14 montages et calculs des roulements

Roulements

(Montages et Calculs)

Département de Génie Industriel et Mécanique

Institut de Technologie du Cambodge

Dr. NGUON Kollika

Juin 2014

Conception mécanique

Content. ■ Conception et recommendation de montages

■ Examples typiques de montages

■ Lubrifiction et dispositifs d’ étanchéite

■ Notions sur les calculs des roulements

■ Méthodes de calcul ISO

■ Exemples de calcul de la durée de vie

1

1.1 Conception de montage

2

Trois sortes de difficultés:

Le choix des ajustements : arbre /bague intérieure

et logement /bague extérieure.

La fixation latérale des bagues de roulement ou

« épaulements ».

L'étanchéité et le graissage.

1.2 Recommandations et suggestions

3

Faire une conception aussi simple que possible.

Choisir les pièces auxiliaires nécessaires en priorité

dans les séries normalisées (écrous à encoches,

circlips, joints...).

Limiter le nombre des pièces.

Veiller à la possibilité, à la facilité et à l'ordre de

montage de toutes les pièces de l'ensemble.

1.3 Choix des ajustements

4

Règle (en général):

Si une bague tourne par rapport à la direction

de la charge exercée sur le roulement (Fa, Fr ou

F ), elle doit être ajustée avec serrage.

Si elle est fixe, ou non tournante, par rapport à

la direction de cette charge, elle doit être

ajustée avec jeu.

Le jeu simplifie les assemblages, compense les

dilatations et évite les oppositions mutuelles entre

les roulements.

1.3 Choix des ajustements

5

1.3 Choix des ajustements

6

1.3 Choix des ajustements

7

1.3 Choix des ajustements

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1.4 Fixation des bagues

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Exemples de montage (solution 1)

Efforts axiaux sont supportés

par un seul roulement.

Il faut épauler en priorité le

roulement le plus proche du

point d'application de la

charge axiale exercée sur

l'arbre.

Cela amène une dilatation

plus libre de l'arbre, moins de

flambage et une cotation

fonctionnelle plus large.

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Exemples de montage (solution 2)

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Bagues extérieures tournantes par rapport aux charges, sont montées

serrées et les bagues intérieures montées glissantes.

Fig. A: logement tournant

avec charges de direction

fixe par rapport à l'arbre

pour une distance entre

roulements assez grande.

Fig. B: arbre de vibrateur

(charge tournante par

rapport au bâti). La

charge tournante résulte

de la force centrifuge

engendrée par la masse

excentrée solidaire de

l'arbre.

1

Exemples de montage (solution 3&4)

13

L'ensemble arbre plus roulements, ou logement plus roulements.

Un jeu axial de fonctionnement ( J )

est nécessaire pour compenser les

dilatations de l'arbre.

Des roulements proches l'un de

l'autre, ou une liaison courte, limitent

les effets de ces dilatations.

Les solutions sont mieux adaptées

lorsque les efforts axiaux sont

toujours dans le même sens.

Solution 3

Solution 4

Exemples de montage (solution 5)

14

Toutes les bagues sont épaulées de chaque côté.

l'un des roulements est à bagues séparables pour compenser

les dilatations et éviter les oppositions mutuelles.

Les efforts axiaux sont supportés par le roulement à bagues

non séparables.

Montage avec un roulement à bagues séparables (orange)

1.4 Fixation des bagues

15

Exemples de montage (solution 6&7)

16

Ce sont des variantes économiques des solutions 3 et 4 avec moins de

pièces adjacentes et moins d'usinages, utilisées lorsque les charges

axiales sont faibles ou nulles.

Exemples: petits moteurs électriques.

Solution 7

1.4 Fixation des bagues

17

1.4 Fixation des bagues

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1.5 Montages des roulements

(Pour des roulements à billes à contacts obliques

et à rouleaux coniques)

19

1.5 Montages des roulements

(Pour des roulements à billes à contacts obliques

et à rouleaux coniques)

20

1.5.1 Montages en “X”

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Les plus simples et les plus

économiques (moins de pièces

adjacentes et moins d'usinages).

Arbres tournants avec organes de

transmission (engrenages, etc.)

situés entre les roulements.

Bagues intérieures, tournantes

montées serrées et les bagues

extérieures montées glissantes.

Le réglage du jeu interne de la

liaison est effectué sur les bagues

extérieures.

Les dilatations de l'arbre ont

tendance à charger un peu plus

les roulements et à diminuer le jeu

interne. Examples de montage en X

1.5.2 Montages en “O”

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Cas du plus grand écart effectif entre roulements.

Réglage est réalisé sur les bagues intérieures.

Logements tournants (les bagues extérieures,

tournantes sont montées serrées).

Aussi avec les arbres tournants lorsque les organes

de transmission sont situés en dehors de la liaison

(engrenage en porte à faux).

Dilatation de l'arbre a tendance à diminuer les

charges sur les roulements et à augmenter le jeu

interne de la liaison, et inversement s'il y a dilatation

du logement.

23

1.5 Montages des roulements

(Pour des roulements à aiguilles)

Les roulements ne supportent pas les charges axiales.

Si les charges axiales

sont faibles ou nulles,

des rondelles de

frottement trempées et

rectifiées (exemples A,

B et D) sont souvent

suffisantes pour assurer

le maintien latéral.

Si elles sont plus

élevées, l'utilisation

d'un roulement

complémentaire

d'un autre type est

nécessaire.

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1.5 Montages des roulements

(Douilles à aiguilles-Examples C et D)

25

Douilles sont montées serrées (ajustements N7 ou N6)

dans leur logement, sans épaulement pour assurer la

fixation latérale.

Elles peuvent supporter une translation occasionnelle:

cas du baladeur de l'exemple C.

1.5 Montages des roulements

(Roulements à aiguilles)

26

Ils sont soumis aux mêmes règles d'épaulements que les

roulements à rouleaux cylindriques.

Destinés à supporter des charges radiales élevées, ils sont

souvent épaulés latéralement (exemple E).

Cependant il est fréquent, environ un cas sur trois, avec des

charges modérées, que ces roulements soient non épaulés et

ajustés avec serrage (M6 ou N6) dans leur logement (exemple F).

1.6 Lubrification des roulements

La lubrification facilite les mouvements, diminue les frottements

internes et protège contre la corrosion.

La plupart des montages de roulements, environ 90%, sont

lubrifiés à la graisse (pour la simplicité de conception et de la

facilité de mise en oeuvre). De plus elle permet le graissage à vie.

(Voir les dispositifs de lubrification dans

la leçon précédente)

28

1.6 Lubrification des roulements

29

1.7 Étanchéité des roulements

Les roulements doivent être protégés des substances granuleuses

dures (poussières abrasives, sable, terres), de l'eau (liquide, vapeur,

condensation), des fluides corrosifs, d'un lubrifiant usagé...

Le choix d'un dispositif d'étanchéité dépend de la nature du lubrifiant

(qui ne doit pas sortir), du milieu ambiant (qui ne doit pas entrer) et

de la vitesse de rotation. L'organigramme proposé permet une première

approche.

1.7 Étanchéité des roulements

Organigramme de choix:

30

31

Principaux dispositifs d'étanchéité

(sans frottement pour lubrification à la graisse)

32

Principaux dispositifs d'étanchéité sans frottement

pour lubrification à la graisse

33

Principaux dispositifs d'étanchéité avec frottement

pour lubrification à la graisse ou à l'huile

Principaux dispositifs d'étanchéité avec frottement

pour lubrification à la graisse ou à l'huile

34

2 Notion des calculs des roulements

35

Durée de vie normalisée (L10 : Fiabilité de 90 %): Une série de roulements identiques, soumis à la même

charge, est égale au nombre de tours, ou de révolutions,

réalisés par 90 % des roulements de la série avant

qu'apparaissent les premiers signes de fatigue.

L50 = 5L10

(La durée de vie moyenne (fiabilité de 50 %) d'un lot L50)

Unités de L10: - en millions de tours

- en heures

2.1 Durée de vie des roulements

36

L10 : durée de vie du roulement en millions de tours

C : charge dynamique de base (catalogues des fabricants)

P : charge équivalente exercée sur le roulement

n = 3 pour les roulements à billes

n = 10/3 pour les roulements à rouleaux

Durée de vie L10h en heures de fonctionnement:

L10 = (C/P)n

N : vitesse de rotation en tr/min. L10h = L10.106 / 60.N

Nota: Plus la charge est faible, plus la durée de vie

est longue, et inversement.

2.1 Durée de vie des roulements

37

Exemple: Un catalogue de roulements donne, pour un roulement

à billes à contact radial, une capacité de charge

dynamique C égale à 6 300 daN. Le roulement

supporte une charge P de 2 100daN.

Déterminons les durées L10 et L10H si la vitesse de

rotation de l'arbre est de 150 tr/min.

2.1 Durée de vie des roulements

2.1 Durée de vie d'un ensemble

39

(exemple: arbre avec plusieurs roulements)

Exemple:

Deux roulements à rouleaux coniques d'un même arbre ont des durées

respectives de 15 000 et 25 000 heures. Calculons la durée de vie

probable du montage.

Cette durée est toujours inférieure à la plus petite des valeurs L10,

ici 15 000 heures.

2.2 Charge dynamique équivalente P

P est une charge radiale pure, donnant exactement la même

durée de vie que la combinaison charge axiale Fa plus

charge radiale Fr réellement exercée sur le roulement.

Cas particuliers:

Dans le cas des roulements à aiguilles

et des roulements à rouleaux cylindriques

avec bagues séparables : Fa = 0 et P = Fr. 40

2.2 Charge dynamique équivalente P

(Cas général d'une charge combinée)

P = XFr + YFa

Fa et Fr étant connues

X & Y:coefficients

normalisés liés à la

nature du roulement

et à ses dimensions

41

2.3 Valeurs des coefficients X, Y

(Cas général d'une charge combinée)

(Cas général d'une charge combinée)

2.3 Valeurs des coefficients X, Y

(Cas général d'une charge combinée)

2.3 Valeurs des coefficients X, Y

2.4 Cas des roulements à contact

oblique et à rouleaux coniques

45

Méthodes de calcul (2.4)

46

2.5 Exemples de calcul

Exemple #1:

Un roulement à billes à contact radal:

d = 50, D = 110, B = 27,

C = 6 200 daN, C0 = 3 800 daN,

Fa = 400 daN et Fr = 1 000 daN.

Quelle est L10 si N =150 tr/min ?

Résolution:

La durée de vie de fonctionnement de ce

roulement s’ ecrit:

L10 = (C/P)n = (6200/P)3

(n = 3 pour roulement à billes) Charge dynamique

équivalente est inconnue?? 47

2.5 Exemples de calcul (résolution1)

On considère les rapports:

Tableau (slide 42 ou page 296): 0,084 ˂ Fa/C0 ˂ 0,110

0,28 ˂ e ˂ 0,30 et 1,45 ˂ Y ˂ 1,55

Il faut l’ interpollation pour e et Y:

48

2.5 Exemples de calcul

Exemple #2:

Déterminer la durée de vie L10E d'un montage de deux

roulements à rouleaux coniques 1 et 2, montés en X.

L'effort axial Fae = 1 000 daN est supporté par le

roulement 2.

Roulemen t1:

Fr1 = 2 000 daN; d1 = 60; D1 = 95; B1 = 27;

C1 = 7 850 daN; C01 = 7 6500 daN; e1 = 0,33 et Y1 = 1.83

Roulement 2:

Fr2 = 2 000 daN; d2 = 90; D2 = 140; B2 = 39;

C2 = 18 600 daN; C02 = 19 600 daN; e2 = 0,27 et Y2 = 2,2

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2.5 Exemples de calcul (résolution2)

Pour appliquer la méthode ISO (slide 45 ou page 298):

Roulement A: FrA = Fr2 = 2 000 daN ; eA = 0,27 ; YA = 2,2 ; CA = 18 600 daN

Roulement B: FrB = Fr1 = 1 500 daN ; eB = 0,33 ; YB = 1,83 ; CB = 7 850 daN

(L'effort axial Fae = 1 000 daN est supporté par le roulement 2- Roulement A)

2.5 Exemples de calcul (résolution2)

Par la méthode ISO (slide 46 ou page 298):

daN daN

Charges axiales induites:

Charge axiale totale: daN ˃

C'est le cas d'application n° 1 de la méthode

51

2.5 Exemples de calcul (résolution2)

Durées de vie correspondantes:

Mt

Q & R

Merci!