Facteurs clés lors de la sélection de roulements à rouleaux cylindriques pour charges lourdes

Dans une cimenterie de la province du Jiangsu, un NU2240 de la boîte de vitesses du four est tombé en panne à trois reprises en huit mois. Les trois remplacements partageaient le même numéro de pièce, mais seul le roulement du troisième fournisseur a survécu plus d'un an. Chez Shanghai Yinin Bearing & Transmission Company, nous constatons souvent ce schéma : la capacité de charge, la cage, le matériau, le jeu et la lubrification déterminent la durée de vie davantage que la taille de l'alésage.

Commencez par les valeurs de charge, pas seulement la taille de l'alésage

La taille de l'alésage définit l'enveloppe ; la charge dynamique de base C définit la durée de vie. Deux roulements NU2206 avec le même alésage de 30 mm peuvent différer de plus de 10 % en C en raison du nombre de rouleaux et de la géométrie du chemin de roulement. C est la charge sous laquelle 90 pour cent d’un groupe identique effectue un million de tours de bague intérieure sans fatigue. C0 contrôle la quantité de chocs que le roulement absorbe avant que les chemins de roulement ne se déforment.

Le graphique ci-dessous montre pourquoi le rapport de charge domine. L'ISO 281 donne la durée de vie nominale de base comme L10 = (C/P)^(10/3) millions de tours. En raison de l'exposant 10/3, une sous-estimation de 20 pour cent de la charge équivalente P réduit la durée de vie calculée de L10 d'environ 45 pour cent.

Pour un point de vue pratique, lisez notre analyse de roulements à rouleaux cylindriques dans les machines lourdes .

Roulements à rouleaux cylindriques haute capacité série NU200 Ce roulement à rouleaux cylindriques de conception ouverte offre une grande capacité de charge radiale et une grande rigidité, avec un mouvement axial libre. Il convient aux charges lourdes et aux opérations à grande vitesse, ce qui le rend pertinent pour comprendre comment la disposition des nervures contrôle la liberté axiale. Voir le produit →

Sélectionnez le code de conception : NU, New Jersey, NUP ou NF

Le code de conception décide où l'arbre peut croître avec la température et où il doit rester fixe. Les roulements à rouleaux cylindriques sont des roulements à contact linéaire : les rouleaux touchent les deux chemins de roulement le long d'une ligne, ce qui confère une rigidité radiale élevée mais n'accepte pratiquement aucune charge axiale et pratiquement aucun désalignement. NU, N, NJ, NUP et NF décrivent la disposition des nervures qui contrôle la liberté axiale.

Pour la position de positionnement dans un entraînement à engrenages lourd, le NUP est le choix classique car il fixe l'arbre axialement dans les deux sens. NJ se localise dans une seule direction et convient aux arrangements où la poussée opposée est transportée ailleurs. Sous des charges combinées très lourdes, ajoutez un roulement de butée séparé pour le soc axial.

Roulements à rouleaux cylindriques à une seule nervure série NJ2200 Doté d'une bague intérieure à une seule nervure et d'une bague extérieure à double nervure, ce roulement offre une capacité de charge radiale élevée et un positionnement axial dans une direction. Il convient aux boîtes de vitesses et aux machines lourdes, s'alignant sur la discussion sur les positions de localisation et les exigences des cages. Voir le produit →

Faites correspondre la cage au spectre de charge

La cage est une structure porteuse et non une entretoise. Sous l'effet d'une vibration, d'un choc ou d'un couple d'inversion, une cage faible se déforme, l'espacement des rouleaux devient irrégulier et le roulement passe du bruit au grippage. Trois familles dominent les spécifications pour charges lourdes : le laiton usiné, l'acier embouti et le polyamide.

Sous une charge radiale lourde et continue, une cage en laiton usinée en deux parties guide chaque rouleau dans sa propre poche et maintient un espacement uniforme tandis que les anneaux fléchissent élastiquement. Une cage en acier embouti est plus légère et convient à des vitesses plus élevées avec des charges modérées. Eviter le polyamide au dessus de 120°C ou avec des huiles synthétiques agressives.

Choisissez la qualité du matériau pour le boîtier de choc

La qualité du matériau détermine si le roulement survit à l'impact, et non s'il supporte une charge radiale constante. La plupart des roulements à rouleaux cylindriques sont en acier chromé SAE 52100 trempé à 58 à 62 HRC, adéquat pour une charge lourde continue. Lorsque les impacts sont courants, comme dans le cas des équipements de construction et des pelles minières, utilisez de l'acier cémenté : un noyau résistant avec un boîtier dur qui tolère les surcharges momentanées sans se fissurer. Notre page industrie de la construction couvre ces applications en détail.

• SAE 52100 (GCr15) : norme pour les charges radiales lourdes et continues avec des chocs limités.
• Acier allié à faible teneur en carbone carburé : pour concasseurs, cribles vibrants et entraînements de broyeurs avec chargement par impact continu.
• Grades dimensionnellement stabilisés (S1 à S3) : pour des températures de fonctionnement supérieures à 150°C où la stabilité dimensionnelle est importante.
• Classes de précision supérieures (P6) : améliorent la répartition de la charge lorsque l'alignement de l'arbre ou du boîtier ne peut pas être parfait.

Réglez le jeu interne et les ajustements avant la lubrification

Le jeu interne est consommé par l'ajustement serré et par la bague intérieure qui chauffe plus que la bague extérieure. Si le jeu de fonctionnement atteint zéro, les rouleaux se coincent, dérapent et enduisent les chemins de roulement. C'est pourquoi C3 est la valeur par défaut pour les charges lourdes, et C4 est réservé aux chocs violents ou aux différentiels de température élevés.

La lubrification est le dernier composant porteur. Pour les boîtes de vitesses lubrifiées à l'huile soumises à de fortes charges radiales, la norme ISO VG 320 avec additifs EP constitue un point de départ courant ; les positions à basse vitesse et à chocs importants utilisent ISO VG 460 ou 680. ISO 281 ajuste la durée de vie avec le rapport de viscosité kappa. Ciblez un kappa compris entre 2 et 4 et confirmez que l'épaisseur du film calculée dépasse la rugosité de la surface du composite.

Roulements à rouleaux cylindriques à double nervure série NUP200 Cette conception séparable avec deux anneaux de retenue latéraux supporte les charges radiales et les petites charges axiales, offrant une grande rigidité et une installation facile. Il s'adapte au contexte de localisation des positions dans les entraînements par engrenages et aux décisions finales de spécification pour la sélection des roulements. Voir le produit →

Une liste de contrôle de sélection de charges lourdes en cinq étapes

Une spécification fiable consiste en cinq décisions séquentielles, prises dans l'ordre afin qu'aucun ajustement générique ne soit imposé à un cas de charge non quantifié.

1. Quantifiez le spectre de charge : enregistrez la charge radiale maximale, le temps passé à chaque niveau de charge, le profil de vitesse, les charges axiales et les événements de choc.
2. Sélectionnez le code de conception : NU pour la position flottante, NUP ou NJ pour la position de localisation, en fonction de la dilatation thermique.
3. Vérifiez les valeurs nominales : confirmez C et C0 par rapport à la charge équivalente calculée et vérifiez s0 pour le pire cas de choc.
4. Choisissez la cage, le matériau et le jeu : laiton usiné pour les vibrations, acier carburé pour les chocs, C3 pour une charge continue lourde.
5. Définir les ajustements et la lubrification : sélectionnez les ajustements de l'arbre et du boîtier dans le tableau des conditions de fonctionnement, puis sélectionnez la viscosité de l'huile pour maintenir le kappa entre 2 et 4.

Foire aux questions

Que signifient C et C0 dans les spécifications des roulements à rouleaux cylindriques ?

C est la charge dynamique de base, la charge sous laquelle 90 pour cent d'un groupe de roulements identique survit à un million de tours. C0 est la charge statique de base, la charge qui produit une déformation permanente de 0,0001 fois le diamètre du rouleau au contact le plus intense. Utilisez C pour les calculs de durée de vie en fatigue et C0 pour le facteur de sécurité statique s0 = C0/P0 dans des conditions de choc.

Quand dois-je utiliser un roulement NJ au lieu d’un roulement NUP ?

Utilisez NUP lorsque l'arbre doit être situé axialement dans les deux sens, ce qui est la disposition standard à position fixe dans un entraînement par engrenages. Utilisez NJ lorsque l'emplacement est nécessaire dans une seule direction et que la poussée opposée est supportée par un autre composant, car l'assemblage NJ est plus simple et n'a pas d'anneau à nervures lâches.

Pourquoi les roulements à rouleaux cylindriques pour charges lourdes utilisent-ils normalement le jeu C3 ?

Un ajustement serré sur l'arbre et une bague intérieure plus chaude suppriment une grande partie du jeu nominal pendant le fonctionnement. Si le jeu de fonctionnement s'approche de zéro, les rouleaux se coincent et dérapent, provoquant des bavures et une défaillance rapide. C3 fournit une marge de sécurité pour les dispositifs équipés de fonctionnement à chaud, et C4 est réservé aux charges de choc et aux différentiels de température élevés.

Puis-je remplacer un roulement à rotule sur rouleaux par un roulement à rouleaux cylindriques ?

Seulement si l'alignement est contrôlé. Un roulement à rouleaux cylindriques standard accepte environ 1 à 2 minutes d'arc de désalignement, tandis qu'un roulement à rouleaux sphériques gère environ 1 degré ou plus. Si l'arbre fléchit sous la charge, un roulement à rouleaux cylindriques se charge et tombe rapidement en panne malgré une valeur radiale plus élevée. Vérifiez l’alignement du boîtier et de l’arbre avant d’effectuer le changement.