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Roulements à billes d’étanchéité – Joints, rondelles d’étanchéité et rondelles de couvercle
Les roulements à billes sont des composants critiques dans de nombreuses machines et équipements et jouent un rôle central pour le mouvement à faible friction des pièces. La protection basée sur la conception des roulements contre les surcharges et les défaillances dues à la surchauffe, à la contamination et aux influences externes est donc l’une des tâches fondamentales d’un ingénieur de conception. Les roulements à billes peuvent par exemple être scellés ou utiliser des roulements à rouleaux déjà scellés par l’usine pour obtenir la durée de vie la plus longue possible. Pour minimiser la friction et l’usure, il est nécessaire de s’assurer que les roulements sont suffisamment lubrifiés. Dans le cadre de la maintenance, les roulements à billes doivent donc être vérifiés et relubrifiés si nécessaire. Cependant, la technologie industrielle moderne utilise de plus en plus des roulements à billes étanches autolubrifiants ou sans entretien, qui sont déjà équipés par le fabricant d’éléments d’étanchéité et de dépôts de lubrifiant correspondants.
Que sont les joints et les rondelles de couvercle pour les roulements à billes ?
Les joints et les rondelles de couvercle sont des composants spécialement conçus pour protéger l’intérieur du palier des contaminants extérieurs en général, tout en empêchant le lubrifiant de s’échapper. Les rondelles de couvercle sont des joints de roulement d’étanchéité non abrasifs (sans contact). Les rondelles de couvercle sont généralement enfoncées dans la bague extérieure du roulement à billes. Il existe un espace entre la bague intérieure et la bague extérieure, c’est la raison pour laquelle une étanchéité complète n’est pas possible. Il ne faut pas confondre les rondelles de couvercle avec les rondelles d’étanchéité (y compris les rondelles d’étanchéité en caoutchouc) et les plaques de déflecteur. Les rondelles d’étanchéité sont disponibles en différentes versions. En fonction du matériau utilisé et de la forme de la rondelle d’étanchéité, ces derniers peuvent également être conçus comme des joints de contact. Cela permet généralement d’obtenir un meilleur joint de palier. Cependant, un joint étanche provoque des frottements, entraînant des pertes d’énergie liées aux frottements et des températures de palier plus élevées.
- 1 - Alésage
- 2 - Déflecteur
- 3 - Arbre
Contrairement aux rondelles de couverture, les déflecteurs ne sont généralement pas intégrés directement dans le roulement, mais sont placés en stationnaire à côté du roulement. Ils conservent la graisse à proximité des roulements et réduisent les fuites de graisse même à des vitesses circonférentielles plus élevées ou lorsque la viscosité du lubrifiant diminue dans les plages de températures élevées.
Pourquoi les joints sont-ils importants ?
Les paliers ouverts ne peuvent pas être utilisés dans toutes les situations, par exemple dans des environnements caractérisés par une contamination élevée. Dans ces cas, il est recommandé d’utiliser des roulements avec joints en caoutchouc. Pour les roulements à billes, les joints et les rondelles de couvercle ont pour fonction principale de protéger l’intérieur de la pénétration de poussière, de particules étrangères et d’humidité, ce qui réduit le blocage rotationnel dû aux particules étrangères coincées ou rouillées et améliore la durabilité. Les joints protègent également des fuites indésirables de lubrifiants, maintenant ainsi l’effet de lubrification dans le roulement à billes.
Types de joints
En général, on peut diviser les joints en deux catégories : les joints à contact et les joints sans contact. Les types de joints suivants sont également distingués en fonction de la manière dont les pièces à étanchéiser se déplacent les unes par rapport aux autres : Joints statiques (sans mouvement), joints translationnels (mouvement linéaire) et joints rotatifs (mouvement rotatif). Le tableau suivant présente les avantages et les inconvénients des joints à contact et sans contact, ainsi que quelques exemples :
| Sans contact | Avec contact (broyage) | |
|---|---|---|
| Avantages | Ne génère aucun frottement, réduit l’usure et augmente l’efficacité énergétique Réduit la sensibilité à la surchauffe et à l’abrasion Convient pour des valeurs de couple plus élevées |
Conception simple Résistant à la contamination Situé directement au point d’étanchéité, offrant ainsi un effet d’étanchéité élevé |
| Inconvénients | Sensible à la contamination | Le frottement généré peut entraîner des pertes d’énergie |
- 1 - Ouvrir le roulement à billes à gorge profonde
- 2 - Rondelle de couverture d’un côté (par ex. Z)
- 3 - Rondelle de couverture des deux côtés (par ex. ZZ / 2Z)
- 4 - Joint sans contact (par ex. VV ou 2RZ)
- 5 - Joint de contact (par ex. DDU ou 2RS)
Différents joints peuvent être utilisés pour les roulements à billes. Dans ce contexte, MISUMI propose une large gamme de bagues d’étanchéité d’arbre et de roulements à billes avec différentes options d’étanchéité. Des tableaux spéciaux de bagues d’étanchéité d’arbre sont disponibles pour faciliter la sélection.
Roulements à billes rainurés avec différents joints
Différentes combinaisons de lettres sont utilisées pour désigner les roulements à billes rainurés en fonction du type de joint. L’aperçu suivant présente les roulements à billes à gorge profonde avec différents types de joints et leurs avantages et inconvénients :
Z / 2Z (ZZ)
Les roulements à billes rainurés Z ou 2Z ont une rondelle de couverture sans contact installée d’un côté (Z) ou des deux côtés (2Z). Les roulements à billes rainurés portant cette désignation sont principalement utilisés lorsque l’absence de friction est la priorité et que le risque de contamination est relativement faible. Les roulements à billes ZZ sont remplis en usine de graisse et sont donc prêts à être installés.
RS / 2RS
RS ou 2RS signifie une conception du palier avec des rondelles d’étanchéité en contact, où RS signifie la conception avec une rondelle d’étanchéité d’un côté et 2RS signifie une rondelle d’étanchéité des deux côtés. D’autres désignations pour les roulements à billes avec des rondelles d’étanchéité en contact sont également courantes. En raison de la variété des formes des rondelles d’étanchéité, nous n’en aborderons que quelques-unes. Les roulements avec des rondelles d’étanchéité abrasives sur un côté du roulement sont, par exemple, également marqués d’un DU. La conception avec rondelle d’étanchéité en contact des deux côtés du palier est identifiée par le marquage DDU. Des températures momentanées allant jusqu’à 120 °C sont possibles. Le montage et le démontage très simples éliminent tout risque d’endommagement des roulements. Les inconvénients sont une résistance accrue à la friction et une charge rotationnelle maximale réduite.
RZ / 2RZ
RZ ou 2RZ signifie une conception du roulement avec des rondelles d’étanchéité blindées à faible contact ou sans contact. La conception unilatérale est appelée RZ, et 2RZ est la conception avec une rondelle d’étanchéité des deux côtés. Les rondelles d’étanchéité à faible contact ont également d’autres désignations, par exemple la version V ou VV, où V signifie le disque d’étanchéité sans contact unilatéral et VV pour la conception à deux côtés.
Bagues d’étanchéité d’arbre
En plus des joints et des rondelles d’étanchéité, il existe d’autres solutions basées sur la conception telles que les bagues d’étanchéité d’arbre, également appelées bagues Simmer (d’après leur concepteur, Walther Simmer). Les bagues d’étanchéité d’arbre protègent les arbres et les roulements de la poussière, des liquides et d’autres contaminants. Elles empêchent également les fluides ou les lubrifiants de s’échapper d’un arbre ou d’un axe rotatif. Il existe différentes conceptions de bague d’étanchéité d’arbre, par ex. :
- Bague d’étanchéité d’arbre radial
- Bague d’étanchéité d’arbre axial
- Joint labyrinthe
- Joint Teflon
Bague d’étanchéité d’arbre radial
Un joint d’arbre radial est un joint à lèvre pour sceller les arbres rotatifs. Il est installé avec un siège fixe dans le boîtier ou le couvercle du boîtier. Une bague d’étanchéité d’arbre radial se compose généralement d’une lèvre d’étanchéité, d’une bague de raidissement métallique et d’un ressort de tension de vis annulaire.
- 1 - Lèvre d’étanchéité
- 2 - Ressort de traction des vis
- 3 - Bague en métal
Lorsqu’elle est poussée sur l’arbre, la lèvre d’étanchéité est déployée avec la rondelle élastique. La lèvre d’étanchéité se trouve directement sur la surface de l’arbre rotatif. Les bagues d’étanchéité radiales d’arbre sont souvent utilisées pour les roulements avec un boîtier en deux parties.
Généralement, les joints d’arbre radiaux sont des joints qui entrent en contact les uns avec les autres, mais peuvent également être conçus pour être sans contact à des vitesses de rotation élevées.
Critères de sélection des joints et des rondelles de couvercle
Les critères suivants doivent être pris en compte lors de la sélection des joints et des rondelles de couverture :
- Type de joint ou de couverture : Déterminer l’objectif principal (empêcher le liquide de pénétrer ou simplement recouvrir l’ouverture). Un joint sans contact est-il suffisant ou un seul joint de contact remplit-il l’objectif ?
- Conditions environnementales : Les paramètres tels que la température, l’humidité, l’exposition chimique et la pression doivent être déterminés.
- Matériau sélectionnable : Le choix du matériau dépend du support auquel le joint est exposé, comme l’huile, l’eau, les acides, les alcalins ou les produits chimiques agressifs. Les matériaux courants comprennent le caoutchouc, les élastomères, le Teflon, les métaux et les plastiques.
- Charges mécaniques : Les charges mécaniques telles que les vibrations, les charges de choc et les mouvements qui pourraient affecter le joint ou la rondelle de couverture doivent être observées. Les joints doivent pouvoir supporter ces charges sans dommages ni fuites.
- Rentabilité : Les facteurs de coûts (par ex. quantités, coûts de maintenance prévus) doivent être pris en compte.
Sélection du matériau pour les joints
MISUMI propose des joints fabriqués, par exemple, dans les matériaux suivants :
- Caoutchouc nitrile (NBR) : Le NBR est particulièrement résistant à l’huile (en particulier aux huiles hydrauliques, minérales, etc.) et aux intempéries et offre une bonne résistance générale à de nombreux produits chimiques. Sa plage d’application est comprise entre -40 et +108 °C. Le NBR est souvent utilisé dans les joints plats (il s’agit de joints statiques installés comme éléments d’étanchéité, par exemple entre deux brides).
- Caoutchouc fluoré (FKM, également dénommé Viton) : Le FKM se caractérise par une excellente résistance aux produits chimiques, aux températures élevées et à diverses huiles et carburants. Le FKM a également une faible perméabilité aux gaz. Les joints spéciaux en FKM sont particulièrement résistants aux acides, entre autres
- Polytétrafluoroéthylène (PTFE - également dénommé Teflon) : Le PTFE se caractérise par une faible friction et une très haute résistance à la température (200 à 260 °C, momentanément jusqu’à 300 °C). Il peut être exposé à des produits chimiques agressifs.
