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Conception d'un palier

Dans cet article, nous allons aborder les différentes phases de la conception d'un palier.
Un palier, techniquement, c'est un roulement. Mais dans la pratique, un roulement se monte rarement seul... En général, ils sont montés par deux; par extension, nous appellerons donc dans cet article "palier" l'association de deux roulements.


Choix du type de roulement

Il existe de nombreuses technologies de roulements et de butées, et selon les projets, certaines seront plus ou moins adaptées. En règle générale, lorsque c'est possible, on essaie d'utiliser des roulements à billes à contact radial à une rangée de billes, car ils ont de bonnes performances techniques et un coût modéré.
Pour en savoir davantage sur les différents types et vous aider au choix, vous pouvez consulter cet article : Quel type de roulement choisir ?

Dimensionnement d'un roulement

Le dimensionnement d'un roulement n'est pas forcément une chose aisée. Pour y parvenir, vous devez au préalable identifier les données suivantes :

Une fois que vous avez ces informations, deux choix s'offrent à vous :


Le type de montage

Différents types de montages sont possibles : en utilisant deux roulements identiques, deux roulements de même type mais de dimensions différentes, deux roulements complètement différents...
Cependant, certains principes se vérifient toujours. Et d'autres principes s'appliquent uniquement à certains types de roulements, notamment pour les roulements à contact oblique.

Principes généraux


Montage en X et montage en O

Pour rappel, une charge radiale appliquée sur un roulement à contact oblique (à billes ou à rouleaux coniques) n'est pas appliquée au centre du roulement, mais à un point déporté selon l'angle de contact du roulement, comme sur l'image ci-contre. De plus, ce type de roulement n'accepte les charges axiales que dans une direction.
Les roulements à contact oblique sont donc montés par paire et en opposition, afin de permettre les efforts axiaux dans les deux directions.
Selon le sens de montage des roulements, si les points d'application de la charge radiale sont entre les roulements, on aura un montage en X (aussi appelé montage direct). S'ils sont à l'extérieur, ce sera un montage en O (montage indirect).

Roulement contact oblique

Dans un montage en X, l'entraxe entre les points d'application sera plus petit que l'entraxe des roulements, donc les droites représentant les angles de contact forment un X. Ce montage amène en général les solutions les plus simples et économiques (moins de pièces et d'usinage), et est souvent utilisé pour des paliers avec arbre tournant et charge fixe appliquée entre les roulements (transmissions par courroie ou chaîne par exemple).

Dans un montage en O, l'entraxe entre les points d'application sera plus grand que l'entraxe des roulements, donc les droites représentant les angles de contact forment un O. Ce montage est le plus rigide, donc communément employé; il est presque incontournable lorsque la charge est en porte à faux, ou lorsque que le moyeu est tournant.
Cas particulier : lorsque c'est l'arbre qui est tournant par rapport à la charge, avec ce type de montage, une bague intérieure est montée serrée et l'autre glissante.

Montage en X et en O

Dans tous les cas, les montages en X et en O nécessiteront de pouvoir régler le jeu axial (positif ou négatif) du palier. Attention: en fonction du composant (arbre ou moyeu) qui se dilatera le plus en présence de chaleur, le palier pourra soit se "durcir" (charger davantage les roulements) soit "s'adoucir" (augmenter le jeu interne). Il convient donc de régler correctement le jeu initial, afin de ne pas avoir de comportement non désiré en fonctionnement (surcharge ou jeu trop importants).

Le montage en T

Le montage en T (ou tandem), est beaucoup moins utilisé que les montages en O ou en X. Il s'agit ici de placer les deux roulements dans le même sens, afin d'augmenter la capacité en charge axiale dans une direction. La conséquence, c'est qu'aucune charge axiale n'est admissible dans la seconde direction, et c'est très rarement acceptable.
Dans la pratique, les montages en T sont souvent utilisés avec 3 roulements : on réalise un montage en O ou en X, mais l'un des deux roulements du montage est doublé (donc en T), car le besoin en charge axiale est surtout dans une direction.

Les arrêts axiaux

Pour arrêter axialement un roulement, plusieurs solutions techniques existent. Vous pouvez consulter l'article dédié aux solutions d'arrêts axiaux pour en savoir plus, sinon pour rappel on utilise principalement :

En fonction de la bague qui est montée serrée, de la rigidité voulue, et des diverses contraintes techniques (accès...) ou économiques, il faudra choisir une des solutions présentées ci-après.
Attention : si un des roulements est à rouleaux cylindriques séparable (de type N ou NU), les deux bagues des deux roulements doivent être arrêtées dans les deux directions.

Avec la bague intérieure montée serrée

Arret axial 1

Ici, les deux bagues intérieures sont complètement arrêtées, et une bague extérieure est arrêtée dans les deux directions (si possible, celle du plus gros roulement, ou le plus proche de la charge). La deuxième bague extérieure est libre dans les deux directions.
Cette solution est très couramment utilisée, car elle est souvent facile à mettre en oeuvre et n'exige pas de réglage de jeu.

Arret axial 2

Ici, les deux bagues intérieures sont complètement arrêtées, une bague extérieure est arrêtée dans une direction, la deuxième bague extérieure est arrêtée dans l'autre direction. Les arrêts peuvent donc se faire soit à l'intérieur, soit à l'extérieur, comme sur l'image ci-contre.
Ce type de montage, plutôt adapté pour des liaisons courtes, exige un réglage du jeu sur la bague extérieure afin de compenser les dilatations (ou l'utilisation d'une bague élastique)

Arret axial 3

Cette solution est la version économique du montage précédent; on supprime un arrêt sur chaque bague intérieure, par contre le réglage du jeu sur la bague extérieure est toujours nécessaire.
On retrouve communément ces arrêts lorsqu'on réalise un "montage en X" avec des roulements à contact oblique.
Attention : avec roulements à contact radial, ce type de fixation accepte mal des charges axiales !

Avec la bague extérieure montée serrée

Arret axial 4

Ici, les deux bagues extérieures sont complètement arrêtées, et une bague intérieure est arrêtée dans les deux directions (si possible, celle du plus gros roulement, ou le plus proche de la charge). La deuxième bague intérieure est libre dans les deux directions.

Arret axial 5

Ici, les deux bagues extérieures sont complètement arrêtées, une bague intérieure est arrêtée dans une direction, la deuxième bague intérieure est arrêtée dans l'autre direction. Les arrêts se font à l'intérieur.
Ce type de montage, plutôt adapté pour des liaisons courtes, exige un réglage du jeu sur la bague intérieure afin de compenser les dilatations (ou l'utilisation d'une bague élastique)

Arret axial 6

Cette solution est la version économique du montage précédent; on supprime un arrêt sur chaque bague extérieure, par contre le réglage du jeu sur la bague intérieure est toujours nécessaire.
On retrouve communément ces arrêts lorsqu'on réalise un "montage en O" avec des roulements à contact oblique.
Attention : avec roulements à contact radial, ce type de fixation accepte mal des charges axiales !

Le choix des tolérances

Depuis le début de cet article, nous parlons de bague intérieure ou extérieure montée serrée ou glissante. Ok, mais serrée à quel point ? Glissante, oui, mais avec quel jeu ? La réponse, comme souvent en mécanique, est : "ça dépend !".
5 paramètres sont à prendre en compte pour définir les tolérances qu'il est recommandé d'utiliser :

Tableau tolérances

Ensuite, certains cas particuliers sont à prendre en compte :


Lubrification et étanchéité

Last but not least (comme disent nos amis anglais), la lubrification... Un point fondamental lorsqu'on parle de roulements ! La plupart du temps, on utilisera de la graisse; cependant, dans certains cas, la lubrification à l'huile sera préférentielle.

Lubrification à la graisse

Environ 90% des roulements sont lubrifiés à la graisse, et ce pour différentes raisons : c'est une solution très économique, l'entretien est très limité (voire absent), la protection contre la corrosion est permanente, ...


Lubrification à l'huile

La lubrification à l'huile est plus contraignante que la lubrification à la graisse, cependant lorsque vous êtes en présence d'un ou plusieurs des cas ci-dessous, il faudra s'orienter vers cette solution...

Dans tous les cas, le choix d'huile sera crucial. Il n'existe pas "d'huile à roulements" qui marche à tous les coups : selon la vitesse, la charge, et la température, il faudra ajuster la viscosité.
Autre point important, il faut être très vigilant sur le niveau d'huile. Souvent, un excès d'huile sera plus néfaste qu'un manque. En effet, le trop plein d'huile à tendance à faire augmenter la température plutôt que la dissiper.
Plusieurs méthodologies peuvent être utilisées pour une lubrification à l'huile :


Etanchéité des paliers

Forcément, qui dit lubrification dit étanchéité... Dans le cas de roulements graissés "à vie", deux types d'étanchéité seront proposés : par déflecteur (grande vitesse et milieu propre) ou par joint (vitesse plus faible et milieu sale ou pollué - plusieurs types de joints sont proposés selon les cas).
Pour tous les autres roulements, lubrifiés à la graisse ou à l'huile, une étanchéité extérieure devra être réalisée. Plusieurs solutions sont envisageables :

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