Contenu
- Utilisations de roulement à billes
- Types de roulements à billes
- Types de matériel de roulement à billes
- Roulements à billes en acier
- Roulements à billes en céramique
- Roulements à billes en plastique
Parfois, les appareils les plus utiles en physique et en ingénierie sont les plus simples. Les roulements à billes montrent à quel point les bagues métalliques peuvent être extrêmement polyvalentes. Comme vous pouvez le constater dans de nombreux articles courants tels que véhicules, vélos, planches à roulettes et autres machines impliquant des pièces métalliques en mouvement, l'homme utilise le pouvoir des roulements à billes depuis des siècles.
Utilisations de roulement à billes
Imaginez-vous glisser sur un tapis moelleux tout en portant des chaussures. Cela peut être difficile à cause des frictions entre le tapis et vos chaussures, qui peuvent être faites de tout, y compris du cuir, du plastique, du bois ou du caoutchouc. Si vous portiez plutôt des chaussettes, cela serait beaucoup plus facile en raison du moins de frottement entre la moquette et les matériaux des chaussettes. Les roulements à billes fonctionnent de la même manière.
Les roulements à billes diminuent le frottement entre les charges qui leur sont imposées. Ils agissent ainsi parce qu’il s’agit de billes ou de rouleaux métalliques qui se déplacent autour d’une surface métallique lisse dans une boucle interne et une boucle externe (parfois appelées bagues). Vous pouvez en apprendre davantage sur les nombreuses applications des roulements à billes grâce à leur physique. Les roulements à billes supportent des types de charge dans une direction radiale et ces charges appliquent une force perpendiculaire à l'axe de rotation du roulement à billes.
Le glissement des billes métalliques autour des boucles du roulement crée un frottement entre un objet et sa surface, ce qui ralentit l'objet. Dans certains cas, l'objet approche d'un arrêt. Ce mécanisme permet aux roulements à billes d'être utilisés dans des systèmes à poulies ou des systèmes rotatifs devant être contrôlés. Par exemple, le moyeu d'une voiture utilise une charge radiale provenant du poids de la voiture et une poussée lors d'un virage.
Dans tous les cas de roulements à billes, l'équilibre entre la poussée et la charge radiale amène les roulements à billes à réduire le frottement entre les billes des bagues intérieure et extérieure et à supporter la charge de l'objet. Les roulements à billes prennent la charge et la transfèrent de la bague extérieure à la bague intérieure pour permettre aux sphères situées au centre de chaque bague de tourner facilement.
Chaque sphère est reliée aux deux bagues, mais uniquement lorsque cela est nécessaire pour réduire les frottements entre les composants du roulement à billes lui-même. Pour ces raisons, les roulements à billes sont créés pour réduire les frottements et faciliter la vitesse de rotation.
Types de roulements à billes
Les types de roulements à billes diffèrent grandement par leur mécanisme impliqué. Le type le plus largement utilisé est la rangée simple rigide, ou roulement à billes radial. Cette conception fait en sorte que les billes fonctionnent dans des pistes à gorge profonde, et le montage à roulement à billes à gorge profonde leur permet de supporter des charges radiales et axiales. Les versions scellées des roulements à billes sont lubrifiées en permanence pour réduire leur entretien.
Roulements à double rangée utilisez deux rangées de balles. La conception donne plus de rigidité au mouvement du roulement lui-même. Ils sont présents dans les moteurs électriques, les pompes centrifuges et les embrayages électromagnétiques. Certains roulements à billes s'alignent de manière à permettre à l'arbre de corriger tout désalignement angulaire par rapport au logement du roulement à billes.
le type de contact angulaire du roulement à billes a un côté de la bague extérieure coupé pour laisser plus de billes s'insérer. Ces roulements peuvent alors supporter des charges axiales élevées dans une direction et utiliser plus de billes dans les roulements eux-mêmes. Cela signifie que les ingénieurs les utilisent par paires dans les deux sens pour transporter des charges lourdes, dans une configuration qui les rend Roulements à deux rangées de billes à contact oblique. Ces types de roulements à billes varient également en fonction de leur matériau.
Types de matériel de roulement à billes
Les roulements à billes varient en matériau avec des roulements à billes en acier, en céramique ou en plastique pour différentes utilisations. Ces types de roulements à billes diffèrent par la rapidité avec laquelle ils peuvent fonctionner, les températures qu’ils peuvent atteindre et les autres propriétés liées aux utilisations des roulements à billes. Comprendre les aspects positifs et négatifs de chaque type de matériau vous permettra de prendre une décision plus judicieuse si vous avez besoin de roulements à billes.
Roulements à billes en acier
Les roulements à billes en acier utilisent soit des composants entièrement en acier, soit des alliages d'acier contenant des traces d'autres éléments. Ils sont des candidats idéaux pour la manipulation de charges très lourdes tout en atteignant de grandes vitesses de rotation lors des rotations.
Ces types de roulements à billes peuvent vous donner des mesures très précises car ils sont fabriqués à des niveaux de précision élevés. Leurs propriétés permettent aux roulements à billes en acier carbone d'avoir des utilisations dans les serrures, les vélos, les patins à roulettes, les chariots et les machines à convoyeurs, entre autres.
Le roulement à billes en acier peut malheureusement provoquer une corrosion en présence d’eau ou de gaz qui modifient la composition chimique de l’acier lui-même. Ces types de roulements à billes peuvent également être très lourds et bruyants lorsqu'ils sont utilisés dans des environnements de fabrication ou autres.
Les roulements à billes en acier peuvent coûter très cher, et les ingénieurs doivent également lubrifier en permanence les métaux en acier pour qu'ils continuent à fonctionner efficacement. S'ils ne sont pas correctement entretenus, ils peuvent provoquer une défaillance du roulement et ne pas atteindre la fin de leur durée de vie prévue.
Les fabricants créent et vendent des roulements à billes en acier de styles différents. Vous pouvez acheter des billes d'acier contenant plus de carbone et exposées à des traitements thermiques ou ayant été durcies par d'autres méthodes. Les variations de la teneur en carbone des roulements à billes en acier affectent leurs propriétés. Les aciers à faible teneur en carbone sont utilisés dans des applications qui doivent être résistantes à la corrosion, mais ne doivent pas nécessairement avoir une surface durcie.
Un matériau en acier à faible teneur en carbone peut être utilisé dans l’arbre linéaire d’un roulement à billes, mais il n’est pas idéal pour le contact entre les billes elles-mêmes. Ils sont généralement utilisés avec un polymère pour prévenir les dommages dans ces cas. Les roulements à billes en acier à teneur modérée en carbone sont solides, résistants à l'eau et résistants. Ces caractéristiques les rendent adaptés aux engrenages, aux axes, aux goujons et aux autres composants de la machine. Les aciers à haute teneur en carbone sont les plus forts et les plus durs tout en résistant à la corrosion.
Roulements à billes en céramique
Les roulements à billes en céramique sont généralement créés en tant qu '"hybrides" qui utilisent la bague extérieure, la bague intérieure et la cage en acier, les billes étant elles-mêmes en céramique. Les propriétés de la céramique leur permettent de fonctionner à des rotations rapides par minute tout en maintenant leur température de fonctionnement froide et en limitant la quantité de bruit qu'elles créent.
Ces modèles hybrides acier-céramique sont endommagés par la corrosion, mais les billes en céramique sont moins sujettes à la corrosion que les matériaux en acier et sont plus durables et plus légères que les roulements à billes en acier.
Ces types de roulements à billes peuvent être utilisés dans des applications électriques où les roulements à billes en acier ne peuvent pas chanter car les roulements à billes en céramique ne sont pas conducteurs, mais ils sont également très coûteux. Les roulements à billes en céramique peuvent résister à des températures élevées, leur permettant de fonctionner à des vitesses plus élevées. Les prix de certains de ces roulements à billes peuvent être généralement chers, mais vous pouvez également en trouver des versions bon marché.
Le matériau céramique de ces roulements à billes leur confère un poids inférieur à 40% à celui des roulements à billes en acier. Les ingénieurs les fabriquent généralement en utilisant du nitrure de silicium céramique afin de créer ces propriétés chimiques et physiques. Ils sont utilisés dans les paliers angulaires, les paliers de butée, les paliers à semelle, les roulements à aiguilles et les roulements à rouleaux. Les matériaux céramiques peuvent être plus résistants que l'acier, mais ils sont généralement plus rigides que les matériaux à roulement à billes.
Le polissage des billes d'acier céramique utilise un champ magnétique avec un jet de plasma. Cette méthode de production leur donne des taux de rotation plus élevés que les roulements à billes en acier. Ils sont électriquement isolants, ce qui signifie qu'ils ne conduisent pas l'électricité, donc ils ne manquent pas si le courant les traverse, et ils peuvent fonctionner sans être lubrifiés, comme le sont les roulements à billes en acier.
Roulements à billes en plastique
Des innovations récentes ont produit des roulements à billes en plastique utilisant des bagues en plastique et une cage en plastique. Ils peuvent être achetés sous forme de billes en plastique, verre ou acier inoxydable. Le matériau le plus couramment utilisé avec ce type de roulement est la bille en acier inoxydable. Ils sont l'option la plus abordable, mais ils sont également plus lourds que les types de plastique ou de verre. Ils peuvent également devenir facilement magnétiques, ce qui peut perturber le mouvement et la physique des matériaux à proximité.
Les roulements à billes en plastique avec billes de verre sont un excellent choix lorsque vous ne pouvez pas utiliser de métal. Elles ont une résistance chimique élevée et un poids inférieur à celui des billes d’acier. Les billes en plastique des roulements à billes en plastique pèsent encore moins et offrent une résistance à l'usure car elles sont utilisées dans le temps. La plupart des roulements à billes en plastique sont autolubrifiants, légers et résistants à la corrosion tout en fonctionnant silencieusement.
Ces types de roulements à billes ne supportent malheureusement pas les températures élevées, de même que les autres roulements à billes, et ne peuvent supporter des charges aussi élevées que parfois.