Théorie de résistance à la fatigue servant de base
Capacité de charge et durée de vie
Schaeffler KG a introduit en 1997 le «calcul de la durée de vie corrigée évoluée». Cette méthode a été normalisée pour la première fois selon DIN ISO 281 additif 1 et fait, depuis 2007, partie intégrante de la norme internationale ISO 281. Dans le cadre de la normalisation internationale, le facteur de correction de durée aDIN est devenu aISO ; le calcul n’est pas modifié pour autant.
La méthode de base selon ISO 281 pour le calcul de la durée est basée sur la théorie de résistance à la fatigue de Lundberg et Palmgren, qui conduit toujours à des durées limites. Toutefois, dans des conditions d’utilisation favorables, les roulements actuels, de qualité élevée, sont capables de dépasser largement les valeurs calculées selon la norme. A cet effet, Ioannides et Harris ont conçu un modèle de calcul de résistance à la fatigue au contact roulant, qui extrapole la théorie de Lundberg et Palmgren et décrit mieux les performances des roulements actuels. La méthode de «calcul de la durée de vie corrigée évoluée» tient compte des influences suivantes : ■ intensité de la charge ■ limite de résistance à la fatigue de la matière ■ degré de séparation des surfaces par le lubrifiant ■ propreté de l’interstice de lubrification ■ additifs du lubrifiant ■ répartition interne des charges et conditions de frottement
dans le roulement.
Les facteurs influents, en particulier les impuretés, sont très complexes. Seule une longue expérience permettra de les apprécier avec exactitude. Pour toutes informations complémentaires, veuillez consulter les ingénieurs de Schaeffler Group Industrial. Les valeurs figurant dans les tableaux et diagrammes sont des valeurs indicatives.
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HR 1
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Dimensionnement des roulements
Le dimensionnement d’un roulement est lié aux exigences suivantes : ■ durée de vie ■ capacité de charge et charge de base ■ sécurité de fonctionnement.
Capacité de charge dynamique et durée de vie
Les valeurs utilisées pour définir la capacité de charge dynamique sont les charges dynamiques de base. Les charges dynamiques de base sont basées sur la norme DIN ISO 281. Les charges dynamiques de base des roulements correspondent à des valeurs éprouvées et adaptées à celles des catalogues INA et FAG précédents. La capacité de charge dynamique d’un roulement est définie par le comportement à la fatigue de la matière. La capacité de charge dynamique est définie par la charge dynamique de base et la durée de vie nominale. La tenue à la fatigue dépend de : ■ la charge ■ la vitesse de fonctionnement ■ la probabilité statistique d’apparition des premiers signes
de fatigue.
La charge dynamique de base C est applicable pour les roulements en rotation. Il s’agit : ■ pour les roulements radiaux, d’une charge radiale constante Cr ■ pour les butées, d’une charge axiale centrée constante Ca. La charge dynamique de base C est la charge constante en grandeur, sens et direction, sous laquelle un nombre suffisant de roulements, apparemment identiques, atteint une durée nominale d’un million de tours.
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HR 1
41
Capacité de charge et durée de vie
Calcul de la durée de vie
Les méthodes appliquées pour le calcul de la durée sont : ■ la durée de vie nominale L10 et L10h selon ISO 281, voir page 42 ■ la durée de vie corrigée Lna selon DIN ISO 281:1990
(n’est plus incluse dans la norme ISO 281), voir page 43
■ la durée de vie corrigée évoluée Lnm selon ISO 281, voir page 46.
Durée de vie nominale
La durée de vie nominale L10 et L10h est définie selon les équations suivantes :
p
L
10 = ⎛ ⎜ ⎝
C P
⎞ ⎟ ⎠
L
10
h
=
p
16 666 n
⋅
C P
⎛ ⎜ ⎝
⎞ ⎟ ⎠
106 tours
h
N
L10 Durée nominale en millions de tours, atteinte ou dépassée par 90% de roulements apparemment identiques et en nombre suffisant, fonctionnant dans les mêmes conditions avant l’apparition des premiers signes de fatigue L10h Durée de vie nominale en heures de fonctionnement selon la définition de L10 C Charge dynamique de base P Charge dynamique équivalente pour les roulements et les butées p Exposant de durée de vie ; pour les roulements à rouleaux : p = 10/3 pour les roulements à billes : p = 3 min–1 n Vitesse de fonctionnement.
N
–
Charge dynamique équivalente
La charge dynamique équivalente P est une valeur déterminée par calcul. Cette valeur correspond, en intensité et direction, à une charge radiale constante pour les roulements radiaux ou à une charge axiale pour les butées. Une charge avec P donne la même durée de vie que la charge combinée appliquée réellement.
= ⋅ + ⋅ Y F P X F a r
N
N
N
P Charge dynamique équivalente Fr Charge radiale dynamique Fa Charge axiale dynamique X Facteur radial figurant dans les tableaux de dimensions ou dans la description du produit Y Facteur axial figurant dans les tableaux de dimensions ou dans la description du produit.
–
–
Ce calcul n’est pas valable pour les roulements à aiguilles radiaux, les butées à aiguilles et les butées à rouleaux cylindriques. Les charges combinées ne sont pas admissibles pour ces roulements.
42
HR 1
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Durée de vie corrigée
Il est préférable de calculer la durée de vie corrigée Lna lorsque, hormis les charges et les vitesses, d’autres paramètres influençant la durée de vie sont connus, tels que par exemple : ■ les caractéristiques particulières de la matière ■ la lubrification ou ■ si une fiabilité différente de 90% est exigée. Cette méthode de calcul a été remplacée en ISO 281:2007 par le calcul de la durée de vie corrigée évoluée Lnm, voir page 46.
L
na =
⋅ a a a L 2
1
3
⋅
⋅
10
106 tours
–
106 tours
Lna Durée corrigée pour matière et conditions de fonctionnement non conventionnelles pour une fiabilité de (100 – n) % L10 Durée de vie nominale a1 Facteur de correction de durée pour une fiabilité différente de 90%. Dans la norme ISO 281:2007, les valeurs du facteur de correction de la durée a1 ont été redéfinies, voir tableau Facteur de correction de durée a1, page 46 a2 Facteur de correction de durée pour matière non conventionnelle. Pour les aciers à roulement standards : a2 = 1 a3 – Facteur de correction de durée pour conditions de fonctionnement non conventionnelles ; notamment les conditions de lubrification, figure 1.
–
Le rapport de viscosité (cid:1) est calculé selon l’équation en page 44.
10
5
2
1
1
a3
0,5
0,2
0,1
0,05
0,1
(cid:1) Bonne propreté et additifs appropriés (cid:2) Propreté maximale et faible charge (cid:3) Présence d’impuretés dans le lubrifiant a3 = facteur de correction de durée (cid:1) = rapport de viscosité
Figure 1 Facteur de correction de durée a3
2
3
0,2
0,5
1
2
5
10
(cid:1)
a 8 6 0 1 5 1
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HR 1
43
Capacité de charge et durée de vie
Rapport de viscosité
Le rapport de viscosité (cid:1) sert à mesurer la qualité du film d’huile :
(cid:1)
=
(cid:2) (cid:2)
1
mm2s–1
mm2s–1
(cid:2) Viscosité cinématique du lubrifiant à la température de fonctionnement du roulement (cid:2)1 Viscosité nécessaire du lubrifiant à la température de fonctionnement. La viscosité nécessaire (cid:2)1 se détermine à l’aide du diamètre moyen du roulement dM = (D + d)/2 et de la vitesse de fonctionnement n, figure 2, page 45. La valeur nominale de viscosité de l’huile à +40 °C est déterminée en fonction de la viscosité de fonctionnement exigée (cid:2) et de la température de fonctionnement (cid:3), figure 3, page 45. Pour les graisses, (cid:2) est la viscosité de fonctionnement de l’huile de base. En cas de roulements fortement chargés avec un fort pourcentage de glissement, la température au contact des éléments roulants peut être de 20 K supérieure à celle mesurée sur la bague stationnaire (sans influence d’échauffement extérieur). Pour la prise en compte des additifs EP pour le calcul de la durée de vie corrigée évoluée Lnm, voir page 47.
44
HR 1
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1000
2000
5000 10000
20000 50000
100000 20
2
a 7 5 1 1 5 1
5 min–1
10
20
n
50
100
200
500
50
100
200
mm
500
1000
d
M
b 7 5 1 1 5 1
1500 1000 680 460 320 220 150 100 68 46 32 22 15 10
0 (cid:2)4
1000 (cid:4)1
mm s2
500
200
100
(cid:2)1
50
20
10
5
3
10
1000
mm s2 (cid:4)1
300
200
100
50
(cid:2)
20
10
5
3
ISO VG
10
20
30
40
50
60 70 80
°C
100 120
(cid:3)
(cid:2)1 = viscosité nécessaire dM = diamètre moyen du roulement n = vitesse de rotation
Figure 2 Viscosité nécessaire (cid:2)1
(cid:2) = viscosité de fonctionnement (cid:3) = température de fonctionnement (cid:2)40 = viscosité à +40 °C
Figure 3 Diagramme V/T pour huiles minérales
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HR 1
45
Capacité de charge et durée de vie
Durée de vie corrigée évoluée
Le calcul de la durée de vie corrigée évoluée Lnm était normalisé selon DIN ISO 281 additif 1. Depuis 2007, il est normalisé selon la norme internationale ISO 281. Le calcul assisté par ordinateur selon DIN ISO 281 additif 4 est spécifié depuis 2008 dans la norme ISO/TS 16 281. Lnm est calculée selon : L
=
L
⋅
nm
⋅ a a 1
ISO
10
–
106 tours Lnm Durée de vie corrigée évoluée selon la norme ISO 281 a1 Facteur de correction de durée pour une fiabilité différente de 90%, voir tableau aISO Facteur de correction de durée pour les conditions de fonctionnement L10 Durée de vie nominale, voir page 42.
106 tours
–
Les valeurs pour les facteurs de correction de durée a1 ont été redéfinies dans la norme ISO 281:2007 et diffèrent de celles qui existaient jusqu’à présent.
Facteur de correction de durée a1
Fiabilité
%
90
95
96
97
98
99
99,2
99,4
99,6
99,8
99,9
99,92
99,94
99,95
Durée de vie corrigée évoluée Lnm
Facteur de correction de la durée a1
L10m L5m L4m L3m L2m L1m L0,8m L0,6m L0,4m L0,2m L0,1m L0,08m L0,06m L0,05m
1
0,64
0,55
0,47
0,37
0,25
0,22
0,19
0,16
0,12
0,093
0,087
0,08
0,077
46
HR 1
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Facteur de correction de durée aISO
La méthode de calcul normalisée pour le facteur de correction de durée aISO tient compte essentiellement : ■ de la charge du roulement ■ des conditions de lubrification (viscosité et type du lubrifiant,
vitesse de rotation, dimension du roulement, additifs)
■ de la limite de résistance à la fatigue de la matière ■ du type de roulement ■ des contraintes internes dans la matière ■ des conditions d’environnement ■ des impuretés du lubrifiant.
a
ISO
=
f
⋅ e C C P
⎡ ⎢ ⎣
u
⎤ ⎥,(cid:1) ⎦
–
–
aISO Facteur de correction de durée pour les conditions de fonctionnement, figure 4, page 48 à figure 7, page 49 eC Facteur de correction de durée pour les impuretés, voir tableau, page 50 Cu N Charge limite à la fatigue P N Charge dynamique équivalente (cid:1) Rapport de viscosité, voir page 44 Pour (cid:1) (cid:5) 4, prendre (cid:1) = 4 pour le calcul Pour (cid:1) (cid:6) 0,1, cette méthode de calcul n’est pas valable.
–
Prise en compte des additifs EP
La norme ISO 281 décrit comment les additifs EP peuvent être pris en compte : ■ Avec un rapport de viscosité (cid:1) (cid:6) 1 et un facteur de
pollution eC (cid:7) 0,2, on peut calculer avec la valeur (cid:1) = 1 si l’on utilise des lubrifiants avec des additifs EP ayant fait leurs preuves. Lors d’une forte pollution (facteur de pollution eC (cid:6) 0,2), l’efficacité des additifs est à vérifier dans ces conditions de pollution. La vérification de l’efficacité des additifs EP peut se faire en conditions réelles ou sur banc d’essai FE 8 selon DIN 51 819-1. Si l’on utilise une valeur (cid:1) = 1 pour des additifs EP ayant fait leurs preuves, il faut limiter le facteur de correction de durée à la valeur aISO (cid:8) 3. Si la valeur aISO calculée pour le (cid:1) effectif est supérieure à 3, les calculs peuvent être effectués avec cette valeur.
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HR 1
47
Capacité de charge et durée de vie
50
10
ISOa
1
Figure 4 Facteur de correction de durée aISO pour roulements à rouleaux radiaux
0,1
0,005 0,01
0,1
50
10
1
ISOa
Figure 5 Facteur de correction de durée aISO pour butées à rouleaux
0,1
0,005 0,01
0,1
1 8 5 1 5 1
3
2(cid:1) = 4
1,5 1 0,8
0,6 0,5
0,4 0,3 0,2 0,15
0,1
1
5
e · CC u P
2 8 5 1 5 1
(cid:1) = 4
23 1,5
1 0,8
0,6 0,5
0,4 0,3 0,2 0,15
1
e · CC u P
5
48
HR 1
Schaeffler Group Industrial
2
(cid:1) = 4
3
Publicité
1,5
50
10
ISOa
1
Figure 6 Facteur de correction de durée aISO pour roulements à billes radiaux
0,1
0,005 0,01
0,1
50
10
ISOa
1
3 8 5 1 5 1
1 0,8
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,15
1
5
e · CC u P
4 8 5 1 5 1
(cid:1) = 4
3
2
1,5 1 0,8
0,6
0,5
0,4 0,3
0,2 0,15
Figure 7 Facteur de correction de durée aISO pour butées à billes
0,1
0,005 0,01
0,1
1
e · CC u P
5
Schaeffler Group Industrial
HR 1
49
Capacité de charge et durée de vie
Charge limite à la fatigue
La charge limite à la fatigue Cu selon ISO 281 est la charge au-dessous de laquelle la matière ne montre aucun signe de fatigue (dans un environnement de laboratoire).
Facteur de correction de durée pour les impuretés
Le facteur de correction de durée pour les impuretés eC permet de prendre en compte l’influence, sur la durée du roulement, de la présence d’impuretés dans l’interstice de lubrification, voir tableau. La durée est diminuée par la présence d’impuretés dans l’interstice de lubrification. Elle est définie par différents facteurs : ■ la nature, la dimension, la dureté et la quantité des particules ■ l’épaisseur relative du film de lubrifiant ■ la dimension du roulement. Comme il existe des interactions complexes entre ces facteurs d’influence, on ne pourra déterminer que des valeurs indicatives approximatives. Les valeurs du tableau sont valables pour des pollutions par des particules solides (facteur de correction eC). D’autres types d’impuretés causées par l’eau ou d’autres liquides ne sont pas pris en compte. Si le degré d’impuretés est trop élevé (eC →0), les roulements peuvent se détériorer par usure. La durée d’utilisation est alors nettement inférieure à la durée de vie calculée.
Facteur de correction eC
Impuretés dans le roulement
Propreté maximale ■ dimension de particule inférieure
à l’épaisseur du film ■ conditions de laboratoire Grande propreté ■ huile avec filtration très fine ■ roulements avec étanchéités et graissés Propreté normale ■ huile avec filtration fine Légères souillures ■ légères souillures dans l’huile Souillures typiques ■ roulement contaminé par l’usure d’autres
éléments de la machine
Souillures importantes ■ environnement du roulement très sale ■ étanchéité du roulement insuffisante Souillures très importantes
Facteur de correction eC dM (cid:6) 100 mm1) dM (cid:7) 100 mm1) 1 1
0,8 à 0,6
0,9 à 0,8
0,6 à 0,5
0,8 à 0,6
0,5 à 0,3
0,6 à 0,4
0,3 à 0,1
0,4 à 0,2
0,1 à 0
0,1 à 0
0
0
1) dM = Diamètre moyen du roulement (d + D)/2.
50
HR 1
Schaeffler Group Industrial
Conditions de fonctionnement équivalentes
Les formules permettant de définir la durée supposent une charge P et une vitesse de rotation n constantes. Si la charge et la vitesse de rotation ne sont pas constantes, il est possible de définir des conditions de fonctionnement équivalentes qui provoquent des fatigues comparables aux conditions réelles. Les conditions de fonctionnement équivalentes qui font l’objet de ce calcul tiennent compte des facteurs de durée a3 ou aISO. Ces facteurs ne doivent plus être pris en compte lors du calcul de la durée de vie corrigée.
Charge et vitesse de rotation variables
Si la charge et la vitesse varient dans une période T, la vitesse de rotation n et la charge équivalente P sont comme suit :
n
=
T
∫1 T
0
( )⋅ n t dt
T ∫ 0
P
p=
1 a t
( ) ⋅ ( )⋅
n t F
p
( )⋅ t dt
( )⋅ n t dt
T ∫ 0
Variation par paliers
Si la charge et la vitesse varient dans une période T, n et P sont comme suit :
q n ⋅ 1 1
+
n
=
⋅ q n + 2 2 100
...
+
⋅ q nz
z
1 a
i
p
P
=
⋅
p q n F ⋅ ⋅ i i
i
+
...
+
q n ⋅ + i i
...
+
⋅
1 a z q n ⋅ z
z
q n F ⋅ ⋅
z
z
p z
Charge variable et vitesse de rotation constante
Si la fonction F correspond à la variation de la charge dans la période T et si la vitesse est constante, la charge équivalente P est comme suit :
P
p=
T
1 ∫1 ( ) ⋅ T a t 0
p
F
( )⋅ t dt
Charge variable par paliers et vitesse de rotation constante
Si la charge varie par paliers au cours de la période T et si la vitesse de rotation est constante, P est comme suit :
Charge constante et vitesse de rotation variable
1 a
i
p
P
=
⋅
p q F ⋅ i i
+
...
+
1 a
z
⋅
q F ⋅ z
p z
100
Si la vitesse de rotation varie et si la charge est constante, on a :
n
=
T
1 ∫1 T a t 0
n t dt
( ) ⋅ ( )⋅
Schaeffler Group Industrial
HR 1
51
Capacité de charge et durée de vie
Charge constante et vitesse de rotation variable par paliers
Si la vitesse de rotation varie, on a :
1 a
i
n
=
⋅
q n ⋅ + i i
...
+
1 a
z
⋅
q n ⋅ z
z
100
Pour mouvements oscillants
La vitesse équivalente est calculée à partir de l’équation :
= n nosc
⋅
(cid:10) 180
°
L’équation est uniquement valable si l’angle d’oscillation est plus grand que le double de l’angle d’écartement des éléments roulants. Si l’angle d’oscillation est plus petit, il y a risque de brinelling.
(cid:10)
Figure 8 Angle d’oscillation (cid:10)
Désignations, unités et significations
a 1 3 1 0 5 1
–
–
N
min
min–1 n Vitesse de rotation moyenne T Période de référence P Charge équivalente p Exposant de durée de vie ; pour les roulements à rouleaux : p = 10/3 pour les roulements à billes : p = 3 ai, a(t) Facteur de correction de durée aISO à l’instant considéré, voir page 47 ni, n(t) Vitesse de rotation à l’instant considéré qi Pourcentage d’utilisation à un certain régime par rapport à la durée totale d’utilisation ; qi = ((cid:9)ti/T) · 100 Fi, F(t) N Charge sur le roulement à l’instant considéré nosc Fréquence d’oscillation (cid:10) ° Angle d’oscillation, figure 8.
min–1
min–1
%
52
HR 1
Schaeffler Group Industrial
Durée de vie requise
Si aucune durée souhaitée n’est donnée, se baser sur les valeurs indicatives mentionnées dans les tableaux. Ne pas surdimensionner le roulement. Si la durée souhaitée est (cid:5) 60 000 h, le palier est souvent surdimensionné. Respecter la charge minimale du roulement, voir Consignes de conception et de sécurité dans les chapitres relatifs aux produits.
Véhicules automobiles
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Motocyclettes
Transmissions automobiles
Roulements pour boîtes de vitesses automobiles, protégés contre la pollution
400
500
200
2 000
1 100
500
400
500
200
Roulements de roues pour l’automobile
1 400
5 300 1 500
Véhicules utilitaires ou camionnettes
Camions mi-lourds
Poids lourds
Autobus, autocars
Moteurs à combustion
2 000
2 900
4 000
2 900
900
4 000 2 400
5 300 3 600
8 800 5 000
12 000
11 000 3 600
16 000
4 000
900
5 000
2 400
1 200
500
7 000
5 000
7 000
Véhicules ferroviaires
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
Boîtes d’essieux de wagonnets
7 800 21 000 –
de
à
de
à
–
Tramways
Voitures de voyageurs
Wagons de marchandises
Wagons de déblaiement
Autorails
Locomotives, roulements extérieurs
Locomotives, roulements intérieurs
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
35 000
50 000
20 000
35 000
20 000
35 000
20 000
35 000
35 000
50 000
35 000
50 000
Publicité
75 000 110 000
Réducteurs pour véhicules ferroviaires
14 000 46 000 20 000
75 000
Construction navale
Implantation
Paliers de butée
Paliers pour arbre porte-hélice
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
–
–
à
–
–
de
à
20 000
50 000
50 000 200 000
Gros réducteurs de navires
14 000 46 000 20 000
75 000
Petits réducteurs de navires
Moteurs de bateaux
4 000 14 000
1 700
7 800
5 000
2 000
20 000
10 000
Machines agricoles
Implantation
Tracteurs
Machines automotrices
Machines pour travaux saisonniers
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
1 700
1 700
500
à
4 000
4 000
1 700
de
2 000
2 000
500
à
5 000
5 000
2 000
Schaeffler Group Industrial
HR 1
53
Capacité de charge et durée de vie
Engins de travaux publics
Implantation
Bulldozers, chargeuses
Pelles mécaniques, commande de déplacement
Pelles mécaniques, commande de rotation
Compacteurs vibrants, excitateurs à balourd
Vibreurs à béton
Moteurs électriques
Implantation
Moteurs électriques pour appareils électro-ménagers
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
4 000
500
à
7 800
1 700
de
à
5 000
10 000
500
2 000
1 700
4 000
2 000
5 000
1 700
4 000
2 000
5 000
500
1 700
500
2 000
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
1 700
4 000 –
à
–
Laminoirs, installations sidérurgiques
Moteurs de série
21 000 32 000 35 000
50 000
Moteurs de grandes dimensions
32 000 63 000 50 000
110 000
Moteurs de traction électriques
14 000 21 000 20 000
35 000
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Cages de laminoirs
500 14 000
500 20 000
Réducteurs de laminoirs
14 000 32 000 20 000 50 000
Trains de rouleaux
7 800 21 000 10 000 35 000
Machines à couler par centrifugation
21 000 46 000 35 000 75 000
Machines-outils
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Broches de tours, broches de fraiseuses 14 000 46 000 20 000
Broches d’aléseuses
Broches de rectification
14 000 32 000 20 000
7 800 21 000 10 000
75 000
50 000
35 000
Broches porte-pièce de rectification
21 000 63 000 35 000
110 000
Réducteurs de machines-outils
14 000 32 000 20 000
Presses, volant d’inertie
21 000 32 000 35 000
Presses, arbre d’excentrique
14 000 21 000 20 000
Outillages électriques, outils pneumatiques
4 000 14 000
5 000
50 000
50 000
35 000
20 000
Machines à bois
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Toupies et arbres porte-lames
14 000 32 000 20 000 50 000
Scies à cadre, paliers principaux
Scies à cadre, roulements de tête de bielle
–
–
–
–
35 000 50 000
10 000 20 000
Scies circulaires
4 000 14 000
5 000 20 000
54
HR 1
Schaeffler Group Industrial
Réducteurs dans la construction mécanique générale
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Réducteurs universels
Moto-réducteurs
Réducteurs de grande capacité, stationnaires
Technique de manutention
Implantation
Entraînement de bandes transporteuses, exploitation à ciel ouvert
Rouleaux de transporteurs à bande, exploitation à ciel ouvert
Rouleaux de transporteurs à bande, en général
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
4 000
14 000
5 000
20 000
4 000
14 000
5 000
20 000
14 000
46 000
20 000
75 000
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
–
à
–
de
à
75 000
150 000
46 000
63 000
75 000
110 000
7 800
21 000
10 000
35 000
Tambours de transporteurs à bande
–
–
50 000
Excavateurs à roue-pelle, commande de déplacement
7 800
21 000
10 000
75 000
35 000
Excavateurs à roue-pelle, roue à pelles –
–
75 000
200 000
Excavateurs à roue-pelle, commande de la roue
Poulies à câble
Poulies
46 000
83 000
75 000
150 000
32 000
46 000
50 000
7 800
21 000
10 000
75 000
35 000
Pompes, souffleries, compresseurs
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Ventilateurs, souffleries
21 000
46 000
35 000
75 000
Souffleries de grande capacité
32 000
63 000
50 000
110 000
Pompes à pistons
Pompes centrifuges
Machines hydrauliques à piston de type axial et radial
Pompes à engrenages
Compresseurs
Centrifugeuses, agitateurs
Publicité
Implantation
21 000
46 000
35 000
14 000
46 000
20 000
500
7 800
500
500
7 800
500
4 000
21 000
5 000
75 000
75 000
10 000
10 000
35 000
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Centrifugeuses
7 800
14 000
10 000
20 000
Agitateurs de grande capacité
21 000
32 000
35 000
50 000
Machines textiles
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
Machines à filer, broches à filer
21 000
46 000
35 000
75 000
Machines à tisser, à tricoter
14 000
32 000
20 000
50 000
Schaeffler Group Industrial
HR 1
55
Capacité de charge et durée de vie
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Machines pour le travail de matières synthétiques
Boudineuses à vis
Calandres pour caoutchouc et matières plastiques
Concasseurs, broyeurs, cribles
Implantation
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
à
de
à
14 000
21 000
20 000
21 000
46 000
35 000
35 000
75 000
Durée de vie préconisée en h
Roults à billes
Roults à rouleaux
Machines à papier et machines d’imprimerie
Durée d’utilisation
Broyeurs à mâchoires
Broyeurs giratoires et à cylindres
Broyeurs à marteaux fixes, broyeurs à marteaux articulés, broyeurs à percussion
Tubes broyeurs
Broyeurs oscillants
Broyeurs pendulaires
Cribles vibrants
Presses à briquettes
Galets de fours rotatifs
de
–
–
–
–
–
–
–
–
–
à
–
–
–
–
–
–
–
–
–
de
20 000
20 000
50 000
à
35 000
35 000
110 000
50 000
100 000
5 000
50 000
10 000
35 000
50 000
20 000
110 000
20 000
50 000
110 000
Implantation
Durée de vie préconisée en h
Machines à papier, partie humide
Machines à papier, partie sèche
Machines à papier, raffineurs
Machines à papier, calandres
Roults à billes
Roults à rouleaux
de
–
–
–
–
à
–
–
–
–
de
à
110 000
150 000
150 000
250 000
80 000
120 000
80 000
110 000
Machines d’imprimerie
32 000
46 000
50 000
75 000
La durée d’utilisation correspond à la durée de fonctionnement du roulement. Celle-ci peut nettement différer de la durée de vie calculée. La destruction prématurée possible du roulement par usure ou par fatigue peut être provoquée par : ■ des conditions de fonctionnement différentes ■ des défauts d’alignement entre l’arbre et le logement ■ un jeu de fonctionnement trop faible ou trop important ■ des impuretés dans le roulement ■ une lubrification insuffisante ■ une température de fonctionnement excessive ■ des mouvements oscillants du roulement de très faible amplitude (effet Brinell) ■ des vibrations en statique et le brinelling ■ des charges élevées avec chocs (surcharge statique) ■ des détériorations lors du montage. La durée d’utilisation exacte est impossible à déterminer en raison de la diversité des montages et des conditions de fonctionnement. Le meilleur moyen consiste à l’estimer par comparaison avec des applications similaires.
56
HR 1
Schaeffler Group Industrial
Capacité de charge axiale des roulements à rouleaux cylindriques
Roulements en exécution avec rouleaux à faces toroïdales (TB)
Outre des charges radiales, les roulements à rouleaux cylindriques, à l’exception des roulements pour palier libre, peuvent également supporter des poussées axiales dans un ou deux sens. La capacité de charge axiale dépend : ■ de la pression de contact entre les bords des bagues et
la face des rouleaux
■ de la vitesse de glissement sur les bords ■ des conditions de lubrification des surfaces de contact ■ du basculement. Les bords chargés doivent être soutenus sur toute leur hauteur. La charge axiale admissible Fa per ne doit pas être dépassée pour éviter des températures élevées. La charge limite Fa max ne doit pas être dépassée pour éviter des pressions de contact excessives. Le rapport Fa/Fr ne doit pas dépasser une valeur de 0,4. Pour les roulements en exécution avec rouleaux à faces toroïdales (TB), la valeur 0,6 est admissible. Une charge axiale continue n’est pas admissible en l’absence d’une charge radiale simultanée.
Pour ces roulements, la capacité de charge axiale a été nettement améliorée grâce à de nouvelles méthodes de calcul et de fabrication. La courbure spéciale des faces latérales des rouleaux permet un contact optimal entre le rouleau et le bord. De ce fait, les concentrations de contraintes axiales au bord sont nettement réduites et l’on obtient un film lubrifiant porteur plus efficace. Dans les conditions de fonctionnement courantes, l’usure et la fatigue au bord et sur les faces des rouleaux sont entièrement évitées. Le moment résistant axial est réduit jusqu’à 50%. On obtient donc une température nettement moins importante.
Charge axiale admissible et maximale
Fa per et Fa max sont calculées selon :
Roulements en exécution standard
F a per
=
⋅ k k d
⋅ B M
S
, 1 5
⋅ − n
, 0 6
(cid:8)
F a
max
Roulements en exécution avec rouleaux à faces toroïdales (TB)
F a per
=
, 1 5
⋅
⋅ k k d
⋅ B M
S
, 1 5
⋅ − n
, 0 6
(cid:8)
F a
max
Roulements en exécution standard et avec rouleaux à faces toroïdales (TB)
F a
max
,=
0 075
⋅
⋅ k d B M
, 2 1
–
Fa per N Charge axiale admissible Fa max N Charge axiale limite kS Facteur de correction dépendant du mode de lubrification, voir tableau Facteur de correction kS en fonction du mode de lubrification, page 58 kB Facteur de correction dépendant de la série du roulement, voir tableau Facteur kB, page 58 dM Diamètre moyen du roulement (d + D)/2 min–1 n Vitesse de fonctionnement.
mm
–
Schaeffler Group Industrial
HR 1
57
Capacité de charge et durée de vie
Défaut d’alignement des roulements
Les défauts d’alignement dus, par exemple, aux flexions d’arbre peuvent provoquer des contraintes alternées au niveau du bord de la bague intérieure. Dans ce cas, la charge axiale jusqu’au basculement doit être limitée au maximun à 2 minutes d’angle à Fas selon l’équation.
F as
=
⋅20
d
M
1 42,
Pour les basculements plus importants, une analyse de résistance séparée est nécessaire.
Facteur de correction kS en fonction du mode de lubrification
Mode de lubrification1)
Evacuation minimale des calories, lubrification par goutte à goutte, lubrification par brouillard d’huile, faible viscosité de fonctionnement ((cid:2) (cid:6) 0,5 · (cid:2)1) Faible évacuation des calories, lubrification par bain d’huile, lubrification par projection d’huile, faible débit d’huile
Bonne évacuation des calories, lubrification par circulation d’huile (lubrification par pression d’huile)
Très bonne évacuation des calories, lubrification avec circulation d’huile et refroidissement de l’huile, grande viscosité de fonctionnement ((cid:2) (cid:5) 2 · (cid:2)1)
Facteur kS 7,5 à 10
10
à 15
12
à 18
16
à 24
1) La condition préalable pour ces valeurs kS est la viscosité nécessaire (cid:2)1 selon
le chapitre Lubrification à l’huile. Utiliser des huiles avec additifs, par exemple CLP (DIN 51 517) et HLP (DIN 51 524) des classes ISO-VG 32 à 460 ainsi que des huiles ATF (DIN 51 502) et des huiles pour boîtes (DIN 51 512) des classes de viscosité 75 W à 140 W.
Facteur kB
Série
SL1818, SL0148
SL1829, SL0149
SL1830, SL1850
SL1822
LSL1923, ZSL1923
SL1923
NJ2..-E, NJ22..-E, NUP2..-E, NUP22..-E
NJ3..-E, NJ23..-E, NUP3..-E, NUP23..-E
NJ4
Facteur kB 4,5
11
17
20
28
30
15
20
22
58
HR 1
Schaeffler Group Industrial
Capacité de charge statique
Facteur de sécurité statique
Des charges statiques ou intermittentes élevées provoquent des déformations plastiques des chemins de roulement et des éléments roulants. Ces déformations, perceptibles par un niveau sonore encore admissible lors du fonctionnement, limitent la capacité de charge statique du roulement. Les roulements dont les mouvements de rotation sont rares, voire inexistants, sont dimensionnés en fonction de la charge statique de base C0. Selon DIN ISO 76, il s’agit : ■ pour les roulements radiaux, d’une charge radiale constante C0r ■ pour les butées, d’une charge axiale centrée constante C0a. La charge statique de base C0 correspond à la charge sous laquelle la pression de Hertz, au contact d’un des chemins de roulement et de l’élément roulant le plus chargé, atteint les valeurs suivantes : ■ pour les roulements à rouleaux : 4 000 N/mm2 ■ pour les roulements à billes : 4 200 N/mm2 ■ pour les roulements à rotule sur billes : 4 600 N/mm2. Pour une géométrie normale de contact, cette charge occasionne une déformation permanente d’environ 1/10 000 du diamètre de l’élément roulant aux points de contact.
En plus du dimensionnement d’après la tenue à la fatigue, il est conseillé de vérifier le facteur de sécurité statique. Prendre en compte les valeurs indicatives et les charges de fonctionnement intermittentes (chocs) du tableau, voir tableau, page 60. Le facteur de sécurité statique S0 est le rapport de la charge statique de base C0 et de la charge statique équivalente P0 :
S
0
=
0
C P 0
–
S0 Facteur de sécurité statique C0 (C0r, C0a) N Charge statique de base P0 (P0r, P0a) N Charge statique équivalente du roulement radial ou de la butée, voir page 60.
Les valeurs indicatives pour les butées à rotule sur rouleaux et les roulements de précision figurent dans la description de produits correspondante. Pour les douilles à aiguilles, S0 (cid:7) 3 est nécessaire.
Schaeffler Group Industrial
HR 1
59
Capacité de charge et durée de vie
Valeurs indicatives pour le facteur de sécurité statique
Conditions de fonctionnement
Sans chocs ; sans exigence particulière quant à la douceur du mouvement ; faible mouvement de rotation
Normales ; mouvements doux et précis
Avec chocs
Mouvements de grande douceur et de grande précision
Facteur de sécurité statique S0 pour les roulements à rouleaux (cid:7) 1
pour les roulements à billes (cid:7) 0,5
(cid:7) 2 (cid:7) 3 (cid:7) 4
(cid:7) 1 (cid:7) 2 (cid:7) 3
Charge statique équivalente
Publicité
La charge statique équivalente P0 est une valeur déterminée par calcul. Elle correspond à une charge radiale pour les roulements radiaux et à une charge axiale et centrée pour les butées. P0 a le même effet au point de contact du chemin de roulement et de l’élément roulant le plus chargé que la ch