Roulements à billes ou à rouleaux : quand la charge et la vitesse décident, et quand c'est la variante

La charge et la vitesse choisissent d'abord la famille

Partez du point de fonctionnement, pas du catalogue. Les roulements à billes fonctionnent en contact ponctuel et les roulements à rouleaux en contact linéaire, et cette seule différence géométrique fixe le compromis que vous achetez¹¹.

À alésage et diamètre extérieur identiques, un roulement à rouleaux porte généralement une charge dynamique de base C plus élevée, parce que le contact linéaire répartit la contrainte sur une surface plus grande¹¹.

La même géométrie se paie en vitesse : le contact linéaire génère davantage de frottement et de chaleur par tour, si bien que les roulements à rouleaux portent généralement une vitesse limite et une valeur dN inférieures à celles d'un roulement à billes de taille comparable¹¹.

C'est pourquoi les guides de sélection plaident l'ampleur et la direction de la charge en premier et la vérification de la vitesse ensuite¹⁰.

Les charges faibles à modérées orientent vers les roulements à billes, les charges lourdes vers les roulements à rouleaux, et un régime élevé favorise la bille tandis qu'un régime plus bas favorise le rouleau¹⁰²⁰.

Le désalignement, la rigidité et le prix n'entrent en jeu qu'une fois qu'un candidat a franchi les deux étapes, et la plupart des applications réelles tranchent la question sur la seule charge et la seule vitesse¹⁰. Pour votre propre sélection, traitez la famille comme une liste courte et non comme un verdict.

Si la charge est faible à modérée et la vitesse élevée, le roulement à billes est le choix par défaut défendable en vitesse, en frottement et en coût à précision comparable¹¹.

Si la charge radiale est lourde dans un encombrement fixé, le contact linéaire du roulement à rouleaux est la raison de le conserver sur la liste¹¹.

Vérifiez le gain de L10 avant de payer le contact linéaire

L'avantage de charge du roulement à rouleaux n'est pas un pourcentage fixe ; il se compose.

La durée de vie nominale de base utilise la même formule pour les deux familles, mais le rapport de charge est élevé à la puissance 3 pour les roulements à billes et à 10/3 pour les roulements à rouleaux¹⁷.

Un C plus élevé à charge dynamique équivalente P donnée apporte donc plus qu'une augmentation proportionnelle de la durée de vie, et l'écart se creuse à mesure que la charge monte¹¹¹⁷. Faites le calcul sur les candidats réels plutôt que sur l'étiquette de type.

Prenez la charge dynamique de base au catalogue de chaque roulement et votre charge dynamique équivalente, appliquez l'exposant de la famille concernée et comparez les L10 obtenus à votre vitesse¹⁰¹⁷.

Si le C plus élevé du roulement à rouleaux ne produit pas à votre point de fonctionnement la durée de vie dont vous avez besoin, l'argument qui justifierait d'accepter ses pénalités de vitesse et de chaleur s'affaiblit. Deux précautions appartiennent à ce calcul.

La charge statique de base C0 compte autant que C pour les applications à arrêt prolongé ou à choc, car un montage par interference ou une application d'indexation peut dépasser C0 bien avant d'approcher la charge dynamique¹¹.

Et les sources ici ne donnent aucune paire correspondante de C et C0 billes/rouleaux à un même encombrement. Vous ne pouvez donc pas lire une charge de basculement sur cette page ; elle doit être calculée à partir des deux catalogues que vous faites chiffrer¹¹.

Lisez la vitesse limite sur la variante commandée, pas sur le type

Une affirmation au niveau de la famille n'est pas une valeur de catalogue. La vitesse admissible change avec la configuration commandée : le même alésage 6304 est annoncé à 17000 rpm en ouverture, 14000 rpm avec les fermetures ZZ ou 2RS et 10000 rpm avec DU ou DDU².

L'alésage, les charges nominales et l'encombrement sont identiques sur ces trois lignes ; seul le dispositif d'étanchéité a changé. Comparez donc un candidat à billes et un candidat à rouleaux sur les références exactes que vous achèteriez, avec le joint, la cage et la lubrification que vous comptez employer²¹¹.

Une marge de vitesse qui existe sur la version ouverte peut disparaître sur la version étanche. La limite est aussi une limite de lubrifiant, pas seulement une limite de roulement.

Le facteur de vitesse n·dm relie la vitesse de rotation au diamètre moyen, et s'il dépasse le maximum de la fiche technique de la graisse, la graisse ne peut plus lubrifier correctement et une défaillance prématurée s'ensuit²⁰. Vérifiez votre n·dm par rapport à la graisse prévue avant d'accepter un régime catalogue comme utilisable²⁰.

Pondérez le frottement, la chaleur et la spécification de graisse à votre vitesse

Une part de la pénalité de vitesse du roulement à rouleaux est thermique et liée à la lubrification, et elle se traduit dans ce que vous devez acheter.

Les roulements à rouleaux lubrifiés à la graisse exigent aussi une graisse au taux de séparation supérieur à celui des roulements à billes, parce que la rotation des billes et les contacts plus étroits renouvellent plus facilement le film d'huile que le contact du rouleau²¹.

L'évacuation de la chaleur n'est pas fixée par le roulement non plus.

Une charge plus élevée augmente la production de chaleur et la température, et la conception du carter ainsi que le flux d'air déterminent la part de cette chaleur qui s'évacue, si bien qu'une vitesse limite utilisable dépend autant de l'installation que de la pièce¹³.

Les facteurs de vitesse limite publiés s'appliquent, indique-t-on, lorsque la durée de vie nominale calculée est d'au moins 100,000 heures ; les roulements plus fortement chargés demandent des limites ajustées fournies par le fournisseur¹³.

Si votre point de fonctionnement se situe près du haut de la plage de vitesse du roulement à rouleaux, la question pratique est de savoir si la graisse et le carter peuvent évacuer la chaleur supplémentaire.

Là où ce n'est pas possible, la lubrification par brouillard d'huile permet une vitesse plus élevée avec moins de chaleur que la graisse, mais elle exige un mélange et un dosage externes ainsi qu'un air filtré, ce qui coûte plus cher²⁰.

La charge axiale et le désalignement choisissent la variante

Une fois la famille retenue, la capacité axiale et la tolérance au désalignement sont décidées par la variante, pas par l'opposition billes-rouleaux. Un roulement à billes à gorge profonde prend une charge radiale plus une charge axiale dans les deux sens².

Un roulement à billes à contact oblique prend une forte charge axiale dans un seul sens, et un angle de contact plus raide encaisse davantage de poussée³.

Du côté rouleaux, un roulement à rouleaux coniques supporte une charge combinée radiale et axiale unilatérale nettement supérieure à celle d'un roulement à billes à contact oblique de taille comparable, à vitesse maximale plus faible¹².

Un roulement à rouleaux sphériques s'auto-aligne tout en supportant une forte charge combinée radiale et axiale, ce qui explique sa présence dans les réducteurs, les poulies de convoyeur et les ventilateurs industriels¹². Le désalignement peut aussi être traité au sein de la famille à billes.

Un roulement à billes auto-aligneur tolère le désalignement et coûte moins cher qu'un roulement à rouleaux sphériques, si bien qu'un roulement à billes auto-aligneur peut l'emporter sur ce critère face à un roulement à rouleaux non auto-aligneur¹⁸⁴.

Si l'implantation doit absorber une dilatation thermique ou une chaîne de tolérances axiale, un roulement assure le positionnement et l'autre se déplace. Et un roulement à rouleaux cylindriques avec une seule piste droite est le roulement de déplacement privilégié, car les rouleaux glissent le long de ce chemin²⁷.

Les vérifications à clore avant la demande de devis

Voici les points qui changent la réponse une fois la famille choisie, et chacun doit provenir du catalogue ou du fournisseur, et non d'une règle au niveau du type.

• ✓Confirmez la vitesse limite de la référence exacte avec votre joint, votre cage et votre lubrification, et non la valeur de la version ouverte.
• ✓Vérifiez votre n·dm par rapport au maximum de la fiche technique de la graisse choisie avant d'accepter le régime catalogue.
• ✓Demandez au fournisseur des limites de vitesse ajustées si la durée de vie nominale calculée est inférieure à 100,000 heures.
• ✓Calculez la L10 des deux candidats avec l'exposant correct et votre propre charge dynamique équivalente.
• ✓Vérifiez C0 contre les charges statiques, de montage par interference ou de choc, et pas seulement contre la charge dynamique.
• ✓Fixez la classe de tolérance de l'alésage du carter selon le cas de charge: H7 pour une piste de carter fixe, K7 ou M7 pour une position indéterminée ou tournante.
• ✓Incluez la lubrification, la fréquence de maintenance et la main-d'œuvre de remplacement dans la comparaison de coûts, et pas seulement le prix unitaire.

Là où les sources laissent la comparaison ouverte

Les points de désaccord ci-dessous sont les endroits où une réponse au niveau du type serait une supposition. Chaque ligne indique quel côté vérifier et comment avant de vous engager.

Avant de demander un devis

• Demandez au fournisseur des preuves propres au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.
• Demandez au fournisseur des preuves propres au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.
• Demandez au fournisseur des preuves propres au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.
• Demandez au fournisseur des preuves propres au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.
• Demandez un devis écrit indiquant la base de prix, la quantité minimale de commande, l'outillage, les conditions de paiement et le délai de production.
• Confirmez la couverture de service nommée, les délais de réponse attendus et les conditions de garantie pour votre destination.
• Demandez au fournisseur des preuves propres au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.