Tout savoir sur le jeu de roulement interne

Afin de garantir le fonctionnement correct de votre machine, il est indispensable de choisir le roulement adéquat. Pour ce faire, vous devez commencer par déterminer le type de roulement dont vous avez besoin. Il existe des paliers lisses et des roulements à éléments roulants.

Les roulements à éléments roulants sont adaptés aux charges plus importantes. Du fait de leur propriété roulante, ils provoquent une friction et un glissement moindres. Après avoir sélectionné le type de roulement approprié, vous devez choisir la direction de charge autorisée, en fonction de l'application prévue. Et pour finir ? Enfin, vous sélectionnerez la classe C appropriée pour le roulement. .

Cette classe correspond à la taille du jeu de roulement interne. La classe C choisie sera déterminante pour le fonctionnement du roulement et de votre machine. Pendant le fonctionnement, le jeu de roulement interne doit être minimal. Vous devez donc préalablement tenir compte de tous les facteurs susceptibles d'influencer le jeu de roulement..

Classes C de dimension du jeu de roulement

La classe C des roulements figure en suffixe du code de roulement complet. Ce code récapitule toutes les caractéristiques des roulements en matière de matériau de fabrication, de lubrification et, comme indiqué plus haut, de jeu de roulement interne. Les 5 classes C suivantes correspondent aux jeux de roulement internes les plus courants : C1, C2, C3, C4 and C5.

Une classe C est attribuée à un roulement dès que celui-ci présente un jeu interne supplémentaire. Les roulements C1 présentent le moins de jeu supplémentaire. Au contraire, les roulements C5 offrent le jeu supplémentaire le plus important. Les roulements C3 offrent pour leur part un jeu supplémentaire considéré comme « normal ». Ces roulements C3 sont les plus communément utilisés.

Les classes de jeu radial des roulements avant montage sont déterminées par des normes ISO :

• C2 - Jeu inférieur à la normale
• C0 of CN - Norme standard pour les applications dans lesquelles le jeu adéquat est conservé avec les tolérances normales conseillées et dans des conditions normales de fonctionnement. La classe C0 ne figure pas sur le roulement.
• C3 - Jeu supérieur à C0
• C4 - Jeu supérieur à C2
• C5 - Jeu supérieur à C4

Jeu et durée de vie du roulement

Nous conseillons de calculer le jeu de roulement afin de sélectionner le roulement adéquat. En effet, un jeu de roulement qui ne serait pas parfaitement adapté affecterait le fonctionnement et la durée de vie du roulement. Votre choix peut être déterminant pour éviter l'apparition de problèmes à l'intérieur du roulement.

C'est souvent le cas pour les moteurs électriques qui atteignent une température de fonctionnement élevée. En raison de cette température élevée, les bagues des roulements se dilatent encore plus (que prévu) ; c'est la raison pour laquelle ces roulements nécessitent un jeu interne plus important.

Qu'est-ce que le jeu interne de roulement ?

Pour faire simple, le jeu interne de roulement correspond à la liberté de mouvement des deux bagues qui se trouvent dans le roulement. Il s'agit de la distance sur laquelle une bague peut bouger par rapport à l'autre bague. Il est possible de mesurer ce jeu sur un roulement qui n'a pas encore été installé, en faisant bouger les bagues en direction opposée.

Les bagues présentent un jeu dans deux directions différentes, c'est pourquoi on mentionne deux types de jeu de roulement : le jeu radial et le jeu de roulement axial.
Le jeu de roulement radial se mesure perpendiculairement à l'axe central.
Le jeu de roulement axial se mesure parallèlement à l'axe central.

Dans le cas du jeu de roulement radial comme axial, on mesure la distance totale du jeu dans l'axe, d'une extrémité à l'autre. Cette mesure doit être effectuée lorsque le roulement n'est soumis à aucune charge.

Important: afin d'obtenir une valeur réaliste du jeu de roulement interne, il est nécessaire de soumettre le roulement à une charge. En effet, la valeur mesurée avant soumission du roulement à une charge (jeu géométrique de roulement) diffère de la valeur de jeu réel du roulement en fonctionnement (jeu théorique de roulement).

Dès que la machine se met à fonctionner et qu'une charge est appliquée sur le roulement, les bagues intérieures peuvent se dilater et les bagues extérieures être compressées. Une déformation élastique se produit. Ceci affecte le jeu de roulement interne. La dilatation thermique peut également affecter le jeu du roulement. Ces déformations provoquent une diminution du jeu de roulement.

Quelle est la dimension autorisée du jeu de roulement théorique ?

La valeur réelle du jeu de roulement interne soumis à une charge (donc une fois monté) doit être la plus infime possible (quelques microns) voire nulle. Le jeu de roulement correct dépend également des facteurs suivants :

• l'usage prévu du roulement
• la température interne de la machine et du roulement
• l'axe et le logement du roulement

En raison de ces facteurs déterminants, choisir la classe C appropriée est un véritable travail de précision. En effet, vous devez commencer par calculer le jeu de roulement théorique correct.

Calcul du jeu interne de roulement

Vous pouvez calculer le jeu interne de roulement avant de monter le roulement. Pour ce faire, vous devez soumettre le roulement à une charge déterminée. En effet, cette charge provoque une déformation élastique et modifie donc le jeu interne de roulement.

La déformation élastique des roulements à éléments roulants reste minimale. En raison de leur propriété roulante, les roulements à rouleaux provoquent une friction moindre. Par conséquent, les bagues intérieures se dilatent moins et les bagues extérieures se compriment également moins. Le jeu de roulement théorique et le jeu de roulement mesuré sont donc presque identiques sur les roulements à rouleaux.

On distingue au total 5 types de jeux de roulement internes. Tous ces types peuvent être calculés. Pour chaque type, il sera tenu compte de facteurs différents qui ont une incidence sur le jeu de roulement : par exemple, la chaleur, la charge et la déformation élastique.

Jeu de roulement interne mesuré (Δ1)

Il s'agit du jeu de roulement mesuré lorsqu'une charge déterminée est appliquée. La déformation élastique (δfo), provoquée par la charge, est prise en compte dans ce jeu.

La formule suivante permet de calculer cette forme de jeu de roulement interne : Δ1 = Δ0 + δfo

Jeu de roulement interne théorique (Δ0)

Il s'agit du jeu de roulement interne radial, mesuré lorsqu'aucune charge n'est appliquée. Cette valeur ne tient donc pas compte de la déformation élastique.

La formule suivante permet de calculer cette forme de jeu de roulement interne : Δ0 = Δ1 + δfo

Les roulements à billes présentent une déformation élastique significative (δfo), mais celle-ci est nulle (0) pour les roulements à rouleaux. La formule correspondante est donc : Δ0 = Δ1.

Jeu de roulement interne résiduel (Δf)

Il s'agit du jeu de roulement une fois monté, avant la mise en marche de la machine. Il n'y a donc pas de déformation élastique dans ce cas. Le jeu de roulement peut toutefois diminuer en raison de la dilatation ou de la compression de la bague (δf).

La formule suivante permet de calculer cette forme de jeu de roulement interne : Δf = Δ0 + δf

Jeu de roulement interne effectif (Δ)

Il s'agit du jeu de roulement qui se produit dans la machine en raison de la température de fonctionnement. Il ne tient pas compte de la déformation élastique provoquée par l'application de la charge.

Autrement dit, cette valeur de jeu de roulement s'applique lorsque l'on tient uniquement compte des variations provoquées par l'ajustement du roulement (δf) et par la différence de température entre les bagues intérieure et extérieure (δt). La valeur de la charge de base du roulement s'applique uniquement lorsque le jeu effectif du roulement est nul.

La formule suivante permet de calculer cette forme de jeu de roulement interne : Δ = Δf - δt = Δ0 - (δf+δt)

Jeu de roulement opérationnel (Δf)

Il s'agit du jeu réel d'un roulement monté et soumis à une charge sur une machine en fonctionnement. Il tient compte de l'effet de la déformation élastique (δf) et des facteurs déterminants d'ajustement et de température. En règle générale, le jeu opérationnel de roulement n'est pas utilisé pour le calcul.

La formule suivante permet cependant de calculer ce type de jeu de roulement interne : Δf = Δ + δf

Le jeu de roulement le plus important à calculer

Quel type de jeu de roulement est-il vraiment important de calculer pour déterminer la classe C devant être utilisée ? Il s'agit du « jeu de roulement interne effectif ». En effet, cette valeur de jeu de roulement tient compte des variations provoquées par l'ajustement du roulement et les différences de température, qui influencent le jeu de roulement. Elle ne tient pas compte de la déformation élastique provoquée par la charge, car celle-ci n'a une influence qu'en cas de jeu de roulement effectif nul.

Le jeu de roulement effectif donne quant à lui une indication sur la durée de vie du roulement. En théorie, les roulements dont la valeur de jeu effectif est négative et très proche de zéro ont la durée de vie la plus longue.

Pourquoi cette valeur doit-elle être tout juste négative ? Parce que ce type de jeu de roulement change lorsqu'une charge est appliquée, autrement dit lorsque la machine se met en marche. La valeur devient alors tout juste positive. Il s'agit du jeu de roulement idéal. La valeur négative du jeu de roulement effectif varie en fonction de la charge appliquée sur le roulement.

En dépit de toutes les formules qui permettent de calculer les jeux de roulement, il est presque impossible de déterminer par avance le jeu idéal pour chaque roulement. Vous devez en outre tenir compte du jeu théorique de roulement pour une valeur de jeu effectif de roulement nulle ou légèrement négative.

Vous souhaitez malgré tout savoir quand la valeur de jeu effectif de roulement est la plus optimale ? Vous devez alors calculer les deux valeurs suivantes le plus précisément possible :

1. Le degré correct de diminution du jeu de roulement provoqué par la dilatation et/ou la compression de la bague dans le roulement (δf).

2. Le degré correct de variation du jeu de roulement provoqué par la différence de température entre les bagues d'extrémités intérieure et extérieure du roulement (δf).

Qu'est-ce qui influence le jeu de roulement interne ?

Nous avons mentionné plus tôt que le jeu de roulement interne correspond à la liberté de mouvement des bagues du roulement. Un certain nombre de facteurs influencent cette liberté de mouvement. C'est le cas :

• De l'ajustement de la bague intérieure: La bague est toujours légèrement plus petite que son axe. C'est la raison pour laquelle la bague intérieure se dilate et la bague extérieure se contracte lorsque la machine fonctionne.
• De l'ajustement de la bague extérieure: Lorsque la bague extérieure supporte une charge statique (et que la bague intérieure est en rotation), une force de compression se crée sur la bague intérieure. Par conséquent, la bague extérieure appuie sur la bague intérieure ou se dilate dans la « zone libre ». Au contraire, lorsque la bague intérieure supporte une charge statique (et que la bague extérieure est en rotation), le même effet que lorsque la bague intérieure est pressée se produit : la bague intérieure se dilate et la bague extérieure se contracte.
• De la différence de température entre la bague intérieure et la bague extérieure: Lorsque le roulement subit une charge, la température augmente toujours dans la totalité du roulement. Ceci modifie également la température des éléments roulants. Il est très difficile de mesurer et d'estimer cette variation de température. On part donc du principe que la température des éléments roulants est identique à celle de la bague intérieure. Ces différences de température influencent la dilatation des bagues.

Dans quelle mesure ces facteurs influencent-ils la taille du jeu de roulement interne ? Vous pouvez calculer cela à l'aide de la formule suivante :
δt = α Δt De

Explication :

δt: Diminution du jeu de roulement radial en raison de la différence de température entre la bague intérieure et la bague extérieure (en mm)
α: Coefficient de dilatation thermique linéaire de l'acier pour roulement = 12,5 • 10-6 (1/⁰C)
Δt: Différence de température entre la bague intérieure et la bague extérieure (en ⁰C)
De: Diamètre du canal de la bague extérieure (en mm)

Pour les roulements à billes: De = (4D + d)

Pour les roulements à rouleaux: De = (3D + d)

Pourquoi est-il si important de connaître la classe C adéquate pour vos roulements ?

La classe C du roulement indique la dimension du jeu de roulement interne dans la machine. Il est primordial de faire le bon choix afin d'éviter un jeu de roulement interne excessif.

En effet, la dimension du jeu de roulement interne détermine en grande partie les performances opérationnelles des roulements. Elle influence la durabilité, le degré de vibration, le bruit de fonctionnement de la machine ainsi que la chaleur relâchée par celle-ci. C'est pourquoi vous devez calculer le jeu de roulement interne effectif afin d'être en mesure de sélectionner la classe C adéquate pour vos roulements.

Voici un certain nombre d'applications spécifiques ainsi que leur jeu de roulement interne optimal :