Une équipe de maintenance presse un roulement 6205 sur un arbre qui a été reconstruit par soudage et tournage manuel. Le roulement glisse avec deux légers coups, afin qu'ils signent le travail. Huit semaines plus tard, le siège de l'arbre porte des cicatrices de frottement brun rouille, la bague intérieure s'est glissée de quelques degrés autour de son siège et la graisse est pleine de fine poudre de fer. Rien dans leur tableau de tolérance d'ajustement à la presse des roulements n'était faux. Ils en ont lu la mauvaise ligne.
Un tableau de tolérance d’ajustement par pression fait exactement un travail. Il convertit une classe de tolérance d'arbre ou de logement en une plage d'interférences, généralement exprimée en microns, pour un alésage de roulement donné. Il ne vous dira pas si ce siège survit à une augmentation de température de 90 degrés, si l'anneau glisse sous une charge rotative ou quelle force la presse aura besoin. L'ordre de fonctionnement est simple : choisissez l'ajustement en fonction de la direction de la charge et de la rotation, recherchez l'interférence résultante, puis vérifiez la perte de jeu et la force de pression. Tout ce qui suit suit cet ordre.
Ce qu'un tableau de tolérance d'ajustement à la presse convertit
L'interférence est une durée, pas un pourcentage. Pour une bague intérieure de roulement sur un arbre, il s'agit du diamètre extérieur de l'arbre moins le diamètre de l'alésage du roulement, et un nombre positif signifie que la bague doit être étirée pour s'adapter. Les nombres négatifs décrivent le jeu, pas l'ajustement, et c'est d'eux que proviennent les anneaux rampants.
Presque tous les graphiques publiés sont basés sur les classes de tolérance ISO 286. Les arbres portent des lettres minuscules telles que j, js, k, m, n, p et r ; les boîtiers portent des lettres majuscules telles que H, J, K, M, N et P. Le chiffre après la lettre est la note, et la note 6 est le choix normal pour les sièges de roulement, car la note 7 double presque la bande sans apporter de réel avantage.
La complication que la plupart des tableaux cachent dans une note de bas de page est qu'un alésage de roulement n'est pas un trou nominal. Les roulements de classe normale sont fabriqués avec un alésage de taille nominale ou plus petit et jamais plus grand, de sorte que la bande d'écart s'étend de zéro jusqu'à une limite négative. Pour un alésage de 25 mm, cette bande est de 0 à moins 10 microns ; pour un alésage de 100 mm, elle est de 0 à moins 20 microns. La conséquence pratique est que l'interférence que vous obtenez réellement est plus grande que la déviation de l'arbre ne le suggère, et que l'écart entre l'assemblage le plus lâche et l'assemblage le plus serré est plus large que ce que la plupart des concepteurs pensent.
Les bandes d'alésage des roulements proviennent de la classe de tolérance normale et les chiffres d'interférence empilent la bande d'alésage négative complète par rapport à la déviation de l'arbre, de sorte que la colonne de droite décrit une plage du pire cas plutôt qu'une valeur fixe.
Alésage du roulement (mm)
Tolérance d'alésage (microns)
Ajustement de l'arbre
Interférence résultante (microns)
10 à 18
0 à moins 8
k6
1 à 20
18 à 30
0 à moins 10
k6
2 à 25
18 à 30
0 à moins 10
m6
8 au 31
30 à 50
0 à moins 12
m6
9 à 37
50 à 80
0 à moins 15
n6
20 à 54
80 à 120
0 à moins 20
n6
23 à 65 ans
Regardez la largeur de cette colonne de droite. Un siège de 30 à 50 mm sur un arbre M6 peut aboutir à 9 microns ou 37 microns, selon l'endroit où l'arbre et la bague atterrissent à l'intérieur de leurs propres bandes de tolérance. Si une conception ne fonctionne qu’à une extrémité de cette plage, le graphique n’a pas résolu le problème ; il l'a seulement déplacé vers l'atelier.
Les produits à anneaux fins souffrent le plus de cette propagation. Un roulement à billes à gorge profonde standard a une paroi de bague intérieure suffisamment fine pour que quelques microns supplémentaires d'interférence consomment un jeu interne mesurable, c'est pourquoi une ligne de graphique qui convient à un roulement à rouleaux à section lourde peut être trop agressive pour un petit roulement à billes du même alésage.
La rotation et la direction de la charge déterminent quel anneau est serré
Le tableau vous donne des chiffres, pas des décisions. La décision commence par une seule question : quel anneau tourne par rapport à la direction de la charge ? Quel que soit l'anneau qui supporte une charge en rotation par rapport au vecteur de charge, il doit s'agir d'un ajustement serré, car sinon l'anneau glisse autour de son siège par petits incréments, porte le siège et finit par détruire à la fois l'alésage et l'arbre.
Sur une entrée typique de moteur électrique ou de boîte de vitesses, la bague intérieure tourne avec l'arbre tandis que la direction de la charge reste à peu près fixe dans l'espace. Cette bague intérieure est bien ajustée, généralement k6 ou m6 sur l'arbre, et la bague extérieure fonctionne dans un boîtier H7 ou J7 qui permet un léger ajustement par poussée ou même un petit jeu. Inversez la disposition, comme c'est le cas avec un moyeu de roue ou une poulie folle où la charge tourne avec la bague extérieure, et la logique s'inverse : le boîtier devient le siège étanche et l'arbre devient le siège lâche.
Lorsque les deux anneaux voient une charge en rotation ou lorsque les charges de choc s'inversent, aucun des deux sièges ne peut être desserré. Les roulements à contact oblique à double rangée sont courants dans cette situation car ils supportent des charges radiales et axiales combinées dans les deux directions, et leurs deux rangées partagent la charge afin que la pression du siège reste modérée. Les concepteurs qui les spécifient maintiennent généralement l'arbre en m6 et le boîtier en N7 ou P7 plutôt que de desserrer un côté.
Un détail est facile à négliger. Un agencement fixe et flottant nécessite un roulement situé axialement et un autre qui peut coulisser, et le roulement flottant doit fonctionner sur un ajustement à jeu ou de transition afin que l'arbre puisse croître sans charger les éléments roulants. Le verrouillage des deux extrémités avec des ajustements serrés transforme la croissance thermique en un problème de précharge.
Lire les numéros d'interférence
Les interférences ne s'adaptent pas à la taille de l'alésage
Une hypothèse courante est que doubler l’alésage double l’interférence. Ce n’est pas le cas, du moins pas pour une classe de tolérance fixe. Les écarts d'arbre de grade 6 augmentent lentement avec le diamètre car ils sont construits à partir d'une unité de tolérance qui augmente avec la racine cubique du diamètre, tandis que la bande d'alésage du roulement augmente par étapes fixées par la norme. Le tableau ci-dessous montre ce que cela signifie dans la pratique.
Figure 1. Interférence moyenne produite par un ajustement d'arbre M6 sur cinq plages de tailles d'alésage.
Lisez les barres comme des moyennes plutôt que comme des objectifs. Passer d'un alésage de 10 à 18 mm à un alésage de 80 à 120 mm double à peu près l'interférence moyenne, d'environ 13 microns à environ 24 microns, tandis que le diamètre lui-même augmente d'un facteur de six ou plus. Cet écart existe parce que l'unité de tolérance derrière un arbre de grade 6 croît beaucoup plus lentement que le diamètre nominal. L'effet pratique est que les petits roulements finissent par être proportionnellement plus serrés, en termes de contrainte annulaire, que les grands roulements de la même classe d'ajustement. Cela explique pourquoi un siège K6 qui est doux au toucher derrière un roulement de 100 mm peut se sentir nettement ferme derrière un roulement de 15 mm, et c'est aussi pourquoi les petites broches à grande vitesse se déplacent souvent d'une nuance de moins. Utilisez les hauteurs des barres pour juger de la direction et de l'ampleur du changement, puis confirmez les écarts limites réels dans l'édition actuelle de la norme avant de couper le métal.
La croissance thermique peut effacer l’ajustement
L’interférence n’est pas permanente. Lorsque la bague extérieure chauffe plus que le boîtier, ou lorsque le boîtier se dilate plus rapidement que l'acier du roulement, l'ajustement se desserre. Le graphique suivant montre la part des interférences du froid qui survit à mesure que la température augmente, pour trois matériaux de boîtier courants.
Figure 2. Pourcentage d'interférence d'origine conservé lorsque la température de fonctionnement augmente, selon le matériau du boîtier.
Les boîtiers en aluminium constituent le cas extrême de cette comparaison. Leur dilatation thermique est environ deux fois supérieure à celle de l'acier à roulements, de sorte qu'un boîtier qui retient 20 microns d'interférences à 20 degrés peut perdre la majeure partie de cette tenue au moment où il atteint 80 degrés d'augmentation de température. Un boîtier en acier associé à un roulement en acier est beaucoup plus stable, car les deux pièces grandissent à peu près au même rythme et l'ajustement bouge à peine. La fonte se situe entre les deux, ce qui explique en partie pourquoi elle reste populaire pour les boîtiers de boîtes de vitesses et de pompes. La leçon est que l'ajustement doit être jugé à la température de fonctionnement, pas au banc d'assemblage, et que tout boîtier en aluminium supportant une charge rotative a besoin d'une classe plus lourde telle que m6 ou n6 simplement pour garder le contact lorsqu'il est chaud. Lorsqu'un boîtier chauffe et ne peut pas recevoir une classe plus lourde, un épaulement de positionnement axial ou une pince d'extrémité est une réponse plus fiable que l'ajout d'interférences supplémentaires. La température explique également pourquoi un roulement qui était correct sur le banc d'essai peut encore fluctuer en service après une augmentation de la puissance du moteur.
Force d'assemblage, perte de jeu et sélection d'ajustement
La force de presse suit les interférences de manière linéaire
La force de presse décide si le travail est effectué avec une presse à arbre, une presse hydraulique ou un marteau que personne ne devrait utiliser. Il s'élève en ligne droite avec des interférences, ce qui permet de l'estimer facilement à partir du graphique avant de commander une seule pièce. Les valeurs ci-dessous supposent un roulement à alésage de 40 mm avec une bague intérieure de 15 mm de large pressée sur un arbre en acier massif.
Figure 3. Force d'assemblage estimée pour un roulement à alésage de 40 mm avec une bague intérieure de 15 mm de large sur un arbre en acier massif.
Chaque 5 microns d'interférence supplémentaire ajoute environ 3,6 kN de force d'assemblage, ce qui correspond au type de relation en ligne droite que vous pouvez maintenir dans votre tête au banc. La linéarité est utile car elle vous permet de dimensionner une presse à partir du tableau sans effectuer un calcul complet de contrainte de contact, et elle explique également pourquoi les empilements de tolérances mordent le plus fort lors de l'assemblage. Un siège conçu autour de 15 microns peut exiger deux fois la force attendue si l'arbre et l'anneau atterrissent tous deux à l'extrémité serrée de leurs bandes. La force est également un signal de qualité qui mérite d'être enregistré : si un roulement qui devrait nécessiter 12 kN glisse à la main, le siège est sous-dimensionné, et s'il nécessite bien plus que l'estimation, le siège est surdimensionné, conique ou endommagé. Le plein séquence d'installation pour roulements à contact oblique à deux rangées Cela vaut la peine d'être lu avant d'appliquer l'un de ces nombres, car la force doit toujours passer par l'anneau qui est installé, jamais par les billes.
L’interférence à elle seule ne constitue pas une solution. Une classe qui semble serrée en microns peut néanmoins être facile à assembler si le siège est court et l'anneau est petit, et une classe qui semble modérée peut être délicate si le boîtier est à paroi mince. Le graphique radar ci-dessous évalue trois classes d'arbres courantes en fonction de cinq critères pratiques.
Figure 4. Notation relative de trois classes d'ajustement d'arbre par rapport à cinq critères de sélection pratiques.
js6 est facile à assembler et à retirer, mais il offre le moins de résistance au fluage, il appartient donc aux charges légères, stables et essentiellement non rotatives où un épaulement de positionnement empêche déjà le mouvement axial. k6 est la réponse polyvalente aux charges radiales normales sur une bague intérieure en rotation, et permet toujours le démontage avec un extracteur standard. Le m6 troque la commodité de l'assemblage contre une prise plus ferme, ce dont une charge lourde ou de choc, un boîtier à paroi mince ou un siège en aluminium ont réellement besoin. Aucun des trois ne gagne sur tous les axes, et c’est là l’intérêt de les comparer de cette façon au lieu de lire un seul chiffre d’interférence. Si les vibrations et le fluage dominent l'historique de défaillance de votre machine, acceptez l'assemblage plus serré et prévoyez une presse appropriée avec un dynamomètre contrôlé. Si l'accès au service est la véritable contrainte, acceptez la classe la plus lâche et ajoutez une fonction de localisation axiale afin que l'anneau ne puisse pas marcher.
Une liste de contrôle pratique avant de commettre un ajustement
Décidez quel anneau tourne par rapport à la direction de la charge. Cet anneau obtient l'ajustement serré et l'autre obtient un ajustement de transition ou de dégagement.
Convertissez la classe d'alésage du roulement en bande de déviation. Les alésages de classe normale ne sont jamais surdimensionnés, de sorte que la bande va toujours de zéro vers le bas.
Vérifiez les interférences à température de fonctionnement et non à température ambiante, notamment avec des boîtiers en aluminium ou en magnésium.
Estimez la force de presse à partir du tableau et comparez-la avec la capacité de la presse et la force de montage que l'anneau peut supporter en toute sécurité.
Confirmez que le jeu consommé par l'interférence ne consomme pas plus de la moitié environ du jeu interne du roulement.
Vérifiez que votre processus d'usinage peut réellement respecter la tolérance que vous avez spécifiée. Aucune carte ne survit à un tour qui ne peut pas contenir 10 microns.
Rien de tout cela ne remplace la norme. Un graphique est un raccourci vers les tableaux ISO, et ces tableaux changent entre les éditions. Ce que le tableau vous donne est un moyen rapide de vérifier l'intégrité d'une conception avant qu'elle n'atteigne l'atelier : la plage d'interférence en premier, la perte thermique en second, la force de pression en troisième, et la résistance au fluage en dernier. À Roulement Ningbo Wanshun , nous fabriquons des roulements à gorge profonde et à double rangée à contact oblique dans la plage d'alésage de 10 à 120 mm, et nous préférons de loin répondre à une question d'ajustement avant la mise sous tension de la presse plutôt qu'après la mise au rebut d'un siège d'arbre.
