La durée de vie de la graisse est un critère pour l'utilisation de roulements sans entretien

Une charge constante est la condition sine qua non

Les roulements permettent aux mouvements rotatifs et linéaires de s'effectuer plus rapidement et plus efficacement, principalement en réduisant le frottement. Cependant, ils sont soumis à une charge continue, ce qui peut entraîner une usure, des fissures et d'autres types de dommages. C'est pourquoi les roulements traditionnels doivent être lubrifiés et entretenus. Mais parfois, ces opérations sont impossibles ou très difficiles à effectuer. Les roulements sans entretien offrent alors la solution, à condition que la charge reste constante.

FONCTION DE BROCHE

Dans le monde mécanique, tout ce qui se déplace ou tourne de manière linéaire est équipé d'un roulement, d'une manière ou d'une autre. La tâche principale du roulement est de transférer la charge d'une partie structurelle stationnaire (généralement le logement) vers une partie rotative (généralement l'arbre) avec une résistance minimale. Les roulements facilitent le mouvement en diminuant les frottements et augmentent la vitesse et l'efficacité en absorbant des quantités variables de pression.

Les facteurs qui influencent le choix d'un roulement sont les suivants:

• l'espace disponible;
• les dimensions fixes de la structure, notamment la taille de l'arbre; 
• le degré de charge;
• la vitesse de rotation.

La norme ISO 15243 décrit les principales formes de défaillance et leurs causes.

CONSTRUCTION

Les roulements se composent habituellement de trois parties:

• deux bagues de roulement avec des chemins intégrés. Une bague est fixée à la partie structurelle fixe, l'autre à la partie mobile;
• des éléments de roulement, par exemple des billes, des rouleaux, des cônes et des aiguilles, pour assurer la mobilité des bagues l'une par rapport à l'autre avec un minimum de frottement;
• une cage pour guider et séparer les éléments de roulement.

Les roulements sont généralement fabriqués dans des matériaux tels que l'acier, le bronze et le plastique; dans le haut de gamme, on trouve le chrome, le titane ou l'acier suisse. Les roulements en céramique, constitués de nitrure de silicium (Si₂N₄), sont plus ronds, plus lisses et de taille (plus) uniforme. Cela crée moins de frottement, de sorte que le mouvement prévu nécessite moins d'énergie.

Types de roulements
Les roulements couramment utilisés sont les suivants:
- roulements à une ou deux rangées de billes à gorge profonde;
- roulements à billes à contact oblique à une ou deux rangées;
- roulements à billes à alignement automatique à deux rangées;
- roulements à rouleaux cylindriques;
- roulements à rouleaux coniques;
- roulements à rotule sur rouleaux;
- roulements à billes axiaux, également appelés butées.

Le roulement le plus utilisé dans le monde est le roulement à une rangée de billes à gorge profonde, disponible dans toutes sortes de variétés et de tailles.

CHARGE

La charge sur un roulement peut provenir de la masse de la machine (pièces) et/ou du produit à déplacer et de la transmission de puissance. La charge peut être radiale (perpendiculaire à l'arbre) ou axiale (dans le sens longitudinal de l'arbre).

Les roulements sans entretien sont particulièrement adaptés aux situations où les charges ne varient pas

Il existe également des charges statiques et dynamiques. Dans le cas d'une charge statique, le roulement est immobile et les bagues du roulement ne bougent pas l'une par rapport à l'autre. La plupart des roulements sont soumis à une charge dynamique, c'est-à-dire que les bagues du roulement tournent l'une par rapport à l'autre. Chaque roulement est désigné par un code dérivé d'une norme ISO, de la norme allemande DIN, de la norme américaine AFBMA ou de la norme japonaise JIS. Lorsque ce code est strictement appliqué, les roulements portant le même numéro de type sont entièrement interchangeables, quelle que soit la marque.

TYPES DE ROULEMENTS

Il serait trop long d'aborder ici tous les types de roulements. C'est pourquoi nous avons effectué une sélection.

Un palier lisse ou douille est un palier dans lequel l'arbre glisse et qui a pour fonction de supporter toute charge avec un mouvement de rotation, de coulissement ou d'oscillation. La forme du palier permet d'économiser de l'espace, du poids et des coûts d'installation. En outre, les paliers lisses sont généralement moins sensibles à la contamination.

Les roulements-inserts - également appelés roulements Y - sont utilisés en combinaison avec un corps de roulement et sont conçus pour réduire le frottement et assurer une rotation fluide. Ils sont utilisés dans les convoyeurs, les ventilateurs et les machines agricoles, entre autres.

Les roulements linéaires - également appelés guides linéaires - glissent sur un axe linéaire en ligne droite et permettent de déplacer un poids important dans un mouvement linéaire, sans compromettre le mouvement linéaire de l'objet.

Les roulements comportent une bague intérieure et une bague extérieure, entre lesquelles se trouvent les corps roulants: billes, cylindres, rotules, cônes ou aiguilles. La cage qui les entoure assure une répartition uniforme et empêche tout contact mutuel. Dans la version amovible, elle empêche également les éléments roulants de sortir du roulement.

Roulements spéciaux
Dans les paliers fluides, un gaz ou un liquide sous pression se trouve entre les deux surfaces de roulement. Grâce à cette construction, les surfaces d'appui ne sont pas en contact direct et le frottement global est nettement inférieur à celui des roulements à éléments roulants (moins d'usure).
Les paliers magnétiques utilisent la lévitation magnétique, qui fait flotter un objet sous l'influence d'un champ magnétique. Il n'y a pas de contact de surface et donc pas d'usure. Les paliers magnétiques ont donc une durée de vie beaucoup plus longue et peuvent supporter les vitesses les plus élevées de tous les types de roulements.

ÉTANCHÉITÉ

Pour protéger les roulements de la poussière, de la saleté, de l'humidité et/ou des pertes de graisse, il est possible de les équiper de joints double face. Les plus courants sont

• le couvercle 2Z ou 'protection contre la poussière' - un joint non collecteur - consiste en une fine plaque de recouvrement en acier qui n'entre pas en contact avec la bague intérieure. Ce type de joint est particulièrement adapté aux vitesses élevées et aux températures élevées;
• l'étanchéité 2RS - un joint collecteur - est constitué d'une plaque d'acier revêtue de caoutchouc dont la lèvre en caoutchouc est entraînée dans une rainure de la bague intérieure, ce qui provoque un frottement. Ce type de joint est utilisé en cas de contamination modérée ou lorsqu'un roulement étanche aux éclaboussures est requis.

ROULEMENTS nécessitant un ENTRETIEN

L'utilisation de roulements industriels - en fonction de la fréquence et de l'intensité de l'utilisation - peut entraîner une usure, notamment par corrosion, érosion électrique, formation de microfissures, déformation plastique et/ou autres types de dommages, ainsi qu'une contamination. Les roulements traditionnels doivent donc être lubrifiés et entretenus.

lubrification

L'objectif premier de la lubrification des roulements est de minimiser le frottement, ce qui permet de réduire l'usure. Elle permet également de dissiper la chaleur, de lutter contre les contaminants et de favoriser l'étanchéité. Pour ce faire, on utilise généralement de la graisse qui, contrairement à l'huile, n'a pas tendance à s'écouler hors du roulement. Les roulements étanches standard sont déjà graissés en usine (environ 30% de l'espace libre du roulement).

Les lubrifiants ont une structure allant de solide à semi-liquide et sont composés d'huiles, d'un épaississant et d'additifs. La graisse standard pour roulements à billes est fabriquée à base de savon de lithium, dont la température de fonctionnement est comprise entre -30°C et +110°C. Dans les applications spécifiques, le choix du lubrifiant est très important.

entretien

L'évaluation régulière de l'état des roulements permet d'éviter les pannes et les arrêts de machine dus à l'endommagement des roulements et facilite la planification de la maintenance. Les données nécessaires peuvent être obtenues, entre autres, par des mesures de vibrations et par thermographie.

Etant donné que la durée de vie des roulements est considérablement réduite par les vibrations et/ou la production inutile de chaleur, il est important de minimiser ces deux facteurs autant que possible, par exemple en procédant à un équilibrage intermédiaire des pièces de machines tournantes ou à un réalignement au laser des machines et des systèmes d'entraînement.

Certaines entreprises proposent le reconditionnement des roulements en utilisant les mêmes normes, processus, équipements et compétences que pour la fabrication de roulements neufs. Cet investissement initial permet au final de réaliser des économies sur les coûts de maintenance et de remplacement.

ROULEMENTS SANS ENTRETIEN

L'entretien et la lubrification des roulements coûtent du temps et de l'argent, sans compter le risque de contamination dû à la lubrification. Les roulements sans entretien sont conçus pour durer longtemps, résister aux charges lourdes, aux chocs et aux vibrations, et sont particulièrement adaptés aux situations où les charges ne varient pas. Ils sont fabriqués à partir de matériaux spéciaux et comportent des revêtements, des matériaux de glissement innovants à base de polytétrafluoroéthylène (PTFE) et peuvent être équipés de bouchons ou non.

Avantages

Le fait qu'un roulement à billes sans entretien n'ait pas besoin d'être lubrifié présente plusieurs avantages:

• coûts d'entretien réduits;
• fiabilité et durée de vie accrues;
• moins d'interventions de maintenance et donc moins de temps d'arrêt et/ou de perte de produit;
• économies importantes réalisées sur les lubrifiants et les produits de nettoyage, s'accompagnent d'une réduction de l'impact sur l'environnement (moins d'eau chaude nécessaire, moins d'eaux usées riches en graisse).

Durée de vie de la graisse

Pour déterminer si une solution sans entretien est possible, on estime la durée de vie de la graisse, généralement à l'aide de modèles empiriques. La durée de vie de la graisse dépend notamment du type et de la taille du roulement, de la vitesse, de la température de fonctionnement, du type de graisse et de l'environnement du roulement. A la fin de la durée de vie de la graisse, il est nécessaire de remplacer le roulement.

Types de roulements sans entretien

Comme c'est le cas avec les roulements 'classiques', il existe différents types de roulements sans entretien. En voici une sélection.

Coussinets composites

Ils sont constitués d'un manteau en acier étamé - lorsqu'une résistance chimique ou des propriétés anticorrosion supplémentaires sont requises, le manteau est en bronze ou en acier inoxydable -, d'une couche intermédiaire en bronze fritté et d'un revêtement intérieur en PTFE. Cette structure garantit l'autolubrification et un coefficient de frottement particulièrement faible.

Roulements à articulation

Ils comportent une couche de glissement spéciale à base de PTFE entre la bague intérieure et la bague extérieure. Il peut s'agir d'un composé, d'un film ou d'un tissu de PTFE. Ils conviennent aux applications nécessitant une longue durée de vie sans entretien ni lubrification, par exemple dans les zones difficiles d'accès.

La durée de vie des roulements étanches est déterminée par la durée de vie de la graisse

Coussinets autolubrifiants

Dans ces coussinets, pendant la période initiale de rodage du roulement, une couche de lubrification est créée par le transfert d'une petite quantité de matériau de surface. Cette couche est en contact avec toutes les pièces mobiles, les lubrifiant et les protégeant. Les coussinets autolubrifiants peuvent supporter des charges élevées et ont une excellente résistance à l'usure.

Roulements en élastomère

Ces roulements - également appelés roulements en caoutchouc ou amortisseurs de vibrations - sont constitués d'élastomère, un polymère élastique qui reprend sa forme initiale après déformation sous pression, une fois que la pression est supprimée. Ces roulements visent à amortir les vibrations et à absorber les chocs. Ils peuvent généralement être montés sur la machine sans modifications complexes. Un système de lubrification séparé n'est généralement pas nécessaire.

Roulements à rouleaux coniques avec lubrifiants solides

Le lubrifiant se présente sous la forme d'un solide, tel que le graphite ou le molybdène. Il assure la lubrification en cours de fonctionnement, c'est-à-dire sans additifs externes. Le choix du type de lubrifiant dépend de l'application du roulement et des conditions de fonctionnement (notamment la vitesse, la température, la charge), là où les lubrifiants traditionnels ne suffisent généralement pas.

Paliers à air

Ils utilisent une fine pellicule d'air comprimé entre la surface du roulement et les pièces mobiles, créant ainsi un environnement pratiquement sans frottement. Ils sont souvent utilisés lorsqu'un frottement minimal, une grande précision et un positionnement stable et sans vibration sont essentiels.

Paliers à membrane

Il s'agit de composants mécaniques qui utilisent une membrane élastique - généralement en caoutchouc ou dans un matériau apparenté - pour faciliter le mouvement entre deux pièces. La membrane se déforme sous l'effet de la charge et reprend sa forme initiale dès que cette charge diminue.

applications

Les roulements sans entretien sont utilisés dans les industries lourdes, notamment dans l'exploitation minière, la construction et la production d'énergie (voir encadré). En outre, ils sont fréquemment utilisés dans l'industrie alimentaire et les industries connexes des boissons et de l'emballage, où il est difficile d'appliquer des lubrifiants pour des raisons de contamination.

La durée de vie des roulements étanches est déterminée par celle de la graisse. Les circonstances dans lesquelles ce type de roulement est intrinsèquement inadapté sont les situations où l'intervalle de relubrification - la fréquence à laquelle les lubrifiants doivent être réappliqués - est relativement court et celles où la durée de vie de la graisse est affectée de manière négative: installations verticales, températures élevées, vitesses élevées, niveaux élevés de contamination et niveaux élevés de vibrations, ou une combinaison de ces éléments.

Roulements dans les générateurs d'éolienne
Dans les éoliennes, la propulsion est effectuée par un convertisseur de fréquence. Les roulements sont donc constamment exposés à des courants électriques à haute fréquence. Il y a donc un risque d'érosion électrique, qui peut conduire à l'endommagement et à la dégradation des roulements. On utilise donc des roulements isolés dont la bague extérieure ou intérieure est recouverte d'un revêtement spécial monocouche d'oxyde d'aluminium. Cette protection supplémentaire contribue à prolonger la durée de vie des roulements et à éviter les temps d'arrêt. Une autre solution consiste à utiliser des roulements hybrides. Ceux-ci comportent une bague intérieure et une bague extérieure en acier et contiennent des billes en céramique.

Avec la collaboration d'Eriks et SKF