Comment choisir le bon roulement à rouleaux sphériques pour les équipements lourds

Un convoyeur terrestre de 1,6 km dans une mine de cuivre au Chili perdait le roulement de sa poulie de queue toutes les six semaines. Le roulement à billes à gorge profonde d'origine fonctionnait à 180 tr/min sous une charge radiale mesurée de 320 kN, et l'arbre était décalé de 1,4 degrés à l'extrémité d'entraînement. Le remplacement est un roulement à rotule sur rouleaux 22320, et le poste fonctionne maintenant depuis deux années consécutives avec le même programme de graissage. Cette séquence de décision est ce que documente ce guide, suivant la pratique de sélection que Shanghai Yinin Bearing & Transmission Company applique à sa gamme de roulements à rotule sur rouleaux, de la série compacte 21300 jusqu'à la série lourde 24100.

Commencez par le profil de charge, pas le numéro de série

La charge radiale détermine la taille du roulement ; le niveau de choc détermine la série. Un roulement à rotule sur rouleaux est un roulement à double rangée avec des rouleaux en forme de barillet qui fonctionnent sur un chemin de roulement extérieur sphérique, ce qui permet à l'arbre de fonctionner avec jusqu'à environ 2 degrés de désalignement angulaire tout en supportant de lourdes charges radiales et axiales combinées dans les deux sens.

Calculez la charge dynamique équivalente sur les roulements P avant d’ouvrir un catalogue. Pour une charge radiale Fr et une charge axiale Fa combinées, utilisez l'équation standard P = X x Fr Y x Fa, où X et Y sont les facteurs publiés pour chaque série de roulements. Multipliez ensuite la charge en régime permanent par un facteur de service avant de la comparer à la charge dynamique C : utilisez 1,5 à 2,0 pour les convoyeurs à bande, les ventilateurs et les boîtes de vitesses, et 2,0 à 3,0 pour les concasseurs, les cribles et les presses. Les tamis vibrants, en particulier, exposent les roulements à des accélérations maximales de 4 à 5 g, ce qu'un calcul de charge statique ne révèle jamais.

Une fois P connu, la durée de vie nominale de base découle de L10 = (C/P)^(10/3) millions de tours. L'exposant 10/3 est la pente de Weibull pour les éléments à rouleaux à contact linéaire, inférieure à l'exposant 3 utilisé pour les roulements à billes, de sorte que les roulements à rouleaux sont plus sensibles aux petits changements de charge. Le tableau ci-dessous montre pourquoi la sélection des séries est importante : il s'agit des charges dynamiques indicatives pour quatre séries de roulements à rotule sur rouleaux sur le même arbre de 100 mm.

Pour un service de convoyeur standard et des chocs modérés, pratique courante dans matériel de construction et d'exploitation minière est de commencer par la série 22200, qui offre le meilleur rapport capacité de charge/taille de l'enveloppe.

Roulement à rouleaux sphériques série 22200 pour usage industriel intensif Cette série offre un rapport capacité de charge/taille équilibré, ce qui en fait un premier choix pratique pour les convoyeurs et les équipements miniers. Sa conception à alignement automatique gère le désalignement et les charges axiales modérées dans les deux directions. Voir le produit →

Faites correspondre la vitesse, la température et la conception de la cage

La vitesse limite d'un roulement à rotule sur rouleaux est définie par la géométrie de la cage et la masse du rouleau, et non par le seul diamètre d'alésage. Un 22220 graisse jusqu'à environ 2 400 tr/min, un 23120 atteint environ 2 800 tr/min et un 22320 s'arrête à près de 1 800 tr/min car ses rouleaux plus gros génèrent plus de force centrifuge.

Lorsque la vitesse de fonctionnement dépasse environ 70 % de la vitesse limite, passez de la cage standard en acier embouti à une cage en laiton usiné. Le laiton refroidit, survit mieux à la lubrification marginale et tolère les températures plus élevées que l'on trouve dans les aciéries et les cimenteries.

La température définit la deuxième limite. Les roulements standard fonctionnent de -30 °C à 120 °C ; avec des bagues thermostabilisées, les mêmes roulements fonctionnent jusqu'à 200 °C, mais le jeu interne sélectionné doit être ouvert pour absorber la différence de dilatation entre l'arbre, la bague et le boîtier. Pour les grands arbres rotatifs des ventilateurs, des pompes et des générateurs, où la vitesse compte plus que la charge ultime, la série 23000 est le bon point de départ.

Roulement à rouleaux sphériques série 23000 pour arbres rotatifs à grande vitesse Conçu pour les grands arbres des ventilateurs, des pompes et des générateurs, ce roulement donne la priorité à la vitesse plutôt qu'à la charge ultime. Il s'auto-aligne pour compenser la déflexion de l'arbre et supporte de lourdes charges radiales dans des conditions exigeantes. Voir le produit →

Régler correctement le jeu interne et la lubrification

Les roulements à rotule sur rouleaux échouent davantage à cause d'un jeu incorrect et d'une mauvaise lubrification que d'une surcharge brute. Sélectionnez le jeu radial interne avant de confirmer l’ajustement. Un ajustement serré de l'arbre consomme 60 à 80 % de la tolérance d'interférence du jeu monté, et l'opérateur ne peut pas voir la perte jusqu'à ce que le boîtier commence à chauffer.

• Classe CN : valeur par défaut pour les machines continues avec un montage léger à normal, telles que les moteurs électriques et les ventilateurs.
• Classe C3 : à privilégier pour les roulements montés par induction, les presses et toutes les positions présentant un gradient de température supérieur à 10 °C entre les bagues intérieure et extérieure.
• Classe C4 : réservée aux fours, séchoirs et autres positions à haute température où l'anneau extérieur devient plus chaud que l'arbre.

Pour la lubrification à la graisse, choisissez une graisse dont la viscosité de l'huile de base correspond à la vitesse et à la température : généralement ISO VG 220 pour un roulement à alésage de 80-150 mm fonctionnant à 60-90 °C, et ISO VG 320-460 pour les systèmes de circulation d'huile dans les laminoirs et les presses lourdes. Les intervalles de relubrification vont d'environ 500 heures de service intensif continu à 4 000 heures pour des positions propres légèrement chargées.

Comparez les séries sur l'alésage, la charge et la vitesse ensemble

La même taille d'alésage peut supporter presque le double de la charge lorsque vous passez d'une série 22200 à une série 22300, donc ne gèlez jamais la série avant que le diamètre de l'arbre et la disposition du boîtier ne soient fixés. La comparaison ci-dessous est le tableau de sélection utilisé pour la plupart des postes dans l'industrie lourde.

Lorsque le facteur décisif est la résistance aux chocs et aux vibrations, la série 22300 est la réponse habituelle. Ses rouleaux surdimensionnés répartissent la contrainte de contact sur une plus grande surface, ce qui correspond exactement à ce qu'exige une tête de concasseur ou un pont de crible vibrant. Pour les plus grands fours et broyeurs, les séries 24000 et 24100 constituent la seule solution pratique.

Roulement à rouleaux sphériques série 22300 pour chocs et vibrations Dotée de rouleaux surdimensionnés qui répartissent les contraintes de contact, cette série convient aux têtes de concasseur et aux cribles vibrants. Il résiste aux charges d'impact et au désalignement tout en réduisant la friction et la génération de chaleur dans les environnements difficiles. Voir le produit →

Vérifiez les ajustements et surveillez les signes de problèmes

Un roulement est aussi fiable que le siège de l'arbre, le siège du boîtier et la lubrification qui l'entourent. Avant le montage, mesurez la rondeur et la conicité des deux sièges : un écart supérieur à IT5/2 sur le tourillon d'arbre déformera la bague intérieure et apparaîtra comme un point chaud au cours de la première heure de fonctionnement.

Utilisez un ajustement serré sur la bague tournante : pour une bague intérieure tournante, sélectionnez une tolérance d'arbre de p6 ou r6 ; pour une bague extérieure rotative, l'ajustement du boîtier doit être K7 ou M7. Montez avec un chauffage par induction et ne martelez jamais la face de la bague. Enregistrez le jeu interne avant et après le montage et confirmez que la réduction correspond aux 60 à 80 % attendus de la tolérance d'ajustement à la presse. Après la première heure, la température du boîtier doit se stabiliser entre 60 et 90 °C ; une montée au-delà de 100 °C signifie que la classe de dégagement ou le lubrifiant est erroné.

• Écaillage d'un côté du chemin de roulement : désalignement ou alésage du boîtier déformé.
• Traces de patinage sur les rouleaux : charge insuffisante ou ajustement radial trop léger.
• Fretting sur le siège de l'arbre : un ajustement lâche ou un arbre plié.
• Graisse foncée et sèche au niveau de la cage : l'intervalle de relubrification est trop long.

Foire aux questions

Des réponses claires aux questions qui reviennent le plus souvent lorsque des roulements à rotule sur rouleaux sont spécifiés pour les équipements industriels lourds.