En tant qu'ingénieur, vous savez à quel point il est important d'être précis, exact et fiable.
Mais avez-vous déjà pensé à quel point le simple roulement à billes contribue à ces qualités importantes dans un large éventail d'utilisations techniques ? Les roulements à billes sont utilisés dans tout, des voitures aux engins spatiaux en passant par les appareils médicaux et les robots.
Ils permettent aux pièces de se déplacer librement et réduisent la friction entre les pièces mobiles et fixes.
Que vous soyez un nouvel étudiant en ingénierie ou un ingénieur chevronné qui souhaite en savoir plus, cet article vous présentera le monde des roulements à billes et vous expliquera pourquoi ils sont si importants dans de nombreux domaines de l'ingénierie.
Alors attachez vos ceintures et commençons ce voyage intéressant dans le monde des roulements à billes.
Introduction aux roulements à billes
Définition formelle:
Un roulement antifriction permet un mouvement libre entre les pièces mobiles et fixes au moyen de billes confinées entre les bagues extérieure et intérieure.
Les roulements à billes sont une partie importante de nombreuses industries, telles que le transport, l'électronique, la fabrication et le processus de transformation du papier en différents types de papier.
Le rôle d'un roulement à billes est de réduire les frottements et de supporter les charges radiales et axiales.
Pour ce faire, il utilise au moins deux courses pour maintenir les billes en place et faire passer les charges à travers les billes.
La plupart du temps, une course est fixe et l'autre est attachée à l'ensemble ou à l'arbre qui se déplace.
Lorsque la bague intérieure tourne, les billes roulent autour du chemin de roulement intérieur.
La bague extérieure, quant à elle, reste immobile.
Ce mouvement de roulement réduit la friction et rend le mouvement fluide.
Comment fonctionnent les roulements à billes
L'idée derrière un roulement est simple : il vaut mieux que les choses roulent que glissent.
Les roulements réduisent la friction en utilisant des billes ou des rouleaux métalliques lisses et des surfaces métalliques lisses à l'intérieur et à l'extérieur du roulement.
Ces billes ou rouleaux « supportent » le poids, ce qui permet à l'appareil de tourner facilement.
La plupart des roulements à billes sont fabriqués en assemblant quatre pièces :
- Une grande bague extérieure (ou un chemin de roulement extérieur qui ne bouge pas).
- Une bague intérieure plus petite (ou un chemin de roulement intérieur rotatif) qui est fixée à l'ensemble rotatif ou à l'arbre.
- Des rangées de billes coincées entre les chemins de roulement de deux anneaux.
- Une cage ou un séparateur qui maintient les balles en place et les empêche de se toucher.
Types courants de roulements à billes
En fonction de leur fabrication, il existe deux types de roulements à billes :
- Types Conrad : Ces roulements ont une seule rangée de billes entre deux chemins de roulement.
Ils peuvent supporter des charges radiales et axiales, mais la quantité de charge axiale qu'ils peuvent supporter est généralement limitée.
Types à capacité maximale : Ces roulements ont plus de billes que les types Conrad, ils peuvent donc supporter des charges plus lourdes dans la direction radiale.
Mais ils ne sont pas aussi bons pour gérer les charges axiales.
Les roulements à billes peuvent également être divisés en trois types en fonction du poids qu'ils peuvent supporter.
- Roulements radiaux : Ces roulements supportent des charges perpendiculaires à l'axe de rotation.
- Paliers de butée : Ces paliers supportent des charges parallèles à l'axe de rotation et sont appelées charges axiales.
Les roulements à contact oblique peuvent supporter à la fois des charges radiales et axiales.
Découvrez le frisson des roulements à billes dans l'ingénierie
Toujours difficile à comprendre ? Je change un peu le point de vue :
Vous voulez rendre votre travail d'ingénieur plus intéressant? Vous voulez rendre votre dernier projet plus intéressant ? Eh bien, nous savons exactement quoi faire : oubliez les algorithmes compliqués, les nouveaux matériaux et les technologies de pointe.
Non, un bon roulement à billes à l'ancienne est tout ce dont vous avez besoin pour vraiment faire bouger les choses.
Oui, ces minuscules sphères qui permettent la libre circulation entre les pièces qui bougent et les pièces qui ne bougent pas.
Cela semble terne, n'est-ce pas? Eh bien, vous vous trompez.
Parce que, comme nous sommes sur le point de le découvrir, les roulements à billes sont peut-être la partie la plus excitante du monde de l'ingénierie.
D'accord, c'était juste une blague faite pour ressembler à une publicité télévisée.
Revenons maintenant à l'explication.
Composants et types de roulements à billes
Types de roulements à billes
Les roulements à billes sont des ensembles mécaniques constitués de pièces roulantes et, le plus souvent, de bagues intérieures et extérieures.
Ils peuvent être utilisés pour les arbres qui tournent ou se déplacent en ligne droite.
Il existe différents types de roulements à billes, et chacun a ses propres caractéristiques et utilisations.
- Roulements à billes à gorge profonde.
Le type de roulement à billes le plus courant est celui à gorge profonde.
Ils ont des rainures profondes pour les chemins de roulement et les anneaux intérieur et extérieur ont des arcs de cercle qui sont juste un peu plus grands que les billes.
Cette conception permet aux roulements de gérer à la fois les charges radiales et axiales et de fonctionner à des vitesses élevées tout en supportant des charges axiales limitées, des charges axiales ou les deux.
Les roulements à billes à gorge profonde peuvent être utilisés dans de nombreuses choses différentes, comme les ventilateurs, les moteurs, les machines industrielles, les roues de voiture et les outils ménagers.
Roulements à billes à contact oblique.
Les roulements à billes à contact oblique conviennent aux charges combinées où les forces radiales et axiales doivent être transférées.
Ils sont conçus pour supporter à la fois les charges radiales et axiales, ce qui les rend parfaits pour les situations où les deux types de charges sont courants.
Ces roulements peuvent supporter beaucoup de force dans une direction, et certains roulements à une rangée sont conçus pour être montés par paires pour en tirer le meilleur parti.
Ils sont souvent utilisés dans les pompes, les compresseurs, les moteurs électriques, l'agriculture, l'industrie chimique, l'industrie générale, les services publics et de nombreuses autres applications industrielles.
- Roulements à billes qui s'alignent.
La meilleure façon d'absorber les forces radiales est d'utiliser des roulements à billes à alignement automatique.
Ils sont conçus pour avoir deux rangées de billes et un chemin de roulement pour toutes les billes de l'anneau extérieur.
Cette conception unique permet au roulement de s'aligner automatiquement et de compenser tout désalignement entre l'arbre et le logement.
Cela rend moins probable que le désalignement cause des dommages.
Les roulements à billes à alignement automatique sont souvent utilisés dans des choses comme les presses à imprimer, les machines textiles et les outils agricoles.
- Roulements à billes de couple.
Les butées à billes sont conçues pour fonctionner avec des charges qui poussent dans la même direction que l'axe du roulement.
Ils peuvent supporter des charges axiales car ils ont une partie roulante qui est soit une bille, soit un cylindre.
La plupart du temps, ces roulements sont utilisés dans des choses comme les transmissions automobiles, les systèmes aérospatiaux et les machines-outils.
- Roulements à billes en céramique.
Les roulements à billes en céramique sont fabriqués de la même manière que les roulements à billes en acier, mais au lieu de billes en acier, ils utilisent des billes en nitrure de silicium céramique (Si2N4).
Les roulements à billes en céramique sont meilleurs que les roulements à billes en acier à plusieurs égards, notamment parce qu'ils sont plus faciles à rouler car leurs surfaces sont plus lisses et leurs tailles sont plus uniformes.
Ils sont également plus durables car ils sont plus durs que l'acier et ils perdent moins d'énergie en raison de moins de frottement, ce qui permet aux équipements de fonctionner plus efficacement et plus longtemps.
Les roulements à billes en céramique sont souvent utilisés dans des applications hautes performances telles que l'aérospatiale, les voitures de course et les machines industrielles haut de gamme.
Composants des roulements à billes
Les roulements à billes ont trois parties principales : une bague intérieure, une bague extérieure et quelque chose qui roule.
La partie qui se déplace est soit une bille, soit un rouleau, et elle se déplace le long du chemin de roulement ou du chemin tracé dans les bagues extérieure et intérieure.
Le dispositif de retenue ou séparateur de billes empêche les billes de se frotter les unes contre les autres, afin qu'elles puissent se déplacer librement.
Les roulements à billes maintiennent les billes en place et transmettent les charges à travers elles en utilisant au moins deux courses pour maintenir les billes en place.
Une bague est reliée à la partie qui tourne (comme un arbre ou un moyeu), et l'autre est fixe (comme un carter).
Les roulements à billes ont un frottement très faible car ils utilisent un frottement de roulement au lieu d'un frottement de glissement.
Les bagues et les roulements à billes sont fabriqués avec des tolérances et une rondeur élevées, et ils sont beaucoup polis pour rendre la rotation fluide.
Cela réduit le couple ou la résistance de rotation causée par le frottement.
L'utilisation du roulement affecte également sa largeur.
Par exemple, les roulements à section mince sont utilisés lorsqu'il n'y a pas beaucoup de place.
La différence de diamètre et de largeur entre les bagues extérieures et intérieures est réduite au minimum.
Cela permet de faire de petits dessins.
Fabrication et maintenance de roulements à billes
Fabrication de roulements à billes
Les roulements à billes sont des éléments importants de nombreuses machines et outils industriels qui tournent, comme les roues de voiture, les broches de machines-outils et les pompes.
La plupart des roulements à billes sont fabriqués en acier au chrome à haute teneur en carbone, également appelé acier au chrome, car il est peu coûteux et dure longtemps.
Mais les roulements peuvent également être fabriqués à partir d'éléments tels que l'acier inoxydable, la céramique, le plastique ou même le verre.
Les roulements à billes sont fabriqués selon un processus qui comprend des étapes telles que la mise en forme, la coupe, le lavage, la démagnétisation, le traitement thermique, le meulage, le rodage, le rodage et l'assemblage du tout.
La première étape consiste à couper un fil ou une tige en limaces, qui sont de petits morceaux.
La quantité de matériau nécessaire pour le slug est un peu plus que ce qui est nécessaire pour le roulement à billes fini.
Le lingot est ensuite transformé en boule par une série d'étapes de meulage et de polissage.
Après cela, les balles sont traitées à la chaleur pour les rendre plus solides.
Les dernières étapes sont le meulage et le rodage, qui leur donnent leur taille et leur finition finales.
Habituellement, la cage des billes est en acier fin, mais certains roulements utilisent désormais des cages en plastique moulé car elles sont moins chères et provoquent moins de frottement.
Mais les cages en plastique sont plus souvent utilisées dans les applications à faible charge et à faible vitesse, tandis que les cages en acier sont encore largement utilisées dans de nombreuses applications industrielles.
L'acier inoxydable AISI 440C, ainsi que d'autres types d'acier inoxydable, de céramique et de verre sont également utilisés pour fabriquer des roulements à billes.
Les boules en céramique sont idéales pour une utilisation dans des environnements très corrosifs ou à des températures très élevées.
Différents types de plastique résistent bien à très bien à la corrosion, mais ils ne sont bons que pour une faible charge et une faible vitesse.
Entretien et remplacement des roulements à billes
Les problèmes et les défaillances des roulements se produisent assez souvent, mais ils peuvent être arrêtés ou résolus en prenant certaines mesures.
Les roulements à billes ont généralement des problèmes de lubrification, de températures élevées, de contamination, de mauvaise manipulation et d'installation, de surcharge, de désalignement, de mauvais montage et de corrosion.
Pour éviter que ces problèmes courants ne se produisent, vous devez lubrifier la machine de la manière indiquée par le fabricant.
Les joints doivent être vérifiés souvent pour s'assurer qu'ils ne sont pas brisés ou qu'ils ne fonctionnent pas.
Assurez-vous que l'arbre et le boîtier de roulement sont correctement alignés pour éviter tout désalignement.
Assurez-vous que le roulement s'adapte bien sur un arbre de la bonne taille.
Des contrôles de maintenance doivent être effectués régulièrement pour détecter tout problème avant qu'il ne s'aggrave.
Plusieurs sons et signes peuvent vous aider à déterminer si un roulement à billes est cassé.
Le signe le plus courant est un bruit rugueux et grinçant provenant du roulement de roue qui change en fonction de la vitesse à laquelle la voiture roule.
D'autres sons comprennent des bourdonnements, des grondements ou des grognements qui deviennent plus forts lorsque le véhicule accélère ou tourne.
Un mauvais roulement de roue peut également faire des bruits comme des gazouillis, des grincements ou des grognements qui se succèdent.
Il existe d'autres signes d'un mauvais roulement à billes en plus de son son.
Certains d'entre eux sont trop de jeu lorsque le volant est secoué d'un côté à l'autre, la voiture étant trop lâche, le volant tirant et la voiture devenant trop chaude.
Lorsque le roulement est très usé et sur le point de tomber en panne, vous pouvez également remarquer que la voiture ne se comporte pas bien ou que les pneus s'usent à différents endroits.
Le coût de remplacement d'un roulement à billes dépend de la marque et du modèle de la voiture, de l'endroit où elle se trouve et des frais facturés par le mécanicien.
Le roulement lui-même coûte généralement entre 50 $ et 200 $, selon le type et la qualité (au moment de la rédaction).
Selon la difficulté du travail et le montant horaire facturé par le mécanicien, les coûts de main-d'œuvre peuvent ajouter 100 à 200 $ au coût total.
De plus, si le remplacement modifie la façon dont la voiture est alignée, il peut nécessiter un service d'alignement supplémentaire, qui peut coûter entre 60 $ et 100 $.
Si vous n'avez pas beaucoup d'expérience dans la réparation de voitures, vous ne devriez pas essayer de remplacer un roulement à billes par vous-même.
Avantages et applications des roulements à billes
Les roulements à billes sont beaucoup utilisés en ingénierie lorsqu'un mouvement fluide et précis est nécessaire.
Friction réduite et efficacité accrue
Le plus grand avantage des roulements à billes est qu'ils réduisent la friction et rendent les choses plus efficaces.
Les roulements à billes ont un coefficient de frottement inférieur à celui des roulements à billes, ce qui signifie qu'ils ont besoin de moins d'énergie pour fonctionner.
Cela les rend parfaits pour les utilisations à grande vitesse dans des industries telles que les machines, les voitures et les voyages dans l'espace.
Parce qu'il y a moins de frottement, il y a moins de chaleur provenant du contact entre les surfaces.
Cela signifie que les roulements s'usent moins et durent plus longtemps.
Performances et durabilité améliorées
Les roulements à billes peuvent améliorer le fonctionnement de l'équipement et durer plus longtemps lorsqu'ils y sont utilisés.
Ils empêchent l'usure de l'équipement en réduisant les frottements et les vibrations qui peuvent l'endommager avec le temps.
Parce que les roulements à billes réduisent l'usure, ils réduisent également le besoin d'entretien et de remplacement de l'équipement, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.
Les roulements à billes sont également moins susceptibles de se casser car leur conception répartit la charge uniformément sur les éléments roulants.
Applications des roulements à billes
Les roulements à billes sont utilisés dans un large éventail de tâches d'ingénierie, y compris, mais sans s'y limiter :
Les roulements à billes sont utilisés dans différentes parties des voitures, comme les moteurs, les transmissions et les roues.
Les roulements à billes sont utilisés dans les moteurs, les trains d'atterrissage et les systèmes de contrôle des avions de l'industrie aérospatiale.
Les roulements à billes sont utilisés dans les machines-outils, les pompes et les moteurs électriques de l'industrie mécanique.
Dans l'industrie robotique, les articulations et les actionneurs sont fabriqués avec des roulements à billes.
- Équipement médical : les roulements à billes sont utilisés dans divers équipements médicaux, tels que les fraises dentaires et les appareils d'IRM.
Charnières à roulement à billes
Les roulements à billes sont également utilisés dans la construction, notamment sous la forme de charnières à roulement à billes.
Les roulements cachés entre les articulations de ces charnières facilitent l'ouverture et la fermeture des portes avec moins de friction.
Ceci est particulièrement utile pour les portes plus lourdes, comme celles d'une entrée ou celles qui se ferment automatiquement.
Les charnières à roulement à billes sont des charnières robustes qui ont tendance à durer plus longtemps que les charnières ordinaires.
Cela en fait le meilleur choix pour les utilisations commerciales où la durabilité est importante.
Qu'est-ce que le roulement ? Types de roulements et comment fonctionnent-ils ?
Conseil : Activez le bouton de sous-titrage si vous en avez besoin. Choisissez "traduction automatique" dans le bouton des paramètres, si vous n'êtes pas familier avec la langue parlée. Vous devrez peut-être d'abord cliquer sur la langue de la vidéo avant que votre langue préférée ne soit disponible pour la traduction.
Conclusion
Alors que nous finissons d'apprendre sur les roulements à billes, il vaut la peine de prendre un moment pour réfléchir à quel point ces petites pièces ont changé le monde de l'ingénierie.
Ils peuvent ressembler à de petites pièces ordinaires, mais un grand nombre de machines et d'appareils que nous utilisons quotidiennement ne fonctionneraient pas sans eux.
Les roulements à billes sont les héros méconnus de l'ingénierie moderne.
Ils sont utilisés dans tout, du moteur de votre voiture aux mouvements d'un robot chirurgical.
Alors la prochaine fois que vous verrez un roulement à billes, arrêtez-vous un instant et réfléchissez à combien il a contribué à faire de notre monde une merveille technologique.
Et alors que vous continuez à repousser les limites de ce qui est possible dans votre propre travail d'ingénierie, laissez le simple roulement à billes vous rappeler à quel point même les plus petites et ce qui semble être les pièces les moins importantes peuvent être puissantes.
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