montages et calculs des roulements

1. Roulements
(Montages et Calculs)
Département de Génie Industriel et Mécanique
Institut de Technologie du Cambodge
Dr. NGUON Kollika
Juin 2014
Conception mécanique

2. 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

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 1.3 Choix des ajustements
5

7. 1.3 Choix des ajustements
6

8. 1.3 Choix des ajustements
7

9. 1.3 Choix des ajustements
8

10. 1.4 Fixation des bagues
9

11. 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.
10

12. Exemples de montage (solution 2)
11
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.

13. 1

14. 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

15. 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)

16. 1.4 Fixation des bagues
15

17. 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

18. 1.4 Fixation des bagues
17

19. 1.4 Fixation des bagues
18

20. 1.5 Montages des roulements
(Pour des roulements à billes à contacts obliques
et à rouleaux coniques)
19

21. 1.5 Montages des roulements
(Pour des roulements à billes à contacts obliques
et à rouleaux coniques)
20

22. 1.5.1 Montages en “X”
21
 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

23. 1.5.2 Montages en “O”
22
 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.

24. 23

25. 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.
24

26. 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.

27. 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).

28. 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)

29. 28
1.6 Lubrification des roulements

30. 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.

31. 1.7 Étanchéité des roulements
Organigramme de choix:
30

32. 31
Principaux dispositifs d'étanchéité
(sans frottement pour lubrification à la graisse)

33. 32
Principaux dispositifs d'étanchéité sans frottement
pour lubrification à la graisse

34. 33
Principaux dispositifs d'étanchéité avec frottement
pour lubrification à la graisse ou à l'huile

35. Principaux dispositifs d'étanchéité avec frottement
pour lubrification à la graisse ou à l'huile
34

36. 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

37. 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.

38. 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.

39. 2.1 Durée de vie des roulements

40. 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.

41. 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

42. 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

43. 2.3 Valeurs des coefficients X, Y
(Cas général d'une charge combinée)

44. (Cas général d'une charge combinée)
2.3 Valeurs des coefficients X, Y

45. (Cas général d'une charge combinée)
2.3 Valeurs des coefficients X, Y

46. 2.4 Cas des roulements à contact
oblique et à rouleaux coniques
45

47. Méthodes de calcul (2.4)
46

48. 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

49. 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

50. 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
49

51. 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)

52. 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

53. 2.5 Exemples de calcul (résolution2)
Durées de vie correspondantes:
Mt

54. Q & R
Merci!