chemin de roulement

Un chemin de roulement est l'une des deux bagues en acier trempé qui constituent un roulement à billes. Il possède une rainure usinée avec précision, ou chemin de roulement, sur sa circonférence dans laquelle les billes reposent et roulent. La bague intérieure (chemin de roulement intérieur) tourne sur un arbre; la bague extérieure (chemin de roulement extérieur) est logée dans un support. Les billes roulent dans les rainures, réduisant le frottement entre les pièces mobiles et stationnaires. La plupart des roulements à billes industriels contiennent deux chemins de roulement et un jeu d'éléments roulants, généralement des billes d'acier d'un diamètre allant de 2 mm à 50 mm selon la taille du roulement.

Le profil de la rainure est essentiel à la performance du roulement. La rainure d'un chemin de roulement est généralement un arc de cercle, légèrement plus grand que le diamètre de la bille afin que celle-ci repose dans la rainure plutôt que d'être serrée. La contrainte de contact entre la bille et le chemin de roulement est énorme, concentrée sur une très petite surface, mais la dureté de l'acier (généralement 58 à 65 HRC après traitement thermique) et la finition lisse empêchent une usure rapide. Les chemins de roulement sont rectifiés avec des tolérances extrêmement serrées, souvent meilleures que 0,001 pouce, car toute déviation provoque des vibrations et un chargement inégal.

Modes de défaillance courants et variantes

Les chemins de roulement défaillent principalement par écaillage, où de petits éclats se détachent de la surface de la rainure après des millions de cycles de charge. La contamination est le deuxième facteur de défaillance: un seul grain de sable abrasif incrusté dans un chemin de roulement peut le rayer et le creuser, accélérant la croissance de l'écaillage. Une lubrification inadéquate provoque le soudage par frottement et le grippage. Un désalignement entre les deux chemins de roulement force les billes à glisser plutôt qu'à rouler, générant de la chaleur et de l'usure. Dans les applications à grande vitesse, la force centrifuge et les effets gyroscopiques poussent les billes vers l'extérieur, augmentant leur contrainte de contact sur le chemin de roulement extérieur.

Les chemins de roulement sont fabriqués en acier au carbone trempé à cœur ou en acier inoxydable trempé à cœur. Les roulements hybrides en céramique utilisent des billes en nitrure de silicium contre des chemins de roulement en acier pour réduire le poids et la chaleur dans les broches à grande vitesse. Les roulements à rouleaux coniques, utilisés dans les moyeux automobiles et les boîtes de vitesses, ont des chemins de roulement coniques au lieu de rainures circulaires, ce qui leur permet de supporter des charges radiales et axiales combinées qui surchargeraient un roulement à billes.

Le terme « ballrace » est principalement utilisé au Royaume-Uni et dans le Commonwealth; les ingénieurs nord-américains disent généralement « ball bearing race » ou simplement « race ». Le mot « race » lui-même vient du vieux français pour piste ou parcours, ce qui décrit bien le chemin que suivent les billes. Dans les broches de machines-outils, la précharge des roulements, le type de lubrification et la conception des joints interagissent tous avec la durabilité du chemin de roulement, faisant de la sélection des roulements une décision systémique plutôt qu'un simple échange de pièces.