Que sont les roulements à billes à contact oblique à deux rangées ?

Roulements à billes à contact oblique à deux rangées sont une conception de roulement qui combine deux rangées de billes à contact oblique dans une seule bague intérieure et extérieure, disposées dos à dos de manière à pouvoir supporter simultanément des charges radiales, des charges axiales dans les deux sens et des charges de moment. L'angle de contact de chaque rangée est défini de telle sorte que les lignes de charge des côtés opposés du roulement convergent sur l'axe du roulement, créant ainsi une unité autonome qui résiste aux forces d'inclinaison sans nécessiter un deuxième roulement monté séparément pour gérer la direction axiale opposée. En termes de principe structurel, un roulement à billes à contact oblique à double rangée est essentiellement équivalent à une paire dos à dos (DB) de deux roulements à billes à contact oblique à une rangée intégrés dans une unité plus étroite et plus compacte partageant une bague intérieure et extérieure commune (source : NSK Global Technical Library ; NTN Bearing Catalog 2203E). L'angle de contact standard pour les roulements à double rangée des séries 5200 et 5300 est 25 degrés , tandis que Schaeffler et certaines autres familles de conception utilisent un angle de contact de 30 degrés, ce qui augmente la capacité de charge axiale par rapport à la capacité radiale (source : NSK ; Schaeffler TPI 213). La géométrie compacte signifie qu'une unité à double rangée occupe sensiblement moins d'espace axial que deux roulements à contact oblique à une rangée montés séparément avec le même alésage et le même diamètre extérieur, ce qui en fait la solution privilégiée partout où une contrainte axiale bidirectionnelle est nécessaire dans une enveloppe d'installation étroite. Roulements à billes à contact oblique à double rangée Les séries 30 et 38 couvrent une gamme de tailles d'alésage et d'options d'étanchéité qui conviennent exactement à ce type d'application de charge compacte et multidirectionnelle.

Comment l'angle de contact définit le comportement du roulement

L'angle de contact est le paramètre géométrique le plus important qui distingue un roulement à billes à contact oblique d'un roulement à billes à gorge profonde, et il détermine directement le rapport entre la capacité de charge axiale et radiale que le roulement peut fournir.

La signification géométrique de l’angle de contact

Dans tout roulement à éléments roulants, les billes transfèrent la charge entre le chemin de roulement de la bague intérieure et le chemin de roulement de la bague extérieure via des points de contact. Dans un roulement à gorge profonde, ces points de contact se situent sur une ligne perpendiculaire à l'axe de l'arbre, ce qui signifie que le roulement est bien adapté aux charges radiales mais ne peut supporter des charges axiales qu'accessoirement. Dans un roulement à contact oblique, les chemins de roulement sont décalés de sorte que la ligne reliant les deux points de contact forme un angle avec le plan radial. Cet angle est l'angle de contact, noté alpha. Lorsqu'une charge purement axiale est appliquée à un roulement à contact oblique, elle est transmise via cette ligne de contact inclinée, qui décompose la force en une composante radiale et une composante axiale dans la géométrie du roulement. Plus l'angle de contact est élevé, plus la proportion de charge axiale appliquée qui est supportée efficacement est grande et plus le rapport de charge axiale/radiale que le roulement peut supporter avant que la contrainte de contact ne devienne critique est élevé (source : NTN Bearing Catalog 2203E ; brkbearings.com).

Valeurs d'angle de contact dans les conceptions à double rangée

Les roulements à billes à contact oblique à une rangée sont disponibles dans quatre configurations d'angle de contact standard : 15 degrés, 25 degrés, 30 degrés et 40 degrés. La variante à 15 degrés donne la priorité au fonctionnement à grande vitesse et à une faible rigidité axiale ; la variante à 40 degrés donne la priorité à la capacité de charge axiale maximale au prix d'une vitesse nominale réduite et d'une génération de chaleur plus élevée. Les roulements à billes à contact oblique à double rangée de la série standard 5000 (séries 5200, 5300) sont fabriqués avec un Angle de contact de 25 degrés par rangée, disposés dos à dos de sorte que chaque rangée supporte une charge axiale dans une direction. Les variantes haute capacité, y compris la famille de conception Schaeffler, utilisent un Angle de contact de 30 degrés qui fournit une fraction de charge axiale plus élevée mais produit une réduction correspondante de la limite de vitesse pour un fonctionnement continu (source : NSK Global ; Schaeffler TPI 213).

Capacité de charge de moment

Une capacité d'une importance cruciale permise par la disposition à double rangée est la résistance aux charges de moment, également appelées moments de basculement. Une charge de moment agit pour faire tourner l'arbre par rapport au boîtier autour d'un axe perpendiculaire à l'axe central de l'arbre. Un roulement à contact oblique à une rangée, ou un roulement à gorge profonde, ne peut pas résister de manière fiable à ce type de charge car la zone de contact d'un côté serait surchargée tandis que le côté opposé perdrait le contact. La disposition dos à dos d'un roulement à double rangée crée une large portée efficace entre les deux lignes de charge, même dans la largeur du roulement unique, ce qui fournit un bras de moment mécanique qui résiste aux forces de basculement. C'est pourquoi les roulements à billes à contact oblique à double rangée sont spécifiés pour les applications dans lesquelles la flexion de l'arbre, les charges radiales ou les forces gyroscopiques génèrent des charges de moment sur la position du roulement (source : NTN Bearing Catalog 2203E).

Structure interne et matériaux des composants

Comprendre la construction interne d'un roulement à billes à contact oblique à deux rangées explique pourquoi les choix spécifiques de conception et de matériaux affectent les performances d'une manière qui ne ressort pas toujours d'une seule charge nominale du catalogue.

Anneaux et chemins de roulement

Les bagues intérieure et extérieure des roulements à billes à contact oblique à double rangée standard sont fabriquées à partir d'acier à roulements au chrome à haute teneur en carbone, le plus souvent 52100 ou des qualités standard nationales équivalentes, qui est trempé à cœur jusqu'à une dureté de surface généralement comprise entre 58 et 65 HRC. Les chemins de roulement sont rectifiés selon des tolérances strictes sur le diamètre, la rondeur et la rugosité de la surface, car la qualité de la surface au niveau de la zone de contact détermine directement la répartition des contraintes sous charge et le niveau de bruit et de vibration en fonctionnement. La géométrie de l'épaulement de chaque anneau est conçue pour générer le décalage entre les deux rangées de chemins de roulement qui produit l'angle de contact prévu, et cette hauteur d'épaulement définit également la charge axiale maximale que les anneaux peuvent supporter avant que la contrainte de contact ne migre vers l'épaulement de l'anneau plutôt que de rester sur le chemin de roulement.

Éléments roulants

Les billes des deux rangées sont généralement fabriquées à partir du même acier à roulement 52100 que les bagues, ou à partir d'une céramique telle que le nitrure de silicium (Si3N4) dans les applications à grande vitesse ou critiques contre la corrosion. Le diamètre des billes et le nombre de billes par rangée sont sélectionnés lors du processus de conception afin d'optimiser la charge dynamique, la charge statique et la capacité de vitesse du roulement pour la série d'applications prévue. Au sein d'une série donnée, un diamètre de bille plus grand augmente la charge nominale mais réduit la vitesse maximale autorisée car la force centrifuge sur chaque bille évolue avec la masse de la bille et le carré de la vitesse. Les billes de qualité précision ont une variation de diamètre inférieure à 0,00025 mm entre les billes de la même rangée, car même de petites différences de diamètre entraînent une répartition inégale de la charge qui réduit la charge nominale effective en dessous de la figure du catalogue.

Options de cages

La cage sépare les billes et maintient un espacement circonférentiel constant afin que la charge soit répartie uniformément autour du périmètre du roulement. Les roulements à billes à contact oblique à deux rangées sont disponibles avec deux types de cage principaux (source : NSK Global ; NTN) :

• Cage en acier embouti, qui est l'option standard pour la plupart des applications à moyenne et haute vitesse et est estampée à partir de tôle d'acier à faible teneur en carbone avec des poches formées pour guider les billes ; les cages en acier embouti sont adaptées à la plupart des applications lubrifiées à l'huile et à la graisse dans la plage de vitesse standard du roulement
• Cage en polyamide ou en nylon, qui offre une masse et un bruit moindres à des vitesses élevées, de meilleures performances dans les roulements étanches lubrifiés à la graisse où la traînée visqueuse de la graisse est une source de chaleur, et un risque réduit de maculage lors d'une perte momentanée de lubrification à grande vitesse.

Options d'étanchéité et de blindage

Les roulements à billes à contact oblique ouverts à double rangée nécessitent une lubrification externe via un réapprovisionnement périodique en graisse ou un système d'huile sous pression. Des variantes scellées et blindées sont disponibles et sont de plus en plus spécifiées pour les applications où l'accès pour la maintenance est limité ou où la pénétration de contamination est un problème (source : NTN Bearing Catalog 2203E ; NSK). Les désignations de suffixes les plus couramment utilisées sont :

La convention de dénomination des séries 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ et 38-ZZ utilisée dans le Roulements à billes à contact oblique à double rangée La gamme de produits code directement à la fois le numéro de série et le type d'étanchéité dans la désignation du roulement, ce qui permet d'identifier facilement quelle variante est appropriée pour une application donnée à partir du seul numéro de pièce.

Capacités de charge et spécifications de performances

Les performances de tout roulement à éléments roulants sont caractérisées principalement par trois valeurs nominales : la charge dynamique de base, la charge statique de base et la vitesse limite. Ces chiffres sont déterminés par la géométrie interne du roulement et doivent être interprétés correctement par rapport au cycle de charge et à la vitesse réels de l'application avant de pouvoir prédire une durée de vie fiable.

Charge dynamique de base

La charge dynamique de base (C) est définie comme la charge radiale constante sous laquelle un groupe de roulements identiques atteindra une durée de vie nominale d'un million de tours avec une fiabilité de 90 %, selon la méthode de calcul définie dans la norme ISO 281. Pour un roulement à billes à contact oblique à deux rangées, la charge dynamique est supérieure à celle d'un roulement à une rangée avec le même alésage car deux rangées de billes partagent la charge appliquée, répartissant la contrainte de contact hertzien sur un plus grand nombre de points de contact. À titre de référence pratique, le roulement de la série 5200 avec un alésage de 10 mm (numéro de roulement 5200) supporte une charge dynamique de 7 150 N , tandis que la série 5203 avec un alésage de 17 mm supporte environ 12 700 N, et la série 5204 avec un alésage de 20 mm supporte environ 15 900 N (source : catalogue de roulements à billes à contact oblique à double rangée de type scellé et blindé NSK, document e1249b).

Charge statique de base

La charge statique de base (C0) définit la charge sous laquelle la contrainte de contact maximale entre une bille et le chemin de roulement atteint environ 4 000 MPa, niveau auquel la déformation plastique locale du chemin de roulement commence à produire une empreinte permanente qui augmente les vibrations et le bruit lors du fonctionnement ultérieur. En utilisant les mêmes données de référence NSK, la série 5200 (alésage 10 mm) a une charge statique de 3 900 N, tandis que la série 5203 (alésage 17 mm) a 8 300 N et la 5204 (alésage 20 mm) a 10 700 N (source : catalogue NSK e1249b). Les applications impliquant des charges de choc, de lourdes charges statiques lors de l'assemblage ou des moments de charge importants soutenus à faible vitesse doivent être évaluées par rapport à la valeur statique plutôt qu'à la valeur dynamique.

Calcul de charge dynamique équivalente

Lorsqu'un roulement subit une charge radiale et axiale combinée plutôt qu'une charge purement radiale, une charge dynamique équivalente P doit être calculée avant d'appliquer l'équation de durée de vie ISO 281. Pour les roulements à billes à contact oblique à deux rangées, la formule standard est P = XFr YFa, où Fr est la force radiale, Fa est la force axiale et X et Y sont des facteurs de charge qui dépendent du rapport entre la force axiale et radiale par rapport à une valeur seuil e. Pour la série à double rangée scellée et blindée, les valeurs typiques lorsque Fa/Fr est inférieur ou égal à e sont X = 1, Y = 0,92, et lorsque Fa/Fr dépasse e, X = 0,67 et Y = 1,41, avec e environ 0,68 (source : catalogue NSK e1249b). Ces valeurs varient en fonction de l'angle de contact et des séries de roulements, et les concepteurs doivent toujours utiliser les valeurs de la fiche technique spécifique du fabricant pour la série de roulements utilisée.

Capacité de vitesse

La limite de vitesse d'un roulement à billes à contact oblique à double rangée est définie par la chaleur générée au niveau des contacts roulants et à l'interface cage-billes, et est classiquement exprimée comme une limite de vitesse de graisse ou une limite de vitesse d'huile, la limite d'huile étant généralement 20 à 30 pour cent supérieure à la limite de graisse. Les variantes scellées et blindées ont une limite de vitesse inférieure à celle des roulements ouverts équivalents, car le frottement des lèvres du joint ou la proximité du bouclier ajoutent de la chaleur que la graisse fixe doit dissiper sans refroidissement externe. La norme DIN 628-3, qui régit les principales dimensions des roulements à billes à contact oblique à deux rangées, établit des limites dimensionnelles qui garantissent l'interchangeabilité entre les fabricants de roulements au sein d'une même série (source : Schaeffler TPI 213).

Système de désignation et identification de la série

La lecture correcte de la désignation d'un roulement à billes à contact oblique à double rangée permet à un ingénieur ou à un spécialiste des achats de confirmer le diamètre d'alésage, la série (et donc le diamètre extérieur et la largeur) et la configuration d'étanchéité à partir du numéro de pièce sans avoir besoin de consulter un tableau dimensionnel complet.

Les références des séries 30 et 38 dans la désignation du produit font référence à la classification des séries de diamètres extérieurs des roulements. Les roulements à billes à contact oblique à double rangée des séries 30 et 38 indiquent une enveloppe dimensionnelle spécifique, et les variantes des suffixes 2RS et ZZ qui les accompagnent identifient directement si des joints de contact ou des boucliers en acier sont utilisés, permettant de spécifier la variante correcte pour un service scellé lubrifié à la graisse ou un service blindé respectivement.

Comparaison avec d'autres types de roulements

La sélection d'un roulement à billes à contact oblique à double rangée pour une application nécessite de comprendre en quoi il diffère des autres types de roulements qui pourraient potentiellement être envisagés pour la même position.

vs roulement à billes à contact oblique à une rangée

Un roulement à billes à contact oblique à une rangée ne peut supporter une charge axiale que dans une seule direction, car la géométrie décalée du chemin de roulement crée une ligne de contact qui converge sur l'axe d'un seul côté. Pour supporter des charges axiales bidirectionnelles avec des roulements à une rangée, deux roulements doivent être montés en opposition, soit dos à dos (DB), face à face (DF) ou en tandem (DT pour augmentation de charge axiale dans la même direction). Un roulement à double rangée atteint la même contrainte axiale bidirectionnelle dans une unité unique et plus étroite avec une bague intérieure et une bague extérieure, ce qui simplifie la conception du boîtier et réduit l'espace axial requis. Le compromis est que l'unité à double rangée a un angle de contact fixe et une disposition dos à dos qui ne peut pas être modifiée, tandis qu'une disposition par paire à une seule rangée permet à l'ingénieur de sélectionner un montage face à face si la géométrie de l'application nécessite des caractéristiques de bras de moment différentes (source : NSK Global ; NTN Bearing Catalog 2203E).

vs roulement à billes à gorge profonde

Un roulement à billes à gorge profonde possède une rainure de chemin de roulement symétrique sur les deux bagues qui lui permet de supporter des charges axiales modérées dans les deux sens, mais la ligne de charge reste essentiellement radiale à de faibles charges axiales et le roulement n'a pas d'angle de contact défini. Pour des charges combinées faibles à modérées à grande vitesse, un roulement à gorge profonde est souvent plus économique et atteint des vitesses nominales plus élevées qu'un roulement à contact oblique de même taille. Cependant, les roulements à gorge profonde ne peuvent pas fournir le positionnement axial rigide d'un arbre qu'offre un roulement à contact oblique, et ils ne conviennent pas aux applications où des charges de moment doivent être résistantes ou où une rigidité axiale précise fait partie de la conception du système (source : brkbearings.com).

vs roulement à rouleaux coniques

Un roulement à rouleaux coniques supporte des charges radiales et axiales plus élevées qu'un roulement à billes à contact oblique de même taille d'alésage, car le contact linéaire entre les rouleaux et les chemins de roulement répartit la charge sur une plus grande surface, réduisant ainsi la contrainte de contact maximale. Cependant, les roulements à rouleaux coniques nécessitent un réglage précis de la précharge axiale lors de l'assemblage, génèrent plus de chaleur à des vitesses élevées en raison du frottement de glissement de l'extrémité du rouleau et de la bride et ont une limite de vitesse inférieure à celle des roulements à billes à contact oblique. Pour les applications à vitesse moyenne où des charges combinées modérées et une géométrie compacte sont les principales exigences, les roulements à billes à contact oblique à double rangée sont généralement préférés aux roulements à rouleaux coniques.

Tableau de comparaison

Applications typiques et cas d'utilisation de l'industrie

Les roulements à billes à contact oblique à double rangée se trouvent dans des applications qui partagent une exigence commune : une contrainte axiale bidirectionnelle dans un espace compact avec une vitesse modérée à élevée, où des charges de moment ou des charges combinées rendent un roulement rigide insuffisant.

Moteurs électriques et ventilateurs

Les moteurs électriques utilisent fréquemment des roulements à billes à contact oblique à double rangée en position d'extrémité d'entraînement où les forces axiales provenant de la tension de la courroie, de la poussée des engrenages hélicoïdaux ou du chargement des pales du ventilateur créent une charge axiale bidirectionnelle en fonction du sens marche-arrêt. La conception compacte à unité unique simplifie la construction du boîtier du moteur par rapport à un agencement à deux roulements, et l'angle de contact de 25 degrés des séries standard 5200 et 5300 offre la combinaison d'une rigidité axiale raisonnable et d'une vitesse de rotation adaptée à la plupart des applications de moteurs à induction. NSK répertorie les pompes, les moteurs électriques et les soufflantes comme les principales applications typiques de ce type de roulement (source : NSK Global Technical Library).

Pompes et compresseurs

Les pompes centrifuges génèrent des forces de poussée axiales qui inversent la direction en fonction des changements de débit et de pression différentielle, et cette charge axiale bidirectionnelle est exactement la condition pour laquelle les roulements à billes à contact oblique à double rangée sont conçus. Les conceptions de pompes haute capacité utilisant un roulement à angle de contact de 30 degrés peuvent supporter les charges axiales plus élevées typiques des pompes centrifuges multicellulaires tout en conservant une capacité de vitesse adéquate pour la plupart des conditions de service des pompes. Les variantes scellées et blindées portant les désignations 2RS ou ZZ sont largement utilisées dans les applications de pompes où la cavité du roulement n'est pas accessible pour une relubrification périodique.

Réducteurs et réducteurs

Les engrenages hélicoïdaux produisent une composante axiale de la charge dentaire qui agit le long de l'axe de l'arbre, et la direction de cette poussée s'inverse entre le pignon et l'engrenage dans une paire accouplée. Les roulements à billes à contact oblique à double rangée aux extrémités de l'arbre contraignent cette poussée dans les deux sens sans nécessiter de positions de butée séparées ou de dispositions de précharge axiale supplémentaires. Dans les boîtes de vitesses industrielles compactes où la minimisation de la longueur du boîtier est une priorité de conception, le roulement monobloc à double rangée à chaque position d'arbre permet d'économiser une enveloppe axiale significative par rapport à une disposition par paire à une seule rangée.

Broches de machines-outils et équipements de précision

Les broches de machines-outils CNC, en particulier celles fonctionnant dans la plage de vitesse intermédiaire, utilisent des roulements à billes à contact oblique à double rangée pour assurer un positionnement axial et radial rigide de la broche par rapport au boîtier de la poupée mobile. La résistance au moment de charge est particulièrement précieuse dans cette application, car les forces de coupe appliquées à la pointe de l'outil créent un moment de flexion au niveau de la position du roulement avant qui provoquerait une déviation inacceptable de la broche si un roulement à gorge profonde standard était utilisé. Des roulements à double rangée préchargés avec précision avec un jeu interne plus serré que la normale (classe de jeu C2) sont spécifiés pour les exigences de rigidité les plus élevées dans cette catégorie d'application.

Équipement automobile et agricole

Les transmissions de machines agricoles, les boîtes de vitesses de tracteurs et certaines applications d'entraînement d'accessoires automobiles utilisent des roulements à billes à contact oblique à double rangée dans des positions où les charges radiales et axiales combinées avec des composants de moment doivent être gérées dans une unité étanche compacte et sans entretien. Les variantes blindées ZZ ou scellées 2RS sont particulièrement adaptées à ces applications car l'accès pour l'entretien est généralement limité et une protection contre la contamination par le sol, les débris de récolte ou les gravillons de la route est requise tout au long d'un intervalle d'entretien de plusieurs centaines d'heures de fonctionnement.

Exigences de lubrification et intervalles de maintenance

La lubrification est la cause première la plus courante de défaillance des roulements, et il est essentiel de comprendre les exigences de lubrification spécifiques aux roulements à billes à contact oblique à deux rangées pour atteindre la durée de vie attendue dans n'importe quelle application.

Lubrification à la graisse pour roulements étanches et blindés

Les roulements scellés 2RS et blindés ZZ sont remplis de graisse en usine pendant la fabrication et sont conçus pour ne nécessiter aucun entretien pendant leur durée de vie prévue dans des conditions de fonctionnement normales. Le volume de remplissage de graisse est optimisé au stade de la fabrication pour fournir une lubrification adéquate sans pertes excessives par barattage qui généreraient de la chaleur et réduiraient la durée de vie effective de la graisse. Le remplacement de ces roulements à la fin de leur durée de vie prévue est généralement plus rentable que de tenter de reconstituer la graisse, car la conception scellée ou blindée ne facilite pas l'accès à la cavité de graisse sans compromettre la fonction d'étanchéité.

Lubrification à la graisse pour roulements ouverts

Les roulements à billes à contact oblique à double rangée ouverts nécessitent une application de graisse externe. Le volume de remplissage de graisse dans la cavité du roulement et le boîtier doit généralement remplir entre un tiers et la moitié de l'espace libre disponible ; un remplissage excessif provoque une chaleur de barattage qui accélère la dégradation de la graisse et raccourcit la durée de vie des roulements. Les graisses à base de lithium ou complexes au lithium avec une consistance NLGI Grade 2 conviennent à la plupart des conditions de vitesse et de température standard. Les directives Schaeffler sur les intervalles de vidange d'huile pour les roulements à contact oblique à double rangée lubrifiés à l'huile recommandent de suivre les intervalles établis référencés dans le projet FVA n° 171 et de les ajuster en fonction de la température de fonctionnement et du niveau de contamination (source : Schaeffler TPI 213).

Lubrification à l'huile pour les applications à grande vitesse

À des vitesses plus élevées où la lubrification à la graisse générerait une chaleur excessive, les roulements à contact oblique ouverts à double rangée peuvent être lubrifiés à l'huile via un bain d'huile, un brouillard d'huile ou une alimentation en huile en circulation. La circulation d'huile avec un refroidisseur et un filtre externes est la méthode privilégiée pour les applications à vitesse élevée et à charge élevée telles que les broches de machines-outils et les compresseurs à grande vitesse, car elle lubrifie, refroidit et élimine simultanément les débris d'usure de la cavité du roulement.

Guide d'installation, de dégagement et de préchargement

Une installation correcte est aussi importante qu'une sélection correcte des roulements pour atteindre la durée de vie nominale, en particulier pour les roulements à billes à contact oblique à double rangée qui doivent être installés avec des ajustements et un positionnement axial appropriés.

Arbre et boîtier adaptés

La bague intérieure d'un roulement à billes à contact oblique à deux rangées est généralement montée sur l'arbre avec un ajustement serré lorsque la bague intérieure tourne par rapport à la direction de la charge, ce qui est la configuration la plus courante dans les machines tournantes. Un ajustement serré garantit que la bague ne glisse pas sur la surface de l'arbre sous la charge rotative, ce qui provoquerait une usure par frottement sur l'arbre et générerait de la chaleur. La bague extérieure est généralement montée dans le boîtier avec un léger ajustement par interférence ou par transition. L'ampleur de l'interférence est spécifiée dans les tableaux de tolérance d'ajustement ISO 286 et sélectionnée en fonction de la taille du roulement, de la vitesse de rotation et de l'ampleur de la charge ; les roulements plus grands et les charges plus lourdes nécessitent des ajustements plus serrés pour éviter le fluage sous charge.

Sélection du jeu interne

Les roulements à billes à contact oblique à double rangée sont disponibles dans plusieurs groupes de jeu interne : C2 (plus petit que la normale), CN (normal, la valeur par défaut si aucun suffixe de jeu n'est indiqué), C3 (plus grand que la normale) et C4 (encore plus grand). Le groupe de jeu correct dépend de l'ajustement de l'arbre et du boîtier et de la température de fonctionnement prévue. Un ajustement serré sur l'arbre réduit le jeu interne après l'installation, de sorte qu'un roulement qui mesure le jeu normal avant le montage peut fonctionner avec un jeu nul ou une légère précharge après le montage. Si la température de fonctionnement entraîne une expansion plus rapide de l'arbre que du boîtier, une réduction supplémentaire du jeu se produit pendant le fonctionnement. Pour les applications où l'arbre chauffe beaucoup plus que le boîtier, un jeu de démarrage C3 ou C4 compense ce différentiel de dilatation thermique et empêche le roulement de fonctionner avec une précharge excessive (source : NTN Bearing Catalog 2203E).

Considérations sur le préchargement

Une légère précharge, où le roulement fonctionne avec un jeu interne nul ou une très petite quantité de déformation élastique partagée entre les deux rangées, augmente la rigidité radiale et axiale de la position du roulement et réduit les vibrations et le bruit sous des charges fluctuantes. Les roulements de broche de machine-outil sont généralement préchargés pour améliorer la précision du positionnement. Une précharge excessive génère de la chaleur et augmente la contrainte de fatigue, réduisant ainsi la durée de vie. La précharge doit donc être soigneusement spécifiée et vérifiée lors de l'assemblage à l'aide de mesures de force de précharge axiale ou de couple de démarrage.

Modes de défaillance et surveillance des conditions

Comprendre les modes de défaillance des roulements à billes à contact oblique à deux rangées permet aux ingénieurs de maintenance de détecter rapidement la détérioration et de planifier le remplacement des roulements avant qu'une défaillance catastrophique n'entraîne des dommages secondaires à l'arbre, au boîtier ou à la machine.

Écaillage par fatigue

La fatigue par contact de roulement produit des fissures souterraines dans le matériau du chemin de roulement ou de la bille qui se propagent à la surface et finissent par provoquer la rupture du matériau, produisant un éclat ou une piqûre. L'écaillage génère une signature vibratoire haute fréquence distinctive qui peut être détectée par la surveillance des vibrations basée sur un accéléromètre à l'aide d'une analyse de fréquence des défauts de roulement. Les fréquences de défauts caractéristiques de la bague extérieure, de la bague intérieure et des billes dépendent de la géométrie du roulement et de la vitesse de rotation, et ces fréquences peuvent être calculées à partir des paramètres géométriques standard du roulement à l'aide des équations définies dans la norme ISO 15243 et les normes associées.

Contamination et usure abrasive

La contamination par des particules dans le lubrifiant provoque une usure abrasive à trois corps au niveau des contacts de roulement, ce qui rend progressivement la surface du chemin de roulement rugueuse, augmente les vibrations et le bruit, et finit par introduire des particules d'usure qui accélèrent le cycle de dommages. Les roulements à double rangée scellés et blindés offrent une protection contre la contamination nettement meilleure que les roulements ouverts dans la plupart des environnements industriels, et c'est l'une des principales raisons pour lesquelles les variantes 2RS et ZZ sont spécifiées de préférence aux roulements ouverts partout où l'environnement d'exploitation présente un risque de pénétration de poussière, de copeaux ou de fluide de procédé.

Échec de lubrification

Un lubrifiant insuffisant, dégradé ou du mauvais type provoque un contact métal sur métal au niveau des interfaces de roulement, générant une augmentation rapide de la température, une usure de l'adhésif, un maculage des surfaces des billes et des chemins de roulement et éventuellement un grippage. Pour les roulements étanches et blindés, une défaillance de lubrification se produit généralement à la fin ou vers la fin de la durée de vie nominale du roulement, lorsque la graisse remplie en usine s'est décomposée en raison d'une dégradation thermique et mécanique. La détection précoce grâce à la surveillance de la température du boîtier de roulement ou à l'analyse périodique de la signature vibratoire permet de planifier le remplacement avant la défaillance plutôt qu'après.