roulement

Organe mécanique conçu pour servir de guide à un mouvement de rotation de grande précision entre deux pièces destinées à tourner l’une par rapport à l’autre, dans une très large gamme de vitesses, et à permettre la transmission d’efforts importants entre ces deux pièces avec une résistance passive (frottement) minimale grâce à l’utilisation d’éléments roulants.

Ces guides de mouvement sont très utilisés dans la plupart des produits industriels comportant des pièces en mouvement. Le développement très rapide de leur emploi tient au fait qu’indépendamment des considérations d’économie d’énergie motrice, qui était la raison initiale de leur utilisation, il existe de nombreux autres avantages qui deviennent prépondérants suivant les applications envisagées : éléments mécaniques prêts à l’emploi ne nécessitant aucun ajustage au montage ; frottement pratiquement nul, même au démarrage ; sécurité de fonctionnement parce que ces organes mécaniques à grande capacité de charge sont insensibles aux variations de charge et de vitesse de rotation ; surveillance pratiquement nulle, entretien facile et propreté absolue, les besoins en lubrifiant étant fort minimes ; légèreté, faible encombrement axial et interchangeabilité internationale en raison de la normalisation dont ils sont l’objet.

Constitution

Un roulement comprend essentiellement deux bagues en acier ayant des chemins de roulement rectifiés et polis entre lesquels roulent, sans glisser, des éléments d’interposition qui permettent la rotation relative d’une bague par rapport à l’autre. Ces éléments ont différentes formes géométriques : sphériques (billes en acier), cylindriques (rouleaux cylindriques de révolution, aiguilles, etc.), coniques (rouleaux coniques de révolution) et toriques (éléments toriques et tonnelets). Ces éléments roulants sont le plus souvent guidés par une cage, qui les maintient à égale distance les uns des autres et les empêche de frotter l’un contre l’autre ; elle facilite aussi le démontage des roulements dont les bagues sont séparables. Les cages à billes ou à rouleaux ne participent jamais à la transmission de la charge supportée par le roulement. Elles sont cependant soumises à des forces d’inertie, centrifuges et quelquefois à des vibrations. Ces cages sont centrées soit sur les éléments roulants, soit sur l’une ou l’autre des bagues. Dans les deux cas, elles frottent sur les éléments roulants. La bague extérieure aux éléments roulants est généralement montée dans un logement cylindrique de révolution alésé dans un bâti fixe ou un moyeu tournant, et la bague intérieure est rendue solidaire du tourillon de l’arbre tournant ou fixe.

Il y a toutefois d’assez nombreuses exceptions à cette constitution générale. Ainsi, les roulements à billes ou à rouleaux dits « jointifs » sont sans cage. Il existe également des cages à rouleaux qui n’ont ni bague intérieure ni bague extérieure et dont les éléments roulent directement entre un arbre et un logement du bâti. Dans certains roulements démontables, on supprime l’une des bagues pour des raisons d’encombrement.

Les roulements sont également appelés butées à roulement, ou simplement butées, lorsque le plan tangent en chaque point de contact de l’élément roulant avec le chemin de roulement est perpendiculaire ou quasi perpendiculaire à l’axe de rotation.

Matières premières et fabrication

Sous l’influence de la charge, les éléments roulants et les chemins de roulement des bagues sont soumis à chaque rotation à des pressions spécifiques variables et très élevées donnant lieu à des contraintes rythmées importantes. Aussi utilise-t-on un acier pur d’une très grande limite élastique et présentant une haute résistance à l’usure. On emploie presque toujours un acier au chrome, couramment appelé acier à roulement, correspondant à la dénomination 100 C 6 des normes AFNOR et comprenant de 0,9 à 1,1 p. 100 de carbone ; de 1,3 à 1,6 p. 100 de chrome et des quantités de manganèse, de silicium et de nickel inférieures ou au plus égales à 0,4 p. 100 avec des pourcentages de phosphore et de soufre respectivement inférieurs à 0,03 p. 100 et 0,025 p. 100. Dans certains cas spéciaux, on utilise aussi l’acier inoxydable ou l’acier Si-Mn traité. Les bagues de roulements de petites et moyennes dimensions sont prises dans la barre, tandis que ceux de plus grandes dimensions sont estampées à chaud ou forgées. Après tournage, les pièces sont trempées, recuites et rectifiées. Dans la plupart des cas, les chemins de roulement sont polis.

Les billes et les rouleaux sont matrices à froid ou à chaud. Ils subissent un premier meulage avant d’être trempés, puis ils sont rectifiés et polis pour être ensuite soumis à un triage très précis. Ce triage automatique permet de répartir les billes et les rouleaux dans plusieurs échelons, de telle façon que la plus grande différence entre les diamètres extrêmes d’un même échelon ne dépasse pas quelques microns. Les petits roulements ont généralement une cage en tôle emboutie. Pour des applications spéciales, ils peuvent être équipés de cages en tôle de laiton ou encore de cages massives en acier, en bronze, en alliage léger ou en matière plastique. Les roulements de moyennes et de grandes dimensions sont presque toujours pourvus d’une cage massive en bronze ou en acier.

Désignation

La désignation des roulements fait l’objet d’une norme ISO (International Organization for Standardization) qui a été adoptée par les pays industriels, notamment par la France. Ce code est alphanumérique et il constitue un langage universel permettant la description et l’identification de la plupart des roulements commercialisés. Il est fondé sur l’emploi alternatif de groupes de chiffres et de lettres dont l’ensemble forme le numéro de code.

Les roulements sont divisés en trois groupes.

• Le groupe I comprend les roulements à billes, les roulements à rouleaux cylindriques et les roulements à rotule sur rouleaux, pour lesquels les plans tangents communs aux points de contact sont parallèles aux axes de rotation. Ces roulements sont principalement construits pour pouvoir supporter des charges radiales ou des charges combinées (radiales et axiales), les charges purement axiales n’étant qu’exceptionnelles et d’intensité relative faible.

• Le groupe II comprend les roulements à billes et à rouleaux, couramment appelés butées, pour lesquels les plans tangents communs aux points de contact sont perpendiculaires à l’axe de rotation et qui sont surtout destinés à supporter des charges axiales.

• Le groupe III comprend les roulements à rouleaux coniques.