Rouleaux et roues à usage industriel – Construction et applications

Dans l’ingénierie mécanique et dans les processus d’automatisation généraux, il est essentiel de transporter les matériaux et les composants de construction rapidement et efficacement d’un point A à un point B. Cela nécessite un guidage et un alignement ciblés le long des chemins de transport. Les rouleaux et les tambours contribuent de manière significative à l’accomplissement de ces fonctions. Cet article étudie les types de matériaux utilisés et les applications spécifiques pour lesquelles des rouleaux sont utilisés.

Définition : Rouleaux, tambours, roues, bandages et leur construction

En génie mécanique, un rouleau est un élément de machine annulaire en forme de disque (à creux cylindrique) qui est monté de manière rotative sur un essieu ou une goupille à rouleau comme axe de rotation afin de pivoter en provoquant le moins de friction possible. La différenciation entre le rouleau et le tambour, également appelé tambour porteur, ne désigne pas sa fonction, mais plutôt sa géométrie. Les rouleaux et les tambours sont des cylindres creux vus géométriquement et diffèrent par leur rapport du rayon des composants sur la hauteur des composants. Si la largeur de la surface de roulement d’un rouleau dépasse son rayon, on parle généralement de tambour.

Les roues sont également des composants qui permettent un mouvement de roulement. Cependant, par rapport aux rouleaux, les roues se composent généralement d’une jante, d’une bande (surface de roulement) et d’un roulement de roue. Un axe ou une goupille de roulement relie le corps de la roue au boîtier et assure un siège sûr dans le support. La bande est le revêtement de protection ou d’usure appliqué sur un rouleau ou une roue, également appelé surface de roulement. Cela influence également la facilité de mouvement.

En fonction de l’état du sol, on choisit différentes bandes. Par exemple, le caoutchouc offre un degré élevé de protection au sol, mais présente une résistance au démarrage et au roulement relativement élevée. Les revêtements métalliques ont une capacité de charge très élevée, mais ne conviennent pas aux sols sensibles en raison de la pression de contact de surface élevée. Des plastiques spécialisés haute performance, qui s’adaptent à leur faible poids et à leur résistance élevée à l’usure, sont également utilisés par l’industrie.

Contrairement aux roues, les rouleaux absorbent directement la charge sur la bague extérieure (contact direct). Cela distingue les rouleaux des roulements à billes purs, qui, en raison de leur gamme d’applications et de la répartition de charge différente qui en résulte, peuvent également avoir une bague extérieure avec une épaisseur réduite. En termes d’ingénierie, un rouleau de chenilles ou un rouleau de support est donc un roulement renforcé sur la bague extérieure.

Diverses applications des rouleaux

Fondamentalement, les rouleaux permettent le mouvement. Ils peuvent effectuer diverses tâches. Leurs principales applications sont :

• Équipement, par ex. rouleaux d’appareil, technologie d’entraînement, par ex. rouleau d’entraînement
• Équipement de manutention, par ex. rouleaux de chenilles
• Technologie d’entraînement, p. ex. rouleaux d’entraînement, composants de machine, p. ex. rouleaux de transport pour les machines dans des applications à usage intensif

Par exemple, les rouleaux d’appareil sont utilisés comme dispositifs pour faciliter le transport d’équipements lourds. À cette fin, ils sont boulonnés au bas d’un chariot de transport ou de l’équipement lui-même. La technologie d’entraînement utilise des rouleaux pour soutenir le transfert d’énergie entre différents éléments d’entraînement et ainsi influencer la vitesse de rotation et la vitesse. L’équipement de manutention utilise non seulement des rouleaux pour le transport, mais également pour diverses autres applications. Cependant, dans ce cas, ils ne sont généralement pas installés de manière permanente sur le fret transporté, mais ils facilitent plutôt la circulation des matériaux, par exemple sur les convoyeurs à rouleaux. Les rouleaux de déflexion des convoyeurs à courroie à usage spécial guident les courroies des convoyeurs dans la bonne direction et stabilisent le mouvement.

Pour plus d’informations sur la manutention des matériaux, consultez notre article sur la manutention des matériaux industriels.

Matériaux pour rouleaux

Le matériau choisi pour un rouleau dépend du matériau ou de la pièce avec laquelle le rouleau entrera en contact. En gros, les matériaux suivants sont utilisés :

• Polyuréthane (PU) / caoutchouc
• Métal
• Résine
• Plastiques haute performance

Les rouleaux de polyuréthane et de caoutchouc sont utilisés lorsque l’on manipule des matériaux et des surfaces sensibles, tels que du papier ou des pièces en tôle fine. Les plastiques haute performance (p. ex. polyamide, POM) sont utilisés dans des environnements ayant des exigences d’hygiène spéciales. Ils possèdent une surface lisse, ce qui provoque peu de friction, et ne réagissent pas chimiquement. Les rouleaux métalliques, en revanche, sont de préférence utilisés dans des environnements à températures extrêmes, produits chimiques agressifs ou charges mécaniques lourdes où les rouleaux en PU ou en caoutchouc ne résisteraient pas.

Des détails sur les plastiques haute performance et leurs propriétés sont disponibles dans notre article Plastiques à usage spécial dans l’industrie : propriétés, résistance et exemples d’application.

Différents types de rouleaux

Les rouleaux se distinguent par leur géométrie et les applications associées. Le terme rouleau de chenille désigne généralement un rouleau à l’arrêt, c.-à-d. non entraîné. Cependant, s’agissant de leur fonction et de la conception structurelle associée, les praticiens les distinguent en rouleaux de roulement, rouleaux de support, rouleaux de renvoi et galets de guidage, galets de came et rouleaux de transport.

Rouleaux de chenille (rouleaux de roulement)

En plus de diverses applications industrielles, les rouleaux de roulement, également appelés rouleaux de support, sont des composants essentiels des systèmes de châssis des véhicules industriels lourds tels que les excavatrices à chenilles et les véhicules à chenilles. Ici, les rouleaux de chenille offrent une base de machine stable et mobile tout en absorbant les chocs. Installés sur la partie inférieure du châssis, ils sont en contact direct avec la chaîne mobile tout en conduisant et en supportant ainsi le poids de la machine sur le sol.

Cependant, un rouleau de chenille est généralement considéré comme un roulement constitué d’un roulement à billes à une ou plusieurs rangées avec une bague extérieure et intérieure renforcée. L’anneau extérieur renforcé forme la surface de fonctionnement du rouleau de chenille. Cette surface de roulement peut se composer directement de la bague extérieure, un autre matériau peut également être déposé pour améliorer les caractéristiques de fonctionnement.

Parmi les avantages des rouleaux de chenille, on peut citer :

• une capacité de charge élevée
• une résistance
• un guidage et une transmission de puissance optimisés.

Pour en savoir plus sur les rouleaux de chenilles ou les galets de cames et leurs utilisations, consultez notre article Galets de cames et rouleaux d’appui : connaissances de base et utilisations prévues.

Galets de came

Les galets de came sont des roulements d’arbre très stables avec une bague extérieure épaisse et une cage de roulement à rouleaux avec des rouleaux à aiguilles intégrés. La conception avec cage à aiguilles permet d’augmenter la puissance de rotation afin de pouvoir faire face à des vitesses élevées. La bague extérieure est plus épaisse que sur les roulements normaux pour permettre une utilisation à des charges de choc élevées ou avec des charges lourdes.

Le tableau suivant présente un aperçu des différents galets de came :

Rouleaux de manutention

Les rouleaux de manutention sont utilisés pour le transport, par ex. le fret. Les convoyeurs à rouleaux, par exemple, utilisent généralement plusieurs rouleaux rotatifs disposés en parallèle pour transporter des objets. Ils sont fiables, résistent souvent à des charges élevées et sont donc également utilisés dans les convoyeurs à courroie. Les rouleaux de manutention servent également d’arbres d’entraînement des systèmes de transport à courroie. Ils sont généralement constitués d’acier à outils au carbone robuste ou d’acier à outils trempé, car ils doivent être capables de transférer des charges de couple. Pour les applications avec des charges particulièrement élevées, ils peuvent être équipés d’une finition chromée. Un rouleau de renvoi avec un roulement à billes est une variante d’un rouleau de convoyeur. La résistance au frottement est réduite par le roulement à billes. Les systèmes de convoyeurs les utilisent également comme rouleaux de support dans les convoyeurs à rouleaux pour transporter efficacement les matériaux. Les avantages des rouleaux de manutention comprennent :

• une faible friction
• une capacité de charge élevée
• diverses options d’entraînement, par ex. courroies, moteur
• un transport efficace des matériaux.

Les rouleaux de manutention sont des composants essentiels des convoyeurs à courroie et des convoyeurs à rouleaux. Pour en savoir plus, consultez notre article Convoyeurs à courroie : Construction, capacité de transport et sélection de courroies pour des processus optimisés et des convoyeurs à roues, des convoyeurs à rouleaux, des bandes à rouleaux – construction, fonction et avantages.

Rouleaux de support, rouleaux d’appui, galets suiveurs de tambour

Les rouleaux de support sont des roulements très stables avec une cage de roulement dotée de rouleaux en forme d’aiguille qui leur servent d’éléments roulants. Leur conception sans arbre permet leur utilisation de manière à préserver l’espace. La conception associe une bague extérieure et intérieure épaisse avec des corps de rouleaux en forme d’aiguille, tels que ceux utilisés sur les galets de came. Les rouleaux de support peuvent être utilisés dans des applications dotées de forces d’action ou qui nécessitent des vitesses élevées. La longueur de la goupille pour fixer le rouleau de support peut être configurée afin de pouvoir ajuster facilement les rouleaux de support à la situation d’installation requise. Le tableau suivant présente un aperçu des différents rouleaux de support :

Comme les rouleaux d’appui, les rouleaux de support, également appelés rouleaux supérieurs, remplissent une fonction de charge ou de support. Comme tous les types de rouleaux de chenille, les rouleaux de support ne sont pas entraînés. Les rouleaux de support, également appelés rouleaux de tambour, n’ont pas de contact direct avec le sol, mais avec la cargaison à soutenir ou avec la courroie sur laquelle l’objet à soutenir est transporté.

En utilisant l’exemple de l’excavatrice à chenille, les rouleaux de support sont installés dans la partie supérieure du système de châssis et sont chargés de guider uniformément les chaînes de l’excavatrice et de les empêcher de s’affaisser. Sur les convoyeurs à courroie, ils soutiennent la bande pour éviter qu’elle ne s’affaisse sous le poids du matériau transporté. Les roulements à rouleaux sont installés dans les convoyeurs à rouleaux comme des rouleaux non entraînés et portent le poids des objets à transporter.

Galets de guidage

Les galets de guidage sont utilisés pour une direction et un contrôle précis. Ils s’assurent, par exemple, qu’un article transporté reste dans sa voie spécifiée. Les galets de guidage en acier sont souvent utilisés dans l’industrie, car ils peuvent absorber des charges particulièrement élevées. Les galets de guidage à roulement à billes assurent un transport fluide et permettent l’adaptation à l’objet à guider à l’aide de différents profils et formes de rainures.

Les galets de guidage sont disponibles avec différentes rainures qui assurent une adhérence optimale et un guidage fiable. Par exemple, il existe des profils de rainures en U pour les rails ronds, des profils de rainures en V pour les rails triangulaires et des profils de rainures en H pour les rails rectangulaires.

Les avantages des galets de guidage comprennent :

• un guidage de précision
• une stabilité élevée
• différents profils de rainures
• une usure réduite.

Pour plus d’informations sur les guides de rails profilés, lisez notre article Guides de rail profilés : types, fonction, durée de vie, maintenance, alternatives.

Rouleaux à billes

Les rouleaux à billes sont un type spécial de roulements à rouleaux, caractérisé par des mouvements à grande vitesse dans n’importe quelle direction et n’importe quel plan. Ils sont principalement utilisés dans la manutention.

Le boîtier des rouleaux à billes est souvent constitué d’acier ou d’une plaque d’acier. Un lit à billes rempli de billes de support est intégré à l’intérieur du boîtier. Une bille porteuse de charge est placée sur les billes de support en tant qu’élément de roulement. Cela permet un mouvement à faible friction. Les rouleaux à billes peuvent également supporter des charges élevées. Les avantages des rouleaux à billes sont :

• un niveau sonore faible
• un fonctionnement en douceur
• une capacité à absorber des charges élevées
• un faible poids mort
• un montage facile
• une longue durée de vie.

Roulettes pivotantes, roulettes pour appareils ménagers, roulettes fixes

Les roulettes pivotantes sont utilisées dans le contrôle directionnel.

Les plaques tournantes, qui permettent une rotation à 360 degrés, sont souvent installées pour faciliter le mouvement. Les roulettes pivotantes, les roulettes d’appareil et les roulettes fixes sont présentes dans de nombreuses applications de transport. Elles vont du boulonnage sur les boîtes de transport pour un meilleur mouvement aux roulettes pivotantes robustes pour les charges lourdes dans les environnements industriels. Contrairement aux roulettes pivotantes, les roulettes fixes sont rigides et augmentent ainsi la stabilité des mouvements linéaires. Une combinaison des deux garantit qu’il est possible de déplacer même les équipements lourds et de grande taille en toute sécurité et de manière réactive. Les avantages des roulettes pivotantes comprennent :

• une grande maniabilité
• une commande directionnelle simple
• un effort physique minimal.

Vous trouverez des informations plus détaillées sur les roulettes pivotantes et les roulettes fixes et sur ce à quoi il faut prêter attention lors de leur sélection dans notre article « 7 étapes pour sélectionner une roulette pivotante ».