne" du roulement est le mouvement relatif des bagues extérieure et intérieure lorsqu'elles poussent légèrement dans des directions opposées. Le mouvement dans la direction diamétrale est défini comme un jeu radial, tandis que le mouvement dans la direction de l'arbre est un jeu axial.

Le jeu interne est essentiel à la performance des roulements pour plusieurs raisons. La quantité de jeu influence la répartition de la charge dans un roulement, ce qui affecte finalement sa durée de vie. Il influence également le bruit de fonctionnement et les vibrations des roulements. De plus, cela peut influencer si les éléments roulants se déplacent par roulement ou par glissement.

Normalement, les roulements sont installés avec une interférence pour la bague intérieure ou extérieure, ce qui entraîne sa dilatation ou sa contraction, ce qui entraîne une modification du jeu. Pendant le fonctionnement, le roulement augmentera jusqu'à ce qu'il atteigne la température de saturation. Cependant, les températures de la bague intérieure, de la bague extérieure et des éléments roulants sont toutes différentes les unes des autres, et cette différence de température modifie le jeu (Figure 1). De plus, lorsqu'un roulement fonctionne sous charge, une déformation élastique de la bague intérieure, de la bague extérieure et des éléments roulants entraîne également une modification du jeu. La quantification de tous ces changements peut rendre le calcul du jeu interne des roulements une tâche très complexe.

Quel est donc le dégagement idéal ? Avant d'aborder cette question, nous définirons d'abord les différents types de dédouanement suivants :

Jeu interne mesuré (Δ1) Il s'agit du jeu interne mesuré sous une charge de mesure spécifiée, et peut être appelé "jeu apparent". Ce jeu inclut la déformation élastique (δFO) provoquée par la charge de mesure.

Δ1 = Δ0 + δFO

Jeu interne théorique (Δ0)Il s'agit du jeu interne radial qui est le jeu mesuré moins la déformation élastique provoquée par la charge de mesure.

Δ0 = Δ1 + δFO

δFO est significatif pour les roulements à billes, mais pas pour les roulements à rouleaux où il est supposé égal à zéro, et donc Δ0 = Δ1

Jeu interne résiduel (Δf) C'est le jeu laissé dans un roulement après son montage sur un arbre et dans un logement. La déformation élastique causée par la masse de l'arbre, etc. est négligée. En supposant que la diminution du jeu causée par la dilatation ou la contraction de l'anneau est δf, alors :

Δf = Δ0 + δf

Jeu interne effectif (Δ) C'est le jeu de roulement qui existe dans une machine à sa température de fonctionnement, à l'exclusion de la déformation élastique causée par la charge. En d'autres termes, il s'agit du jeu en ne considérant que les changements dus au montage du roulement δf et à la différence de température entre les bagues intérieure et extérieure δt. Les charges nominales de base des roulements s'appliquent uniquement lorsque le jeu effectif Δ=0.

Δ = Δf − δt = Δ0 – (δf + δt)

Jeu de fonctionnement (ΔF) Il s'agit du jeu réel lorsqu'un roulement est installé et fonctionne sous charge. Ici, l'effet de la déformation élastique δF est inclus ainsi que l'ajustement et la température. Généralement, le jeu de fonctionnement n'est pas utilisé dans le calcul.

ΔF = Δ + δF

Le jeu de roulement le plus important est le jeu effectif. Théoriquement, un roulement avec un jeu effectif Δ légèrement négatif aura la durée de vie la plus longue. Un jeu légèrement négatif (ou précharge) deviendra en fait positif sous l'influence de la charge du roulement. Cependant, il est impossible d'amener le jeu de tous les roulements au jeu effectif idéal, et il faut considérer le jeu géométrique Δ0 pour atteindre une valeur minimale de jeu effectif nulle ou légèrement négative. Pour calculer cette valeur, il faut connaître à la fois la réduction du jeu causée par l'interférence de la bague intérieure et de la bague extérieure Df et la variation du jeu causée par la différence de température entre la bague intérieure et la bague extérieure Dt.

Lorsque la bague intérieure d'un roulement est ajustée par pression sur un arbre, ou lorsque la bague extérieure est ajustée par pression dans un logement, le jeu radial interne diminue naturellement en raison de l'expansion ou de la contraction résultante des pistes de roulement. Généralement, la plupart des pompes ont un arbre rotatif qui nécessite un ajustement serré entre la bague intérieure et l'arbre et un ajustement lâche entre la bague extérieure et le boîtier. Dans ces cas, seul l'effet de l'interférence sur la bague intérieure doit être pris en compte.

Un exemple de calcul est présenté ci-dessous pour un roulement rigide à billes à une rangée 6310. La tolérance d'arbre utilisée est K5, tandis que le logement est H7. L'ajustement serré s'applique uniquement à la bague intérieure.

Le diamètre de l'arbre, la taille de l'alésage et le jeu radial sont les mesures standard des roulements. En supposant que 99,7 % des pièces sont dans les tolérances, la valeur moyenne (mΔf) et l'écart type (σΔf) du jeu interne après montage (jeu résiduel) peuvent être calculés. Les mesures sont données en unités de millimètres (mm).

La quantité moyenne d'expansion et de contraction du chemin de roulement due à l'interférence apparente est calculée à partir de λi (mm – mi).

L'équation suivante permet de déterminer, avec une probabilité de 99,7 %, la variation du jeu interne après montage (RΔf) :

RΔf = mΔf ± 3σΔf = +0,014 à -0,007

En d'autres termes, la valeur moyenne du jeu résiduel (mΔf) est de +0,0035, et la plage est de -0,007 à 0,014 pour un roulement 6310.

Lorsqu'un roulement fonctionne sous une charge, la température de l'ensemble du roulement augmente. Cela inclut les éléments roulants, mais comme ce changement est extrêmement difficile à mesurer ou même à estimer, la température des éléments roulants est généralement supposée être la même que la température de la bague intérieure.

En utilisant à nouveau un roulement 6310 comme exemple, la réduction du jeu causée par une différence de température de 5oC entre les bagues intérieure et extérieure peut être calculée à l'aide de l'équation suivante :

Les équations suivantes sont utilisées pour calculer le diamètre du chemin de roulement de la bague extérieure :

Roulements à billes : De = (4D + d) / 5 Roulements à rouleaux : De = (3D + d) / 4

A partir des valeurs calculées pour Δf et δt, le jeu interne effectif (Δ) peut être déterminé à l'aide de l'équation suivante :

D = Df – dt = (+0,014 à -0,007) – 0,006 = +0,008 à -0,013

En se référant à la Figure 3, on peut voir comment le jeu interne effectif influence la durée de vie du roulement, dans cet exemple, avec une charge radiale de 3 350 N (ou environ 5 % de la charge nominale de base). La durée de vie la plus longue se produit dans des conditions où le jeu interne effectif est de -13 μm. La limite la plus basse de la plage de jeu interne efficace préférée est également de -13 μm.

Bien que viser un jeu légèrement négatif soit en théorie optimal pour la durée de vie des roulements, en pratique, il faut être prudent lors de la conception ou de la construction d'une pompe avec précharge de roulement. Comme le montre la figure 3, le rapport de durée de vie culmine à -13 μm, mais chute considérablement avec une précharge supplémentaire. Des hypothèses incorrectes concernant les tolérances d'usinage ou les températures de fonctionnement peuvent facilement entraîner une durée de vie plus courte que prévu si le roulement est préchargé trop lourdement. D'un autre côté, un jeu trop important peut entraîner un patinage des roulements et une mauvaise performance de la pompe. Il faut évaluer les compromis entre le jeu et la précharge du roulement en fonction des besoins de l'application.

Comprendre l'importance du jeu interne des roulements aidera à augmenter la durée de vie des roulements et à optimiser les performances globales de votre pompe. Pour plus d'informations, veuillez contacter NSK.