Il existe une certaine confusion autour de la relation entre la précision d'un 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 petits roulements miniatures, explique pourquoi ce mythe persiste et ce à quoi les ingénieurs doivent faire 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 tolérance 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.
Après une inspection plus approfondie, il a constaté que c'était la mesure de tolérance qui était à blâmer.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 incurvé entre les coins du carré.Il a ensuite publié ses découvertes sur la façon de déterminer la vraie position dans un livre intitulé Dessins et dimensions.
*Jeu interne
Aujourd'hui, cette compréhension nous aide à développer des roulements qui présentent un certain niveau de jeu ou de jeu, autrement connu sous le nom de jeu interne ou, plus précisément, de 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 intégré au roulement dès le départ 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, les contraintes thermiques, la déflexion, la répartition de la charge et la durée de vie.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 logement.Dans cette situation, le jeu dans le roulement diminuera.Inversement, le jeu augmentera si la bague extérieure se dilate plus que la bague intérieure.
Un jeu axial plus élevé est souhaitable dans les systèmes où il y a un défaut d'alignement entre l'arbre et le logement, car un défaut d'alignement 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 axiales légèrement plus élevées car il introduit un angle de contact plus élevé.
* Compatibilité
Il est important que les ingénieurs trouvent le bon équilibre de jeu interne dans un roulement.Un roulement trop serré avec un jeu insuffisant générera un excès de chaleur et de friction, ce qui fera déraper 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 dégagement peut être contrôlé en utilisant différents ajustements.Les ajustements techniques font référence au jeu entre deux pièces d'accouplement.Ceci est généralement décrit comme un arbre dans un trou et représente le degré de serrage ou de jeu entre l'arbre et la bague intérieure et entre la bague extérieure et le logement.Il se manifeste généralement par un ajustement lâche et avec jeu ou 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 un fluage ou un glissement indésirable, qui peut générer de la chaleur et des vibrations et induire une dégradation.
Cependant, un ajustement serré réduira le jeu dans un roulement à billes car il dilate la bague intérieure.Un ajustement serré similaire entre le logement et la bague extérieure dans un roulement à faible jeu radial comprimera la bague extérieure et réduira encore plus le jeu.Cela se traduira par un jeu interne négatif - rendant effectivement 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 la rigidité et la précision de rotation.Ce jeu radial initial peut être supprimé par précontrainte.La précharge est un moyen de mettre une charge axiale permanente sur un roulement, une fois qu'il est monté, en utilisant des rondelles ou des ressorts qui sont 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 minces 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.L'arrondi de l'arbre et du logement est également plus important avec les roulements de type mince, car un arbre non rond déformera les bagues minces et augmentera le bruit, les vibrations et le couple.
*Tolérances
Le malentendu sur le rôle du jeu radial et axial a conduit beaucoup à confondre la relation entre le jeu et la 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 très précisément.Pour eux, un jeu radial lâche semble moins précis et donne l'impression d'une qualité médiocre, même s'il peut s'agir d'un roulement de haute précision délibérément conçu avec un jeu lâche.Par exemple, nous avons demandé à certains de nos clients dans le passé pourquoi ils voulaient un roulement de plus grande précision et ils nous ont dit qu'ils voulaient « réduire le jeu ».
Cependant, 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'est ni pratique ni économique, voire même possible, de fabriquer deux produits exactement identiques.Même lorsque toutes les variables de fabrication restent identiques, il y aura toujours des différences infimes entre une unité et la suivante.
Aujourd'hui, cela en est venu à représenter une tolérance admissible ou acceptable.Les classes de tolérance pour les roulements à billes, connues sous le nom de cotes ISO (métrique) ou ABEC (pouces), réglementent l'écart admissible et couvrent les mesures, 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 serrée, 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 assurer une rotation silencieuse et 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 regard sur les roulements.
Heure de publication : 04 mars 2021