Comment fonctionne un roulement à billes ?

Les roulements sont des éléments de machine de haute capacité avec des composants de grande précision. Un roulement a pour fonction de guider un assemblage en rotation. Le roulement permet ainsi la rotation d’un élément par rapport à un autre. Le fonctionnement d’un roulement va permettre aux équipements de se déplacer à différents niveaux de vitesse en transportant avec efficacité des charges remarquables.

Afin de tirer pleinement profit de leur capacité, on doit choisir le type et l’exécution de roulement appropriés et bien adapter les caractéristiques des roulements à celles des pièces attenantes. Il existe plusieurs typologies de roulements, les quatre types principaux sont : les roulements à billes, les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à rouleaux coniques et les roulements à aiguilles. Néanmoins, il faut dire que les roulements à billes sont les mécanismes les plus répandus. Mais qu’en est-il exactement du fonctionnement du roulement à bille ?

Comme pour la majorité des roulements, un roulement à billes est composé d’une bague intérieure et d’une bague extérieure, d’éléments roulants qui sont donc des billes, et d’une cage.

Les billes situées entre les deux bagues du roulement sont maintenues à égale distance les unes des autres par la cage qui les guide et facilite leur rotation. La cage ne supporte pas ainsi directement les efforts appliqués au roulement. Elle permet de maintenir les éléments roulants à égale distance les uns des autres tout en les retenant à l’intérieur du roulement.

La surface sur laquelle roulent les billes est appelée « chemin de roulement ». Elle supporte les charges appliquées aux roulements. En général, la bague intérieure est montée sur l’arbre et la bague extérieure dans le logement.

Il faut noter que le contact entre les éléments roulants et les bagues pour les roulements à billes est ponctuel alors que le contact pour les roulements à rouleaux est linéaire.

Selon ce que l’on attend de la fonction du roulement à bille, il se décline alors en plusieurs sous famille. On peut citer par exemple les roulements à billes à gorges profondes, ils sont idéals pour supporter à la fois des charges radiales et de faibles charges axiales. Les roulements à billes à gorges profondes sont les roulements les plus utilisés dans de nombreux domaines. Ils sont composés de roulements protégés, les étanchéités avec graisse facilitant leur utilisation. Ils sont également composés de roulements avec des segments d’arrêt pour faciliter le positionnement lors du montage de la bague extérieure, de roulements de compensation de dilatation qui absorbent les variations de dimension de la surface de serrage dues à la température du logement, et de roulements TAB qui sont capables de résister à la pollution de l’huile de lubrification.

Quant aux roulements à billes à contact oblique, ils sont développés pour supporter à la fois des charges radiales et axiales. Toutefois, ils ne peuvent être montés seuls à cause de l’angle de contact justement pour les charges axiales. Ils doivent toujours être montés par paires ou combinés. Les roulements à billes à contact oblique à deux rangées (pistes doubles) ont un angle de contact qui est en règle générale de 25°. Les roulements à billes à quatre points de contact peuvent supporter des charges axiales dans les deux directions.

Pour ce qui est des roulements à contact oblique et haute vitesse, il s’agit d’une autre variété de roulements à billes de haute précision. Comme leur nom l'indique, le fonctionnement de ces roulements à bille à haute vitesse a été spécifiquement développé pour s'adapter aux applications impliquant des vitesses élevées, et ce avec beaucoup de précision.

Il y a aussi les paliers axiaux, également appelés butées à billes, qui sont conçus pour résister à des forces appliquées parallèlement à l'axe du palier ou à des charges axiales. Les roulements à billes auto-aligneur, eux, sont alors des paliers avec deux ensembles de billes auto-aligneurs, ils sont capables de résister à des charges radiales et à de faibles charges axiales. Il existe également des guidages linéaires qui permettent le mouvement dans un sens le long d'un axe linéaire.

Il faut aussi noter que les matériaux qui entrent dans la composition des roulements à billes sont fonction de l'application. La plupart des roulements à billes sont en acier. D'autres roulements peuvent être constitués d'acier inoxydable pour offrir une meilleure résistance à la corrosion. Existent aussi des roulements à billes hybrides, dont les bagues interne et externe sont remplies de billes en céramique qui permettent d'atteindre des vitesses de rotation élevées. Enfin, la taille du roulement va aussi varier selon la fonction du roulement à bille à laquelle elle se destine. L'épaisseur du roulement dépend également de l'application. Par exemple, les roulements à faible épaisseur de paroi sont particulièrement indiqués dans les applications où l'espace est limité.