Types de roulements expliqués : principaux types, applications et logements

Les roulements sont des composants indispensables dans presque toutes les applications de machines rotatives, des systèmes aérospatiaux complexes aux simples appareils ménagers. Leur rôle fondamental est de réduire la friction entre les pièces en mouvement, de supporter les charges rotationnelles et de guider avec précision le mouvement des éléments de la machine. Le choix du bon type de roulement est essentiel pour assurer la longévité, l'efficacité et la fiabilité de tout système mécanique. Cet article propose une exploration détaillée des principaux types de roulements, de leurs applications spécifiques et des différents arrangements de logements utilisés pour les supporter.

I. La fonction principale et les principes de conception

Un roulement fonctionne en transférant une charge d'une pièce en mouvement (comme un arbre) à une pièce fixe (comme un logement de machine). Ce transfert est réalisé avec un minimum de friction, ce qui est la clé de l'efficacité énergétique et de la gestion thermique. Les roulements sont principalement classés en fonction du type de mouvement qu'ils permettent et de la direction de la charge qu'ils sont conçus pour supporter. Les deux principales catégories sont :

Roulements à éléments roulants (roulements antifriction) : Ceux-ci utilisent des éléments roulants (billes, rouleaux ou aiguilles) pour séparer les bagues intérieure et extérieure, convertissant la friction de glissement en une friction de roulement beaucoup plus faible.

Paliers lisses (paliers lisses) : Ceux-ci fonctionnent par contact direct, souvent lubrifiés par un mince film d'huile ou d'un autre fluide pour créer une séparation hydrodynamique ou hydrostatique, ou en utilisant des matériaux autolubrifiants.

II. Principaux types de roulements à éléments roulants

Les roulements à éléments roulants sont le type le plus courant dans les applications industrielles et automobiles, classés par la forme de l'élément roulant et leur capacité à gérer différents types de charges (radiales, axiales ou combinées).

A. Roulements à billes

Les roulements à billes utilisent des billes sphériques comme éléments roulants. Ils sont le type le plus courant en raison de leur polyvalence et de leur coût relativement faible.

Roulements à billes à gorge profonde : Le type le plus largement utilisé. Ils sont très polyvalents et excellents pour gérer les charges radiales (perpendiculaires à l'arbre) et les charges axiales modérées (parallèles à l'arbre) dans les deux sens. Les applications incluent les moteurs électriques, les boîtes de vitesses et les appareils ménagers.

Roulements à billes à contact oblique : Conçus avec des chemins de roulement décalés les uns par rapport aux autres, ce qui les rend idéaux pour gérer des charges combinées élevées (radiales et axiales simultanées). Ils sont généralement utilisés par paires et sont essentiels dans les applications à grande vitesse et de haute précision comme les broches de machines-outils et les moyeux de roues automobiles.

Roulements à billes auto-aligneurs : Comportent une bague extérieure avec un chemin de roulement sphérique continu, permettant à la bague intérieure et aux éléments roulants de pivoter. Cela compense les défauts d'alignement de l'arbre et les erreurs de montage. Ils conviennent aux charges légères à modérées dans les machines où l'alignement est difficile à maintenir.

B. Roulements à rouleaux

Les roulements à rouleaux utilisent des rouleaux cylindriques, coniques ou sphériques, qui ont une plus grande surface de contact que les billes. Cela leur permet de supporter des charges beaucoup plus lourdes que les roulements à billes de même taille.

Roulements à rouleaux cylindriques : Utilisent des rouleaux plus longs que leur diamètre. Ils ont une très haute capacité de charge radiale et sont excellents pour les hautes vitesses. Cependant, ils ne gèrent généralement que peu ou pas de charge axiale. Utilisés dans les laminoirs, les transmissions industrielles et les gros moteurs électriques.

Roulements à rouleaux sphériques : Ceux-ci comportent deux rangées de rouleaux en forme de tonneau dans un chemin de roulement de bague extérieure sphérique. Comme les roulements à billes auto-aligneurs, ils peuvent s'adapter à un désalignement angulaire important, mais ils sont conçus pour supporter des charges radiales et axiales extrêmement lourdes. Essentiels dans les environnements exigeants tels que les éoliennes, les machines à papier et les équipements miniers.

Roulements à rouleaux coniques : Comportent des rouleaux et des chemins de roulement coniques. Cette conception les rend particulièrement adaptés pour gérer des charges combinées très lourdes — à la fois de grandes forces radiales et de grandes forces axiales. Ils sont principalement utilisés dans les essieux de véhicules, les entraînements par engrenages et les machines agricoles.

Roulements à aiguilles : Un type de roulement à rouleaux cylindriques où les rouleaux sont très fins par rapport à leur longueur (aiguilles). Ils offrent une très haute capacité de charge par rapport à leur section transversale, ce qui les rend idéaux pour les applications avec un espace radial limité, telles que les transmissions automobiles et les joints universels.

III. Principaux types de paliers lisses

Les paliers lisses, ou paliers à glissement, n'utilisent pas d'éléments roulants. Ils reposent sur une surface de glissement, souvent séparée par un film lubrifiant, ou fabriquée à partir de matériaux à faible friction inhérente.

Paliers lisses (paliers lisses) : Le type le plus courant, ils sont cylindriques et entourent l'arbre rotatif (tourillon). Ils reposent sur la pression générée par un arbre rotatif dans un film de fluide (huile ou graisse) pour empêcher le contact. Essentiels dans les machines lourdes de grande taille comme les moteurs à combustion interne (biellettes et paliers principaux) et les grosses pompes.

Butées : Conçues pour gérer uniquement les charges axiales. Ce sont souvent des bagues ou des rondelles. Les applications incluent le support d'arbres verticaux et la prévention du déplacement latéral des arbres sous l'effet d'une force axiale.

Paliers hydrostatiques et hydrodynamiques : Ce sont des paliers lisses très sophistiqués. Les paliers hydrodynamiques génèrent le film lubrifiant grâce au mouvement relatif des surfaces. Les paliers hydrostatiques utilisent une pompe externe pour injecter du fluide sous pression, créant un film même lorsque l'arbre est immobile, offrant une rigidité et une précision supérieures dans les tables de machines-outils et les télescopes.

IV. Applications des roulements par type de charge

Le facteur le plus critique dans le choix des roulements est le profil de charge :

V. Logement et support de roulement

Le logement de roulement, souvent appelé socle ou palier, est le composant structurel qui fixe la bague extérieure du roulement au châssis de la machine, assurant un alignement correct et fournissant l'accès à la lubrification nécessaire.

Logement de palier : Il s'agit d'un logement de type socle où le roulement repose sur un plan parallèle à l'arbre. Ils sont généralement utilisés pour les équipements industriels où l'arbre est supporté entre deux points, tels que les convoyeurs et les ventilateurs. Ils sont souvent fendus (deux parties) pour faciliter l'installation et la maintenance.

Logement à bride : Conçu pour être monté perpendiculairement au châssis d'une machine, ressemblant à une bride ou à une plaque. Ils sont couramment utilisés lorsque l'arbre traverse une paroi ou un panneau latéral d'une machine, comme dans les rouleaux d'alimentation ou les mélangeurs légers.

Logement de prise : Utilisé pour les applications où l'arbre doit être tendu ou ajusté, généralement trouvé dans les systèmes de convoyeurs où la tension de la courroie nécessite une régulation manuelle.

Le logement fournit non seulement un support mécanique, mais assure également l'intégrité du système de lubrification, protégeant le roulement des contaminants comme la poussière et l'humidité grâce à l'utilisation de joints et fournissant des orifices pour le réapprovisionnement en graisse ou en huile. Une étanchéité et une sélection de logement appropriées sont aussi vitales que le roulement lui-même pour atteindre la durée de vie opérationnelle prévue.

En résumé, le monde des roulements est diversifié et spécialisé, allant des simples roulements à billes dans les applications à faible charge aux systèmes hydrostatiques complexes dans les machines de haute précision. Comprendre la distinction entre les roulements à éléments roulants et les paliers lisses, et les capacités spécifiques de chaque type en matière de gestion des charges, est fondamental pour la conception et la maintenance mécaniques, ce qui a un impact direct sur les performances et la longévité de tout équipement rotatif.