Choisir des roulements pour pompes centrifuges et compresseurs volumétriques : type, ajustement, lubrification, étanchéité et base de durée

Choisir d'abord le type à partir de la répartition des charges et de la vitesse

Fixez le type de roulement avant de toucher au jeu, aux ajustements ou à la lubrification. La décision de type découle de la façon dont la charge se partage entre radial et axial et de la vitesse de rotation de l'arbre.

Les charges lourdes orientent vers les roulements à rouleaux, les charges légères vers les roulements à billes. La vitesse élevée favorise les roulements à billes, la vitesse faible favorise les roulements à rouleaux^1,11.

Une position qui ne porte qu'une charge radiale peut utiliser un roulement à rouleaux cylindriques N ou NU, qui ne reprend aucune charge axiale¹. Lorsque charges radiale et axiale arrivent ensemble, un roulement à billes à contact oblique est le type indiqué.

Il porte plus de charge axiale qu'un roulement à billes à gorge profonde de taille comparable^1,16. L'angle de contact est le réglage suivant : un angle plus grand achète de la capacité axiale, un plus petit favorise la vitesse, les deux exigences se négocient donc l'une contre l'autre¹⁶.

Demandez au fabricant de confirmer l'angle par rapport à votre rapport axial/radial réel, car aucune source ici ne donne de table angle-charge.

Prévoir un roulement fixe et un roulement libre

Un arbre sur deux appuis a généralement besoin d'un roulement qui le fixe positivement et d'un autre libre de se déplacer axialement⁹. La raison est thermique : l'arbre et le logement croissent de façon différente, ou les tolérances axiales s'empilent entre les deux portées.

Une paire de roulements fixés axialement lutte contre ce mouvement et se charge d'une poussée parasite⁹. Le roulement libre le plus propre est un roulement à rouleaux cylindriques à une seule bague à chemin droit, car les rouleaux glissent simplement le long du trajet rectiligne sous lubrification⁹.

Si vous utilisez à la place un roulement à billes à gorge profonde, un roulement à contact oblique à deux rangées, un roulement à rouleaux coniques ou un roulement à rouleaux sphériques, la pratique courante est de laisser sa bague extérieure glisser dans l'alésage du logement⁹.

Décidez quelle portée fixe et laquelle est libre avant de diffuser le plan du logement. Ce choix fixe l'ajustement de la bague extérieure à chaque extrémité.

Traiter jeu et ajustements comme une seule décision

Les ajustements serrés ne sont pas gratuits : un ajustement serré sur l'arbre dilate la bague intérieure et un ajustement serré dans le logement comprime la bague extérieure. Les deux entament le jeu interne⁴.

Poussez assez loin et le jeu de fonctionnement devient négatif, ce qui se manifeste par un frottement excessif et une défaillance précoce⁴. La cible est un jeu opérationnel proche de zéro, et tout jeu résiduel peut être retiré par des rondelles ou des ressorts qui préchargent le roulement⁴.

La précharge est un outil avec un plafond. Au-delà de l'optimum, la rigidité n'augmente que marginalement tandis que le frottement et la chaleur montent et que la durée de vie chute nettement²⁴.

Pour les roulements à rouleaux cylindriques, qui exigent des ajustements plus serrés et partent avec plus de jeu, le jeu Normal (CN) est généralement préféré à C3 pour que la zone chargée ne se réduise pas après montage¹².

Les classes d'alésage de logement se choisissent selon le type de charge et selon que la bague doit pouvoir se déplacer ; JS7 et K7 sont citées pour les moteurs électriques, les pompes et les paliers principaux de vilebrequin²¹.

Traitez cela comme une classe de départ et faites confirmer le couple par le fabricant au regard de votre ajustement et de votre température réels.

Vérifier la vitesse en n·dm face au lubrifiant, pas le régime du catalogue

Une vitesse limite de catalogue est un chiffre conditionnel. Elle s'applique aux roulements de conception standard sous charge normale, grosso modo C/P ≥ 16 et Fa/Fr ≤ 0,25.

Elle se décale avec le type, les dimensions, la précision, le type et la quantité de lubrifiant, la forme et la matière de la cage, et la charge^3,18. Au-delà de 80% de la valeur catalogue, il faut consulter le fabricant plutôt que d'utiliser le chiffre comme critère de réussite³.

Pour le lubrifiant lui-même, calculez n·dm — vitesse de rotation multipliée par le diamètre sur piste du jeu de billes — et comparez-la à la vitesse maximale de la graisse indiquée dans sa fiche technique¹¹.

Si n·dm dépasse cette limite, la graisse ne lubrifiera pas correctement et une méthode à l'huile comme le brouillard d'huile devient l'option. Le brouillard d'huile tourne plus frais à haute vitesse mais exige un système externe de mélange et de dosage ainsi que de l'air filtré¹¹.

Le bain d'huile convient aux basses vitesses, et toute voie à l'huile apporte une charge d'étanchéité et de fuite que la graisse n'a pas^11,20.

Accorder l'étanchéité au fluide et à la classe IP

L'étanchéité est le point où l'exposition au fluide du process entre dans la spécification du roulement. Un roulement étanche offre une barrière ferme contre la poussière, les saletés et les projections d'eau et conserve sa graisse à vie avec une maintenance minimale, au prix d'un frottement et d'un couple de démarrage légèrement plus élevés¹³.

Un roulement ouvert a le frottement le plus faible mais aucune protection et dépend d'une lubrification externe. Il convient aux intérieurs propres et lubrifiés à l'huile, pas aux ambiances humides ou sales¹³.

Sur une machine électrique, la performance d'étanchéité requise découle de la classe IP du carter selon IEC 60034-5. Elle peut être obtenue par des joints de roulement intégrés, des joints d'arbre ou à labyrinthe externes, ou les deux²².

Les petites machines en air propre et sec peuvent se contenter d'un joint d'entrefer plus des roulements capuchonnés, tandis que les machines plus grandes à roulements ouverts regraissables peuvent nécessiter des joints radiaux, axiaux et à labyrinthe combinés²².

Là où le liquide projeté est la menace, un joint à labyrinthe sans contact est la première barrière. La gamme de joints CF d'un fournisseur est proposée pour des diamètres d'arbre de 10 à 100 mm et jusqu'à 200 °C en aluminium⁵.

Cette plage est une donnée produit de ce fournisseur : vérifiez-la contre votre diamètre d'arbre et votre température au lieu de supposer qu'elle couvre votre service.

Énoncer la base de durée sur le plan

La durée nominale de base L10 est la durée à laquelle 90% d'un groupe de roulements identiques survivent sans écaillage. Elle est statistique parce que la durée dépend de la structure, des dimensions, de la matière et de la fabrication⁶.

Cela fait du chiffre porté sur le plan une cible, non une propriété du roulement. Menez le calcul L10 avec votre charge dynamique équivalente réelle, et fixez une fiabilité supérieure aux 90% par défaut là où une défaillance coûte cher ou est critique pour la sécurité²³.

Là où la lubrification et la contamination sont les vrais risques, une durée qui tient compte de la limite de charge de fatigue, de la lubrification et de la contamination va au-delà du L10 de base ; le L10mh de SKF est une de ces méthodes²⁴.

Le minimum de 30 h de l'exemple servomoteur de SKF est l'exigence de ce cas, pas un chiffre à recopier sur un plan de pompe ou de compresseur²⁴. Écrivez l'objectif de fiabilité et la base de charge dans la spécification, afin que les offres soient comparées sur la même définition de durée.

Contrôles avant diffusion

Ce sont les points qui se situent hors des étapes type, ajustement et lubrification et qui restent facilement ouverts jusqu'à ce que le plan soit déjà émis.

• ✓Confirmez l'alignement que l'arbre et le logement peuvent réellement tenir; un roulement à billes auto-aligneur admet jusqu'à 3° ouvert et 1,5° étanche, et coûte moins qu'un roulement à rouleaux sphériques.
• ✓Décidez si une surveillance des vibrations est installée, car elle donne une alerte précoce de l'endommagement et permet de planifier le remplacement.
• ✓Réglez une alarme de variation de température: un écart de plus de 50 °F justifie une investigation quel que soit le niveau absolu.
• ✓Demandez au fabricant de confirmer le groupe de jeu et la précharge au regard de votre ajustement et de votre température de fonctionnement.
• ✓Abordez le coût unitaire, le délai et l'interchangeabilité directement avec le fournisseur; aucune source de cet ensemble ne les fournit.

Où les sources divergent sur le jeu

Les recommandations de jeu ne s'accordent pas proprement, et ce désaccord compte car il décide si vous spécifiez CN ou un montage préchargé.

Avant de demander un devis

• Demandez au fournisseur des preuves spécifiques au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.
• Demandez au fournisseur des preuves spécifiques au modèle et notez la condition qui modifierait votre décision d'achat.
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