Technologie de construction des roulements, Schemes and Mind Maps of Mechanics

Ce document présente une étude approfondie sur les roulements, notamment leurs modes de détérioration, les facteurs à prendre en compte pour leur choix, ainsi que les méthodes de dimensionnement et de calcul de leur durée de vie. Il aborde en détail les notions de capacité de charge dynamique, de charge dynamique équivalente, de courbe d'équidurée et de coefficients de correction à appliquer selon les conditions de fonctionnement. Le document fournit également des algorithmes de calcul pour déterminer les dimensions d'un roulement en fonction d'une durée de vie souhaitée, ou pour vérifier la durée de vie d'un roulement dont les dimensions sont connues. Cette étude détaillée des roulements est particulièrement pertinente pour les étudiants en génie mécanique, en technologie de construction ou en conception de machines.

Typology: Schemes and Mind Maps

2022/2023

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UCAD/ESP / GM
M1
Technologie de construction
CHAPITRE 2 : ROULEMENTS
M. NDIAYE
13/02/2023
2
1. Modes de détérioration des roulements
Un roulement peut se détériorer de 2 manières :
a) Détérioration par fatigue
Les efforts reçus par le roulement entraînent au niveau des contacts entre éléments roulants et chemins
- Des contraintes de compression, maximales en surface dont la valeur peut atteindre 4600 N/mm2,
- Des contraintes de cisaillement dont la valeur peut atteindre 1000 N/mm2.
L’effort radial n'est appliqué que sur quelques-uns et varie de manière cyclique. Ceci crée un phénomène
de fatigue qui amplifie l'usure.
Les conséquences de l'usure d'un roulement sont : marche plus bruyante, précision diminuée, effets
de balourd, vibrations etc. L'usure d'un roulement dépend des charges radiales et axiales reçues par le
roulement, de la vitesse de rotation, de la lubrification, etc.
b) Détérioration par déformation (statique)
Ce sont des déformations permanentes qui engendrent des vibrations lors de la rotation. D'autre part,
des déformations, même élastiques, entraînent une mauvaise coaxialité ce qui peut, dans certains cas
particuliers où l'exactitude de rotation est impérative, être inadmissible.
D'où la notion de capacité de charge statique de base C0 d'un roulement. Conformément à la norme
ISO 76-1987, la charge statique de base est définie comme la charge statique qui provoque au contact
d'un chemin de roulement et de l'élément roulant le plus chargé une déformation permanente dont la
profondeur totale est égale à 1.𝟏𝟎𝟒 fois le diamètre de cet élément roulant. Elle correspond aussi à une
contrainte de pression au centre du contact élément/chemin de roulement le plus chargé égale à :
- 4 600 N/mm² pour les roulements à rotule sur billes,
- 4 200 N/mm² pou tous les autres roulements à billes,
- 4 000 N/mm² pour tous les roulements à rouleaux,
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1. Modes de détérioration des roulements Un roulement peut se détériorer de 2 manières : a) Détérioration par fatigue Les efforts reçus par le roulement entraînent au niveau des contacts entre éléments roulants et chemins

  • Des contraintes de compression, maximales en surface dont la valeur peut atteindre 4600 N/mm2,
  • Des contraintes de cisaillement dont la valeur peut atteindre 1000 N/mm2. L’effort radial n'est appliqué que sur quelques-uns et varie de manière cyclique. Ceci crée un phénomène de fatigue qui amplifie l'usure. Les conséquences de l'usure d'un roulement sont : marche plus bruyante, précision diminuée, effets de balourd, vibrations etc. L'usure d'un roulement dépend des charges radiales et axiales reçues par le roulement, de la vitesse de rotation, de la lubrification, etc. b) Détérioration par déformation (statique) Ce sont des déformations permanentes qui engendrent des vibrations lors de la rotation. D'autre part, des déformations, même élastiques, entraînent une mauvaise coaxialité ce qui peut, dans certains cas particuliers où l'exactitude de rotation est impérative, être inadmissible. D'où la notion de capacité de charge statique de base C 0 d'un roulement. Conformément à la norme ISO 76-1987, la charge statique de base est définie comme la charge statique qui provoque au contact d'un chemin de roulement et de l'élément roulant le plus chargé une déformation permanente dont la profondeur totale est égale à 1.𝟏𝟎−𝟒^ fois le diamètre de cet élément roulant. Elle correspond aussi à une contrainte de pression au centre du contact élément/chemin de roulement le plus chargé égale à :
  • 4 600 N/mm² pour les roulements à rotule sur billes,
  • 4 200 N/mm² pou tous les autres roulements à billes,
  • 4 000 N/mm² pour tous les roulements à rouleaux,

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2. Facteurs liés au choix d’un roulement Généralement, un type de roulement est choisi en fonction : - des conditions de fonctionnement, - de la facilité de montage dans la machine, - de l’espace disponible, - du cout, - etc. Ensuite, la détermination de la taille du roulement est faite en fonction : - de la durée de vie requise, - des charges dynamiques et statiques équivalentes, - de la vitesse, - etc. 3. Dimensionnement et durée de vie des roulements 3.1. Durée de vie nominale On appelle durée de vie d’un roulement, le nombre de tours (ou le nombre d’heures de fonctionnement à vitesse constante) que celui-ci peut effectuer avant l’apparition des premiers signes de détérioration par fatigue (écaillage) sur l’une des bagues ou l’un des éléments roulants

M 1 Technologie de construction CHAPITRE 2 : ROULEMENTS M. NDIAYE 13 /0 2 /202 3 Roulements à billes à contact radial Rlt à rouleaux cylindriques Butées à billes c) Courbe d’équidurée Sous l'action des charges F 1 , F 2 , F 3 ou F 4 le roulement a la même durée de vie. La courbe d'équidurée est obtenue en traçant la courbe passant par les extrémités des charges précédentes, toutes tracées à partir du même point d'application O. Cette courbe est ensuite approximée par des droites pour en simplifier l'exploitation (permet de définir les coefficients X, Y, e = tan β...).

M 1 Technologie de construction CHAPITRE 2 : ROULEMENTS M. NDIAYE 13 /0 2 /202 3 Les coefficients X et Y ont été établies par expérimentations et sont données dans le catalogue du constructeur de roulement. Elles varient avec la géométrie des roulements.  X est toujours constant pour un type de roulement donné.  e, Y sont fonction de l'inclinaison a de l'action de contact au niveau des éléments roulants. Cette inclinaison, constante pour la plupart des types de roulements, peut varier dans un même série: Calcul précis de e et Y par interpolation Le rapport Fa/C 0 tombera très rarement sur une valeur du tableau. Dans ce cas, il faudra calculer e et Y au prorata. Par exemple, si on obtient Fa / C 0 = 0,2 (donc entre 0,17 et 0,28 sur le tableau) alors e sera entre 0, et 0,38, et Y sera entre 1,15 et 1,31 : 3.3. Calcul de la durée de vie L 10 L’expérience a permis de mettre en place une relation liant durée de vie et charge pour les roulements L 10 = durée de vie exprimée en millions de tours C = charge dynamique de base en N P = charge dynamique équivalente en N n = exposant qui est fonction du contact entre pistes et éléments roulants n = 3 pour les roulements à billes, 10/3 pour les roulements à rouleaux.

M 1 Technologie de construction CHAPITRE 2 : ROULEMENTS M. NDIAYE 13 /0 2 /202 3 c) Durée de vie d'un ensemble de roulements (un palier complet) Lorsqu'un ensemble de roulements (E) comprend plusieurs roulements fonctionnant en même temps (exemple : arbre avec plusieurs roulements), la durée de vie LE 10 de l'ensemble est fonction de la durée de vie Li 10 de chacun des n roulements. Elle est définie par la relation suivante : 3.5. Algorithmes de Calculs des roulements Il existe de nombreux logiciels d'assistance permettant d'effectuer rapidement ces types de calcul a) Calculs de détermination L'objectif est de choisir un roulement et ses dimensions connaissant une durée de vie souhaitée. Il est nécessaire de procéder par itération (calculs de vérification successifs à partir de roulements judicieusement choisis) avant d'envisager un choix définitif.

M 1 Technologie de construction CHAPITRE 2 : ROULEMENTS M. NDIAYE 13 /0 2 /202 3 b) Calculs de durée de vie Ils sont destinés à vérifier la durée de vie d'un roulement dont les dimensions (d, D, C, ...) sont connues.

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