roulement à billes

Un roulement à billes est un roulement à éléments roulants dans lequel des billes en acier trempé sont logées entre deux bagues concentriques, ou chemins de roulement. La bague intérieure est montée sur un arbre ; la bague extérieure est logée dans un support. Lorsque l'arbre tourne, les billes roulent le long de chemins rainurés dans les deux bagues, convertissant le frottement élevé du contact glissant en un frottement de roulement beaucoup plus faible. Une cage, généralement en laiton ou en acier, espace les billes uniformément autour de la circonférence afin qu'elles n'entrent pas en collision.

La géométrie d'un roulement à billes est d'une simplicité trompeuse mais critique. Les billes sont généralement fabriquées en acier à roulement trempé à cœur et rectifiées avec des tolérances de quelques micromètres. Les bagues sont également trempées et formées avec précision avec des rainures circulaires, appelées chemins de roulement, qui ont un rayon légèrement plus grand que les billes elles-mêmes. Cette géométrie crée un contact ponctuel entre chaque bille et le chemin de roulement, concentrant la charge dans une petite zone et permettant des vitesses plus élevées que les conceptions à chemins plats. Les roulements à billes à gorge profonde à une rangée, la variante la plus courante, peuvent supporter des charges radiales perpendiculaires à l'arbre et une certaine charge axiale (poussée) le long de celui-ci.

La taille et la capacité de charge suivent les normes dimensionnelles établies par l'ISO 15. Un roulement typique dans un moteur électrique pourrait être un 6205 : un diamètre extérieur de 52 millimètres, un alésage intérieur de 25 millimètres et une largeur de 15 millimètres. La capacité de charge dynamique de base d'un roulement, exprimée en kilonewtons, indique la charge radiale constante qu'il peut supporter pendant un million de révolutions avant que l'écaillage (desquamation) ne commence sur les surfaces des chemins de roulement. La défaillance commence généralement par une fatigue sous la surface de l'acier, où les cycles de contrainte finissent par dépasser la limite d'endurance du matériau.

Usure, précharge et installation

Les roulements s'usent en raison de cycles de contrainte répétés, de particules de saleté ou de métal dans le lubrifiant, et d'une graisse inadéquate ou dégradée. Les joints et les flasques protègent contre la contamination, bien qu'aucune barrière ne soit parfaite. Dans les applications où le jeu axial doit être éliminé, comme les roulements de broche dans les machines-outils, deux roulements à billes sont souvent installés face à face avec une précharge réglable qui comprime légèrement les billes contre les bagues. Cela augmente la rigidité et réduit les vibrations au prix d'un frottement et d'une génération de chaleur plus élevés.

Le nom reflète la forme et la fonction : les sphères roulent, le frottement diminue, la charge se déplace en douceur. Les roulements à billes sont à la base des machines tournantes : les moteurs électriques, les pompes, les compresseurs, les boîtes de vitesses et les machines-outils en dépendent tous. Ils fonctionnent à des vitesses allant de quasi-statiques à plus de 10 000 tr/min dans les petits roulements et supportent des charges de dizaines de newtons à des centaines de kilonewtons. Une fois installés et lubrifiés, ils nécessitent peu d'entretien, ce qui explique leur domination sur les conceptions antérieures de paliers lisses et de paliers à coussinets.