Comprendre la précharge des roulements
Définition : Qu'est-ce que la précharge du roulement ?
Précharge du roulement (également appelée précharge ou charge initiale) est une charge de compression contrôlée appliquée intentionnellement à un roulement pour éliminer les contraintes internes. autorisation et créent une légère interférence entre les éléments roulants et les chemins de roulement. La précharge garantit un contact permanent de tous les éléments roulants avec les chemins de roulement, quelles que soient les conditions de fonctionnement, éliminant ainsi le léger jeu interne qui pourrait autrement exister. Cela crée un système de roulement plus rigide et plus précis, avec une meilleure répartition de la charge et une meilleure résistance aux vibrations.
La précharge est essentielle dans les applications exigeant une rigidité élevée, un positionnement précis de l'arbre ou un fonctionnement avec des charges variables ou oscillantes. C'est une pratique courante sur les broches de machines-outils, les instruments de précision et les machines à grande vitesse. instabilité la prévention est essentielle.
Objectif et avantages
1. Rigidité accrue
Le principal avantage de la précharge :
- Élimine le jeu qui permet la déflexion sous charge
- Tous les éléments roulants sont en contact, répartissant la charge sur tous les éléments
- La rigidité du roulement peut augmenter de 2 à 5 fois par rapport à un roulement non préchargé
- Réduit la déflexion de l'arbre et améliore la rigidité du système
2. Exactitude et précision améliorées
- Élimine faux-rond de l'arbre du jeu des roulements
- Fournit un positionnement précis et répétable de l'arbre
- Essentiel pour les machines de précision (machines-outils, instruments de mesure)
- Réduit vibration des impacts liés au déminage
3. Prévention du dérapage
- Assure que les éléments roulants roulent réellement plutôt que de déraper
- Particulièrement important sous des charges légères ou des vitesses élevées
- Le dérapage provoque une usure rapide des roulements et des dommages de surface
- La précharge maintient une force de contact adéquate pour un roulement pur
4. Réduction du bruit
- Élimine les cliquetis dus au jeu interne
- Offre un fonctionnement plus silencieux et plus fluide
- Important pour les applications à proximité du personnel ou des équipements sensibles
5. Amélioration de la stabilité
- L'augmentation de la rigidité des roulements augmente vitesses critiques
- Améliore amortissement caractéristiques
- Empêche les instabilités induites par les roulements
- Réduit la sensibilité aux vibrations externes
Types de précharge
1. Précharge fixe (rigide)
Précharge constante quelle que soit la température ou la vitesse :
- Méthode: Entretoises, cales ou contre-écrous réglés sur une position spécifique
- Caractéristiques: Rigidité élevée, contrôle précis
- Limites: Peut augmenter avec la température, risque de surcharge
- Applications : Broches de machines-outils, équipements de précision
2. Précharge du ressort (élastique)
Précharge maintenue par ressorts, permettant une compensation thermique :
- Méthode: Ressorts ondulés, rondelles Belleville ou ressorts hélicoïdaux
- Caractéristiques: S'adapte à la croissance thermique sans surcharge
- Avantages : Plus tolérant aux changements de température
- Applications : Applications avec variation de température, exigences de précision moins critiques
Méthodes de préchargement
Précharge axiale (la plus courante)
Montage face à face ou dos à dos
- Deux roulements à contact oblique montés en opposition l'un à l'autre
- Force axiale appliquée poussant les roulements ensemble
- Élimine le jeu axial dans les deux sens
- Norme pour les machines-outils et les applications de haute précision
Précharge réglable
- Contre-écrou ou dispositif de retenue fileté réglé pour régler la précharge
- Mesuré par le couple, la force axiale ou l'élévation de la température du roulement
- Peut être ajusté lors du montage ou de la maintenance
Précharge radiale
- L'ajustement serré entre les bagues et l'arbre/le boîtier crée une compression radiale
- Éléments roulants comprimés radialement entre les bagues
- Moins courant que la précharge axiale
- Utilisé dans certains roulements étanches et applications spéciales
Sélection de l'amplitude de précharge
Précharge légère
- Forcer: 1-5% de la charge dynamique nominale du roulement
- Avantages : Rigidité améliorée avec une augmentation minimale du frottement
- Applications : Machines de précision générales
Précharge moyenne
- Forcer: 5-10% de puissance dynamique
- Avantages : Grande rigidité, bonne précision
- Applications : Broches de machines-outils, entraînements de précision
Précharge lourde
- Forcer: 10-20% de puissance dynamique
- Avantages : Rigidité et stabilité maximales
- Limites: Frottement élevé, génération de chaleur, durée de vie réduite
- Applications : Applications ultra-précises, exigences de rigidité élevée à faible vitesse
Inconvénients et considérations
Augmentation de la friction et de la chaleur
- La précharge augmente les charges de contact et la friction
- La température de fonctionnement augmente (généralement de 5 à 20 °C au-dessus de la température non préchargée)
- Des températures plus élevées accélèrent la dégradation du lubrifiant
- Peut nécessiter un refroidissement ou une lubrification améliorés
Durée de vie réduite des roulements
- La précharge s'ajoute aux charges de fonctionnement
- Le calcul de la durée de vie des roulements doit inclure l'effet de la précharge
- Une précharge excessive peut réduire considérablement la durée de vie
- Compromis : rigidité/précision vs. durée de vie
Sensibilité thermique
- La précharge fixe augmente avec l'augmentation de la température (dilatation différentielle)
- Peut entraîner une surcharge si la croissance thermique n'est pas prise en compte
- La précharge du ressort s'adapte aux variations thermiques
- La conception doit tenir compte de la plage de température de fonctionnement
Applications
Lorsque la précharge est essentielle
- Broches de machines-outils : Broches de rectification, de fraisage, de tournage nécessitant précision et rigidité
- Équipement à grande vitesse : Empêche le dérapage et l'instabilité
- Instruments de précision : Équipements de mesure, systèmes optiques
- Charges oscillantes : Applications avec inversions de charge ou charges variables
- Charges de moment : Roulements soumis à des moments de basculement
Lorsque la précharge n'est pas recommandée
- Applications à haute température (risque de surcharge thermique)
- Très grande vitesse (problèmes de frottement et de chaleur)
- Charges de choc importantes
- Lorsque la longue durée de vie des roulements prime sur la rigidité
- Applications industrielles générales où la précision n'est pas critique
La précharge des roulements est un outil puissant pour améliorer les performances des systèmes de roulements, offrant une rigidité accrue, une précision accrue et prévenant le glissement et l'instabilité. Cependant, elle doit être soigneusement spécifiée et appliquée, en tenant compte des compromis liés à l'augmentation du frottement, à la chaleur et à la réduction potentielle de la durée de vie, afin d'obtenir des performances optimales pour chaque application spécifique.
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