Comment choisir un roulement ?

Que cela soit pour une machine industrielle, une ligne de production, un équipement technologique ou même d’autres objets de nos quotidiens, les roulements mécaniques font partie des éléments essentiels d’un assemblage et montage en rotation. Le roulement permet en effet le guidage en rotation par le positionnement, la rotation et la transmission des efforts entre deux pièces tournantes pour remplacer le glissement, qui cause le frottement, en un roulement sans glissement. Ce composant mécanique optimise le frottement et la précision de la liaison.

Généralement, un roulement se compose d’une bague extérieure qui se positionne dans le logement, d’une bague intérieure qui s'ajuste sur l'arbre, d’éléments roulants constitués de billes ou de rouleaux de formes diverses (coniques, cylindriques…) qui roulent sur les chemins des deux bagues, ainsi que d’une cage qui maintient les éléments roulants à intervalles réguliers.

Il est primordial de déterminer comment choisir le bon roulement lors de la phase de conception de tout système pour un fonctionnement sûr, cohérent et efficace de l’assemblage mécanique, mais aussi pour préserver une durée de vie optimale du roulement. En fonctions des applications, il existe alors de nombreux types de roulements. Il faut tenir compte du fait que chaque type de roulement présente certaines caractéristiques particulières qui dépendent de la conception et qui font que le roulement est plus ou moins adapté à certaines applications. Ainsi, ces caractéristiques permettent d’ores et déjà de choisir un roulement adéquat pour tous vos besoins de montage.

Le premier critère de réponse pour la question comment choisir un roulement repose tout d’abord sur la nature des charges : axiale, radiale ou combinée. En effet, les actions mécaniques de contact exercées par les éléments roulants sur l'une ou l'autre bague sont généralement schématisées par des forces ou des charges.

Roulement à charge radiale

Les roulements à billes de type radial permettent de résister à des forces perpendiculaires à l’arbre ou à des charges radiales. Un roulement radial supporte une charge tournante axiale en répartissant les forces de charge le long du rayon. En termes plus simples, un roulement radial supporte et maintient un arbre rotatif tournant en douceur en répartissant la charge autour de sa surface interne sur un ensemble de billes ou de rouleaux libres. Ces rouleaux sont généralement en acier trempé ou en céramique et ont un très faible coefficient de frottement.

Il existe un certain nombre de conceptions différentes de roulements radiaux, y compris à bague fendue et à cage, chacune étant particulièrement adaptée à une application spécifique et un couple de charges. Les roulements radiaux peuvent également inclure des caractéristiques de conception leur permettant de s'autoaligner et de mieux absorber les charges décentrées.

Roulement à charge axiale

Par rapport à un roulement de type radial, ce type de roulement ne supporte que des efforts axiaux. Ils sont utilisés en supplément d'autres roulements supportant les charges radiales de la liaison. Les paliers axiaux, également appelés paliers de butée, sont conçus pour supporter des forces provenant de la même direction que celle de l’arbre : cela correspond aux charges axiales. Dans certaines applications, des paliers en céramique, qui font partie des différents types de paliers radiaux, sont utilisés pour résister à des vitesses de rotation très élevées. On distingue les butées à simple effet qui ne supportent des forces que dans un seul sens, des butées à double effet qui supportent des charges dans les deux sens. Comme pour les roulements classiques, les éléments roulants d’un roulement axial peuvent être des billes, des rouleaux ou des aiguilles.

Roulement à charge combinée

Les roulements combinés sont généralement des butées à double effet avec roulement pour guidage radial. Ces paliers graissés et prêts au montage ont une grande rigidité, une capacité de charge importante et une précision de rotation particulièrement élevée. Ils supportent sans jeu, outre les charges radiales, des charges axiales dans les deux sens et des couples de renversement.

Les roulements combinés existent dans plusieurs versions. Ainsi, certains roulements à billes sont capables de résister à une force axiale ou radiale qui s’exerce directement sur l’arbre ; ils peuvent être utilisés conjointement avec des paliers combinés, de charge axiale/radiale à contact oblique. L’angle de ces roulements axiaux/radiaux permet une répartition plus uniforme de la charge axiale et de la charge radiale sur toute la surface du roulement à billes à contact oblique.

L’espace de montage du roulement

Le choix d’un roulement à billes par exemple est aussi dicté par l’espace de montage disponible ; le roulement doit donc présenter des dimensions appropriées. L’espace disponible est utilisé pour déterminer le diamètre d’alésage et le diamètre extérieur, mais aussi la largeur du roulement. De même, l’espace disponible peut accueillir des roulements présentant diverses capacités de charge. Il faut noter que les roulements à rouleaux ont une capacité de charge supérieure à celle des roulements à billes de mêmes dimensions et supportent mieux les charges liées aux impacts.

La vitesse de rotation

La vitesse dépend d’un grand nombre de paramètres tels que le type et la taille du roulement, le type de cage utilisé et la méthode de lubrification. Avec un lubrifiant courant à la graisse, les roulements à billes à gorges profondes atteignent la plus grande vitesse admise tandis que les roulements à billes axiaux affichent la plus faible. Les limites de vitesse d'un roulement sont aussi déterminées par la température de fonctionnement. La limite de vitesse peut être définie comme la vitesse de rotation la plus élevée qu'un roulement peut atteindre en fonction de l'utilisation, sans en compromettre les performances et la durée.

Le dimensionnement du roulement

Le dimensionnement du roulement est déterminé en fonction de la charge statique de base C0. Il s’agit de la charge qui s'applique sur le roulement stationnaire. Il correspond à une contrainte de contact calculée entre le corps roulant au contact le plus chargé et le chemin de roulement. Les charges sont de type simples et radiales pour les roulements radiaux, et de type simples et axiales, pour les butées.

La durée de vie du roulement

Et enfin pour répondre à la question comment choisir un roulement, souvent il est aussi nécessaire d’intégrer la durée de vie du roulement dans les critères. La durée de vie d’un roulement est définie par la période de temps pendant laquelle il peut fonctionner dans des conditions de fonctionnement et selon des critères prédéfinis. Elle dépend en premier lieu du nombre de rotations probables que le roulement est capable d’effectuer avant de montrer les premiers signes de fatigue (écaillage, fissuration…).