Roulement billes de contact angulaire
Un roulement 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 billes est de réduire le frottement de
rotation et de soutenir les charges radiales et axiales. Il réalise
ceci 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
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 billes tendent 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 billes,
compromis de offre de chaque divers représentation. Ils peuvent
être faits partir de beaucoup de différents matériaux, incluant :
acier inoxydable, acier au chrome, et en céramique (nitrure de
silicium (Si3N4)). Un roulement billes hybride est une incidence
avec les boules et les courses en céramique du métal.
Contact angulaire
Un roulement 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 45) est grand,
plus la charge axiale soutenue est haute, mais plus la charge
radiale est inférieure. Dans des applications grande vitesse,
telles que les turbines, moteurs réaction, et l'équipement d'art
dentaire, les forces centrifuges produites par les boules change
l'angle de contact la course intérieure et externe. La céramique
telle que le nitrure de silicium est maintenant régulièrement
employée dans de telles applications dues leur faible densité (40%
d'acier). Ces matériaux réduisent de manière significative la force
centrifuge et la fonction bien dans les environnements hautes
températures. Ils tendent également 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' billes emploie emballe
côte côte. Une charge axiale est transmise directement par
l'incidence, alors qu'une charge radiale est mal soutenue et tend
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 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 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 l'anneau externe, avec les deux
anneaux en contact un point, ayant pour résultat un grand espace
vis--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
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
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 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 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'
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 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
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 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.
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 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 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 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 rouleaux mis en cage ont été inventés par John Harrison
la moitié du 18ème siècle en tant qu'élément de son travail sur des
chronographes. [5]
Roulements billes hybrides utilisant les boules en céramique
Les billes de roulement en céramique peuvent peser jusqu' 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% 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 l'incidence de tourner plus rapidement, et 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
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 billes en métal.
Incidences entièrement en céramique
Ces incidences se servent des deux boules et course en céramique.
Ces incidences sont imperméables 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 fendre sous la charge ou l'impact. Puisque la
boule et la course sont d'usage semblable de dureté peuvent mener
l'ébrèchement aux grandes vitesses des boules et la course ceci
peut causer l'étincellement.
Auto-dressant
Wingquist a développé un roulement billes auto-dressant
Des roulements 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 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 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 l'invention du roulement 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 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' 50 hertz (c.--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 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 travers un arc court et pousse le
lubrifiant partir des éléments de roulement.
Pour une incidence tournante, la capacité de charge dynamique
indique la charge 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 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' 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 la cage qui tient les éléments de roulement aux distances
égales, due aux éléments de roulement essayant de toute la
glissière ensemble l'emplacement du couple le plus haut latéral. Si
la cage s'effondre ou se casse 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 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 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 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 la
racine carrée de la viscosité. Si la viscosité du lubrifiant est
inférieure 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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
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 grande vitesse de précision (centre
intégré ultra-rapide)
Appui d'axe de précision