Frottement et échauffement

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1 Frottement La puissance absorbée d un roulement est fonction de plusieurs paramètres, voir tableau. En raison de la multiplicité des facteurs d influence comme la vitesse et la charge dynamique, le fonctionnement sous basculement et en biais suite au montage, le moment résistant et la puissance absorbée réels peuvent différer considérablement des valeurs calculées. Si le moment résistant est un critère de détermination important, consulter nos ingénieurs d application Schaeffler. Types de frottement et facteurs d influence Types de frottement Résistance au roulement Frottement des éléments roulants Frottement de la cage Frottement visqueux (résistances à l écoulement) Frottement des joints Facteurs d influence Intensité de la charge Intensité et direction de la charge Vitesse, lubrification et rodage Conception et vitesse de rotation Qualité, quantité et viscosité du lubrifiant Forme et serrage du joint Le frottement à vide dépend de la quantité de lubrifiant, de la vitesse de rotation, de la viscosité du lubrifiant, des étanchéités et du rodage du roulement. Evacuation des calories Evacuation des calories par le lubrifiant Dissipation de la chaleur par l intermédiaire de l arbre et du logement Le frottement est converti en chaleur. Cette chaleur est ensuite évacuée du roulement. La vitesse admissible n est calculée sur la base de l équilibre de la puissance absorbée et de l évacuation de la chaleur, voir page 72. Une partie des calories est évacuée par l huile. Une lubrification par avec refroidissement de l huile s avère particulièrement efficace. La graisse n évacue pas les calories. La dissipation de la chaleur par l intermédiaire de l arbre et du logement dépend de la différence de température entre le roulement et l environnement, figure 1. Tenir compte des sources de chaleur voisines ou des rayonnements b Figure 1 Différences de température entre roulement, arbre et logement Schaeffler Group Industrial HR 1 63

2 Détermination des valeurs de frottement Les charges et les vitesses doivent être connues. Le type et le mode de lubrification, ainsi que la viscosité du lubrifiant à la température de fonctionnement, sont d autres valeurs de calcul nécessaires. Moment résistant total M R (calcul des roulements à rouleaux cylindriques sous charge axiale, voir page 69) : MR = M0 + M1 Puissance absorbée N R : N R n = MR 9550 Moment résistant dépendant de la vitesse pour n : M = f n 3 d M ( ) Moment résistant dépendant de la vitesse pour n : M = f 160 d M 10 Moment résistant dépendant de la charge pour les roulements à aiguilles et les roulements à rouleaux cylindriques : M 1 = f 1 F d M Moment résistant dépendant de la charge pour les roulements à billes, les roulements à rouleaux coniques et les roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux : M 1 = f 1 P 1 d M M R Moment résistant total M 0 Moment résistant dépendant de la vitesse de rotation M 1 Moment résistant dépendant de la charge N R W Puissance absorbée n min 1 Vitesse de fonctionnement f 0 Coefficient de frottement dépendant de la vitesse, voir figure 2, page 65 et tableaux de la page 66 à la page 68 f 1 Coefficient de frottement dépendant de la charge, voir tableaux de la page 66 à la page 68 mm 2 s 1 Viscosité cinématique du lubrifiant à la température de fonctionnement du roulement. Pour une lubrification à la graisse, il faut prendre en considération la viscosité de l huile de base à la température de fonctionnement. F r, F a N Charge radiale pour les roulements radiaux, charge axiale pour les butées P 1 N Charge déterminante pour le moment résistant. Pour roulements à billes, roulements à rouleaux coniques et roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux, voir page 68 d M mm Diamètre moyen du roulement (d + D)/2. 64 HR 1 Schaeffler Group Industrial

3 Les coefficients de frottement f 0 et f 1 sont des valeurs moyennes issues de séries d essais et sont conformes aux indications selon ISO Ils sont valables pour des roulements en fonctionnement avec une répartition uniforme du lubrifiant. Pour un roulement dont le lubrifiant vient d être renouvelé, le coefficient f 0 est à multiplier par 2 à 5. Pour une lubrification par bain d huile, l élément roulant le plus bas doit baigner à moitié dans l huile. Le coefficient f 0 peut atteindre 3 fois les valeurs indiquées dans les tableaux en cas de niveau d huile plus élevé, figure Coefficient multiplicateur à appliquer au coefficient de frottement f 0 h = niveau d huile d M = diamètre moyen du roulement (d + D)/2 1 1 h d M Figure 2 Augmentation du coefficient de frottement, en fonction du niveau d huile 0 0,1 0,5 h 1 d M 00015CEE Schaeffler Group Industrial HR 1 65

4 pour les roulements à aiguilles, les douilles à aiguilles avec et sans fond, les cages à aiguilles pour roulements à rouleaux cylindriques jointifs pour roulements à rouleaux cylindriques avec cage pour butées à rouleaux NA NA49 4 5,5 RNA RNA49 4 5,5 NA69 RNA ,0005 NKI, NK, NKIS, NKS, NAO, RNO, K (12 B)/(33 + d) (18 B)/(33 + d) HK, BK (24 B)/(33 + d) (36 B)/(33 + d) HN (30 B)/(33 + d) (45 B)/(33 + d) SL SL SL SL SL0148, SL ,00055 SL0149, SL SL SL LSL ,7 0,00020 ZSL ,8 0, E 0, E 0, , , , 19 0, E 2 3 0, E 2,7 4 0, ,7 2,5 0,00040 AXK, AXW , K , K812 0, , K , K HR 1 Schaeffler Group Industrial

5 pour roulements combinés pour roulements à rouleaux coniques pour butées à rotule sur rouleaux et roulements radiaux à rotule sur deux rangées de rouleaux pour roulements à billes ZARN, ZARF 3 4 NKXR 2 3 0,0015 NX, NKX 2 3 ZKLN, ZKLF 4 6 0,001 (F a /C 0 ) 0,33 NKIA, NKIB 3 5 0, , 303, 320, 329, 330, 2 3 T4CB, T7FC 313, 322, 323, 0, , 332, T2EE, T2ED, T5ED 3 4, ,3 3, ,7 4 0,0005 (P 0 /C 0 ) 0, , ,5 0,0008 (P 0 /C 0 ) 0,33 0,00075 (P 0 /C 0 ) 0, ,7 5,5 0,0012 (P 0 /C 0 ) 0, ,0016 (P 0 /C 0 ) 0, ,3 6,5 0,0012 (P 0 /C 0 ) 0, ,7 7 0,0022 (P 0 /C 0 ) 0, E 1,7 2,5 0, E 2 3 0, E 2,2 3,3 0, , Z, (2RSR) 1,1 1,7 0,0005 (P 0 /C 0 ) 0, ,1 1,7 60, RSR, Z, 619, 1,1 1,7 0,0007 (P 0 /C 0 ) 0, Z, (2RSR) RSR 1, RSR 1,1 62, RSR, Z 1,3 2 0,0009 (P 0 /C 0 ) 0,5 63, RSR, Z 1,5 2,3 64 1,5 2, B 2,3 3, B 4 6 0,0010 (P 0 /C 0 ) 0,5 Schaeffler Group Industrial HR 1 67

6 pour roulements à billes à contact oblique pour roulements à rotule sur billes pour roulements à billes à quatre points de contact pour butées à billes Charge déterminante pour les roulements à billes, les roulements à rouleaux coniques et les roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux 70..-B, 70..-B-2RS B, 72..-B, 1, B-2RS 73..-B, 73..-B-2RS B, 30..-B-2RSR, 30..-B-2Z 0,001 (P 0 /C 0 ) 0, B, 32..-B-2RSR, 2,3 3, B-2Z, B, 38..-B-2RSR, 38..-B-2Z 33..-B, 33..-B-2RSR, 33, 33..-DA ,5 13 1,3 3,5 22 1,7 3 0,0003 (P 0 /C 0 ) 0, QJ2, QJ3 2,7 4 0,001 (P 0 /C 0 ) 0,33 511, 512, 513, 514, 532, ,5 522, 523, 524, 542, 543 1,3 2 0,0012 (F a /C 0 ) 0,33 Type de roulement Roulement seul Jeu de 2 roulements P 1 P 1 Roulements à billes 3,3 F a 0,1 F r Roulements à une rangée de billes F a 0,1 F r 1,4 F a 0,1 F r à contact oblique Roulements à deux rangées de billes 1,4 F a 0,1 F r à contact oblique Roulements à billes à 4 points de contact 1,5 F a +3,6 F r Roulements à rouleaux coniques 2 Y F a ou F r, prendre la valeur supérieure Roulements à rotule sur deux rangées de rouleaux Pour P 1 F r, on a P 1 =F r. 1,21 Y F a ou F r, prendre la valeur supérieure 1,6 F a /e si F a /F r e F r {1 + 0,6 [F a /(e F r )] 3 } si F a /F r e. 68 HR 1 Schaeffler Group Industrial

7 Roulements à rouleaux cylindriques chargés axialement Le moment résistant M 2 est généré par un frottement de glissement entre l extrémité des éléments roulants et les bords des bagues pour les roulements à rouleaux cylindriques radiaux soumis à des charges axiales. Le moment résistant total est donc : MR = M0 + M1 + M2 M = f F d 2 2 a M A= k d B 10 3 M 21, M R Moment résistant total M 0 Moment résistant dépendant de la vitesse de rotation M 1 Moment résistant dépendant de la charge radiale M 2 Moment résistant dépendant de la charge axiale f 2 Facteur de correction dépendant de la série du roulement, figure 3 et figure 4, page 70 A Facteur de correction du roulement, selon la formule F a N Charge axiale dynamique k B Facteur de correction dépendant de la série du roulement, voir tableau, page 70 d M mm Diamètre moyen du roulement (d + D)/2. Les coefficients de frottement f 2 sont très variables. Ils sont applicables pour une lubrification par, avec un débit suffisant. Il n est pas possible d extrapoler les courbes, figure 3 et figure 4, page 70. Roulements en exécution avec rouleaux à faces toroïdales (TB) Pour les roulements en exécution avec rouleaux à faces toroïdales (TB), la capacité de charge axiale a été nettement améliorée grâce à de nouvelles méthodes de calcul et de fabrication. La courbure spéciale des faces latérales des rouleaux permet un contact optimal entre le rouleau et le bord. De ce fait, les concentrations de contraintes axiales au bord sont nettement réduites et l on obtient un film lubrifiant porteur plus efficace. Dans les conditions de fonctionnement courantes, l usure et la fatigue au bord et sur les faces des rouleaux sont entièrement évitées. En outre, le moment résistant axial est réduit jusqu à 50%. On obtient donc une température nettement moins importante. Schaeffler Group Industrial HR 1 69

8 0, Roulements à rouleaux cylindriques en version standard 0, f 2 = coefficient de frottement F a =charge axiale dynamique A = facteur de correction du roulement = viscosité de fonctionnement n = vitesse de fonctionnement d M = diamètre moyen du roulement n d M =produit f 2 0,005 0, N/mm F /A a Figure 3 Coefficient de frottement f 2, dépendant du produit CC 0, mm s min 10 n d M 0,025 Roulements à rouleaux cylindriques en exécution avec rouleaux à faces toroïdales (TB) 0, f 2 = coefficient de frottement F a =charge axiale dynamique A = facteur de correction du roulement = viscosité de fonctionnement n = vitesse de fonctionnement d M = diamètre moyen du roulement n d M =produit f 2 0,005 0, N/mm F /A a Figure 4 Coefficient de frottement f 2, dépendant du produit B8 0, mm s min 10 n d M Facteur de correction k B Série de roulements Facteur k B SL1818, SL0148 4,5 SL1829, SL SL1830, SL SL LSL1923, ZSL SL NJ2..-E, NJ22..-E, NUP2..-E, NUP22..-E 15 NJ3..-E, NJ23..-E, NUP3..-E, NUP23..-E 20 NJ HR 1 Schaeffler Group Industrial