Joints sans contact pour roulements : types, limites de vitesse et guide de sélection

Un moteur de 15 kW fonctionnant à 6 000 tr/min ne devrait pas détruire les joints à lèvres tous les huit mois. Lorsque c’est le cas, le joint fait exactement ce pour quoi il a été conçu, pressant une lèvre en caoutchouc contre une surface en rotation, et la chaleur de cette friction est ce qui l’achève. Remplacer ce joint à lèvres par un joint sans contact résout souvent le problème en une seule étape, car le joint ne touche plus rien. Les joints sans contact abandonnent un peu de protection contre la contamination en échange d'un frottement plus faible, d'une température de fonctionnement plus basse, d'un plafond de vitesse plus élevé et d'une durée de vie de la graisse plus longue. Pour du matériel propre, rapide ou chaud, cet échange est généralement le bon.

Ce qui compte comme un joint sans contact

Un joint sans contact maintient le lubrifiant à l'intérieur et la contamination sans aucun frottement entre les pièces rotatives et fixes pendant le fonctionnement normal. Dans le travail sur les roulements, vous rencontrerez quatre versions courantes :

• Bouclier en acier embouti, représenté par le suffixe ZZ sur un numéro de pièce de roulement
• Joint labyrinthe, usiné comme un chemin de spires dans un anneau ou un boîtier
• Joint en V ou joint d'étanchéité, posé près d'un épaulement sans appuyer dessus
• Conceptions hybrides combinant un parcours labyrinthe avec un déflecteur de lumière ou un élément en feutre

Le bouclier en acier embouti est le plus simple et le moins cher du groupe, et il gère bien les poussières grossières, la rétention de graisse et la vitesse élevée. Un labyrinthe est l'option la plus solide du groupe lorsqu'il comporte suffisamment de spires internes et un chemin de drainage, mais il nécessite également le travail de conception le plus minutieux et l'usinage le plus précis.

Ce que vous gagnez est mesurable. Le couple de friction reste faible et stable pendant toute la durée de vie du roulement, la génération de chaleur diminue, la vitesse limite augmente et la durée de vie de la graisse s'améliore car l'huile de base n'est pas cuite par la friction du joint. Il n'y a pas non plus de rainure d'usure découpée dans l'arbre ou le manchon, ce qui est important lorsque l'arbre est coûteux ou difficile à remplacer.

Ce à quoi vous renoncez est tout aussi clair. L'espace qui élimine les frictions est aussi un chemin. Les poussières fines, les brouillards de liquide de refroidissement, l'eau de lavage et l'immersion trouveront leur chemin à travers un joint simple sans contact. Par conséquent, les fortes contaminations, les cycles de nettoyage des usines alimentaires et les travaux immergés nécessitent normalement un joint de contact, une barrière secondaire ou une purge.

Comparaison des types de joints sur le même roulement

Le tableau ci-dessous place les options communes sur les mêmes critères, de sorte que l’échange entre friction et protection est visible plutôt que supposé.

Comment un joint sans contact empêche réellement la saleté d'entrer

La protection dans un joint sans contact vient du chemin plutôt que d'une barrière. Comprendre trois facteurs explique la plupart des résultats du monde réel.

Géométrie du labyrinthe et impulsion des particules

Un labyrinthe force l’air et les particules à changer plusieurs fois de direction. Chaque tour fait chuter la pression et emprisonne les particules dans une rainure, de sorte que la contamination doit voyager plus loin et avec moins d'énergie pour atteindre le roulement. Sur un anneau rotatif, la force centrifuge projette les particules vers l’extérieur avant qu’elles n’atteignent l’espace le plus interne. Un seul espace droit est bien moins performant qu'un chemin comportant trois ou quatre changements de direction, c'est pourquoi deux joints de même taille nominale peuvent se comporter complètement différemment en service.

Dégagement et croissance thermique

Le dégagement décide si un joint sans contact fonctionne ou échoue. Des jeux radiaux de l'ordre de 0,1 à 0,3 mm par côté sont typiques sur les roulements de petite et moyenne taille, et ils doivent être recalculés lorsque le boîtier est en aluminium et l'arbre est en acier, lorsque la température de fonctionnement diffère de la température d'assemblage de plus de 60 degrés Celsius environ, ou lorsque l'arbre présente un faux-rond notable. Un espace qui se ferme à la température de fonctionnement devient un joint frottant sans aucun des avantages et avec toute l'usure.

Orientation, vidanges et purge de graisse

La plupart des conceptions sans contact sont directionnelles. Le déflecteur rotatif doit faire face à la source de contamination afin que les particules soient rejetées du roulement, et la rainure stationnaire doit se trouver du côté propre. Un trou de drainage au point le plus bas du boîtier permet à l'eau et au condensat de s'échapper au lieu de s'accumuler contre l'espace. Une légère purge de graisse est également utile, car une petite quantité de graisse s'échappant à travers l'espace entraîne des particules avec elle et scelle le chemin de l'intérieur.

Où les joints sans contact conviennent le mieux

Ces applications déçoivent rarement :

• Moteurs et ventilateurs électriques, où la vitesse est constante et l'environnement est propre ou légèrement poussiéreux
• Broches à grande vitesse et entraînements de machines-outils, où la chaleur de friction limite la précision
• Boîtes de vitesses et corps de pompe avec projection d'huile, où un chemin de vidange peut être usiné
• Articulations de robots et systèmes de guidage linéaire, pour lesquels une longue durée de vie de la graisse compte plus qu'une barrière étanche
• Automatisation industrielle fonctionnant à l'air filtré dans un atelier contrôlé

Ces applications nécessitent généralement quelque chose de plus :

• Fonderie, exploitation minière et manutention de granulats, où la poussière abrasive est présente en grande quantité
• Lignes alimentaires avec lavage quotidien et produits de nettoyage caustiques
• Pompes immergées et machines continuellement mouillées
• Poussière conductrice très fine, telle que du graphite ou de la poudre métallique, qui peut combler un espace étroit

Les roulements à billes à gorge profonde de petite et moyenne taille sont la bête de somme dans la plupart des applications propres ci-dessus, des moteurs de ventilateur aux entraînements de pompes, et le suffixe d'étanchéité est ce qui décide de leur comportement dans chacune d'entre elles.

Roulements à billes à gorges profondes, petites et moyennes Passez en revue les roulements à billes à gorge profonde pour les moteurs de ventilateur, les entraînements de pompes et les équipements similaires destinés à un usage propre, où le suffixe d'étanchéité façonne les performances. Voir le produit →

Critères de sélection qui décident du résultat

Parcourez ces points dans l’ordre, car chacun restreint les options pour le suivant :

• Vitesse. Comparez la vitesse requise avec la vitesse limite pour la méthode d'étanchéité choisie, et pas seulement pour le roulement.
• Plage de température et différentiel de température, y compris la différence entre les conditions d'assemblage et de fonctionnement
• Type de contaminant et taille des particules, car la poudre fine se comporte très différemment des gros grains ou des éclaboussures de liquide
• Méthode de lubrification, car le comportement de purge de la graisse dépend de la quantité de remplissage et de la viscosité de l'huile de base
• Espace axial et radial disponible pour un labyrinthe avec suffisamment de tours
• Accès pour la maintenance, car un joint qui ne peut pas être inspecté sera remplacé dans son ensemble

Lorsque la vitesse et les charges radiales et axiales combinées apparaissent ensemble, les roulements à billes à contact oblique à double rangée des séries 52 et 53 sont fréquemment spécifiés avec des boucliers sans contact, car la chaleur de friction à la vitesse coûte plus cher que l'étanchéité supplémentaire qu'achète l'étanchéité.

Roulements à contact oblique à double rangée séries 52 et 53 Envisagez les roulements à contact oblique à double rangée des séries 52 et 53 pour les charges radiales et axiales combinées à grande vitesse, où les boucliers sans contact réduisent la chaleur de friction. Voir le produit →

Installation et manipulation qui protègent l’écart

L'écart est petit de par sa conception, donc le soin apporté à l'assemblage est plus important qu'avec un joint à lèvre :

1. Mesurez l'écart réel après l'assemblage, pas seulement sur le dessin, et vérifiez-le à nouveau sur une unité chaude après le premier essai.
2. Gardez la rainure du joint exempte d'excès de graisse avant de fermer le boîtier, car un chemin bloqué se transforme en frottement
3. Appuyer sur l'anneau à monter et jamais à travers le bouclier ou l'anneau labyrinthe.
4. Vérifiez la concentricité et le faux-rond de l'arbre, car un espace inégal autour de la circonférence se fermera d'abord d'un côté.
5. Confirmer l'orientation du drain et du déflecteur avant que le boîtier ne soit boulonné.
6. Inspectez les marques de frottement après les premières heures de fonctionnement, alors que la correction est encore bon marché

Modes de défaillance et ce qu'ils vous disent

La plupart des problèmes de joints sans contact apparaissent de plusieurs manières reconnaissables.

Adaptation d'un joint à la série de roulements

Le suffixe sur un numéro de pièce est un guide rapide du principe d'étanchéité. ZZ signifie un bouclier en acier embouti sans contact, et 2RS signifie un joint à lèvre en caoutchouc avec contact. Les roulements à billes à contact oblique à double rangée des séries 30 et 38 sont fournis sous les deux formes, de sorte que le même roulement peut servir d'unité à haute vitesse propre ou d'unité à basse vitesse plus sale en fonction du suffixe choisi lors de la saisie de la commande. Les roulements à billes à gorge profonde suivent la même logique, avec des boucliers pour les moteurs et les ventilateurs et des joints à lèvres pour un usage humide ou poussiéreux.

Roulements à contact oblique à double rangée séries 30 et 38 Comparez les boucliers sans contact ZZ et les joints de contact 2RS pour équilibrer les limites de vitesse avec la protection contre la poussière et l'humidité dans ces roulements des séries 30 et 38. Voir le produit →

Lorsque le choix entre une limitation de vitesse plus élevée et une étanchéité plus stricte n'est toujours pas clair, cette note sur sélection du type de joint et de la vitesse pour les roulements 3802 parcourt la même décision avec un exemple concret.

Une courte liste de contrôle avant de spécifier

1. Confirmez le contaminant et décidez si un écart est acceptable
2. Calculer le jeu à température de fonctionnement, pas à température ambiante
3. Vérifiez la vitesse limite pour la méthode de scellage que vous comptez utiliser
4. Concevoir dès le départ l'orientation du drain et du déflecteur dans le boîtier
5. Planifiez un chemin de purge de graisse et un intervalle de relubrification réaliste
6. Inspectez la première unité après un court trajet et enregistrez l'écart mesuré

Les joints sans contact ne constituent pas une solution universelle, mais ils constituent la meilleure solution bien plus souvent qu’ils ne sont utilisés. Obtenez le bon dégagement, gardez le chemin propre et orientez le déflecteur vers la saleté, et une conception blindée ou en labyrinthe durera plus longtemps que plusieurs jeux de joints de contact dans la même position. Si vous travaillez sur un boîtier ou un cas de charge spécifique, vous pouvez consulter la gamme complète à partir d'un fabricant de roulements à Cixi, Ningbo qui construit des versions scellées et blindées de la même série.