Utilisés notamment dans les moteurs et les machines industrielles, les roulements sont des composants essentiels qui soutiennent les axes en rotation tout en limitant les frottements, garantissant ainsi un mouvement fluide. Si le choix du type de roulement n’est pas adapté, cela peut entraîner des vibrations, un dégagement de chaleur et de l’usure, ce qui risque de nuire aux performances de la machine et d’en réduire la durée de vie.
Il existe différents types de roulements, et les éléments à vérifier sont nombreux : structure, direction de la charge, vitesse de rotation, etc. Cet article explique de manière claire le fonctionnement de base des roulements, leurs différents types, comment les choisir, comment évaluer leur durée de vie et comment les entretenir.
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Qu’est-ce qu’un roulement?
Un roulement est un élément mécanique qui soutient un axe en rotation tout en supportant une charge. Il maintient l’axe dans une position appropriée, tout en réduisant les frottements générés par les parties en rotation, ce qui permet d’assurer un mouvement fluide.
Les roulements sont utilisés dans un large éventail de machines, notamment les roues et les transmissions automobiles, mais aussi les moteurs, les pompes, les convoyeurs, les lave-linge, les ventilateurs et les robots. Le mot anglais « bear » signifie « soutenir » ; les roulements sont donc des composants indispensables au fonctionnement stable des machines en rotation.
Le rôle des roulements
Le rôle principal des roulements est de soutenir l’axe en rotation tout en réduisant le frottement entre celui-ci et les pièces environnantes. Lorsque l’axe et les pièces environnantes frottent directement les uns contre les autres, le frottement de glissement entraîne facilement de l’usure et un dégagement de chaleur.
Dans les roulements à rouleaux, le fait de soutenir l’axe à l’aide d’éléments roulants, tels que des billes ou des rouleaux, permet de remplacer le frottement de glissement par un frottement de roulement, ce qui réduit la résistance au frottement. De plus, ils jouent un rôle essentiel en maintenant l’axe dans une position correcte et en limitant les vibrations et les déviations.
Comme cela contribue également à limiter le frottement, l’usure et le dégagement de chaleur, on peut dire que les roulements sont des composants essentiels qui garantissent le fonctionnement stable des machines.
Structure de base des roulements
Les roulements à rouleaux classiques sont principalement composés d’une « bague intérieure », d’une « bague extérieure », d’« éléments roulants » et d’une « cage ». La bague intérieure est montée côté arbre, tandis que la bague extérieure est montée côté boîtier ; les éléments roulants, tels que les billes ou les rouleaux, roulent entre ces deux bagues.
La cage a pour rôle de maintenir les éléments roulants à un espacement approprié et de limiter les contacts entre eux. Selon les modèles, certains roulements sont équipés de joints d’étanchéité ou de protections afin d’empêcher la pénétration de corps étrangers et les fuites de lubrifiant.
Les lubrifiants utilisés à l’intérieur, tels que la graisse, jouent également un rôle essentiel pour réduire les frottements et l’usure, et assurer ainsi une rotation fluide.
Principaux types de roulements
Il existe différents types de roulements, qui peuvent être classés selon plusieurs critères : le mécanisme de support de l’axe, la forme des éléments roulants, ou encore la direction des charges subies. Les conditions d’utilisation appropriées variant d’un type à l’autre, il est important de bien comprendre leurs caractéristiques afin de choisir celui qui correspond à l’application visée.
Voici un aperçu des principales classifications et caractéristiques des roulements :
| Classification | Type | Caractéristiques principales |
| Mécanisme de support de l’arbre | Roulements à roulement | Soutient l’axe grâce au roulement de billes ou de rouleaux, ce qui réduit le frottement |
| Mécanisme de support de l’arbre | Paliers lisses | L’arbre et la surface d’appui sont en contact glissant ; l’arbre est soutenu à l’aide d’un lubrifiant, par exemple |
| Forme des éléments roulants | Roulements à billes | Utilise des billes ; le frottement est relativement faible, ce qui le rend adapté à une rotation à grande vitesse |
| Forme des éléments roulants | Roulements à rouleaux | Utilise des rouleaux et est capable de supporter des charges importantes |
| Direction de la charge | Roulements radiaux | Supportent principalement des charges perpendiculaires à l’axe |
| Direction de la charge | Roulements de butée | Supportent principalement les charges parallèles à l’axe |
Les critères de comparaison varient selon la méthode de classification. Examinons en détail les différences entre ces deux types de roulements sous trois angles : le mécanisme de support de l’axe, la forme des éléments roulants et la direction des charges supportées.
Roulements à roulement et paliers lisses
Les roulements se divisent globalement en deux grandes catégories selon leur mécanisme de support de l’arbre : les « roulements à roulement » et les « paliers lisses ». Les roulements à roulement sont constitués d’une bague intérieure et d’une bague extérieure entre lesquelles sont disposées des billes ou des rouleaux, ce qui permet de réduire le frottement grâce au mouvement de roulement.
Leur frottement est relativement faible, ce qui leur permet d’être utilisés dans un large éventail d’applications, notamment les moteurs, les machines-outils et l’automobile. Les paliers lisses sont quant à eux constitués d’un contact glissant entre l’arbre et la surface d’appui, et soutiennent l’arbre à l’aide d’un lubrifiant.
De structure relativement simple, ils sont également utilisés, selon les types, dans des applications soumises à des charges importantes ou à des chocs. Il est important de choisir le type de roulement en fonction de la vitesse de rotation, de la charge et de l’environnement d’utilisation.
Roulements à billes et roulements à rouleaux
Les roulements à roulement sont classés en « roulements à billes » et « roulements à rouleaux » en fonction de la forme des éléments roulants utilisés. Les roulements à billes utilisent des éléments roulants sphériques et se caractérisent par un contact avec la surface de roulement proche d’un contact ponctuel. Leur frottement étant relativement faible, ils conviennent aux moteurs compacts, aux appareils électroménagers et aux équipements de précision qui exigent une rotation à grande vitesse et un faible niveau sonore.
Les roulements à rouleaux utilisent des éléments roulants de forme cylindrique, conique ou en forme d’aiguilles. Comme ils entrent en contact avec la surface de roulement de manière linéaire, la surface de contact est large ; ils sont donc utilisés dans les machines de l’industrie et de l’automatisation, les véhicules et les engins de chantier, où des charges importantes et une rigidité élevée sont requises.
Roulements radiaux et roulements de butée
Les roulements peuvent être classés principalement en « roulements radiaux » et « roulements axiaux » en fonction de la direction de la charge qu’ils supportent. Les roulements radiaux sont conçus pour supporter des charges radiales, c’est-à-dire des forces exercées dans le sens radial, perpendiculairement à l’axe. Cela concerne notamment les forces exercées sur l’axe par des poulies ou des engrenages.
Les roulements axiaux sont conçus pour supporter principalement des charges axiales, c’est-à-dire des forces exercées dans une direction parallèle à l’axe. Ils sont utilisés dans des applications où une force s’exerce dans le sens axial, comme la poussée d’une hélice.
Lorsque des charges radiales et axiales s’exercent simultanément, il est nécessaire de choisir un type de roulement capable de supporter des charges composées, tel qu’un roulement à billes à contact oblique ou un roulement à rouleaux coniques.
Principales applications des roulements
Les roulements sont utilisés dans un large éventail de machines comportant des pièces rotatives, telles que les automobiles, les machines-outils, les équipements industriels, les robots, les appareils électroménagers, les équipements de précision et les moteurs. Les applications représentatives et les performances principalement requises sont les suivantes.
| Application | Exemples d’utilisation | Performances principales requises |
| Automobile | Roues, transmission, etc. | Résistance aux charges, résistance aux chocs, durabilité |
| Machines-outils | Broches, mécanismes d’avance, etc. | Précision de rotation, capacité à supporter des vitesses de rotation élevées, rigidité |
| Machines industrielles | Pompes, convoyeurs, moteurs, etc. | Adaptation au fonctionnement en continu, durabilité |
| Robot | Articulations, tables rotatives, etc. | Précision de rotation, encombrement réduit, adaptation aux charges composées |
| Appareils électroménagers | Lave-linge, climatiseurs, ventilateurs, etc. | Faible niveau sonore, faibles vibrations |
| Équipements de précision | Équipements médicaux, équipements optiques, etc. | Précision de rotation, faible frottement, faibles vibrations |
Les performances exigées des roulements varient selon l’application : précision de rotation et capacité à supporter des vitesses élevées pour les machines-outils, faible niveau sonore et faibles vibrations pour les appareils électroménagers, etc. Dans le cas des moteurs, il est également indispensable de choisir un roulement en fonction de la vitesse de rotation, de la charge et de la durée de vie requise.
Lors du choix d’un roulement, il est important de prendre en compte les caractéristiques de la machine concernée et de définir clairement les conditions d’utilisation, telles que l’intensité et la direction de la charge, la vitesse de rotation, la précision et l’environnement d’utilisation.
Points à prendre en compte lors du choix d’un roulement
Lors du choix d’un roulement, il est important de prendre en compte de manière globale non seulement le type de roulement, mais aussi la charge réelle, la vitesse de rotation, l’espace de montage, la précision et l’environnement d’utilisation. L’utilisation d’un roulement inadapté aux conditions peut entraîner un dégagement de chaleur, des vibrations ou une usure prématurée.
Les principaux points à vérifier lors de la sélection sont les suivants :
- Conditions de charge et de rotation
Ampleur et direction de la charge, vitesse de rotation d’utilisation, durée de vie requise
- Dimensions et précision
Diamètre de l’arbre, espace de montage, précision de rotation, jeu interne
- Environnement d’utilisation et conditions de lubrification
Température d’utilisation, présence de poussière ou d’humidité, méthode de lubrification, exigences en matière de vibrations et de bruit
Lors du choix d’un roulement, il ne faut pas se concentrer uniquement sur des conditions spécifiques, mais examiner de manière globale l’ensemble des conditions. Examinons maintenant en détail ces trois aspects : « charges et vitesse de rotation », « dimensions et précision » et « environnement d’utilisation et conditions de lubrification »
Charge et vitesse de rotation
Lors du choix d’un roulement, il est nécessaire de vérifier la direction et l’intensité de la charge, ainsi que la vitesse de rotation. Le type de roulement approprié varie en fonction du rapport entre la charge radiale, qui s’exerce perpendiculairement à l’axe, et la charge axiale, qui s’exerce dans le sens de l’axe.
En ce qui concerne la vitesse de rotation, il convient de vérifier la vitesse de rotation admissible du roulement utilisé. Plus la vitesse est élevée, plus le dégagement de chaleur généré par le frottement interne est important, ce qui peut entraîner une dégradation du lubrifiant ou un grippage.
En cas d’utilisation à haute vitesse, il est nécessaire d’étudier non seulement le type de roulement, mais également la méthode de lubrification, les joints d’étanchéité et le refroidissement.
Dimensions et précision
Les dimensions du roulement sont choisies en fonction du diamètre de l’arbre, de la taille du logement et de l’espace de montage. La précision de rotation exigée par la machine est également importante ; pour les applications nécessitant une rotation précise, il convient d’opter pour un roulement offrant une plus grande précision.
Il convient également de vérifier le « jeu interne » entre la bague intérieure, la bague extérieure et les éléments roulants. Le jeu interne varie en fonction des variations de température et des charges pendant le fonctionnement, et influe sur les performances de rotation, les vibrations, le dégagement de chaleur et la durée de vie.
Il est important de ne pas se baser uniquement sur les dimensions, mais d’étudier les spécifications en tenant compte de la précision et du jeu interne.
Environnement d’utilisation et conditions de lubrification
Le choix d’un roulement doit tenir compte de l’environnement d’utilisation (température, poussière, humidité, etc.) ainsi que des conditions de lubrification. Dans les environnements difficiles, il est indispensable d’étudier les matériaux, les joints d’étanchéité et les protections afin de limiter la pénétration de corps étrangers et d’humidité à l’intérieur du roulement.
La lubrification s’effectue principalement à l’aide de graisse ou d’huile, et la méthode appropriée varie en fonction de la vitesse de rotation, de la charge et de la température. Outre le type de lubrifiant, la quantité utilisée ainsi que les méthodes de réapprovisionnement et de remplacement sont également des facteurs qui influent sur les performances et la durée de vie du roulement.
Il convient de procéder à une évaluation globale en tenant compte des conditions telles que la charge, la vitesse de rotation et les dimensions.
Durée de vie des roulements et méthodes de calcul
Les roulements sont des composants pouvant être utilisés pendant de longues périodes, mais l’accumulation de fatigue due à des charges répétées peut finir par entraîner des dommages. Il est donc important de vérifier, dès la phase de conception, s’ils sont capables de répondre à la durée de vie requise.
Nous expliquons ici les principes fondamentaux de la durée de vie des roulements, les méthodes de calcul ainsi que les principaux facteurs qui l’influencent.
Qu’est-ce que la durée de vie d’un roulement ?
Dans les roulements à rouleaux, des forces s’exercent de manière répétée sur les chemins de roulement et les éléments roulants lors de la rotation, ce qui entraîne une accumulation de fatigue dans le matériau au fil d’une utilisation prolongée. À mesure que la fatigue progresse, un phénomène appelé « écaillage » peut se produire, caractérisé par le décollement en écailles d’une partie des chemins de roulement ; il s’agit d’un indicateur de la durée de vie liée à la fatigue de roulement.
Toutefois, même en utilisant des roulements de même type dans les mêmes conditions, leur durée de vie n’est pas nécessairement identique. C’est pourquoi on utilise, pour les roulements à rouleaux, une « durée de vie nominale de base » fondée sur une approche statistique.
La durée de vie nominale de base est une durée de vie théorique calculée en fonction de la fatigue par roulement ; elle ne correspond pas nécessairement à la durée de vie réelle. La durée de vie réelle dépend également des conditions de lubrification, de la température, de la pénétration de corps étrangers et des conditions de montage.
Méthode de calcul de la durée de vie nominale de base
La durée de vie nominale de base (L10) est un indicateur qui représente le nombre total de tours que 90 % des roulements d’un même groupe peuvent effectuer sans subir de dommages dus à la fatigue de roulement, lorsqu’ils sont utilisés dans les mêmes conditions.
La durée de vie nominale de base est calculée à l’aide de la formule suivante :
L10 = (C/P)^p × 10⁶ [tours]
La signification des symboles utilisés dans la formule est la suivante.
| Symbole | Signification |
| L10 | Durée de vie nominale de base (nombre total de tours) |
| C | Charge nominale dynamique de base |
| P | Charge équivalente dynamique |
| p | Indice de durée de vie (roulements à billes : 3, roulements à rouleaux : 10/3) |
La charge nominale dynamique de base (C) est une valeur indiquant la capacité de charge servant de référence pour le calcul de la durée de vie nominale de base du roulement ; elle figure notamment dans les catalogues de produits. La charge équivalente dynamique (P) est une valeur obtenue en remplaçant la charge réellement exercée par une charge constante utilisée pour le calcul de la durée de vie.
Si la vitesse de rotation est connue, il est possible de convertir cette valeur en durée de vie par unité de temps ; cela permet donc de vérifier si la durée de fonctionnement requise peut être respectée.
Source : NSK Ltd. « Charge nominale dynamique de base et durée de vie en fatigue »
Facteurs influençant la durée de vie des roulements
La durée de vie réelle d’un roulement ne dépend pas uniquement de la durée de vie nominale de base calculée. Outre la charge et la vitesse de rotation, les conditions de lubrification, la température, la pénétration de corps étrangers et la précision de montage jouent également un rôle important.
Par exemple, une lubrification insuffisante augmente le frottement entre les éléments roulants et les chemins de roulement, ce qui peut entraîner un dégagement de chaleur ou un grippage. La pénétration de poussière ou d’humidité, l’inclinaison de l’arbre et un ajustement inadéquat sont également des facteurs susceptibles de provoquer des charges ou des vibrations sur des zones spécifiques.
En raison de ces facteurs, la durée de vie réelle peut s’avérer inférieure à la valeur calculée. Pour garantir la durée de vie prévue, il est indispensable de prendre en compte l’environnement d’utilisation et les conditions de montage.
Méthodes d’entretien pour prolonger la durée de vie des roulements
Pour préserver longtemps les performances des roulements, il est indispensable non seulement de les choisir correctement, mais aussi de veiller à leur montage, à leur lubrification et à leur inspection quotidienne. Détecter rapidement tout dysfonctionnement pendant l’utilisation permet d’éviter plus facilement les pannes soudaines et les arrêts de machine.
Nous présentons ici les méthodes d’entretien à respecter pour prolonger la durée de vie des roulements.
Effectuer un montage et une lubrification appropriés
Pour exploiter pleinement les performances intrinsèques des roulements, il est essentiel de les monter correctement et de les lubrifier de manière appropriée. Un choc violent lors du montage peut provoquer des rayures ou des enfoncements sur les surfaces de roulement, ce qui risque d’entraîner des bruits anormaux, des vibrations ou une détérioration prématurée.
Il est essentiel d’utiliser des outils spécialisés ou une presse, et de procéder au montage selon les méthodes appropriées. Le lubrifiant a pour rôle de réduire le frottement et l’usure entre les éléments roulants et les surfaces de roulement.
Choisissez une graisse ou une huile adaptée aux conditions d’utilisation, telles que la charge, la vitesse de rotation et la température. Pendant l’utilisation, vérifiez l’état du lubrifiant si nécessaire ; un réapprovisionnement ou un remplacement approprié contribue à assurer une longue durée de vie pour le roulement.
Vérification des bruits anormaux, des vibrations et des variations de température
Pour détecter rapidement tout dysfonctionnement des roulements, il est important de vérifier régulièrement les bruits, les vibrations et les variations de température pendant le fonctionnement. Des bruits inhabituels, une augmentation des vibrations ou une élévation anormale de la température peuvent indiquer un mauvais graissage, la présence de corps étrangers ou des dommages dus à la fatigue.
Lors des inspections, vérifiez non seulement l’état de la zone autour du roulement, mais aussi la décoloration ou le durcissement du lubrifiant, ainsi que la présence de corps étrangers. L’utilisation d’un vibromètre ou d’un thermomètre, si nécessaire, permet de détecter plus facilement les changements difficiles à repérer à l’œil nu.
Il est essentiel de détecter rapidement toute anomalie afin d’éviter des pannes graves ou des arrêts soudains de la machine.
L’importance des roulements dans les moteurs
Consultez la liste des moteurs sans balais
Dans un moteur, les roulements soutiennent les parties rotatives telles que le rotor et l’arbre, et jouent un rôle essentiel dans le maintien d’une rotation stable. Le type, la précision, l’état de lubrification et l’état de montage des roulements sont des facteurs qui influencent les vibrations, le bruit, la précision de rotation et la durée de vie du moteur.
Pour finir, nous allons expliquer l’influence des roulements sur les performances des moteurs ainsi que les points à vérifier lors de la sélection du moteur.
L’influence des roulements sur les performances des moteurs
Dans un moteur, les roulements permettent de maintenir une rotation stable en soutenant le rotor et l’arbre dans une position appropriée. En particulier dans les applications exigeant une rotation à grande vitesse, un fonctionnement silencieux et une grande précision de rotation, les performances et l’état des roulements constituent des facteurs essentiels qui déterminent les caractéristiques globales du moteur.
Si la précision, le jeu interne, l’état de lubrification ou les conditions de montage ne sont pas adaptés aux conditions d’utilisation, le voile de l’arbre et le frottement risquent d’augmenter, ce qui peut entraîner des vibrations, du bruit et un dégagement de chaleur. Une lubrification insuffisante ou une charge excessive prolongée peut également entraîner une détérioration prématurée des roulements.
Pour garantir les performances et la durée de vie attendues du moteur, il est essentiel de choisir un roulement adapté à l’application, en tenant compte des spécifications requises telles que la vitesse de rotation, la charge et le silence de fonctionnement.
Critères de sélection des roulements adaptés au moteur
Il est important de choisir les roulements destinés aux moteurs en tenant compte non seulement de la vitesse de rotation et de la charge, mais aussi de la taille, de la durée de vie requise, de la température d’utilisation et du silence de fonctionnement. Il convient tout d’abord de vérifier s’ils sont compatibles avec la vitesse de rotation maximale du moteur, puis de prendre en considération l’intensité et la direction des charges exercées sur l’arbre.
Dans le cas des moteurs compacts, l’espace disponible pour le montage étant limité, les dimensions telles que le diamètre de l’arbre, le diamètre extérieur et la largeur constituent également des critères importants. Pour les applications exigeant un fonctionnement silencieux, il est nécessaire de vérifier les vibrations et le bruit ; en cas d’utilisation dans des environnements à températures extrêmes, il convient également de vérifier le lubrifiant et le type d’étanchéité.
Enfin, il convient de comparer ces conditions aux spécifications globales du moteur afin de sélectionner le roulement le plus adapté.
Résumé
Les roulements ne se contentent pas de soutenir l’axe de rotation et de réduire les frottements ; ce sont des composants essentiels qui influent également sur la précision de rotation, les vibrations, le bruit et la durée de vie des machines et des moteurs. Pour obtenir des performances stables, il est nécessaire de choisir le type et les spécifications adaptés à l’application, en tenant compte de la charge, de la vitesse de rotation, des dimensions et de l’environnement d’utilisation.
C.I. Takiron Corporation propose des moteurs CC sans noyau et des moteurs sans balais. Si vous avez des difficultés à effectuer la sélection du moteur en fonction de l’application, de la vitesse de rotation requise, du couple ou de la taille, n’hésitez pas à nous consulter pour vérifier les spécifications des produits ou obtenir des conseils sur la sélection du moteur.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
Pour plus d’informations sur les micromoteurs de C.I. Takiron, veuillez consulter le site Web suivant.
- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteurs sans balais: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
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