Roulements à aiguilles usinés avec et sans bagues intérieures : comment choisir

Ce qui différencie les roulements à aiguilles usinés

Contrairement aux roulements à aiguilles à coupelle étirée, les roulements à aiguilles usinés utilisent des bagues rectifiées avec précision fabriquées à partir d'acier à roulement et non de tôle formée à froid. La bague extérieure est une bague usinée solide avec des tolérances dimensionnelles plus strictes, une rigidité plus élevée et la capacité de supporter des charges plus lourdes à des vitesses élevées. Cette construction convient aux applications où les roulements à cuvettes étirés atteignent leurs limites : grands alésages, sensibilité élevée au désalignement ou environnements exigeant une précision maximale des chemins de roulement.

La variable clé de conception est la bague intérieure. Les roulements à aiguilles usinés sont disponibles en deux configurations : avec une bague intérieure de précision séparée, ou sans, où l'arbre sert directement de chemin de roulement intérieur. Chacun s'adapte à différentes conditions d'arbre et contraintes d'application.

Avec bague intérieure : quand c'est le bon choix

Limites des matériaux de l'arbre

La raison la plus courante pour spécifier une bague intérieure est le matériau de l’arbre. Sans cela, l'arbre doit répondre à une dureté de surface de 58 à 64 HRC et à une finition Ra de 0,2 à 0,4 μm — des exigences que de nombreux arbres ne peuvent pas satisfaire. Les arbres en acier inoxydable, les arbres en aluminium, les arbres en alliage trempé à cœur qui ne dépassent pas 58 HRC ou tout arbre qui doit rester souple pour des raisons d'usinage ou de fonctionnement nécessitent tous une bague intérieure pour fournir une surface de chemin de roulement qualifiée. La bague intérieure, en acier à roulement trempé, assume la fonction de chemin de roulement, quelle que soit la composition de l'arbre.

Exigences de haute précision

Les bagues intérieures usinées sont rectifiées selon des tolérances strictes de rondeur et de finition de surface qu'un arbre, même trempé, ne peut pas atteindre de manière cohérente dans les lots de production. Dans les applications où la précision de fonctionnement affecte directement la qualité du résultat, comme les broches de précision, les pompes doseuses ou les équipements de positionnement optique, la bague intérieure élimine l'arbre en tant que variable dans les performances des roulements.

Facilité d'installation et de remplacement

Les roulements avec bagues intérieures peuvent être retirés et remplacés comme une unité complète sans perturber l'arbre. Dans les équipements avec des intervalles de maintenance programmés ou des roulements qui s'usent plus rapidement que les autres composants, cela simplifie considérablement l'entretien. Sans bague intérieure, remplacer un roulement usé signifie inspecter et éventuellement réaffûter le tourillon d'arbre, ce qui augmente les coûts et les temps d'arrêt.

Sans bague intérieure : avantages dans les conceptions compactes

Gains d'espace

Le retrait de la bague intérieure réduit la section radiale du roulement, permettant un diamètre d'arbre plus grand pour le même alésage du boîtier — ou un alésage du boîtier plus petit pour le même arbre. Dans les boîtes de vitesses, les arbres de transmission et les actionneurs de commande de mouvement où le diamètre du boîtier est fixe, la configuration sans bague intérieure maximise la section porteuse de l'arbre tout en gardant l'enveloppe du roulement inchangée.

Exigences relatives à l'arbre comme chemin de roulement

L'arbre doit remplacer entièrement une bague intérieure : dureté de surface de 58 à 64 HRC, finition Ra 0,2 à 0,4 μm sur le tourillon de roulement, tolérance de diamètre équivalente à IT5 ou IT6 et rondeur inférieure à la moitié de la tolérance de diamètre. Les aciers de cémentation (SAE 8620, 4320) et les aciers pour roulements trempés à cœur (SAE 52100) répondent tous deux à ces exigences avec un traitement thermique approprié. Le durcissement par induction de la zone du tourillon est une option pratique pour les arbres de production où un durcissement complet n'est pas souhaitable. Si l’une de ces conditions ne peut être remplie de manière fiable, la configuration avec bague intérieure est le choix le plus sûr.

Comparaison de la capacité de charge et de la vitesse

Pour le même diamètre d'alésage et la même longueur de roulement, la configuration sans bague intérieure permet des rouleaux à aiguilles légèrement plus grands et/ou plus longs, ce qui donne une charge radiale légèrement plus élevée. En pratique, la différence est minime ; le facteur le plus important est que la conception sans bague intérieure dépend du maintien de la qualité du chemin de roulement par l'arbre tout au long de la durée de vie du roulement. Un arbre qui s'use ou se corrode dégrade progressivement la capacité de charge ; une bague intérieure usinée conserve sa géométrie jusqu'à ce que le roulement soit remplacé.

Les limites de vitesse sont comparables entre les deux configurations lorsque l'arbre répond aux exigences de dureté et de finition. Lorsque l'arbre est court, la dégradation de la surface sous le contact de roulement augmente la friction et la chaleur, réduisant ainsi la limite de vitesse utilisable en dessous de la valeur nominale du roulement.

Exemples d'application par secteur

1. Transmissions automobiles : conceptions sans bague intérieure sur des arbres intermédiaires en acier trempé où l'espace est critique et où les spécifications des arbres sont étroitement contrôlées en production.

2. Matériel de construction et agricole : configurations avec bague intérieure dans lesquelles les arbres sont fabriqués à partir d'acier de qualité inférieure et fonctionnent dans des environnements contaminés nécessitant un remplacement périodique des roulements.

3. Réducteurs industriels : variantes de bague intérieure dans des positions à gros alésage (au-dessus de 50 mm) où l'homogénéité de la dureté de l'arbre tout au long de la production est difficile à garantir.

4. Robotique et mouvement de précision : conceptions avec bague intérieure dans lesquelles le faux-rond de l'arbre doit être isolé des performances du roulement pour maintenir la précision du positionnement du joint.

5. Moteurs à deux temps et outils électriques : sans bague intérieure sur les petites extrémités de la bielle, où la goupille trempée agit comme la bague intérieure et l'espace radial à l'intérieur de l'œil de la bielle constitue la contrainte contraignante.

Conclusion

La décision avec ou sans bague intérieure dépend de la capacité de l'arbre et de la priorité de l'application. Si l'arbre peut être trempé, fini et maintenu aux tolérances de manière fiable (et que l'espace est la contrainte majeure), la configuration sans bague intérieure permet d'obtenir un assemblage plus compact et plus rentable. Si le matériau, la dureté ou la finition de l'arbre ne peuvent pas répondre aux exigences du chemin de roulement, ou si la facilité d'entretien est importante, la bague intérieure est le bon choix, quel que soit le coût de l'espace.

Pour les spécifications dimensionnelles et les options de configuration dans les deux variantes, visitez notrePage produit des roulements à aiguilles usinés.