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Roulement mécanique En mécanique, un roulement est un dispositif destiné à guid

Roulement mécanique En mécanique, un roulement est un dispositif destiné à guider un assemblage en rotation, c'est-à-dire à permettre à une pièce de tourner par rapport à une autre selon un axe de rotation défini. Le roulement est donc un palier. Par rapport aux palier lisses, le roulement permet d'avoir une très faible résistance au pivotement tout en supportant des efforts importants. Nous pouvons en trouver dans les machines à café, les skateboards, les trottinettes, les hand spinners… Le premier roulement à rouleaux est attribué à John Harrison au milieu du XVIIIe siècle. Exemple de roulement mécanique en mouvement. Les deux points rouges se déplacent en sens contraire. Le but étant de provoquer un mouvement inverse des deux anneaux. Page 1 sur 16 Roulement mécanique — Wikipédia 17/11/2017 https://fr.wikipedia.org/wiki/Roulement_m%C3%A9canique 1 Principes de conception d'une liaison pivot avec roulements 2 Roulement à billes 2.1 Présentation concrète 2.2 Les éléments roulants 2.3 Assemblage d'un roulement à billes 3 Familles de roulements 3.1 Roulement à billes à contact radial (ou contacts droits) 3.2 Roulement à rotule sur billes 3.3 Roulement à billes à contacts obliques 3.4 Roulement à rouleaux coniques 3.5 Roulement à rouleaux cylindriques 3.6 Roulement rotule à rouleaux 3.7 Roulement à aiguilles 3.8 Butées 4 Mise en œuvre 4.1 Représentation et schématisation 4.2 Montage des roulements 4.3 Tolérances d’ajustement 4.3.1 Montage arbre tournant 4.3.2 Montage moyeu tournant 4.4 Durée de vie 5 Quelques fabricants 6 Bibliographie 7 Notes et références 8 Voir aussi 8.1 Articles connexes 8.2 Liens externes 8.3 Vidéographie Le mécanisme considéré comporte deux sous-ensembles devant tourner l'un par rapport à l'autre ; nous sommes donc en présence d'une liaison pivot. La liaison se fait entre deux pièces cylindriques : ◾une pièce mâle appelée « arbre » ; ◾un logement appelé « moyeu ». Les roulements s'interposent entre l'arbre et le moyeu. Les efforts du mécanisme ont tendance à faire bouger l'arbre par rapport au moyeu. On distingue : ◾les charges radiales : ce sont des forces perpendiculaires à l'axe de rotation, donc orientées selon les rayons des cylindres ; Sommaire Principes de conception d'une liaison pivot avec roulements Page 2 sur 16 Roulement mécanique — Wikipédia 17/11/2017 https://fr.wikipedia.org/wiki/Roulement_m%C3%A9canique ◾les charges axiales : ce sont des forces parallèles à l'axe de rotation. Les roulements sont faits pour s'opposer aux forces radiales, à l'exception des butées à billes. Pour que les roulements ne glissent pas sous l'effet des forces axiales, ils doivent être bloquées par des obstacles comme des épaulements ou des entretoises. Les différents types de roulement se distinguent par leurs capacités à : ◾résister aux efforts radiaux ; ◾résister aux efforts axiaux ; ◾accepter un débattement angulaire appelé « rotulage » , c'est-à-dire le fait que l'axe de l'arbre fasse un certain angle avec l'axe du moyeu ; ◾résister à l'environnement (poussière, corrosion) ; Assemblage d'une liaison pivot assurée par des roulements à billes et vocabulaire associé. Page 3 sur 16 Roulement mécanique — Wikipédia 17/11/2017 https://fr.wikipedia.org/wiki/Roulement_m%C3%A9canique ainsi que par leur rendement, leur compacité et bien sûr le coût total de mise en œuvre (coût des roulements, coût de l'usinage de pièces, coût de montage, facilité de remplacement). Un roulement à billes se présente sous la forme de deux bagues coaxiales entre lesquelles sont placées des billes, légèrement lubrifiées, et maintenues espacées par une cage. Les matériaux employés dépendent de l'application pour laquelle est conçu le roulement, mais il doit être généralement très résistant à la compression. C'est pourquoi on choisit souvent l'acier ou la céramique (Si3N4, SiC ou ZrO2). Contrairement à une idée reçue, la lubrification n'a pas pour but principal de réduire les frottements entre les billes et les bagues ; le lubrifiant sert ici, avant tout, à éviter le grippage des divers éléments. D'ailleurs, un excès de lubrifiant rend le mouvement plus difficile et provoque un échauffement très préjudiciable à la durée de vie du composant . Le roulement n'étant par principe pas étanche, il faut veiller à le protéger des poussières et autres corps étrangers qui pourraient s'y loger, accélérant son usure et diminuant son rendement. Les roulements sont néanmoins souvent équipés de flasques permettant d'éviter d'avoir à effectuer l'étanchéité. Pour un roulement de type classique, l'étanchéité est réalisée par des joints à lèvres. Il existe une norme ABEC populaire pour mesurer la qualité des roulements, elle est progressivement remplacée par une norme ISO. La liaison mécanique équivalente entre les deux bagues d'un roulement dépend du type d'éléments roulants et de la disposition des contacts de ces éléments avec les bagues. La liaison locale obtenue entre l'arbre et son logement est de plus tributaire de la manière dont le roulement est fixé à l'arbre et à l'alésage. Il est souvent nécessaire, pour réaliser une liaison pivot, d'utiliser deux roulements, une des solutions isostatiques étant l'association d'une liaison rotule et d'une linéaire annulaire. Par abus de langage on utilise la même désignation, « roulement à billes » pour nommer toute sorte de roulements. On doit cependant les distinguer par la forme des éléments roulants : ◾La bille est le cas le plus connu, mais les rouleaux cylindriques ou coniques sont aussi très employés dans les montages nécessitant une plus grande rigidité. ◾Certains roulements à rotule sont munis de rouleaux en forme de barillet. ◾Enfin lorsqu'il s'agit de rouleaux cylindriques très longs devant leur diamètre on parle d'« aiguilles ». ◾Il existe également des roulements combinant 2 types d'éléments roulants, par exemple : Série NKXR : Aiguilles + Rouleaux, Série NKX : Aiguilles + Billes. Roulement à billes Éclaté d'un roulement à billes. Présentation concrète 1 Les éléments roulants Page 4 sur 16 Roulement mécanique — Wikipédia 17/11/2017 https://fr.wikipedia.org/wiki/Roulement_m%C3%A9canique L'assemblage des éléments d'un roulement à billes ne semble pas évident à la vue de l'objet. C'est une opération délicate (il ne faut pas endommager les pièces) mais guère difficile. En outre un roulement est un composant sur lequel on ne peut pas effectuer de maintenance. Les éléments sont appairés (sélectionnés pour s'assembler au mieux). Le tableau ci-dessous décrit donc l'opération de montage en fabrication de ce composant, ce qui ne correspond en aucun cas à une aide à la mise en œuvre de ce composant. Pour les roulements à rouleaux coniques et les butées, il est possible de séparer les bagues et la cage. De ce fait, ce problème de montage ne se pose pas. Étapes Illustration Description 1re Les billes sont disposées jointives sur le chemin de roulement de la bague extérieure. Leur espacement final sera garanti par la cage (demi-cage en arrière-plan) 2e On peut alors engager la bague intérieure. Le nombre d'éléments roulants est en partie limité par cette contrainte de montage. Trop nombreux la bague ne peut pas entrer, le montage n'est donc pas possible, même si en position théorique finale les pièces semblent avoir assez de place ! 3e La bague intérieure se centre naturellement par appui sur les billes en s'engageant radialement dans l'arc qu'elles forment. Celui-ci ne doit donc pas excéder 180° (limitation encore une fois du nombre de billes). 4e Les billes sont enfin écartées pour prendre la répartition circulaire finale correspondant à la cage de roulement. 5e Les deux parties de la cage sont rapportées de part et d'autre puis assemblées par rivetage, collage, ou soudage suivant les tailles, les qualités, ou les constructeurs. Les roulements se distinguent par la forme et la disposition des éléments roulants. À chaque modèle correspondent des performances particulières et donc un usage spécifique. Les différents éléments roulants. Assemblage d'un roulement à billes Familles de roulements Page 5 sur 16 Roulement mécanique — Wikipédia 17/11/2017 https://fr.wikipedia.org/wiki/Roulement_m%C3%A9canique Par exemple, les roulements à rouleaux supportent des charges supérieures par rapport aux roulements à billes (de taille équivalente), car le contact des éléments roulants avec les bagues est linéaire. Cependant, ils acceptent des fréquences de rotation moins élevées. Les cages à aiguilles sont moins encombrantes mais exigent une préparation des portées (trempe). Les roulements à billes à contact radial, également appelés roulements rigides à billes, sont les roulements les plus courants : ce sont à la fois les meilleur marché et les plus compacts. Ils peuvent admettre un rotulage compris entre 2 et 16', mais ne tolèrent que des charges axiales modérées. Pour les environnements agressifs (humidité, poussière), on utilise des roulements étanches : ils sont scellés par des flasques en polymère ou en tôle. Ils sont alors graissés à vie. C'est un roulement à double rangée de billes, dont le chemin extérieur est sphérique. Ce roulement accepte un rotulage important, de 2 à 4°. Pour ce type de roulement, le contact entre la bille et les chemins se font selon un axe incliné par rapport au plan normal à l'axe de rotation de l'arbre. Ainsi, l'axe de rotation des billes est incliné par rapport à l'axe de rotation de l'arbre. Ce contact oblique permet de subir des efforts axiaux importants, mais dans un seul sens ; ils sont donc montés par paire, en opposition (en O ou en X, voir ci- après Roulement à rouleaux coniques). Par contre, il n'acceptent qu'un faible rotulage, de uploads/Industriel/ roulement-mecanique.pdf