ROULEMENTS À ROULEAUX SPHÉRIQUES
Qu'est-ce qu'un roulement à rotule sur rouleaux ?
Le roulement à rotule sur rouleaux est doté de rouleaux à double-rangée, la bague extérieure a un chemin de roulement sphérique commun (le centre du rayon sphérique coïncide avec le centre du roulement) et la bague intérieure a deux chemins de roulement inclinés selon un angle par rapport à l'axe du roulement. Le rouleau est en forme de tambour- (surface d'extrémité sphérique) et peut ajuster l'angle entre les bagues intérieure et extérieure de manière adaptative. Les caractéristiques de cette structure lui confèrent des performances d'auto-alignement automatique -, de sorte qu'elle n'est pas facilement affectée par l'angle entre l'arbre et le siège du boîtier de roulements ou par la flexion de l'arbre, et convient aux occasions où l'erreur d'angle est causée par une erreur d'installation ou une déflexion de l'arbre. En plus de pouvoir supporter des charges radiales, ce roulement peut également supporter des charges axiales bidirectionnelles.
Processus de production de roulements à rotule sur rouleaux
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Préparation des matières premières
Sélection d'acier : Utilisez principalement de l'acier à roulement en chrome de carbone de haute-pureté et à haute-(tel que GCr15/52100, SAE 52100), nécessitant une teneur en impuretés extrêmement faible (inclusions non-métalliques) et une répartition uniforme du carbure. La bague intérieure, la bague extérieure, le rouleau et la cage peuvent utiliser différentes qualités ou spécifications d'acier.
Coupe: Découpe de tiges ou de tubes en anneaux (pour les anneaux tournants) et en barres (pour les rouleaux) selon la dimension souhaitée
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Tournant
Tournage grossier des anneaux: Tournage préliminaire du matériau de la bague pour éliminer la majeure partie de l'excédent et former la forme de base de la bague (diamètres intérieur et extérieur, faces d'extrémité, profil préliminaire de la rainure). On utilise généralement un tour CNC ou un tour automatique.
Terminer le tournage des anneaux: Un tournage plus précis est effectué pour obtenir une forme proche de la taille finale, laissant des surépaisseurs d'usinage précises pour le traitement thermique et le meulage ultérieurs. Les dimensions clés incluent la position de la rainure, la hauteur des nervures, etc.
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Traitement thermique
Il s’agit du processus principal qui détermine les performances et la durée de vie du roulement.
Trempe: Chauffez les ébauches de bagues et de rouleaux tournés au-dessus de la température critique (généralement environ 830-860 degrés) pour rendre la structure complètement austénitisée, puis refroidissez (trempez) rapidement dans un bain d'huile ou de sel pour obtenir une structure martensitique de haute dureté.
Trempe: Réchauffez les pièces trempées à une température relativement basse (généralement 150-180 degrés), gardez-les au chaud pendant un certain temps, puis refroidissez-les. Le but est d'éliminer les contraintes de trempe, d'améliorer la ténacité, de stabiliser la structure et la taille et d'obtenir la dureté et les propriétés mécaniques requises (la dureté des anneaux et des rouleaux nécessite généralement HRC 58-64).
Note: Il est crucial de contrôler strictement la température de chauffage, le temps de maintien, la vitesse de refroidissement et l'atmosphère (pour éviter la décarburation et l'oxydation). Les équipements couramment utilisés comprennent le four à bande maillée, le four à sole à rouleaux, le four polyvalent-, etc.
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Affûtage
Il s'agit d'un processus clé pour obtenir la taille et la forme finales de haute-précision.
Fin du broyage :Tout d’abord, les deux faces d’extrémité sont meulées à plat pour fournir une référence précise pour le meulage ultérieur.
Meulage OD/ID :Meulez le diamètre extérieur de la bague extérieure et le diamètre intérieur de la bague intérieure selon les exigences précises de taille et de rondeur.
Rectification des chemins de roulement :Il s’agit du processus de meulage le plus critique pour les roulements à rotule sur rouleaux.
Chemin de roulement de la bague extérieure :Meulez le chemin de roulement extérieur sphérique. Une meuleuse CNC spéciale est nécessaire, et la forme et le dressage de la meule, ainsi que la trajectoire de mouvement de la machine-outil, doivent être contrôlés avec précision pour obtenir le profil et la position sphériques précis.
Chemin de roulement de la bague intérieure :Meulez deux chemins de roulement symétriques (généralement) à profil logarithmique. Une meuleuse CNC de haute-précision est également requise.
Broyage des côtes :Meulez les nervures (galets de guidage) des deux côtés de la bague intérieure pour garantir leur angle, leur hauteur et leur état de surface.
Meulage au rouleau :Meulez l'ébauche de rouleau-traitée thermiquement pour obtenir le profil sphérique final (avec des faces d'extrémité sphériques symétriques aux deux extrémités). Une meuleuse à rouleaux de haute-précision est requise.
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Superfinition / Honage
Objectif : Sur la base du meulage, améliorer encore la précision géométrique (rondeur, ondulation) de la surface de travail du chemin de roulement et du rouleau, réduire la rugosité de la surface (la valeur Ra peut atteindre moins de 0,05 microns) et améliorer la micro-morphologie de la surface (former un motif de filet croisé - propice à la formation d'un film d'huile).
Processus : utilisez de la pierre à huile à grains fins-pour effectuer une micro-coupe et un polissage sur le chemin de roulement et la surface des rouleaux sous basse pression et vibrations à haute fréquence.
Effet : réduit considérablement le bruit de vibration du roulement et améliore la précision de rotation et la durée de vie en fatigue.
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Fabrication de cages
Matériaux : Acier embouti (commun), laiton usiné, polymère (nylon, PEEK, etc.).
Processus:
Cage en acier embouti : Estampage de tôles d'acier → Formage → Façonnage → Ébavurage → Traitement de surface (tel que phosphatation, galvanisation).
Cage en laiton usinée : Décolletage → Perçage (trou de poche) → Ébavurage → Nettoyage.
Cage en polymère : Moulage par injection → Dé-dating → Inspection.
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Assemblée
Nettoyage:Nettoyez soigneusement toutes les pièces (anneaux, rouleaux et cages) pour éliminer les contaminants tels que les résidus de meulage et l'huile antirouille-.
Tri/Correspondance :Regroupez ou faites correspondre avec précision les chemins de roulement des bagues intérieure et extérieure en fonction des dimensions réelles et de la taille des rouleaux pour obtenir le jeu radial requis.
Assemblée:Assemblez la bague intérieure, les rouleaux (généralement guidés et séparés par la cage) et la bague extérieure. Pour les roulements à rotule sur rouleaux, l'assemblage nécessite des compétences et un outillage spécialisé, notamment lors de l'insertion des rouleaux.
Rivetage/Verrouillage :Pour les cages fixées avec des rivets ou des circlips, le rivetage ou l'installation de dispositifs de verrouillage garantissent que la cage ne tombe pas pendant le fonctionnement du roulement.
Test de dégagement :Vérifiez-sur place ou inspectez entièrement les roulements assemblés pour vous assurer que le jeu radial répond aux exigences standard.
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Nettoyage et prévention de la rouille
Nettoyage final : éliminez toutes les impuretés et l'huile qui auraient pu être générées lors de l'assemblage.
Séchage : Séchez soigneusement les roulements.
Prévention de la rouille : appliquez de l'huile ou de la graisse antirouille-pour éviter la rouille pendant le stockage et le transport.
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Contrôle qualité et emballage
Inspection complète :Les roulements finis sont soumis à des tests rigoureux, comprenant généralement :
Précision dimensionnelle :Diamètre intérieur, diamètre extérieur, largeur, hauteur de montage, jeu radial, etc.
Précision de rotation :Faux-rond radial et faux-rond axial.
Flexibilité rotationnelle :Vérifie la rotation fluide et tout collage ou bruit.
Qualité d'apparence :Défauts de surface (rayures, bosses, rouille, etc.).
Vibrations et bruit :Des instruments spécialisés sont utilisés pour mesurer l’accélération (ou la vitesse) des vibrations et le niveau de bruit du roulement rotatif.
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Demandes spéciales
Exigences particulières :tels que la propreté (pour des applications spécifiques) et le magnétisme résiduel.
Marquage:Le modèle, la marque, le numéro de lot de production et d'autres informations sont gravés ou marqués au laser-sur les roulements.
Conditionnement:En fonction des exigences du client et des méthodes d'expédition, des matériaux d'emballage appropriés (emballage intérieur tel que du papier antirouille ou un film plastique ; emballage extérieur tel que des boîtes en papier ou des caisses en bois) sont utilisés pour garantir la protection contre les dommages et la contamination pendant le transport.
Structure et principe de fonctionnement : conception de base du centrage automatique
La structure de base d'un roulement à rotule sur rouleaux se compose d'une double-bague intérieure de chemin de roulement, d'une bague extérieure sphérique et de rouleaux en forme de tambour-. Le centre de courbure du chemin de roulement de la bague extérieure coïncide avec le centre du roulement, formant ainsi une géométrie sphérique unique. Lorsque l'arbre ou le siège du roulement se plie en raison d'une charge (par exemple, déviation inférieure ou égale à 2,5 degrés), la bague intérieure peut fléchir avec l'arbre, tandis que les rouleaux ajustent leurs angles de manière adaptative dans le chemin de roulement sphérique de la bague extérieure pour éviter la concentration de contraintes.
Rouleaux à tambour :
Augmente la zone de contact avec le chemin de roulement, améliorant ainsi la capacité de charge radiale.
Cages optimisées :
Disponible en acier embouti (haute rigidité), en alliage de cuivre (résistance aux températures élevées) ou en nylon (réduction du bruit et de la friction). Par exemple, les roulements des rails à grande vitesse-utilisent des cages en nylon renforcé de fibre de verre-, offrant à la fois résistance et sécurité.
Variations d'alésage interne :
Les alésages cylindriques conviennent aux arbres standard, tandis que les alésages coniques (cônes 1:12 ou 1:30) acceptent les manchons adaptateurs, simplifiant l'installation et permettant le réglage du jeu.
Avantages et limites
Excellente capacité-d'auto-alignement: Tolère un désalignement de l'arbre de 1 degré à 2,5 degrés, résolvant les problèmes de désalignement causés par des erreurs d'installation, une longue déflexion de l'arbre ou un tassement des fondations, et empêchant le grippage des roulements.
Capacité de charge élevée- :La conception du rouleau à tambour augmente considérablement la capacité de charge radiale par rapport aux roulements à billes, tout en résistant également aux charges axiales bidirectionnelles. Cela le rend particulièrement adapté aux scénarios de charges d'impact tels que les concasseurs miniers et les laminoirs.
Faibles coûts d’entretien :La conception divisée (telle que le produit américain ICAN) permet un remplacement direct dans des emplacements complexes, éliminant ainsi le démontage complet de la machine et réduisant les temps d'arrêt.
Limitation de vitesse :En raison de la masse importante et de l'inertie élevée des rouleaux, ceux-ci ont tendance à chauffer à des vitesses élevées, ce qui donne lieu à une conception conventionnelle avec une vitesse maximale d'environ 600 tr/min. Des améliorations telles que les roulements à cage en cuivre de type CA- peuvent augmenter les vitesses, mais elles restent inférieures à celles des roulements à rouleaux cylindriques.
Compromis de précision :Le jeu axial peut être provoqué par un auto--alignement limité, ce qui peut facilement entraîner une usure du col du cylindre et une épaisseur inégale du produit fini dans les applications de précision telles que les laminoirs.
Faible charge axiale :S'appuyant principalement sur des charges radiales, la capacité de charge axiale bidirectionnelle ne représente que 20 à 40 % de la capacité de charge radiale, ce qui nécessite l'utilisation de butées.
Domaines d'application
Industrie lourde et extraction des ressources
Machines minières :Les concasseurs et les tamis vibrants fonctionnent dans des environnements poussiéreux pendant de longues périodes, en s'appuyant sur leurs capacités d'auto-alignement-pour compenser la déformation de l'arbre et résister aux charges d'impact du minerai.
Laminoirs métallurgiques :Les premiers cols de cylindre des laminoirs utilisaient des roulements à alignement automatique à double-rangée-, mais ceux-ci ont été progressivement remplacés par des roulements cylindriques à quatre-rangées en raison de leur précision limitée. Cependant, ils sont encore utilisés dans des domaines non directement impliqués dans le roulement, comme les sièges de roulements de boîtes de vitesses.
Équipements spécialisés et domaines émergents
Machines de fabrication du papier :Les roulements des cylindres du sèche-linge se dilatent et se plient facilement sous l'effet de la chaleur, et la fonction d'auto-alignement-garantit une production continue.
Roulements ferroviaires à grande-vitesse :Les roulements à rotule sur rouleaux étanches utilisent des joints à labyrinthe et des cages en nylon pour résoudre les problèmes de fuite de graisse et de bruit des conceptions traditionnelles, tout en empêchant également les accidents de « tartre à chaud » provoqués par la rupture de la cage.
Énergie éolienne et grandes pompes :Les systèmes d'arbre principal longs utilisent des capacités d'auto-alignement pour s'adapter à la déflexion de la charge de vent, réduisant ainsi les coûts de traitement de la structure de support.
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