Pourquoi le jeu radial et la tolérance ne sont pas les mêmes

Il existe une certaine confusion concernant la relation entre la précision d'un roulement, ses tolérances de fabrication et le niveau de jeu interne ou de «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 que les ingénieurs devraient rechercher.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, dans une usine de munitions en Ecosse, 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 Geometric Dimensioning & Tolerancing (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 à blâmer. Les tolérances de coordonnées XY traditionnelles 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 conclusions sur la façon de déterminer la vraie position dans un livre intitulé Drawings and 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 conçu dans le roulement dès le départ pour permettre au roulement de supporter des charges dans une variété de conditions, en tenant compte de facteurs tels que la dilatation de la température et comment 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 flèche, la répartition de la charge et la résistance à la fatigue. Un jeu radial plus élevé est souhaitable dans les situations où la bague intérieure ou l'arbre est censé devenir plus chaud et se dilater pendant l'utilisation par rapport à la bague extérieure ou au boîtier. 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 désalignement entre l'arbre et le logement car un désalignement peut provoquer 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.

* Fitments
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 entraînera le dérapage des 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 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 boîtier. 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 les fuites ou 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 en élargissant la bague intérieure. Un ajustement serré similaire entre le boîtier et la bague extérieure dans un roulement à faible jeu radial comprime la bague extérieure et réduit encore davantage le jeu. Cela se traduira par un jeu interne négatif - rendant effectivement l'arbre plus grand que le trou - et conduira à un frottement excessif et à une défaillance prématurée.

L'objectif est d'avoir un jeu opérationnel nul lorsque le roulement fonctionne dans des conditions normales. Cependant, le jeu radial initial nécessaire pour atteindre cet objectif peut entraîner des problèmes de patinage ou de glissement des billes, ce qui réduit la rigidité et la précision de rotation. Ce jeu radial initial peut être supprimé par préchargement. 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. La rondeur de l'arbre et du logement est également plus importante 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 presque pas de jeu et qu'il devrait tourner très précisément. Pour eux, un jeu radial lâche semble moins précis et donne l'impression de 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 haute 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 se sont rendu compte qu'il n'était ni pratique ni économique, voire même possible, de fabriquer deux produits qui se ressemblent exactement. Même si 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 permise ou acceptable. Les classes de tolérance pour les roulements à billes, appelées valeurs ISO (métrique) ou ABEC (pouces), régulent l'écart admissible et les mesures de la 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 serrée, plus le roulement sera précis une fois assemblé.

En trouvant le juste équilibre entre le montage et le jeu radial et axial pendant l'utilisation, les ingénieurs peuvent atteindre le jeu opérationnel zéro idéal et assurer 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 la façon dont nous regardons les roulements.


Heure du Message: 04/03/2021