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Auteur(s)
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Michel MORET : Ingénieur de l’École Centrale Lyonnaise - Master of Science in Mechanical Engineering - Ingénieur d’applications à la société SNR Roulements
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Le roulement est un organe qui assure à lui seul plusieurs fonctions principales : il permet le positionnement d’un arbre par rapport à son logement tout en assurant une rotation précise avec le minimum de frottements, et il transmet des efforts radiaux et/ou axiaux.
L’analyse des différentes caractéristiques des roulements et de leurs limites permet d’établir des critères de choix.
— La fonction transmission des efforts est caractérisée par l’aptitude du roulement à encaisser des charges radiales, des charges axiales, ou les deux à la fois, et par l’endurance que l’on peut en attendre (durée de vie).
— La fonction rotation est caractérisée par une vitesse maximale possible liée au frottement et un faux-rond de rotation (précision de rotation).
— Enfin, la fonction positionnement est définie par les modes de liaison possibles entre le roulement et son environnement, ainsi que par son jeu radial et son jeu axial (précision de position).
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6. Évaluation théorique des performances des roulements
6.1 Contraintes et fatigue
Dans un roulement soumis à des efforts, chaque contact entre corps roulants et chemin transmet une charge qui entraîne une déformation élastique des deux corps en présence. L’analyse statique des contraintes qui en résultent est basée sur la théorie de l’élasticité (Hertz, 1881), laquelle est le fondement de toute étude de conception et de performance des roulements [2] [3] [4] [5] [6].
La dureté obtenue par traitement thermique des aciers (environ 62 HRC) permet aux roulements de rester dans le domaine élastique pour des niveaux de contraintes très élevés : au droit du contact bague /corps roulants sous charge (figure 58), on trouve :
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des contraintes de compression, pouvant atteindre couramment 2 500 MPa, voire même 3 500 MPa en conditions exceptionnelles (essais, charges de pointe) ;
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des contraintes de cisaillement, maximales en sous-couche (à une profondeur de l’ordre de 0,1 mm), pouvant dépasser 1 000 MPa.
À cela s’ajoute le fait que ces contraintes élevées présentent des variations cycliques dues à la rotation du roulement.
Dans le cas classique d’un arbre tournant sous charge fixe (engrenage, etc.), un point de contact de la bague intérieure tournante du roulement subit une variation périodique de sa charge Q à la fréquence de rotation du roulement (figure 59). Par contre, un point du contact sur la bague extérieure fixe est soumis à une charge constante fonction de sa position angulaire dans le roulement (figure 48), charge qui est pourtant modulée par les passages successifs des corps roulants.
L’ensemble de ces contraintes cycliques entraîne à plus...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - Le roulement de roue dans l’automobile. Dossier Technique SNR no 021.
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(2) - HERTZ (H.) - On the contact of rigid elastic solids and on hardness. - Miscellaneous papers MacMillan, Londres, p. 163-83 (1896).
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(3) - TIMOSHENKO (S.) - Résistance des matériaux - (2 e partie). Dunod.
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(4) - BOUSSINESQ (J.) - * - Compt. Rend. 114, 1465 (1892).
-
(5) - LUNDBERG (G.), SJOVALL (H.) - Stress and deformation in elastic contacts. - Publ. no 4, The Institute of theory of elasticity and strength of materials, Chalmers University of Technology, Gothenburg (1958).
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(6) - HARRIS (T.A.) - Rolling bearing analysis. - Chap. 5, John Wiley ans Sons, 2nd éd. (1984).
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ANNEXES
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