Comprendre le jeu des roulements

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Définition : Qu'est-ce que le jeu des roulements ?

Jeu des roulements (également appelé jeu interne ou jeu du roulement) correspond à la distance totale de déplacement d'une bague de roulement par rapport à l'autre, dans le sens radial (jeu radial) ou axial (jeu axial), avant que les éléments roulants n'entrent en contact simultanément avec les deux chemins de roulement. En termes plus simples, il s'agit du jeu intégré au roulement avant son assemblage, qui permet la dilatation thermique, la déformation due à la charge et les effets d'ajustement serré.

Un jeu correct est essentiel à une performance optimale du roulement. Il affecte la répartition de la charge, le frottement, le bruit, la précision de fonctionnement et la durée de vie. Un jeu insuffisant entraîne une surchauffe et une défaillance prématurée ; un jeu excessif est source de bruit., vibration, et un positionnement inexact de l'arbre.

Types de jeu de roulement

1. Jeu radial interne

Le type le plus couramment spécifié :

• Définition: Distance à laquelle la bague intérieure peut se déplacer radialement par rapport à la bague extérieure
• Mesures: Avec une bague maintenue fixe, mesurez le déplacement radial maximal de l'autre bague
• Valeurs typiques: 5 à 50 micromètres (0,0002 à 0,002 pouce) pour les roulements de petite et moyenne taille
• Affecte : Rigidité radiale, répartition de la charge, précision de fonctionnement radial

2. Jeu axial interne

Important pour certains types de roulements :

• Définition: Distance à laquelle la bague intérieure peut se déplacer axialement par rapport à la bague extérieure
• Pertinent pour : Roulements à contact oblique, roulements à rouleaux coniques
• Ajustement: Souvent réglable par calage ou serrage d'écrou
• Affecte : Rigidité axiale, précharge, capacité de poussée

Classifications de dédouanement

Les roulements sont fabriqués avec des classes de jeu normalisées :

Groupes d'autorisation ISO

• C2: Jeu inférieur à la normale (plus serré)
• CN (Normal) : Jeu standard pour la plupart des applications
• C3: Jeu supérieur à la normale (plus lâche)
• C4: Jeu supérieur à C3 (encore plus lâche)
• C5: Jeu supérieur à C4 (jeu standard maximal)

Critères de sélection

Choisissez le jeu approprié en fonction de l'application :

• C2 (serré) : Applications à faible bruit, faux-rond minimal requis, basses températures de fonctionnement
• CN (Normal) : Norme pour la plupart des applications industrielles générales
• C3 (Lâche) : Ajustements serrés élevés, températures de fonctionnement élevées, charges lourdes, roulements à rouleaux sphériques
• C4, C5 : Températures très élevées, ajustements serrés très importants, roulements de grandes dimensions avec dilatation thermique importante

Facteurs affectant le jeu de fonctionnement

Autorisation initiale et autorisation d'exploitation

Le jeu varie de l'installation à l'exploitation :

Facteurs de réduction du jeu

• Ajustement serré (arbre) : L'ajustement serré sur l'arbre élargit la bague intérieure, réduisant ainsi le jeu (généralement 70-80% d'interférence)
• Ajustement serré (boîtier) : L'ajustement serré dans le boîtier comprime la bague extérieure, réduisant ainsi le jeu (généralement 10-20% d'interférence)
• Température de fonctionnement : La bague intérieure (tournant avec l'arbre) est généralement plus chaude que la bague extérieure, la dilatation différentielle réduit le jeu
• Charger: La charge appliquée déforme élastiquement les chemins de roulement, réduisant ainsi le jeu effectif

Facteurs d'augmentation du jeu

• Usure des roulements : L'enlèvement de matière augmente le jeu au fil du temps
• Déformation plastique : Le brinelling ou le bosselage augmente le jeu
• Racisme racial : Une interférence inadéquate permet aux courses de tourner dans leurs ajustements, usant les rainures

Calcul du jeu de fonctionnement

L'autorisation d'exploitation finale doit tenir compte de tous les effets :

• Jeu de fonctionnement = Jeu initial – Réduction d'ajustement – Réduction thermique + Usure
• Une conception appropriée garantit que le jeu de fonctionnement final est une petite valeur positive
• Un jeu de fonctionnement nul ou négatif provoque une précharge, augmentant la friction et la chaleur

Effets d'un jeu incorrect

Trop peu de jeu (roulement serré)

• Friction excessive : Les charges de contact élevées augmentent la friction et la génération de chaleur
• Surchauffe: Peut atteindre des températures destructrices (> 120°C)
• Fatigue prématurée : Les charges élevées accélèrent la durée de vie des roulements en raison de leur fatigue
• Bruit: Des roulements serrés peuvent produire des grincements aigus
• Risque de crise : Les cas extrêmes peuvent entraîner un grippage des roulements

Trop de jeu (roulement desserré)

• Charge d'impact : Les éléments roulants impactent les chemins de roulement sous inversion de charge
• Bruit: Bruits de cliquetis ou de cognements audibles
• Vibration: Augmentation des vibrations dues aux impacts et à une répartition non uniforme de la charge
• Précision réduite : Excessif faux-rond de l'arbre et les erreurs de positionnement
• Usure accélérée : Les charges d'impact et le dérapage accélèrent l'usure
• Dommages à la cage : Un jeu excessif peut endommager la cage

Méthodes de mesure

Avant l'installation (roulement non monté)

Mesure du jeu radial

• Soutenir la bague extérieure, appliquer une petite charge radiale sur la bague intérieure
• Mesurer le déplacement avec un indicateur à cadran
• Valeurs typiques : 10-30 µm pour les roulements moyens
• Comparer aux spécifications du fabricant

Méthode du ressenti (qualitative)

• Tenez une course et déplacez l'autre à la main
• Des techniciens expérimentés peuvent évaluer si l'autorisation est appropriée
• Pas précis mais utile pour une vérification rapide

Après l'installation

Méthode de déplacement axial

• Pour les roulements montés, appliquer une force axiale
• Mesurer le déplacement axial (relatif au jeu radial)
• Nécessite un accès à l'extrémité de l'arbre

Analyse des vibrations

• Un jeu excessif se traduit par une augmentation des vibrations à haute fréquence
• Signatures d'impact dans forme d'onde temporelle
• Modifications des fréquences naturelles des roulements

Directives de sélection des autorisations

Prise en compte de l'augmentation de la température

• Estimer l'augmentation de la température du roulement (généralement 20 à 60 °C au-dessus de la température ambiante)
• Calculer la dilatation différentielle entre les bagues intérieures et extérieures
• Sélectionnez le jeu initial pour fournir un jeu de fonctionnement optimal
• Règle empirique : réduction du jeu de 1 µm par différence de température en °C pour un roulement d'alésage de 100 mm

Compensation d'ajustement serré

• Ajustement serré de l'arbre : utilisez C3 ou C4 pour compenser la dilatation de la bague intérieure
• Ajustement de l'arbre lâche : CN ou C2 peut être approprié
• Les effets de l'ajustement du boîtier sont généralement moins importants que ceux de l'ajustement de l'arbre

Sélection spécifique à l'application

• Applications de précision : C2 ou CN pour un faux-rond minimal
• Moteurs électriques : C3 commun en raison des ajustements serrés de l'arbre et de l'augmentation de la température
• Service à haute température : C4 ou C5 pour tenir compte de la dilatation thermique
• Charges lourdes : C3 ou C4, une certaine réduction du jeu sous charge est acceptable

Relation avec les vibrations et les diagnostics

Effet sur les caractéristiques de vibration

• Un jeu excessif produit une réponse vibratoire non linéaire
• Multiple harmoniques de la charge d'impact
• Bruit haute fréquence à large bande
• Vibration erratique non proportionnelle à la vitesse

Indicateurs de diagnostic

• L'augmentation du niveau global de vibration au fil du temps suggère une usure augmentant le jeu
• Les impacts à haute fréquence indiquent un jeu excessif
• Les changements dans la rigidité des roulements affectent vitesses critiques
• La surveillance de la température révèle un roulement serré (température élevée) par rapport à la normale

Le jeu des roulements est une spécification critique qui doit être soigneusement sélectionnée et vérifiée pour garantir des performances optimales. Comprendre l'impact du jeu sur les vibrations, le bruit et la durée de vie des roulements permet de mieux choisir les roulements, d'appliquer les bonnes pratiques d'installation et d'interpréter efficacement leur état.

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