Théorie de résistance à la fatigue et méthode de calcul de durée de vie des roulements

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Théorie de résistance à la fatigue et méthode de calcul de durée de vie des roulements

Mechanical Engineering - Bearing Durability Analysis · notes

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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

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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.

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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

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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.

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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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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

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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

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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

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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

( ) ⋅ ( )⋅

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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

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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

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HR 1

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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

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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