Il existe une certaine confusion autour de la relation entre la précision du roulement, ses tolérances de fabrication et le niveau de jeu interne ou « jeu » entre les chemins de roulement et les billes. Ici, Wu Shizheng, directeur général de JITO Bearings, expert en roulements petits et miniatures, explique pourquoi ce mythe persiste et ce à quoi les ingénieurs doivent prêter attention.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, dans une usine de munitions en Écosse, un homme peu connu du nom de Stanley Parker a développé le concept de position vraie, ou ce que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de dimensionnement et tolérancement géométriques (GD&T). Parker a remarqué que même si certaines des pièces fonctionnelles fabriquées pour les torpilles étaient rejetées après inspection, elles étaient toujours envoyées en production.
En y regardant de plus près, il a constaté que c'était la mesure de la tolérance qui était en cause. Les tolérances traditionnelles des coordonnées XY créaient une zone de tolérance carrée, qui excluait la pièce même si elle occupait un point dans l'espace circulaire courbe entre les coins du carré. Il a ensuite publié ses découvertes sur la manière de déterminer la véritable position dans un livre intitulé Drawings and Dimensions.
*Dégagement interne
Aujourd'hui, cette compréhension nous aide à développer des roulements qui présentent un certain niveau de jeu ou de jeu, également appelé jeu interne ou, plus précisément, jeu radial et axial. Le jeu radial est le jeu mesuré perpendiculairement à l'axe du roulement et le jeu axial est le jeu mesuré parallèlement à l'axe du roulement.
Ce jeu est conçu dès le départ dans le roulement pour permettre au roulement de supporter des charges dans diverses conditions, en tenant compte de facteurs tels que la dilatation thermique et la façon dont le montage entre les bagues intérieure et extérieure affectera la durée de vie du roulement.
Plus précisément, le jeu peut affecter le bruit, les vibrations, la contrainte thermique, la déflexion, la répartition des charges et la durée de vie en fatigue. Un jeu radial plus élevé est souhaitable dans les situations où la bague intérieure ou l'arbre est susceptible de devenir plus chaud et de se dilater pendant l'utilisation par rapport à la bague extérieure ou au boîtier. Dans cette situation, le jeu dans le roulement va diminuer. À l’inverse, le jeu augmentera si la bague extérieure se dilate davantage que la bague intérieure.
Un jeu axial plus élevé est souhaitable dans les systèmes où il existe un désalignement entre l'arbre et le boîtier, car un désalignement peut entraîner la défaillance rapide d'un roulement avec un petit jeu interne. Un jeu plus important peut également permettre au roulement de faire face à des charges de poussée légèrement plus élevées car il introduit un angle de contact plus élevé.
*Accessoires
Il est important que les ingénieurs trouvent le bon équilibre entre le jeu interne d'un roulement. Un roulement trop serré avec un jeu insuffisant générera un excès de chaleur et de friction, ce qui fera glisser les billes dans le chemin de roulement et accélérera l'usure. De même, un jeu trop important augmentera le bruit et les vibrations et réduira la précision de rotation.
Le jeu peut être contrôlé en utilisant différents ajustements. Les ajustements techniques font référence au jeu entre deux pièces en contact. Ceci est généralement décrit comme un arbre dans un trou et représente le degré d'étanchéité ou de jeu entre l'arbre et la bague intérieure et entre la bague extérieure et le boîtier. Cela se manifeste généralement par un ajustement lâche et avec jeu ou par un ajustement serré et serré.
Un ajustement serré entre la bague intérieure et l'arbre est important pour le maintenir en place et pour éviter les fuites ou les glissements indésirables, qui peuvent générer de la chaleur et des vibrations et induire une dégradation.
Cependant, un ajustement serré réduira le jeu dans un roulement à billes à mesure qu'il dilate la bague intérieure. Un ajustement tout aussi serré entre le boîtier et la bague extérieure dans un roulement à faible jeu radial comprimera la bague extérieure et réduira encore davantage le jeu. Cela entraînera un jeu interne négatif, ce qui rendra l'arbre plus grand que le trou, et entraînera une friction excessive et une défaillance précoce.
L'objectif est d'avoir un jeu opérationnel nul lorsque le roulement fonctionne dans des conditions normales. Cependant, le jeu radial initial nécessaire pour y parvenir peut entraîner des problèmes de dérapage ou de glissement des billes, réduisant ainsi la rigidité et la précision de rotation. Ce jeu radial initial peut être supprimé par précharge. La précharge est un moyen d'appliquer une charge axiale permanente sur un roulement, une fois celui-ci monté, en utilisant des rondelles ou des ressorts montés contre la bague intérieure ou extérieure.
Les ingénieurs doivent également tenir compte du fait qu'il est plus facile de réduire le jeu dans un roulement à section mince, car les bagues sont plus fines et plus faciles à déformer. En tant que fabricant de roulements petits et miniatures, JITO Bearings conseille à ses clients de faire plus attention aux ajustements arbre-logement. La rondeur de l'arbre et du boîtier est également plus importante avec les roulements de type fin, car un arbre mal rond déformera les bagues fines et augmentera le bruit, les vibrations et le couple.
*Tolérances
Le malentendu sur le rôle du jeu radial et axial a conduit de nombreuses personnes à confondre la relation entre jeu et précision, en particulier la précision qui résulte de meilleures tolérances de fabrication.
Certaines personnes pensent qu’un roulement de haute précision ne devrait avoir pratiquement aucun jeu et qu’il devrait tourner de manière très précise. Pour eux, un jeu radial faible semble moins précis et donne une impression de mauvaise qualité, même s'il s'agit d'un roulement de haute précision délibérément conçu avec un jeu faible. Par exemple, nous avons demandé par le passé à certains de nos clients pourquoi ils souhaitaient un roulement de plus haute précision et ils nous ont répondu qu'ils souhaitaient « réduire le jeu ».
Mais il est vrai que la tolérance améliore la précision. Peu de temps après l’avènement de la production de masse, les ingénieurs ont réalisé qu’il n’était ni pratique ni économique, voire même possible, de fabriquer deux produits exactement identiques. Même lorsque toutes les variables de fabrication restent les mêmes, il y aura toujours des différences infimes entre une unité et la suivante.
Aujourd’hui, cela représente une tolérance admissible ou acceptable. Les classes de tolérance pour les roulements à billes, connues sous le nom de valeurs ISO (métriques) ou ABEC (pouces), réglementent l'écart admissible et les mesures de couverture, y compris la taille des bagues intérieure et extérieure et la rondeur des bagues et des chemins de roulement. Plus la classe est élevée et plus la tolérance est stricte, plus le roulement sera précis une fois assemblé.
En trouvant le bon équilibre entre le montage et le jeu radial et axial pendant l'utilisation, les ingénieurs peuvent atteindre le jeu opérationnel nul idéal et garantir un faible bruit et une rotation précise. Ce faisant, nous pouvons dissiper la confusion entre précision et jeu et, de la même manière que Stanley Parker a révolutionné la mesure industrielle, changer fondamentalement notre façon de considérer les roulements.
Heure de publication : 04 mars 2021
