Roulement à billes de contact angulaire
Un roulement à billes est un type d'incidence de roulement-élément qui emploie des boules pour maintenir la séparation entre les voies de roulement.
Le but d'un roulement à billes est de réduire le frottement de rotation et de soutenir les charges radiales et axiales. Il réalise ceci à l'aide au moins de trois courses pour contenir les boules et pour transmettre les charges par les boules. Dans la plupart des applications, une course est stationnaire et l'autre est fixée à l'assemblée tournante (par exemple, un hub ou un axe). Pendant qu'une des voies de roulement tourne elle fait tourner les boules aussi bien. Puisque les boules roulent elles ont un coefficient de frottement beaucoup inférieur que si deux surfaces planes glissaient les uns contre les autres.
Les roulements à billes tendent à avoir la capacité de charge inférieure pour leur taille que d'autres genres d'incidences de roulement-élément dues au secteur de contact plus petit entre les boules et les courses. Cependant, ils peuvent tolérer du désalignement des courses intérieures et externes.
Conceptions communes
Il y a plusieurs conceptions communes du roulement à billes, compromis de offre de chaque divers représentation. Ils peuvent être faits à partir de beaucoup de différents matériaux, incluant : acier inoxydable, acier au chrome, et en céramique (nitrure de silicium (Si3N4)). Un roulement à billes hybride est une incidence avec les boules et les courses en céramique du métal.
Contact angulaire
Un roulement à billes de contact angulaire emploie axialement les courses asymétriques. Une charge axiale passe dans une ligne droite par l'incidence, tandis qu'une charge radiale prend un chemin oblique qui agit de séparer les courses axialement. Ainsi l'angle du contact sur la course intérieure est identique que celui sur la course externe. Les incidences angulaires de contact améliorent les charges combinées par appui (chargement dans les directions radiales et axiales) et l'angle de contact de l'incidence devrait être assorti aux proportions relatives de chacun. Plus l'angle de contact (typiquement dans les degrés de la gamme 10 à 45) est grand, plus la charge axiale soutenue est haute, mais plus la charge radiale est inférieure. Dans des applications à grande vitesse, telles que les turbines, moteurs à réaction, et l'équipement d'art dentaire, les forces centrifuges produites par les boules change l'angle de contact à la course intérieure et externe. La céramique telle que le nitrure de silicium est maintenant régulièrement employée dans de telles applications dues à leur faible densité (40% d'acier). Ces matériaux réduisent de manière significative la force centrifuge et la fonction bien dans les environnements à hautes températures. Ils tendent également à porter d'un moyen semblable de soutenir l'acier-plutôt que fendant ou se brisant comme le verre ou la porcelaine.
La plupart des bicyclettes utilisent des incidences d'angulaire-contact dans les casques parce que les forces sur ces incidences sont dans la direction radiale et axiale.
Axial
Un axial ou une poussée le roulement qu'à billes emploie emballe côte à côte. Une charge axiale est transmise directement par l'incidence, alors qu'une charge radiale est mal soutenue et tend à séparer les courses, de sorte qu'une plus grande charge radiale soit susceptible d'endommager l'incidence.
Profond-cannelure
Dans une incidence radiale de profond-cannelure, les dimensions de course sont proches des dimensions des boules qui fonctionnent dans elle. des charges plus élevées de support de roulements de Profond-cannelure qu'une cannelure plus peu profonde. Comme les incidences angulaires de contact, les incidences de profond-cannelure soutiennent les charges radiales et axiales, mais sans choix d'angle de contact pour permettre le choix de la proportion relative de ces capacités de charge.
Paires préchargées
Les types de base ci-dessus d'incidences sont typiquement appliqués dans une méthode de paires préchargées, où deux différentes incidences sont rigidement attachées le long d'un axe de rotation pour se poser. Ceci améliore la fin de bande axiale en prenant (préchargement) le léger dégagement nécessaire entre les billes de roulement et les courses. L'appareillement également fournit un avantage de distribuer également les charges, doublant presque toute la capacité de charge comparée à une incidence simple. Des incidences angulaires de contact sont presque toujours utilisées dans des paires de opposition : la conception asymétrique des charges axiales de supports de chaque roulement dans seulement une direction, ainsi une paire opposée est exigée si l'appui des demandes d'application dans les deux directions. La force de préchargement doit être conçue et assemblée soigneusement, parce qu'elle la déduit du potentiel des forces axial des incidences, et peut endommager des incidences si appliquée excessivement. Le mécanisme de appareillement peut simplement faire face aux incidences ensemble directement, ou les séparer avec une cale, une bague, ou une configuration d'axe.
Types de construction
Conrad
Le roulement à billes de style du Conrad est baptisé du nom de son inventeur, Robert Conrad, qui a été attribué le brevet britannique 12 206 en 1903 et le brevet 822 723 des États-Unis en 1906. Ces incidences sont assemblées en plaçant l'anneau intérieur dans une position excentrique relativement à l'anneau externe, avec les deux anneaux en contact à un point, ayant pour résultat un grand espace vis-à-vis du point de contact. Les boules sont passées dans l'espace et également puis distribuées autour de l'ensemble des roulements, faisant devenir les anneaux concentriques. L'Assemblée est accomplie en adaptant une cage aux boules pour maintenir leurs positions relatives. Sans cage, les boules dériveraient par la suite hors de la position lors du fonctionnement, entraînant l'incidence échouer. La cage ne supporte aucune charge et sert à maintenir seulement la position de boule.
Les incidences de Conrad ont l'avantage qu'elles peuvent résister aux charges radiales et axiales, mais ont l'inconvénient de la capacité de charge inférieure dû au nombre limité de boules qui peuvent être chargées dans l'ensemble des roulements. Le roulement à billes industriel le plus familier est probablement le style de Conrad de profond-cannelure. L'incidence est utilisée dans la plupart des industries mécaniques.
Fente-suffisance
Dans une incidence radiale de fente-suffisance, les courses intérieures et externes sont entaillées sur un visage de sorte que quand les entailles sont alignées, des boules puissent être glissées dans la fente en résultant pour assembler l'incidence. Une incidence de fente-suffisance a l'avantage que plus de boules peuvent être assemblées (même permettant une conception d'armement complet), ayant pour résultat une capacité de charge radiale plus élevée qu'une incidence de Conrad des mêmes dimensions et type matériel. Cependant, une incidence de fente-suffisance ne peut pas supporter une charge axiale significative, et les fentes causent une discontinuité dans les courses qui peuvent avoir un petit mais l'effet inverse sur la force.
Course soulagée
Des roulements à billes soulagés de course “sont soulagés” pendant que le nom suggère par fondamentalement ont l'OD de l'anneau intérieur réduit d'un côté, ou l'identification de l'anneau externe accru d'un côté. Ceci permet à un plus grand nombre de boules d'être assemblé dans la course intérieure ou externe, et puis l'ajustement de presse au-dessus du soulagement. Parfois l'anneau externe sera chauffé pour faciliter l'assemblée. Comme la construction de fente-suffisance, la construction soulagée de course permet un plus grand nombre de boules que la construction de Conrad, jusqu'à l'armement complet, et le compte supplémentaire de boule donne la capacité de charge supplémentaire. Cependant, une incidence soulagée de course peut seulement soutenir les charges axiales significatives dans une direction ("loin” de la course soulagée).
Course rompue
Une autre manière d'adapter plus de boules dans un roulement à billes radial est radialement “en rompant” (découpant en tranches) un des anneaux complètement, chargeant les boules dedans, rassemblant la partie rompue, et alors utilisant une paire de bandes en acier tenir l'anneau rompu sectionne ensemble aligné. Encore, ceci laisse plus de boules, y compris le plein complément de boule, toutefois à la différence avec de l'un ou l'autre de suffisance de fente ou de constructions soulagées de course, il peut soutenir l'effort axial significatif dans l'un ou l'autre de direction.
Rangées
Il y a deux conceptions de rangée : incidences de simple-rangée et incidences de double-rangée. La plupart des roulements à billes sont une conception de simple-rangée, qui signifie qu'il y a une rangée des billes de roulement. Cette conception fonctionne avec des charges de radial et de poussée.
Une conception de double-rangée a deux rangées des billes de roulement. Leur inconvénient est elles a besoin d'un meilleur alignement que des incidences de simple-rangée.
À flasque
Les incidences avec une bride sur l'anneau externe simplifient l'emplacement axial. Le logement pour de telles incidences peut se composer d'un à travers-trou de diamètre uniforme, mais le visage d'entrée du logement (qui peut être le visage externe ou intérieur) doit être vraiment normal usiné à l'axe de trou. Cependant de telles brides sont très chères de fabriquer. Une disposition plus rentable du roulement extérieur, avec les avantages semblables, est une cannelure d'anneau ressort l'un ou l'autre ou aux deux extrémités du diamètre extérieur. L'anneau ressort assume la fonction d'une bride.
Mis en cage
Des cages sont typiquement employées pour fixer les boules dans un roulement à billes de style du Conrad. Dans d'autres types de construction elles peuvent diminuer le nombre de boules selon la forme spécifique de cage, et réduisent ainsi la capacité de charge. Sans cages la position tangentielle est stabilisée par le glissement de deux surfaces convexes sur l'un l'autre. Avec une cage la position tangentielle est stabilisée par un glissement d'une surface convexe dans une surface concave assortie, qui évite des bosselures dans les boules et a le frottement inférieur. Des roulements à rouleaux mis en cage ont été inventés par John Harrison à la moitié du 18ème siècle en tant qu'élément de son travail sur des chronographes. [5]
Roulements à billes hybrides utilisant les boules en céramique
Les billes de roulement en céramique peuvent peser jusqu'à 40% moins que l'acier ceux, selon la taille et le matériel. Ceci réduit le chargement centrifuge et l'ensabotage, ainsi les incidences en céramique hybrides peuvent actionner les incidences plus rapide que conventionnelles de 20% à de 40%. Ceci signifie que la cannelure externe de course exerce moins de force centripète contre la boule pendant que l'incidence tourne. Cette réduction en vigueur réduit la résistance de frottement et de roulement. Les boules plus légères permettent à l'incidence de tourner plus rapidement, et à des utilisations moins d'énergie de maintenir sa vitesse.
Les boules en céramique sont en général plus dures que la course. En raison de l'usage, avec du temps elles formeront une cannelure de la course. C'est préférable au port de boules qui les laisserait avec les taches plates possibles nuisant de manière significative à la représentation.
Tandis que les incidences hybrides en céramique emploient les boules en céramique au lieu de l'acier ceux, elles sont construites avec les anneaux intérieurs et externes en acier ; par conséquent la désignation hybride. Tandis que le matériel en céramique lui-même est plus fort que l'acier, c'est également une capacité de charge plus raide, qui a comme conséquence des efforts accrus sur les anneaux, et par conséquent diminuée. Les boules en céramique isolent électriquement, qui peuvent empêcher des échecs “courbants” si le courant est passé par l'incidence. Les boules en céramique peuvent également être efficaces dans les environnements où la lubrification peut ne pas être disponible (comme dans des applications de l'espace).
Dans quelques arrangements seulement un revêtement mince d'en céramique est employé au-dessus d'un roulement à billes en métal.
Incidences entièrement en céramique
Ces incidences se servent des deux boules et course en céramique. Ces incidences sont imperméables à la corrosion et exigent rarement la lubrification le cas échéant. En raison de la rigidité et de la dureté des boules et emballez ces incidences sont bruyants aux grandes vitesses. La rigidité de l'en céramique rend ces incidences fragiles et exposées à fendre sous la charge ou l'impact. Puisque la boule et la course sont d'usage semblable de dureté peuvent mener à l'ébrèchement aux grandes vitesses des boules et la course ceci peut causer l'étincellement.
Auto-dressant
Wingquist a développé un roulement à billes auto-dressant
Des roulements à billes auto-dressants, tels que l'incidence de Wingquist montrée dans l'image, sont construits avec l'anneau et l'ensemble intérieurs de boule contenus dans un anneau externe qui a un caniveau sphérique. Cette construction permet à l'incidence de tolérer un petit désalignement angulaire résultant de l'axe ou logeant les débattements ou le support inexact. L'incidence a été utilisée principalement dans des dispositions d'incidence avec les axes très longs, tels que des axes de transmission dans des usines de textile. Un inconvénient des roulements à billes auto-dressants est une estimation de charge limitée, car le caniveau externe a l'osculation très basse (le rayon est beaucoup plus grand que le rayon de boule). Ceci a mené à l'invention du roulement à rouleaux sphérique, qui a une conception semblable, mais des rouleaux d'utilisation au lieu des boules. Également le palier de butée sphérique de rouleau est une invention qui dérive des résultats par Wingquist.
Conditions de fonctionnement
Durée de vie
Les informations supplémentaires : échec d'incidence de § d'incidence de Roulement-élément
La vie calculée pour une incidence est basée sur la charge qu'elle porte et sa vitesse de fonctionnement. La durée de vie utilisable industriellement compatible d'incidence est inversement proportionnelle à la charge d'incidence cubée. [citation requise] la charge maximum nominale d'une incidence, est pour une durée de vie de 1 million de rotations, qu'à 50 hertz (c.-à-d., 3000 t/mn) est une durée de vie de 5,5 heures de travail. 90% d'incidences de ce type ont au moins cette durée de vie, et 50% d'incidences ont une durée de vie au moins 5 fois aussi longues.
Le calcul industriellement compatible de la vie est basé sur le travail de Lundberg et de Palmgren effectué en 1947. La formule assume la vie à limiter par fatigue en métal et que la distribution de la vie peut être décrite par une distribution de Weibull. Beaucoup de variations de la formule existent qui incluent des facteurs pour les propriétés matérielles, la lubrification, et le chargement. La factorisation pour charger peut être regardée comme admission tacite que les matériaux modernes démontrent des relations différentes entre la charge et la vie que Lundberg et Palmgren ont déterminé.
Modes de défaillance
Si une incidence ne tourne pas, la charge maximum est déterminée par la force qui cause la déformation en plastique des éléments ou des caniveaux. Les renfoncements provoqués par les éléments peuvent concentrer des efforts et produire des fissures aux composants. La charge maximum pour les incidences non ou très lentement tournantes s'appelle la charge maximum « statique ».
Également si une incidence ne tourne pas, les forces de oscillation sur l'incidence peuvent endommager impact la voie de roulement ou les éléments de roulement, connus sous le nom de brinelling. Une seconde peu de forme appelée brinelling faux se produit si le rapport tourne seulement à travers un arc court et pousse le lubrifiant à partir des éléments de roulement.
Pour une incidence tournante, la capacité de charge dynamique indique la charge à laquelle l'incidence supporte 1 000 000 cycles.
Si une incidence tourne, mais éprouve la charge lourde qui dure plus sous peu qu'une révolution, la charge maximum statique doit être employée dans les calculs, puisque l'incidence ne tourne pas pendant la charge maximum.
Si un couple latéral est appliqué à une incidence radiale de cannelure profonde, une force inégale sous forme d'ellipse est appliquée sur l'anneau externe par les éléments de roulement, se concentrant dans deux régions des bords opposés de l'anneau externe. Si l'anneau externe n'est pas assez fort, ou s'il n'est pas suffisamment attaché par la structure porteuse, l'anneau externe déformera dans une forme ovale de l'effort latéral de couple, jusqu'à ce que l'espace soit assez grand pour que les éléments de roulement s'échappent. L'anneau intérieur saute alors et le rapport structurellement s'effondre.
Un couple latéral sur un rapport radial s'applique également la pression à la cage qui tient les éléments de roulement aux distances égales, due aux éléments de roulement essayant de toute la glissière ensemble à l'emplacement du couple le plus haut latéral. Si la cage s'effondre ou se casse à part, le groupe d'éléments de roulement ensemble, l'anneau intérieur perd l'appui, et peut sauter hors du centre.
Charge maximum
Généralement la charge maximum sur un roulement à billes est proportionnelle au diamètre extérieur des temps d'incidence la largeur de l'incidence (où la largeur est mesurée dans la direction de l'axe).
Les incidences ont des estimations de charge statique. Celles-ci sont basées sur ne pas dépasser une déformation en plastique dans le caniveau. Ces estimations peuvent être dépassées par un grand nombre pour certaines applications.
Lubrification
Pour qu'une incidence fonctionne correctement, elle doit être lubrifiée. Dans la plupart des cas le lubrifiant est basé sur l'effet élastohydrodynamique (par le pétrole ou la graisse) mais en travaillant aux incidences lubrifiées sèches des températures extrêmes soyez également disponible.
Pour qu'une incidence ait sa durée de vie nominale à sa charge maximum nominale, elle doit être lubrifiée avec du lubrifiant (pétrole ou graisse) qui a au moins la viscosité dynamique minimum recommandée pour cette incidence.
La viscosité dynamique recommandée est inversement proportionnelle au diamètre de l'incidence.
La viscosité dynamique recommandée diminue avec la fréquence tournante. Comme indication approximative : pour moins de 3000 t/mn, augmentations recommandées de viscosité avec le facteur 6 pour une diminution du facteur 10 de vitesse, et pour plus de 3000 t/mn, a recommandé des diminutions de viscosité avec le facteur 3 pour une augmentation du facteur 10 de vitesse.
Pour une incidence où la moyenne du diamètre extérieur de l'incidence et du diamètre du trou d'axe est de 50 millimètres, et cela tourne à 3000 t/mn, la viscosité dynamique recommandée est de 12 millimètres du ² /s.
Notez que la viscosité dynamique d'huile varie fortement avec la température : une augmentation de la température du °C 50-70 fait diminuer la viscosité par le facteur 10.
Si la viscosité du lubrifiant est plus haute que recommandée, la durée de vie de l'incidence augmente, rudement proportionnel à la racine carrée de la viscosité. Si la viscosité du lubrifiant est inférieure à recommander, la durée de vie de l'incidence diminue, et par combien dépend de quel type d'huile étant employée. Pour des huiles avec des additifs de PE ("pression extrême "), la durée de vie est proportionnelle à la racine carrée de la viscosité dynamique, juste comme elle était pour trop de grande viscosité, tandis que pour la durée de vie d'huiles d'ordinaire est proportionnel à la place de la viscosité si une viscosité bas-que-recommandée est employée.
La lubrification peut être faite avec une graisse, qui a les avantages que la graisse est normalement tenu dans l'incidence libérant l'huile de lubrification pendant qu'elle est comprimée par les boules. Elle fournit une barrière protectrice pour le métal d'incidence de l'environnement, mais a des inconvénients que cette graisse doit être remplacée périodiquement, et la charge maximum de l'incidence diminue (parce que si le rapport devient trop chaud, la graisse fond et manque d'incidence). Le temps entre les remplacements de graisse diminue très fortement avec le diamètre de l'incidence : pour une incidence de 40 millimètres, la graisse devrait être remplacée chaque 5000 heures de travail, alors que des 100 millimètres le rapport de lui devrait être remplacé chaque 500 heures de travail.
La lubrification peut également être faite avec de l'huile, qui a l'avantage d'une charge maximum plus élevée, mais avec les besoins une certaine manière de maintenir l'huile dans l'incidence, car elle tend normalement à manquer de elle. Pour la lubrification d'huile on lui recommande que pour des applications où l'huile ne devient pas plus chaude que le °C 50, de l'huile devrait être remplacée une fois par an, alors que pour des applications où l'huile ne devient pas plus chaude que le °C 100, de l'huile devrait être remplacée 4 fois par an. Pour des moteurs de voiture, l'huile devient le °C 100 mais le moteur a un filtre à huile pour maintenir la qualité d'huile ; donc, l'huile est habituellement changée moins fréquemment que l'huile dans des incidences.
Direction de charge
La plupart des incidences sont signifiées pour les charges de soutien perpendiculaires à l'axe (« charges radiales »). Si elles peuvent également soutenir les charges axiales, et si oui, combien, dépend du type d'incidence. Des paliers de butée (généralement trouvés sur les susans paresseux) sont spécifiquement conçus pour les charges axiales.
Pour des roulements à billes de profond-cannelure de simple-rangée, la charge axiale maximum est vers 50% de la charge radiale maximum, mais elle indique également que la « lumière » et/ou les « petites » incidences peuvent prendre les charges axiales qui sont 25% de la charge radiale maximum.
Pour des roulements à billes de bord-contact de simple-rangée, la charge axiale peut être charge radiale maximum d'environ 2 fois, et pour des cône-incidences la charge axiale maximum est la charge radiale maximum entre 1 et 2 moments.
Les roulements à billes souvent de style du Conrad montreront la troncation d'ellipse de contact sous la charge axiale. Cela signifie qu'ou l'identification de l'anneau externe est assez grande, ou l'OD de l'anneau intérieur est assez petit, afin de réduire la superficie de contact entre les boules et le caniveau. Quand c'est le cas, il peut de manière significative augmenter les efforts dans l'incidence, infirmant souvent des principes de base généraux concernant des relations entre la capacité de charge radiale et axiale. Avec des types de construction autres que Conrad, on peut plus loin diminuer l'identification externe d'anneau et augmenter l'anneau intérieur OD pour garder contre ceci.
Si les charges axiales et radiales sont présentes, elles peuvent être ajoutées vectorially, pour avoir comme conséquence toute la charge sur l'incidence, qui en combination avec la charge maximum nominale peut être utilisée pour prévoir la durée de vie. Cependant, afin de prévoir correctement la vie d'estimation des roulements à billes l'ISO/TS 16281 devrait être employé avec l'aide d'un logiciel de calcul.
Prévention de la charge axiale indésirable
On peut laisser la pièce d'une incidence qui tourne (trou d'axe ou circonférence externe) doit être fixe, tandis que pour une pièce qui ne tourne pas ceci n'est pas nécessaire (ainsi lui glisser). Si une incidence est chargée axialement, les deux côtés doivent être fixes.
Si un axe a deux incidences, et la température varie, l'axe se rétrécit ou augmente, donc il n'est pas admissible pour que les deux incidences soient fixées des deux leurs côtés, puisque l'expansion de l'axe exercerait les forces axiales qui détruiraient ces incidences. Par conséquent, au moins une d'incidences doit pouvoir glisser.
“Librement un glissement de l'ajustement” est un où il y a au moins un dégagement de 4 µm, vraisemblablement parce que la surface-rugosité d'une surface faite sur un tour est normalement entre le µm 1,6 et 3,2.
Ajustement
Les incidences peuvent résister à leur charge maximum seulement si les pièces d'accouplement sont correctement classées. Les fabricants d'incidence assurent des tolérances pour l'ajustement de l'axe et du logement de sorte que ceci puisse être réalisé. Le matériel et la dureté peuvent également être spécifiés.
Des garnitures qui ne sont pas permises de glisser sont faites aux diamètres qui empêchent glisser et par conséquent les surfaces de contact ne peuvent pas être introduites dans la position sans force. Pour de petites incidences ceci mieux est fait avec une presse parce que le tapement avec un marteau endommage l'incidence et l'axe, alors que pour de grandes incidences les forces nécessaires sont si grandes qu'il n'y ait aucune alternative à chauffer une part avant l'ajustement, de sorte que la dilatation thermique permette un ajustement coulissant provisoire.
Prévention des charges de torsion
Si un axe est soutenu par deux incidences, et les lignes centrales de la rotation de ces incidences ne sont pas identiques, alors des forces importantes sont exercées sur l'incidence qui peut le détruire. Un certain un peu de désalignement très est acceptable, et combien dépend du type d'incidence. Pour les incidences qui sont spécifiquement faites pour être “auto-dressantes”, le désalignement acceptable est entre 1,5 et 3 degrés d'arc. Les incidences qui ne sont pas conçues pour être auto-dressantes peuvent accepter le désalignement de seulement 2-10 minutes d'arc.
Applications : Agriculture
Produit chimique
Industrie générale
Utilités
Axe de machine-outil
Machine-outil pour l'usinage à grande vitesse de précision (centre intégré ultra-rapide)
Appui d'axe de précision
