Notions de base sur la friction des roulements: une prim er

- Dec 31, 2019-

Principes de base de la friction des roulements: un apprêt

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Roulements à rouleaux américains
Sous la direction de Mike Santora

Les roulements à rouleaux, tels que les roulements à billes et les roulements à rouleaux, sont utilisés dans les équipements principalement parce qu'ils supportent les charges inhérentes au fonctionnement de la machine à un niveau de friction beaucoup plus faible que les roulements à film d'huile tels que le bronze ou Babbitt. Cela réduit la puissance nécessaire pour faire fonctionner l'équipement, ce qui réduit le coût initial du moteur principal et l'énergie pour le faire fonctionner.

Bien qu'ils soient parfois appelés génériquement roulements «anti-friction», chaque roulement à billes et à rouleaux présente une faible friction ou résistance à la rotation. Les sources de ce frottement sont: une légère déformation des éléments roulants et des chemins de roulement sous charge, un frottement glissant des éléments roulants contre la cage et les surfaces de guidage. En raison de leur conception interne, différents types de roulements entraînent des frottements internes légèrement différents.

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Lubrification

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Dans cette image, nous voyons un American Roller BearingsTS. Il s'agit d'un roulement à rouleaux coniques à une rangée avec une conception à cage à broches.

Un facteur contribuant au frottement interne du roulement est le lubrifiant, la graisse ou l'huile qui sont continuellement repoussés pendant que les éléments roulants circulent autour des chemins de roulement. Un lubrifiant approprié réduira la friction entre les surfaces de glissement internes des composants des roulements et réduira ou empêchera le contact métal sur métal des éléments roulants avec leurs chemins de roulement. Une lubrification appropriée réduit l'usure et empêche la corrosion, garantissant une longue durée de vie des roulements.

La lubrification, en particulier l'huile en circulation, éliminera également la chaleur du roulement. Il existe deux types de base de lubrifiants pour roulements: l'huile et la graisse. Le premier est assez simple à comprendre comme étant un liquide fluide, tandis que le second est un peu plus complexe. Pour être un lubrifiant, toutes les graisses contiennent de l'huile entraînée dans une base épaissie. Cette base donne l'impression que la graisse est un type d'huile plus visqueux; cependant, c'est l'huile contenue dans la graisse qui assure la lubrification proprement dite. Chaque type de lubrifiant a ses propres avantages et inconvénients et est sélectionné en fonction de la nature de l'application.

Chaque fabricant d'un lubrifiant peut fournir une fiche technique pour chacun de ses produits, et chaque feuille aura une liste d'environ 20 propriétés et valeurs liées au lubrifiant. La propriété la plus importante de tout lubrifiant pour paliers à roulement est la viscosité de l'huile. Si la fiche technique est pour une huile, les valeurs de viscosité seront pour l'huile. S'il s'agit d'une graisse, elle doit faire référence à «Viscosité de l'huile de base» ou à un autre terme similaire, selon le fabricant. Habituellement, quatre valeurs de viscosité sont présentées comme suit:

cSt @ 40 ° C (104 ° F) unités SI
cSt @ 100 ° C (212 ° F) unités SI
SUS à 100 ° F (38 ° C) Unités impériales
SUS à 210 ° F (99 ° C) Unités impériales

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Ici, nous voyons un roulement à rouleaux sphériques à deux rangées.

Il est important de sélectionner un lubrifiant qui fournira une viscosité minimale acceptable à la température de fonctionnement du roulement, qui sera généralement comprise entre les températures de référence les plus basses et les plus élevées indiquées ci-dessus. En règle générale, les indices de viscosité de l'huile diminuent rapidement avec l'augmentation de la température. Souvent, l'expérience antérieure avec une machine similaire existante indiquera un lubrifiant acceptable. Les tests en interne d'un prototype ou de la première machine peuvent indiquer des températures de fonctionnement. La plupart des machines utilisent un lubrifiant sélectionné pour répondre à la demande la plus sévère d'un composant de la machine, comme un roulement, un engrenage, etc.

Les coefficients de frottement pour les différents types de roulements sont basés sur une valeur de référence de viscosité du lubrifiant de 20 cSt / 100SUS à la température de fonctionnement du roulement. Les coefficients de frottement pour différents types de roulements sont indiqués dans le tableau I.

Si un calcul plus précis du frottement des roulements prenant en compte les effets de la vitesse et de la lubrification est requis pour une application, le fabricant doit être contacté. Plus important pour le concepteur d'équipement que la force de friction est la quantité de couple de friction qui doit être surmontée. Ce paramètre peut être facilement calculé à l'aide de la formule ci-dessous:

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où:
P = charge équivalente sur le roulement
μ = coefficient de frottement
dm = diamètre primitif du roulement

Enfin, la quantité d'énergie consommée par le frottement des roulements peut être facilement calculée en utilisant la formule SI ou impériale appropriée en connaissant le couple de résistance et le régime.

Facteurs de fréquence de vibration

De plus en plus de fabricants et d'utilisateurs finaux utilisent l'analyse vibratoire pour surveiller le fonctionnement de leur équipement afin de détecter le début d'une défaillance des composants. Les principaux suspects sont les roulements et les engrenages, deux composants qui sont soumis aux contraintes les plus élevées en fonctionnement. Cependant, d'autres composants de la machine soumis à des contraintes cycliques peuvent également se détériorer et éventuellement échouer. Il y a souvent une fenêtre d'opportunité entre la détérioration et la panne complète lorsque le composant de la machine annoncera son état par une augmentation du niveau de vibration ou de bruit. Une augmentation du niveau de vibration peut affecter la qualité du produit fabriqué, mais la plus grande valeur de la surveillance vibratoire est l'alerte précoce d'une défaillance imminente. Cela permet aux opérateurs de l'usine de planifier une heure d'arrêt pratique et aux travailleurs de maintenance de planifier efficacement la procédure de retrait et de remplacement. Un autre avantage d'avoir une connaissance préalable de la défaillance imminente d'un composant est de pouvoir retirer le composant avant une défaillance totale, empêchant ainsi des morceaux du composant défaillant de pénétrer et d'endommager d'autres composants.

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Les sources de frottement des roulements sont: de légères déformations des éléments roulants et des chemins de roulement sous charge, un frottement glissant des éléments roulants contre la cage et les surfaces de guidage. Sur cette image, nous voyons une vue éclatée d'un roulement TDI et de sa conception à deux axes, à double cône, à rouleaux coniques et à cage à broches.

Un roulement, comme un engrenage ou un autre composant de machine, peut générer de manière prévisible une impulsion dont la fréquence est directement liée au régime d'entrée de la machine. Lorsque le spectre d'une surveillance des vibrations indique une amplitude supérieure à la normale à une certaine fréquence, l'analyse continue de faire correspondre cette fréquence avec le composant de la machine qui pourrait produire cette fréquence, identifiant ainsi la cause et éliminant les autres composants de la considération.

Chaque roulement typique a quatre composants principaux et, s'il est endommagé, peut produire une impulsion à différentes fréquences proportionnelles au régime de fonctionnement du roulement. Ces composants de roulement sont: cage, bague extérieure, bague intérieure et éléments roulants. Lorsqu'il est multiplié par le RPM du roulement, chaque facteur indique la fréquence ou l'harmonique attendue qui sera captée par l'analyse vibrationnelle. Cela suppose qu'un défaut peut se produire sur chaque composant de palier, ce qui pourrait être le début d'une rupture de fatigue, des dommages de bosselage de la pièce d'un autre composant ou un autre type d'usure ou de dommage. Les quatre facteurs de fréquence fondamentaux sont:
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Les fabricants et les utilisateurs d'équipements doivent être conscients des fréquences fondamentales que chaque composant de la machine peut produire et conserver toutes ces valeurs à des fins de référence.

Le facteur de cage, Fcage, est lié au nombre de tours effectués par la cage par rapport à la bague intérieure d'un roulement radial et à la bague tournante d'un roulement de poussée. Pour un palier de butée à 90 degrés, il est de 0,500, tandis que pour la plupart des roulements radiaux, il est légèrement inférieur à 0,500. Une valeur typique pourrait être .410, et ce que cela signifie, c'est que la cage fera 41 révolutions pour chaque centaine de course intérieure.

Les facteurs de course interne et de course externe se rapportent à la fréquence à laquelle un rouleau passe sur un défaut, comme une petite écaille de bosselure dans le chemin du rouleau. Avec une course intérieure rotative, la valeur de course Finner est toujours plus grande que la course Fouter. Le facteur de l'élément roulant, Froller ou Fball, se rapporte au régime de rotation de l'élément et au défaut en contact avec la course intérieure et la course extérieure pendant chaque révolution.

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