L'importance de la sélection des roulements sur les performances de la boîte de vitesses

- Oct 16, 2018-

Les réducteurs de grande taille sont conçus pour transmettre un couple élevé en réduisant la vitesse d'entrée élevée à la vitesse de sortie souhaitée. C’est la raison pour laquelle une boîte de vitesses est largement utilisée et un équipement courant dans les convoyeurs, les broyeurs, les concasseurs et les pompes de l’industrie lourde.

Les engrenages de la boîte à engrenages sont fabriqués avec précision avec une grande précision et nécessitent l’assemblage et l’installation de techniciens qualifiés. Il n’est pas inhabituel qu’une simple boîte à engrenages comporte de nombreuses étapes pouvant inclure des engrenages coniques et à pignons pour les changements de direction d’entrée / entraînement, ainsi que de multiples engrenages hélicoïdaux de rapports différents pour obtenir le rendement souhaité.


L'objectif est de faire fonctionner la boîte de vitesses le plus silencieusement possible. Pour faciliter cette opération, les engrenages hélicoïdaux sont généralement utilisés de préférence pour les engrenages à denture droite ou en coupe transversale afin de réduire le bruit audible du maillage des engrenages. Nous nous rappelons tous le «gémissement» de nos voitures manuelles lorsque nous avons inversé? Dans ces cas, la marche arrière est un engrenage droit.

Les engrenages hélicoïdaux sont excellents pour la transmission de puissance, la durabilité et le fonctionnement silencieux, toutefois, cette conception présente des inconvénients. Comme ces engrenages sont fabriqués avec un angle, il en résulte toujours une force axiale (poussée) qui nécessite une attention particulière.

Dans les applications où cette charge axiale devient extrêmement importante, les engrenages hélicoïdaux sont coupés dans des directions opposées, souvent appelées «engrenages à chevrons». Cette conception nécessite:

  • 1. Augmenter la taille de la boîte de vitesses

  • 2. Plus de précision dans l'assemblage et

  • 3. Ajoute un coût supplémentaire dans la précision

  • En fonctionnement cependant, cette conception d'engrenage n'entraînera pas de charges axiales (de poussée). Dans les transmissions hélicoïdales et à pignons coniques plus courantes, la charge axiale résultante (poussée) doit être supportée par les paliers supports. Souvent, le choix des roulements est basé sur la capacité de charge et la durée de vie théorique, sans une compréhension essentielle du roulement et de sa conception fondamentale.

  • Il existe de nombreux roulements différents, chacun ayant un ensemble unique de caractéristiques de portage. Ces caractéristiques doivent être clairement comprises avec les caractéristiques de charge de l’application avant l’installation. Dans la plupart des applications, l’arbre nécessite un emplacement et une capacité de rotation.

  • Les charges de roulement peuvent être purement radiales, purement axiales ou une combinaison des deux. Généralement, la plupart des applications combinent ces deux éléments. Les roulements sont conçus pour supporter différentes charges, la plupart étant capables de supporter des combinaisons de charges. Un roulement à billes, par exemple, est conçu pour supporter des charges radiales. Cependant, il est capable de supporter une charge axiale (poussée) et est donc excellent pour une utilisation dans un moteur électrique, car ce roulement localisera le rotor de manière positive. Dans cet exemple, il y aura également une certaine croissance thermique de l’arbre. Pour éliminer le risque de «positionnement croisé» des roulements, un roulement à rouleaux cylindriques peut être utilisé. Ce type de roulement est disponible dans de nombreuses configurations. Il peut être utilisé dans la mesure où certaines configurations permettent un mouvement axial dans le roulement tout en maintenant la capacité de charge radiale.

  • Certains roulements sont également conçus pour permettre un désalignement. Cela peut être bénéfique s’il existe une possibilité que le boîtier soit imprécis ou qu’il existe une possibilité de déviation de l’arbre. Semblable à la conception à engrenages hélicoïdaux, ces roulements présentent des avantages et des inconvénients.

  • Dans le cas des roulements à rouleaux sphériques, la capacité de désalignement tout en permettant la rotation sans compromettre la capacité de charge est excellente. Ces roulements sont une excellente conception pour une utilisation dans une poulie de transporteur car il est toujours difficile de maintenir un alignement précis et que la charge radiale appliquée est généralement élevée. En outre, ces roulements ont également la capacité de "localiser" l'arbre en tenant compte des petites charges axiales (de poussée).

  • L'inconvénient ou l'inconvénient d'un roulement à rouleaux sphériques est que, de par sa conception interne, l'efficacité du roulement est compromise. Imaginez que vous essayez de rouler un tonneau de vin sur une colline - il est peu probable que ce soit rouler droit. La même chose se produit à l'intérieur du roulement à rouleaux sphérique - les éléments roulants ont tendance à s'incliner et à glisser, augmentant les températures de fonctionnement. Le composant critique qui maintient l'alignement des éléments roulants est la cage. Sans la cage, les éléments roulants s'inclinent facilement, entraînant une défaillance catastrophique.

  • Les inefficacités de roulement d'un roulement à rouleaux sphériques peuvent être facilement comparées en se référant aux indices de vitesse indiqués dans tous les catalogues de fabricants de roulements. Passez en revue les vitesses des roulements de même taille globale - ID, OD et Width. Comparez cette vitesse pour les roulements à billes, les roulements à rouleaux cylindriques, même les roulements à rouleaux coniques et il est très probable que l'indice de vitesse du roulement à rouleaux sphériques sera nettement inférieur.

  • Pourquoi? Les indices de vitesse sont basés sur une norme qui exige qu'une charge spécifique soit appliquée avec le roulement capable de maintenir une température prescrite à cette vitesse «limite». Certains fabricants ont des "vitesses de référence" différentes de la "vitesse limite". La mesure est cependant fondamentalement la même. Les boîtes à engrenages ont souvent des roulements à rouleaux sphériques installés sur des arbres de réduction de vitesse plus lente, ce qui est intéressant du point de vue de l'application du roulement.

  • Les boîtes de vitesses sont précises par conception. Le maillage, le jeu et l'alignement des engrenages sont essentiels à leur durée de vie et à leur fiabilité. La conception de l'arbre doit maintenir cette précision sans déformation. L'alignement de l'alésage du logement doit garantir que l'arbre respecte les exigences de précision des engrenages.

  • Compte tenu de ces contraintes de précision, il semble exister un manque de connaissances fondamentales en ingénierie des roulements pour la sélection des roulements. L'application ne nécessite pas la possibilité de désaligner. Il se peut qu’il en résulte une charge axiale (poussée) et les forces de séparation des engrenages sont insuffisantes pour maintenir la charge minimale requise pour le roulement afin de maintenir le contact de roulement. Les inefficacités internes du roulement et l'insuffisance de charge radiale peuvent être associées à une charge axiale (poussée) pour provoquer une défaillance prématurée du roulement. Un roulement idéal pour une poulie de convoyeur utilisée dans une application de boîte de vitesses peut ne pas être la meilleure option.

  • Un roulement conçu spécifiquement pour avoir la capacité de supporter une combinaison de charges radiales et axiales (poussée), ainsi qu'une capacité de charge qui maintient les exigences de charge minimale peuvent être pris en compte. Le roulement à rouleaux coniques est souvent une excellente alternative si les roulements à rouleaux sphériques tombent en panne prématurément ou ne fournissent pas une durée de vie suffisante dans les applications à engrenages.