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

- Dec 05, 2019-

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

Les grands réducteurs 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 broyeurs et les pompes de l'industrie lourde.

Les engrenages à travers une boîte de vitesses sont fabriqués avec précision avec une grande précision qui nécessitent des techniciens qualifiés pour assembler et installer. Il n'est pas rare qu'une boîte de vitesses à réduction simple ait de nombreux étages qui peuvent inclure des engrenages coniques et à pignon pour les changements de direction d'entraînement / d'entrée, ainsi que plusieurs engrenages hélicoïdaux de rapports différents pour atteindre la sortie souhaitée.

L'objectif est de faire fonctionner la boîte de vitesses le plus silencieusement possible. Pour aider à cela, les engrenages hélicoïdaux sont généralement utilisés de préférence aux engrenages droits (ou à coupe croisée) pour réduire le bruit audible de l'engrenage. Nous nous souvenons tous du «gémissement» de nos voitures manuelles lorsque nous avons fait marche arrière? 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, mais il y a un inconvénient à cette conception. Comme ces engrenages sont fabriqués avec un angle, il y a toujours une force axiale (poussée) résultante qui nécessite une attention.

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

  • Augmenter le dimensionnement de la boîte de vitesses

  • Plus de précision dans l'assemblage et

  • Ajoute un coût supplémentaire dans la précision

En fonctionnement cependant, cette conception d'engrenage n'entraînera pas de charges axiales (poussée). Dans les entraînements à engrenages hélicoïdaux et à pignons coniques les plus courants, la charge axiale (poussée) qui en résulte doit être supportée par les paliers de support. Souvent, le choix des roulements est basé sur la capacité de charge et la durée de vie théorique du roulement, 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 portance. Ces caractéristiques doivent être clairement comprises ainsi que les caractéristiques de charge d'application avant l'installation. Dans la plupart des applications, l'arbre nécessite un emplacement ainsi qu'une capacité de rotation.

Les charges portantes peuvent être radiales pures, axiales pures ou une combinaison des deux. Généralement, la plupart des applications ont une combinaison des deux. Les roulements sont conçus pour supporter différentes charges, la plupart pouvant accueillir 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 à utiliser dans un moteur électrique, car ce roulement localisera positivement le rotor. Dans cet exemple, il y aura également une certaine croissance thermique de l'arbre. Pour éliminer le risque de «croisement» des roulements, un roulement à rouleaux cylindriques peut être utilisé. Ce type de roulement est disponible dans de nombreuses configurations. Il peut être utilisé car il existe des configurations qui permettront un mouvement axial à l'intérieur du roulement lui-même, tout en conservant la charge radiale.

Certains roulements sont également conçus pour permettre un désalignement. Cela peut être bénéfique lorsqu'il existe une possibilité d'inexactitude du logement sur l'arbre ou une possibilité de déviation de l'arbre. Semblable à la conception d'engrenage hélicoïdal, ces roulements ont 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 convoyeur car il est toujours difficile de maintenir un alignement précis et la charge radiale appliquée est généralement élevée. De plus, ces roulements ont également la capacité de «localiser» l'arbre en acceptant de petites charges axiales (poussée).

L'inconvénient, ou inconvénient, d'un roulement à rotule sur rouleaux est que, de par sa conception interne, il existe un compromis sur l'efficacité du roulement. Imaginez que vous essayez de faire rouler un tonneau de vin sur une colline - il est peu probable qu'il roule droit. La même chose se produit dans le roulement à rouleaux sphériques - les éléments roulants ont tendance à s'incliner et à glisser, ce qui augmente 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, ce qui entraîne une défaillance catastrophique.

Les inefficacités de roulement d'un roulement à rouleaux sphériques peuvent être facilement comparées en se référant aux indices de vitesse dans tout catalogue de fabricants de roulements. Passez en revue les vitesses des roulements de la même taille globale - ID, OD et largeur. 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 pour le roulement à rouleaux sphériques sera nettement inférieur.

Pourquoi? Les indices de vitesse sont basés sur une norme qui nécessite qu'une charge spécifique soit appliquée avec le roulement capable de maintenir une température prescrite à cette vitesse «limitante». Certains fabricants ont des «vitesses de référence» qui diffèrent de la «vitesse limite». Cependant, la mesure est fondamentalement la même. Les boîtes de vitesses 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 des roulements.

Les boîtes de vitesses sont précises par conception. Le maillage, le jeu et l'alignement des engrenages sont essentiels à la durée de vie des engrenages et à un fonctionnement fiable. La conception de l'arbre doit maintenir cette précision sans déflexion. 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 y avoir un manque de connaissances fondamentales en ingénierie des roulements sur la sélection des roulements. L'application ne nécessite pas la possibilité de désalignement. Il est probable qu'il en résulte une charge axiale (poussée) et les forces de séparation des engrenages sont insuffisantes pour maintenir la charge minimale requise pour maintenir le contact de roulement. Les inefficacités de roulement interne et la charge radiale insuffisante peuvent se combiner avec une charge axiale (poussée) pour entraîner 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 pouvoir supporter une combinaison de charge radiale et axiale (poussée), ainsi qu'une charge nominale qui maintient les exigences de charge minimales peuvent être envisagés. Le roulement à rouleaux coniques est souvent une excellente alternative si les roulements à rouleaux sphériques tombent en panne prématurément ou n'offrent pas une durée de vie adéquate dans les applications de boîte de vitesses.

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