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Roulements

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c'est un power point qui parle sur les roulements et ses utilisation en pratique dans le mechanic ainsi les charge qu'il faut considerer lors d'assemblage

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Roulements

  1. 1. Roulements 1
  2. 2.  Universite Libanaise  Faculte de Genie  Branche I Prof:Chef. Muhammad Abdul Wahab Sujet Preparé par : Achraf Mkheiber 1027 Sleiman Naser Eldin 1193
  3. 3. Index Definition -----------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 4 Types de roulements--------------------------------------------------------------------------------------------slide 6 Schema cinematique------------------------------------------------------------------------------------------slide 26 Fabrication---------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 28 Aspect Mechanism---------------------------------------------------------------------------------------------slide 34 Aspect Economique-------------------------------------------------------------------------------------------slide 37 Aptitude a la charge------------------------------------------------------------------------------------------slide 38 Choix d’un roulement-----------------------------------------------------------------------------------------slide 42 Montage des roulements------------------------------------------------------------------------------------slide 43 Duree de vie------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 44 Fabricants----------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 48 Conclusion general---------------------------------------------------------------------------------------------slide 49 Resume -------------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 50 Annexe -------------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 52 References---------------------------------------------------------------------------------------------------------slide 55 3
  4. 4. Definition  Le roulement est un organe qui assure une liaison mobile entre deux éléments d'un mécanisme en rotation l'un par rapport à l'autre. Sa fonction est de permettre la liaison et généralement la rotation relative de ces éléments , sous charge, avec précision et avec un frottement minimal. 4
  5. 5.  Le roulement doit son nom et son origine aux "corps roulants", tel que le rondin de bois utilisé par les Egyptiens au temps des pharaons.  Ce procédé a permis de :  augmenter la vitesse de déplacement  résoudre le problème de frottement  diminuer la pénibilité des tâches  Le frottement de roulement est très inférieur au frottement de glissement. 5
  6. 6. Types des roulements  A. Roulements à billes  B. Roulements à billes de contact angulaire  C. Butées à billes  D. Roulements à rouleaux cylindriques  E. Roulements à rouleaux d'aiguilles  F. Roulements à rouleaux coniques  G. Roulements à rouleaux sphériques  H. Roulement à rouleaux toroïdaux  K. Butées à aiguilles 6
  7. 7. A. Roulements à billes  Le type de roulement le moins coûteux et le plus utilisé; produit en plusieures conceptions et dimensions  Ils se caractérisent par une conception simple et ne peuvent pas être démontés  Résistants aux conditions de fonctionnement et facile à maintenir  Ils ont une capacité de charge relativement bonne dans la direction radiale tout comme axiale  Ils sont convenables pour les vitesses élevées et très élevées  Ils demandent une bonne coaxialité des tourillons et du corps du roulement; l'angle d'inclinaison admissible est d'approx. 10'  Ils sont livrés avec une couverture ou avec une garniture 7
  8. 8. 8
  9. 9. B. Roulements à billes de contact angulaire  Les orbites sont mutuellement décalées dans la direction de l'axe du roulement  Conçus pour supporter les charges combinées avec une force axiale relativement grande (la charge axiale des roulements augmente avec l'agrandissement de l'angle de contact)  Les roulements simples ne permettent de supporter les forces axiales que dans une direction; ces roulements sont par conséquent installés en paires dans des positions opposées et cela aussi proche les uns des autres que possible  Vous pouvez combiner deux roulements ou vous pouvez utiliser les roulements à deux rangs pour supporter les forces axiales (les paires des roulements sont livrés dans un paquet; étant donné que les roulements sont utilisés en paires, les roulements de deux paires différentes ne doivent pas s'utiliser)  Capacité de charge inférieure par rapport aux roulements coniques, toutefois, ils peuvent s'utiliser à des vitesses élevées  Les roulements à deux rangs peuvent supporter les moments déviants dans le plan axial. Toutefois, ces types nécessitent une coaxialité parfaite et la rigidité de l'ajustement et ne permettent aucun débattement de l'arbre  Les roulement à deux rangs sont également livrés avec une couverture ou une garniture 9
  10. 10. 10
  11. 11. C. Butées à billes  Comprennent deux rangs de billes avec une orbite sphérique sur l'anneau externe  Leur conception permet l'inclinaison mutuelle des anneaux (approx. 2-3°, selon la conception)  Appropriées surtout pour l'ajustement où il y a fléchissement de l'arbre ou déviation de la coaxialité  La capacité de charge de ces roulements est inférieure à celle des roulements à billes simples de la même dimension; non appropriées pour supporter de plus grandes forces axiales  Souvent produites avec des trous cylindriques tout comme coniques  Elles sont également livrées avec des garnitures 11
  12. 12. 12
  13. 13. D. Roulements à rouleaux cylindriques  Roulements démontables, conçus pour le transfert de grandes forces radiales (capacité de charge jusqu'à 60% supérieure à celle des roulement à billes de la même dimension)  Rigidité accentuée, par conséquent appropriés aux charges variables et de choc  Les roulements sans cages (nombre complet des cylindres) présentent une capacité de charge plus élevée; Toutefois, les roulements avec les cages peuvent être utilisés aux vitesses plus élevées  Les roulements avec les collets de guidage dans les anneaux internes et externes supportent de plus grandes forces axiales.  Les autres conceptions ne peuvent supporter aucune force axiale, cependant, permettent les déviations axiales des anneaux  Les roulements à rouleaux Cylindriques nécessitent une coaxialité parfaite de la cheville et du corps du roulement; l'angle maximal de déviation permis est de 34'  Les roulements à rouleaux cylindriques à deux rangs sont souvent produits avec des trous tant cylindriques que coniques 13
  14. 14. 14
  15. 15. E. Roulements à rouleaux d'aiguilles  En fait, les roulements à aiguilles sont des roulements à rouleaux cylindriques avec des rouleaux longs et minces (selon OIN,la longueur du rouleau est de min. 2.5 diamètre)  Ils se distinguent par une petite hauteur de construction, hautes précision et rigidité  Malgré leur section inférieure, les roulements ont une capacité de charge élevée et sont ainsi appropriés aux ajustements où les dimensions radiales sont limitées  Utilisez avant tout pour les vitesses inférieures ou les mouvements d'oscillation; sont également appropriés aux charges variables et de choc  Ne peuvent supporter aucune force axiale, toutefois, permettent la déviation axiale des anneaux  Il est possible d'omettre un ou tous les deux anneaux pour réduire la hauteur de construction; toutefois, les surfaces d'assise sur l'arbre doivent être durcies et usinées soigneusement  Nécessitent une coaxialité parfaite de la cheville et du corps du roulements, l'angle maximal de déviation permis est de 34'  Livrés également avec des garnitures 15
  16. 16. 16
  17. 17. F. Roulements à rouleaux coniques  Souvent conçus comme démontables, comprennent les orbites coniques sur les anneaux internes et externes avec des rouleaux coniques rangés dans les orbites  Grande capacité de charge; convenables spécialement pour le support des forces radiales et axiales agissant simultanément  Permettent le support des forces axiales dans une direction seulement; ces roulements sont par conséquent installés en paires dans des positions opposées et cela aussi proche les uns des autres que possible  En cas de chargement très élevé sur le roulement ou si les forces axiales doivent être retenues dans les deux directions, les roulement peuvent être combinés en paires (les paires des roulements sont livrées dans un paquet; étant donné que les roulements sont utilisés en paires, les roulements de deux paires différentes ne doivent pas s'utiliser)  Plus grande capacité de charge par rapport aux roulements à contact angulaire, toutefois, ces types sont conçus pour les petites vitesses  Les surfaces d'assise pour les roulements à rouleaux coniques doivent être coaxiales; l'angle de déviation permis est de 24' 17
  18. 18. 18
  19. 19. G. Roulements à rouleaux sphériques  Deux rangs de rouleaux sphériques avec une orbite sphérique ordinaire sur l'anneau externe  Leur conception permet la déviation mutuelle des anneaux (approx. 1.52.5°,selon la conception)  Grande capacité de charge, support des forces radiales et simultanément les forces axiales dans les deux directions  Convenable pour les grandes charges avec un ajustement non coaxial et les déviations des arbres  Souvent produits avec des trous cylindriques et coniques; non démontables  Livrés également avec des garnitures 19
  20. 20. 20
  21. 21. H. Roulement à rouleaux toroïdaux  Les roulements à rangée simple avec des rouleaux longs et légèrement sphériques; Les orbites des anneaux internes et externes sont concaves et symétriques le long de l'axe passant par le centre du roulement  Cette conception combine la capacité de déviation des roulements à rouleaux sphériques (l'angle d'inclinaison permis est d'approx. 0.5°) avec la capacité de balancement axial, typique pour les rouleaux; ils se distinguent également par une petite hauteur de construction  Grande capacité de charge radiale même si le roulement doit compenser la non coaxialité ou la déviation axiale  Limitation des vibrations dans l'ajustement; les vibrations axiales de l'arbre ne sont pas transmises au corps  La capacité de charge des roulement avec un nombre complet de rouleaux est sensiblement supérieure à celle des rouleaux avec des cages  Produits avec des trous cylindriques, tout comme coniques  Livrés également avec des garnitures 21
  22. 22. 22
  23. 23. K. Butées à aiguilles  Comprennent deux rangs de billes avec une orbite sphérique sur l'anneau externe  Leur conception permet l'inclinaison mutuelle des anneaux (approx. 2-3°, selon la conception)  Appropriées surtout pour l'ajustement où il y a fléchissement de l'arbre ou déviation de la coaxialité  La capacité de charge de ces roulements est inférieure à celle des roulements à billes simples de la même dimension; non appropriées pour supporter de plus grandes forces axiales  Souvent produites avec des trous cylindriques tout comme coniques  Elles sont également livrées avec des garnitures 23
  24. 24. 24
  25. 25. Autres types de roulement25
  26. 26. 26
  27. 27. 27
  28. 28. Schema cinematique  Les roulements sont des organs qui assurent des liaisons pivot donc ils sont representes cinematiquement par la representation d’une liaison pivot limittee. 28
  29. 29. 29
  30. 30. 30
  31. 31. Fabrication 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). 31
  32. 32.  Prenons l’exemple de fabrication du roulement a billes.  Sa fabrication est divises en 3 parties : 1)anneau exterieur 2)anneau interieur 3)assemblge 32
  33. 33. Anneau exterieur33
  34. 34. Anneau interieur34
  35. 35. Assemblage d’un roulement35
  36. 36. 36
  37. 37. Calcul de nombre de billes37
  38. 38. Aspect mechanism Le mouvement possible en rotation entre les éléments entraîne que le roulement doit correspondre au modèle de la rotule: trois mobilités en rotation dont une principale d'axe XX'. L'aspect mécanisme est à analyser soit pour réaliser l'isostatisme soit pour gérer un hyperstatisme dirigé. Une première analyse sur modèle simplifié avec éléments ƒ sphériques et bague et ‚ coniques tel que a= b définit des contacts ponctuels en A et B. Une étude globale de la mobilité de ‚ par rapport à introduit en prenant comme référentiel (n+1) pièces et s'il y a n billes ƒ , 2n contacts ponctuels tels que A et B. La loi globale d'étude des mécanismes est:6p-Ns=m-h 38
  39. 39. 39
  40. 40. avec m= mu + mi (6p-Ns=m-h)  Un comportement sphérique est caractérisé par mu=3 .  L'hyperstatisme souhaité est h=0 (isostatisme).  p=n+1 pièces.  Ns = 2n* 1, 2n étant le nombre de contacts ponctuels .  mi correspond aux mobilités indépendantes . Pour chaque bille il existe : @3 rotations possibles d'axes X3 , Y3 , Z3 @2 translations d'axe X3 et Y3 soient 5 mobilités internes par billes. L'équation générale devient : 6(n+1)-2n*1 = 3+5n-0 donc n= 3 . TROIS BILLES assurent l'isostatisme. Les roulements sont donc des mécanismes fortement hyperstatique car ils possèdent beaucoup plus que 3 billes. Cet hyperstatisme est évidement géré par la précision d'exécution des roulements. 40
  41. 41. Aspect économique  L'aspect économique intervient fortement dans une réalisation. Deux éléments sont à considérer: le prix initial de la construction et la maintenance permettant d'assurer un bon fonctionnement sur la durée prévue et ceci sans défaillance. Le prix initial varie suivant le type mais la fabrication en grande série en fait un produit attractif. 41
  42. 42. Aptitude a la charge42
  43. 43. 43
  44. 44. 44
  45. 45.  Il est à remarquer que :  Plus les masses en mouvement sont faibles ou proche de l'axe de rotation et plus la vitesse est importante.  Le contact linéaire encaisse des efforts plus important qu'un contact ponctuel.  L'obliquité du contact permet d'encaisser des efforts axiaux. 45
  46. 46. Choix d'un roulement La comparaison suivante des propriétés de base des types de roulements peut aider à choisir le type convenable. Dans le choix du type, il est nécessaire de prendre en compte les faits suivants:  L'intensité et le type de chargement  La conception de l'ajustement et le mode de lubrification du roulement  Les paramètres de fonctionnement du roulement (vitesse, conditions thermiques, etc.)  Les conditions sur la précision  Les conditions d'installation et de démontage 46
  47. 47. Montage des roulements  Sous l'action de la charge radiale, les bagues d'un roulement en rotation ont tendance à tourner sur leur portée ou dans leur logement, ce qui provoque une usure prématurée de la portée. Il faut donc lier les bagues aux éléments du montage (arbre, logement) afin qu'elles en deviennent partie intégrante.  Règles a respecter :  La bague tournant par rapport à la direction de la charge radiale doit être montée serrée.  La bague fixe par rapport à la direction de la charge peut être libre. 47
  48. 48. Durée de vie  La variation des sollicitations au contact des éléments roulant sur les bagues provoque une usure par fatigue. La théorie de Hertz permet une estimation assez juste de cet effet. La durée de vie d'un roulement est le nombre de tours qu'il peut effectuer avant que n'apparaissent les premiers signes d'écaillage, c’est-à-dire l'altération de l'état de surface des chemins de roulement ou des éléments roulants eux mêmes.  Cet écaillage peut entraîner un grippage net de la liaison, voire la destruction du roulement et donc des pièces qu'il guide .  On détermine le nombre de roulements (en %) que l'on peut s'attendre à voir atteindre une durée de vie déterminée. Ce pourcentage est la fiabilité, on peut également l'approcher de la probabilité de voir un roulement atteindre cette durée de vie. Ces mesures sont établies par les constructeurs eux mêmes,ou des organismes de normalisation. À partir de ces relevés statistiques, on peut évaluer la fiabilité d'un modèle de roulement. 48
  49. 49.  Cette fiabilité R est donnée par la loi de Weibull :  où L est la durée de vie posée,  R la proportion de roulements qui peuvent atteindre L ,  L10 la durée de vie nominale exprimée en millions de tours.  Cette loi implique que 90 % des roulements atteignent au minimum L10.  Pour une fiabilité supérieure à 96 % cette loi n'est plus valable car, à l'extrême une fiabilité de 100 % donnerait une durée de vie nulle (or elle est d'environ 0,025.L10) et on utilise alors cette loi : 49
  50. 50.  Où  Pour calculer L10 on utilise:  L10=(C/P)3 pour un roulement à billes ou  L10=(C/P)(10/3) pour un roulement à rouleaux où C est la charge dynamique de base (donnée par le constructeur) et P la charge radiale équivalente supportée.  Pour calculer P pour un roulement à billes, on doit obtenir les charges radiales et axiales, respectivement Fr et Fa. On a également besoin des données constructeur e,X et Y.  si Fa=<e*Fr alors P=Fr si Fa>=e*Fr alors P=X*Fr+Y*Fa 50
  51. 51.  La dégradation par fatigue est le mode « normal » de mise hors service ; elle ne concerne que les roulements mis en œuvre dans le respect des règles de montage préconisées. Lorsqu'un roulement est mal adapté, son usure peut être bien plus rapide : des défauts de lubrification, des jeux mal réglés, un milieu agressif, des fonctionnements avec chocs sont autant de facteurs aggravants. 51
  52. 52. Fabricants  SKF (leader mondial),  Schaeffler (marques INA et FAG, n°2 mondial),  NTNSNR Roulements,  Timken Company (en),  NSK Ltd. (en),  Minebea (en)(roulements miniatures),  KRX Engineering (roulements ROULTEX),  WIB (roulements à billes de précision). 52
  53. 53. Conclusion General Les roulements sont utilisés en transmission de puissance pour leurs caractéristiques qui sont:  Résistance au roulement faible.  Bonne qualité de guidage.  Bonne tenue dans le temps : les détériorations apparaissent par FATIGUE.  Montage et démontage simples.  Bas prix de revient  Maintenance facile. 53
  54. 54. Resume  Les roulements servent à réduire le plus possible la force de frottement entre une pièce rotative (roue, embrayage d’une transmission, etc.) et une autre pièce qui est fixe, afin de limiter la chaleur qui serait dégagée sans cette pièce.  Leurs avantages sont qu’ils présentent un coefficient de frottement inférieur, surtout au démarrage, ce qui fait qu’ils sont tout indiqués pour les mécanismes à fonctionnement intermittent; leur lubrification est plus facile car on applique de la graisse de temps à autre alors que les coussinets exigent une lubrification constante; il n’y a aucune obligation de rodage; et on a un encombrement réduit des axes.  Leurs inconvénients sont qu’ils sont plus bruyants ils présentent une plus grande difficulté au montage, leur prix de revient est supérieur et l’encombrement radial est plus important. Toutefois, les avantages l’emportent sur les désavantages.  Les roulements se classent en fonction de la direction de la charge : les roulements pouvant supporter uniquement des charges radiales sont appelées radiaux ou portants; ceux destinés à supporter, soit des charges radiales, soit des charges axiales, sont appelées obliques; les roulements destinés à ne supporter que des charges axiales sont appelées axiaux ou roulements de butée. 54
  55. 55. Resume  Un autre type de classification des roulements est établi en fonction de la forme des parties roulantes. On aura ici les roulements à billes, les roulements à cylindres, les roulements coniques et les roulements à aiguilles.  On retrouve également les roulements rigides qui exigent que les bagues intérieures et extérieures soient strictement coaxiales; et les roulements orientables qui permettent aux deux bagues de former entre elles un angle donné. On divise aussi les roulements en roulements ouverts et en roulements fermés suivant qu’ils sont, ou non, munis d’écrans empêchant l’entrée de la poussière et la sortie du lubrifiant. 55
  56. 56. Annexe56
  57. 57. 57
  58. 58. 58
  59. 59. References  Voir le Wikilivre consacré à la tribologie, qui traite notamment des modes d'endommagement des roulements.  http://forums.futura-sciences.com/technologies/224292-montage-roulements-x-o.html  Source : Bases techniques Roulements Conception des paliers, INA FAG, http://medias.schaeffler.de/medias/fr!hp.tg.cat/tg_hr*ST4_1652155275;bxkmWfuvXPN9#S T4_1652157963  http://www.123roulement.com/gamme-roulement.php  Sciences de l'Ingénieur La conception fiabiliste Illustration pour les roulements à billes  http://barreau.matthieu.free.fr/cours/Liaisonpivot/pages/roulements2.html  http://iuttice.ujfgrenoble.fr/ticeespaces/gmp/gf/monsite/calcul/1schap/c01sc1.htm  MORET Michel, "Roulements et butées à billes et à rouleaux" – Traité Mécanique et Chaleur– Techniques de l’Ingénieur 59
  60. 60.  MARIAC Lydie, "Introduction à l’étude du frottement" – Les Éditions CARIMA 1980  DUDRAGNE Gilles, "L’évolution cachée des performances des roulements" - 17ème Journées de Printemps - Fatigue de contact - SF2M - Senlis – 27& 28 Mai 1998  Source : Document interne SNR Janvier 2000  LAMAGNÈRE Pierre, "Etude et modélisation de l'amorçage des fissures de fatigue de roulement au voisinage des microhétérogénéités dans l'acier M50 (80MoCrV42)", Thèse INSA Lyon. , 1996  CHAMPIOT BAYARD Frédéric., "Etude et modélisation de la propagation des fissures de fatigue de roulement amorcées en sous couche dans l'acier M50 (80MoCrV42)", Thèse INSA Lyon. (1997)  PIOT David, LORMAND Gérard, VINCENT Alain, FOUGERES Roger, DUDRAGNE Gilles, GIRODIN Daniel,  BAUDRY Gilles, "Prévision de la distribution des durées de vie en fatigue de roulement a partir des caractéristiques inclusionnaires de l'acier" - 17ème Journées de Printemps - Fatigue de contact - SF2M - Senlis – 27& 28 Mai 1998 60
  61. 61. 61

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