Roulements mécaniques expliqués : Fonction, types et applications

Qu'est-ce qu'un roulement mécanique ?

Un roulement mécanique est un élément mécanique important conçu pour réduire le frottement entre les composants en mouvement et contraindre le mouvement relatif pour fluidifier l'opération. Il existe une grande variété de roulements mécaniques, leur conception peut être adaptée pour un mouvement linéaire libre sur les arbres, pour des opérations de rotation autour d'axes fixes, ou pour réguler les vecteurs des forces/charges de travail appliquées sur les composants pour prévenir certains mouvements.

Presque tous les roulements mécaniques ont pour objectif de minimiser le frottement dans l'opération pour créer le mouvement désiré. La forme la plus simple de roulements mécaniques est les surfaces de roulement, qui sont formées dans une pièce avec la pièce en mouvement qui est travaillée. Ils varient en taille, rugosité, capacité de contrôle, et position de la surface.

D'autres roulements mécaniques facilement trouvés dans l'utilisation flexible sont les dispositifs séparés, qui sont montés dans les machines d'usinage comme les fraiseuses ou composants de machine. Quant aux roulements mécaniques les plus sophistiqués utilisés pour les applications les plus critiques, de haute précision, ils sont produits avec les plus hauts niveaux de technologie actuelle.

À quoi sert un roulement mécanique ?

Une grande variété de conceptions de roulements mécaniques permet l'émergence de différentes applications d'usinage industriel pour atteindre une haute performance avec une efficacité maximale, un fonctionnement fiable et une durabilité de l'équipement. Les roulements mécaniques peuvent aider avec la rotation radiale comme la rotation d'essieu, la rotation sphérique comme une rotule, le mouvement linéaire comme un tiroir, et le mouvement de charnière comme une porte.

En se concentrant sur le support de charges rotatives, les roulements rotatifs peuvent maintenir les arbres et essieux rotatifs dans différents systèmes mécaniques. Aussi, ils peuvent supporter et transporter des charges radiales ou axiales de la source vers la structure. Dans la plupart des types de roulements mécaniques, la lubrification est vitale pour aider la structure des roulements à réduire le frottement dans le système. Le type le plus courant de roulements mécaniques, les roulements lisses, nécessite des lubrifiants comme l'huile ou la graisse car les roulements utilisent des surfaces de contact pour glisser avec l'arbre rotatif ou les arbres coulissants.

Différents types de roulements mécaniques

Les roulements mécaniques peuvent être classés mais ne se limitent pas à 6 types largement utilisés, incluant les roulements lisses, roulements à éléments roulants, roulements fluides, roulements magnétiques, roulements à flexure.

● Roulement lisse :

Sans aucun élément roulant, les roulements lisses ne consistent qu'en surfaces de roulement tournant dans un alésage. Il y a certains types de roulements lisses qui ont une conception et une utilisation spécifiques, incluant le roulement à douille, roulement à manchon, roulement de palier, roulement à rainure, et roulement composite. La caractéristique du roulement lisse sera discutée plus tard dans la prochaine section.

● Roulement à éléments roulants :

Comme le nom l'implique, il y a des éléments roulants tels que des billes et des rouleaux avec une section transversale circulaire placés entre les bagues de roulement tournantes et stationnaires afin de réduire le frottement de glissement. Les roulements à billes et roulements à rouleaux sont deux styles largement utilisés. Les premiers utilisent des billes sphériques comme élément roulant tandis que les seconds utilisent des rouleaux cylindriques, coniques, sphériques ou à aiguilles. Les roulements à rouleaux seront aussi discutés en plus de détail plus tard.

● Roulement à bijou :

Les roulements à bijou sont des roulements lisses où l'une des surfaces est faite de matériau vitreux comme le saphir pour diminuer l'usure et le frottement des arbres. Ce type de roulements mécaniques fait rouler l'essieu légèrement hors centre pour porter les charges. Ils sont souvent utilisés dans les montres ou horloges mécaniques car la capacité de réduire le frottement prévisible peut assurer la précision de la montre.

● Roulement fluide :

Ce type de roulements mécaniques est un roulement sans contact car ils utilisent une fine couche de gaz ou de liquide pour supporter les charges. Par exemple, le roulement à air. Les roulements fluides créent un coin lubrifiant à partir des liquides par la rotation. Ils peuvent être utilisés dans des applications de haute précision, charge élevée et taux de rotation élevé où les roulements à billes ne peuvent pas être utilisés.

● Roulement magnétique :

La charge est portée par le champ magnétique avec un roulement magnétique. Le roulement magnétique a un frottement très bas et est capable de fonctionner sans lubrifiants ou dans le vide. Ce style de roulement mécanique est de plus en plus appliqué aux moteurs et générateurs.

● Roulement à flexure :

Le mouvement est porté par l'élément de flexion où une partie se joint avec deux autres, ce qui est comme une charnière. Fabriqués avec les bons matériaux et conception, les roulements à flexure sont significativement durables. Un autre avantage de ce roulement mécanique est la résistance idéale à la fatigue. Certains autres roulements mécaniques qui reposent sur des éléments roulants peuvent fatiguer quand les billes ou rouleaux s'aplatissent les uns contre les autres.

Caractéristiques et avantages du roulement lisse

Le roulement à douille est le type le plus largement appliqué dans l'usinage industriel parmi les divers roulements lisses. Les roulements lisses sont couramment utilisés sur les arbres rotatifs ou coulissants. Sans aucun élément roulant, les roulements lisses sont le type le plus simple et le plus rentable de roulements mécaniques.

Aussi, le roulement lisse est léger en poids mais a une grande capacité de charge en même temps. Les avantages les rendent de plus en plus populaires dans une grande variété d'applications de moteurs et turbomachines, telles que les turbines à vapeur ou compresseurs. Les roulements lisses sont aussi appropriés pour les arbres avec des vitesses plus basses. Par exemple, les arbres d'hélice de navires, ou de nombreux mouvements linéaires, intermittents courants, car ils sont rentables et efficaces. La plupart des roulements lisses nécessitent l'incorporation de lubrifiants, pour réduire le frottement, et certains roulements lisses sont produits avec des lubrifiants intégrés comme le style plastique utilisé dans l'industrie de transformation alimentaire.

Roulements à éléments roulants

Les roulements à éléments roulants peuvent être divisés de base en roulements radiaux, roulements à contact angulaire, et aussi roulements de butée. Tout en supportant des charges relativement légères, les roulements à billes sont un choix idéal tandis que des charges relativement lourdes, ou dans le cas où les charges pourraient changer dans les virages, vous devriez utiliser un type conique.

Les roulements à billes sont faits d'acier inoxydable ou d'acier au chrome typiquement, qui utilisent des billes pour séparer et travailler entre les deux bagues. Les roulements à billes ont généralement une capacité de charge inférieure aux types à rouleaux, car les billes ont une surface de contact plus petite avec les chemins de roulement.

Leur plus grande force est de tolérer le désalignement des bagues intérieures et extérieures. Les roulements à rouleaux, d'autre part, ont une capacité de charge plus élevée, surtout pour les applications de charge radiale. Cependant, ils sont moins appropriés pour les charges axiales. Typiquement, moins de la moitié des divers éléments roulants dans ce type de roulement mécanique supportent la partie de charge considérable, et la charge externe sera constamment contribuée pendant l'opération parmi les rouleaux.