Différences entre les roulements à billes et les roulements lisses – quel type de roulement vous convient ?

Les roulements à billes et les roulements lisses sont deux types de roulements de base utilisés dans une variété de systèmes mécaniques en génie mécanique. La principale tâche des paliers est de permettre des mouvements définis des composants et ainsi de réduire le frottement autant que possible. Bien que les deux types de paliers aient un objectif commun, il existe des différences fondamentales en termes de conception, de fonctionnalité et d'application. Cet article de blog décrit les différences les plus importantes entre les roulements à billes et les roulements lisses.

Roulements à billes comme type de roulements à rouleaux

Les roulements à rouleaux font partie des types de roulements les plus courants. Ils utilisent des éléments roulants pour compenser les forces entre les surfaces de roulement. Les éléments roulants sont positionnés entre un anneau intérieur et un anneau extérieur. Les roulements à rouleaux sont souvent utilisés pour soutenir les arbres et les axes, car ils peuvent supporter des charges axiales et radiales selon leur conception, ce qui permet la rotation de l'arbre monté.

Les roulements à billes représentent un sous-ensemble de roulements à billes et soutiennent les mouvements de rotation avec le moins de frottement possible. Ils sont constitués d’anneaux intérieurs et extérieurs, entre lesquels se trouvent des billes qui agissent comme des corps roulants. Cette conception réduit considérablement le frottement entre les pièces mobiles d’une machine ou d’un système. Pendant le fonctionnement, les billes intégrées répartissent les charges qui se produisent, permettant ainsi une rotation fluide et efficace.

Roulements à billes rainurés

Les roulements à billes rainurés sont un type de roulements à billes largement utilisé, se caractérisant par des chemins de roulement encastrés pour les billes. Cette conception leur permet d’absorber à la fois les charges radiales et les charges axiales faibles. Ils sont largement utilisés dans de nombreuses applications industrielles et mécaniques en raison de leur conception simple et de leur efficacité. Ils se caractérisent par une capacité de charge et une durabilité élevées.

Roulements à billes auto-alignant

Les roulements à billes auto-alignant ont des propriétés similaires à celles des roulements à billes rainurés, mais ont une bague intérieure avec deux rangées de billes guidées dans les rainures. Le chemin de roulement de l’anneau extérieur a la forme d’une boule creuse. Cette conception permet au roulement à billes auto-alignant de s'ajuster pour les petits désalignements entre la bague intérieure et la bague extérieure. La mobilité angulaire résultante peut être utilisée pour compenser les positions inclinées ou les erreurs d’alignement.

Roulements à billes à contact oblique

Les roulements à billes à contact oblique sont des roulements à billes à usage spécial qui, contrairement aux roulements à billes rainurés, n'ont pas de conception symétrique lorsqu'ils sont examinés de côté. La bague extérieure et la bague intérieure sont fournies avec un épaulement unilatéral opposé, ce qui permet un profil de force oblique.

En plus des charges radiales, ils peuvent donc supporter des charges axiales plus élevées que, par exemple, les roulements à billes rainurés. Les roulements à billes à contact oblique à rangée unique ne peuvent être chargés axialement que d'un côté, tandis que les roulements à billes angulaires à contact oblique à double rangée peuvent absorber les charges des deux directions.

Roulement à billes axiaux

Les roulements à billes axiaux se caractérisent par leur capacité à supporter des charges particulièrement lourdes dans la direction de l'arbre. Ils sont particulièrement adaptés aux applications soumises uniquement à des forces axiales. Selon la conception du roulement axial, il peut absorber des forces axiales unilatérales (roulement axial unilatéral), des forces axiales changeantes (roulement axial bilatéral), des forces axiales et des forces radiales modérées (roulement à billes à contact oblique). Les roulements à billes axiaux se composent de rondelles d'arbre, de rondelles de boîtier et d'ensembles de billes.

Roulements lisses

Les roulements lisses sont des roulements qui ne nécessitent pas d'éléments roulants, tels que des billes. L’une de leurs applications les plus courantes consiste à guider et positionner en toute sécurité les arbres à basse vitesse ou effectuant des mouvements circulaires incomplets. Le mouvement de rotation de l’arbre n’est pas rendu possible par des corps roulants, mais par le glissement de la surface de l’arbre sur la surface de contact du roulement lisse. Les plaques coulissantes sont utilisées pour les mouvements linéaires coulissants.

Pour réduire le frottement entre les surfaces, des roulements lisses avec auto-lubrification ou une alimentation externe en lubrifiant sont utilisés. Les lubrifiants utilisés peuvent faciliter le mouvement entre les deux surfaces et réduire le frottement.

Douilles de roulement lisse

Les douilles de roulement lisse, ou douilles coulissantes, sont des roulements qui permettent un mouvement à faible frottement et amortisseur de vibrations entre deux composants. Ils assurent un mouvement linéaire ou rotatif entre les composants.

Les douilles de roulement lisse sont divisées en fonction de leur conception en douilles de roulement lisse avec collier et coussinets de roulement lisse sans collier, également appelés douille de roulement lisse cylindriques. En raison de la butée mécanique, une douille de roulement lisse avec un collier peut absorber des forces axiales modérées.

Les douilles de roulement lisse se distinguent par leur lubrification.

• Les roulements lisses simples sont efficaces pour l'entretien et ne sont pas lubrifiés ou sont lubrifiés avec de la graisse.
• Le point de roulement hydrostatique est absorbé sous lubrification constante. Le point de roulement est lubrifié à tout moment tant que la circulation est assurée par une pompe. Les paliers hydrostatiques doivent être surveillés attentivement et sont des paliers coûteux. Avantages : un faible frottement et une faible usure des roulements, même avec différentes charges.
• Les roulements hydrodynamiques n’atteignent l’état lubrifié qu’à une certaine vitesse de rotation, car le lubrifiant est distribué par des effets hydrodynamiques. Étant donné que ces effets ne se produisent pas à l’état hydrostatique, le roulement glisse à basse vitesse sous l’influence du frottement sec et dans les transitions de frottement mixte.

Rondelles de pression

Les rondelles de pression, ou également les rondelles de roulements lisses, sont des roulements en forme de disque qui agissent comme des roulements d'arbre axial. Des rondelles à roulement lisse sont insérées ou fixées d’un côté selon l’application.

Roulement fixe/flottant

Un agencement de roulement fixe/flottant est généralement constitué de deux paliers. Les roulements fixes positionnent un arbre dans la direction radiale et axiale, c’est-à-dire qu’ils doivent pouvoir absorber les forces radiales et axiales des deux côtés. En revanche, les roulements flottants peuvent uniquement absorber les forces radiales pour compenser le mouvement axial ou le déplacement par dilatation thermique, tolérances de fabrication, etc.

Disposition des roulements de support

La disposition des roulements de support comprend également deux paliers, qui absorbent tous deux une force radiale. Contrairement au roulement fixe/flottant, ces dispositions de palier ne peuvent absorber les forces axiales que dans une seule direction. Les roulements de support sont différenciés en deux versions : les roulements ajustés et les roulements flottants.

Sur les dispositions de paliers ajustées , les deux paliers sont positionnés les uns contre les autres - on peut également parler d’une image miroir. L’arbre est fixé axialement dans une direction par l’un des roulements et dans la direction opposée par le deuxième roulement. Cet agencement de roulement est souvent utilisé pour guider l'arbre sous pré-tension et rotation précise. Les roulements à billes à contact oblique ou les roulements à rouleaux coniques sont souvent utilisés pour les roulements ajustés. En fonction de l’agencement des paliers, la dilatation thermique des matériaux utilisés entraîne des changements dans la pré-tension des roulements, qui peuvent les stresser et les détruire de manière significative.

Le roulement flottant présente de nombreuses similitudes avec le roulement ajusté. Cependant, le roulement flottant permet un certain jeu axial s , c'est-à-dire que l'arbre peut se déplacer - ou flotter - axialement sur une certaine distance. Des roulements flottants sont utilisés s’il n’y a pas de guide axial serré. Les types de roulements adaptés aux roulements flottants sont les roulements à billes à rainure profonde ou les roulements à billes sphériques.

Critères de sélection des roulements lisses et des roulements à billes

La différence fondamentale entre les deux types de roulements réside dans leur structure et leur fonctionnalité. Lorsque vous décidez pour ou contre l'un de ces types de roulements, il est utile de tenir compte des caractéristiques distinctives suivantes :

• Frottement et rendement : Les roulements à billes utilisent des éléments roulants, généralement des billes, qui roulent entre les bagues intérieures et les bagues extérieures, permettant ainsi un mouvement à faible frottement. Étant donné que les billes absorbent une grande partie de la charge, le frottement dans les roulements à billes est généralement faible, ce qui entraîne à son tour un transfert efficace des couples et permet des vitesses plus élevées. Les roulements lisses utilisent le principe de frottement direct entre deux surfaces. Ici, un film coulissant, généralement composé de lubrifiant, est produit entre l'arbre et le roulement lisse. Étant donné que le mouvement se produit sur une surface avec un lubrifiant comme fluide glissant, le frottement dans les roulements lisses est généralement plus élevé que dans les roulements à billes.
• Sensibilité au stress et aux chocs : Les roulements lisses sont avantageux dans les applications avec des vitesses de rotation plus faibles et des forces radiales élevées, mais les roulements à billes sont adaptés à une vitesse de rotation plus élevée. Étant donné que les roulements à billes ont généralement des couples de frottement plus faibles que les roulements lisses, ils développent moins de chaleur, donc aucun refroidissement supplémentaire n'est nécessaire. En ce qui concerne la charge d'impact, les roulements lisses sont avantageux car la charge de matériau est plus élevée dans les roulements à billes en raison de la surface de roulement plus petite des corps de rouleaux et les roulements à billes sont plus sensibles aux charges d'impact. Même les vibrations au repos peuvent facilement endommager les roulements à billes et l'amortissement des vibrations des roulements à billes est accompagné d'une grande variété de vibrations, de bruits et d'oscillations. Les roulements lisses, en revanche, sont capables d’amortir les vibrations causées par les oscillations.
• Durée de vie et effort de maintenance : Les roulements lisses ont une durée de vie relativement longue, tandis que les roulements à billes ne sont généralement conçus que pour une durée de vie limitée. Par rapport aux roulements à billes, les roulements lisses nécessitent moins d'entretien car l'usure est assez faible même aux charges les plus élevées. Ils sont également plus résistants à la saleté que les roulements à billes et sont donc mieux adaptés à une utilisation dans des environnements difficiles. Les roulements à billes devront être soigneusement scellés pour cette utilisation afin d’éviter la pénétration de poussière et de saleté. D'autre part, les roulements à billes peuvent être intégrés dans les assemblages avec moins d'effort, car ce sont des composants normalisés au niveau international. Les roulements à billes sont généralement mieux adaptés que les roulements lisses, en particulier à des vitesses de rotation élevées, tandis que les roulements lisses sont mieux adaptés aux mouvements de pivotement.
• Installation et coûts : Alors que les roulements à billes nécessitent un espace d'installation relativement important, les roulements lisses sont monoblocs et compacts et nécessitent donc un espace minimal. Ils sont également plus faciles à assembler. Autre différence : le facteur de coût. Les roulements lisses représentent la variante un peu moins chère que les roulements à billes, car les roulements à billes entraînent des coûts de conception plus élevés, y compris pour le roulement lui-même ainsi que pour les boîtiers, les surfaces de montage et les éléments de fixation.

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Exemple d’application : un convoyeur de carte de circuit imprimé en verre. Le roulement des rouleaux est mis en œuvre avec des roulements à billes . Les composants appropriés pour concevoir votre roulement se trouvent dans l’atelier MISUMI :

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