Roulements à bride en bronze : sélection des alliages, tolérances et guide d'installation

Une équipe d'entretien de carrière enfonce un roulement à bride en bronze d'alésage de 60 mm dans une poulie de tête de convoyeur, serre les boulons du boîtier et trouve la bride fissurée en un mois. Le bronze n’était pas le point faible. La face du boîtier derrière la bride n'était ni plate ni carrée par rapport à l'alésage, de sorte que la traînée axiale de l'arbre chargeait un mince bord moulé au lieu de la face complète de la bride.

Cet ordre de défaillance explique comment les roulements à bride en bronze doivent être sélectionnés. L'alliage fixe le plafond en matière de résistance à la charge, à la vitesse et à la corrosion. La géométrie de la bride, l'ajustement à la presse et le jeu de fonctionnement déterminent si vous atteindrez un jour ce plafond. Un roulement à bride en bronze d'étain avec des ajustements corrects durera plus longtemps qu'un roulement en bronze d'aluminium avec un épaulement incliné, à chaque fois.

Ce que fait réellement la bride

Un roulement à bride en bronze est un manchon cylindrique avec une bride radiale intégrée à une extrémité. Le manchon supporte la charge radiale. La bride effectue trois tâches distinctes qui sont souvent floues lors des spécifications.

• Emplacement axial. La bride empêche le roulement de sortir d'un alésage traversant ou de s'enfoncer dans un boîtier borgne, ce qui supprime les bagues de retenue, l'usinage des épaulements et les embouts dont un manchon simple a besoin.
• Réaction de poussée. La face arrière de la bride peut accepter une charge axiale continue intermittente ou modérée, à condition que le siège soit rigide et que la bride soit suffisamment épaisse pour ne pas se plier.
• Contrôle d'assemblage. La bride règle la profondeur d'insertion en un seul mouvement, ce qui est important sur une ligne de production où chaque logement doit être identique.

Ce que la bride n'est pas, c'est une butée. Les charges axiales continues supérieures à environ 10 à 15 pour cent de la valeur nominale radiale nécessitent généralement une rondelle de butée séparée ou un agencement d'éléments roulants.

Choix d'alliage : bronze étain, bronze aluminium ou laiton

La plupart des défaillances des roulements à bride en bronze imputées au bronze mou remontent à une famille d'alliages inappropriée pour l'environnement plutôt qu'à un mauvais moulage. Quatre familles couvrent la grande majorité des commandes de roulements à bride industriels, et chacune échoue de manière différente.

Deux points pratiques suivent. Le bronze à l'étain au plomb reste la valeur par défaut pour les machines générales car il s'usine proprement, incruste les grains et tolère une lubrification marginale. Le bronze d'aluminium coûte plus cher et s'usine plus lentement, mais dans un brouillard salin ou dans une position excentrique soumise à des chocs, il peut durer plus de trois remplacements de bronze à l'étain, à condition que la lubrification soit propre et que l'arbre soit aligné.

La décision concernant l’alliage est généralement prise par sous-système et non par machine. Le même navire ou concasseur peut utiliser du bronze d'aluminium sur un gouvernail fortement chargé ou une position excentrique et du bronze d'étain sur des pivots à charge inférieure. L'obtention de nomenclatures mixtes est plus facile lorsqu'un fournisseur organise ses gamme de bagues en cuivre par famille d'alliages d'abord et par application ensuite, car c'est l'ordre dans lequel la sélection est réellement effectuée.

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Tolérances et ajustements qui déterminent la durée de vie

Ce sont des chiffres qui valent la peine d’être inscrits sur un dessin ou un bon de commande. Ce sont des règles empiriques pour le bronze coulé fonctionnant sur un arbre en acier trempé, et elles doivent être ajustées en fonction de la température, de la lubrification et des chocs.

• Alésage du boîtier : H7 pour la plupart des ajustements serrés, avec une ovalité et une conicité maintenues à l'intérieur de la moitié de l'interférence prévue.
• Interférence de presse : 0,025 à 0,05 mm par 25 mm de diamètre d'alésage du boîtier, environ 0,001 à 0,002 pouce par pouce.
• Jeu de fonctionnement : 0,1 à 0,15 pour cent du diamètre de l'arbre pour le bronze à l'étain à vitesse modérée, 0,15 à 0,2 pour cent pour le bronze à l'aluminium où la croissance thermique est plus élevée.
• Alésage après montage : l'alésage se ferme à peu près à l'interférence, il faut donc le prévoir ou terminer l'alésage après pressage.
• Épaisseur de paroi : au moins 0,08 à 0,10 du diamètre d'alésage, donc un alésage de 60 mm nécessite une paroi de 5 à 6 mm.
• Épaisseur de la bride : 0,25 à 0,4 de l'épaisseur de la paroi, davantage lorsque la charge axiale est continue.
• perpendiculaire de la bride à l'alésage : 0,02 à 0,05 mm au total, mesuré sur la face arrière de la bride.
• Finition de la tige : 0,4 à 0,8 micron Ra. Un arbre rectifié double généralement la durée de vie d'un roulement par rapport à un arbre tourné.

Le piège qui attrape la plupart des acheteurs est la fermeture de l'alésage après montage. Enfoncez un roulement d'alésage de 60 mm dans un boîtier H7 avec une interférence de 0,05 mm et l'alésage se ferme d'une quantité comparable, soit environ 0,04 à 0,06 mm. Si le dessin spécifie un jeu de fonctionnement de 0,08 mm et que l'alésage a été terminé avant le pressage, l'assemblage peut se retrouver avec presque aucun jeu et se grippera au premier échauffement sous charge.

Options de lubrification, rainures et autolubrifications

Les roulements à bride en bronze tolèrent mieux une lubrification marginale que les éléments roulants, mais ils respectent toujours une limite de charge et de vitesse. Trois configurations couvrent la plupart des applications industrielles.

• Lubrifié à la graisse. Un trou d'huile alimentant une rainure circonférentielle répartit la graisse autour de l'alésage. Placez la rainure dans la moitié non chargée du roulement, car une rainure sous la ligne de charge supprime la zone de charge exactement là où la contrainte est la plus élevée.
• Lubrifié à l'huile. L'alimentation continue en huile multiplie plusieurs fois la valeur PV admissible par rapport à la graisse, c'est pourquoi les rouleaux de la table de broyage et les arbres de boîte de vitesses utilisent un bain ou une alimentation sous pression au lieu de raccords.
• Autolubrifiant. Les bouchons en graphite, les inserts de lubrifiant solide ou le bronze fritté imprégné d'huile suppriment entièrement la conduite de graisse, ce qui convient aux positions éloignées, chaudes ou difficiles d'accès.

Les limites typiques du catalogue pour le bronze coulé se situent autour de 3 à 5 MPa x m/s lubrifié à la graisse et de 0,8 à 1,5 MPa x m/s sec avec des bouchons en graphite. Le nombre réel dépend de l'alliage, de la finition de l'arbre et de la quantité de chaleur que le boîtier peut évacuer. Au-delà de ces limites, le roulement ne tombe pas en panne brusquement ; Le jeu s'ouvre, l'usure s'accélère et la bride commence à supporter une charge latérale pour laquelle elle n'a jamais été conçue.

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Pratique d'installation : contrôles de pressage, d'assise et de dégagement

1. Mesurez l'alésage du boîtier avec une jauge d'alésage plutôt qu'avec des étriers, et enregistrez l'ovalité et la conicité. Si l'un ou l'autre dépasse la moitié de l'interférence prévue, percez-le et emmanchez-le.
2. Cassez le bord de l'alésage du boîtier avec un chanfrein de 1 à 2 mm et polissez le pas, afin que le roulement ne rase pas le bronze à l'entrée.
3. Appuyez sur la face de la bride avec un tournevis plat qui recouvre toute la bride. Ne martelez jamais le bord de la bride et n’enfoncez jamais dans l’alésage.
4. Placez la bride contre une face plate et rigide. Vérifiez avec une règle droite et une jauge d'épaisseur ; 0,05 mm est un objectif raisonnable, et tout ce qui dépasse 0,1 mm armera le roulement.
5. Utilisez un ajustement de température lorsque les interférences sont importantes : chauffez le boîtier entre 80 et 100 C. Ne chauffez pas le bronze à la flamme, car une chaleur inégale déforme l'alésage et peut affecter les alliages au plomb.
6. Mesurez à nouveau l'alésage après le montage, vérifiez le jeu de fonctionnement contre l'arbre, puis alignez le trou de lubrification avec le raccord du boîtier.
7. Faites fonctionner l’ensemble déchargé pendant une courte période de rodage. Un boîtier sensiblement chaud après 30 minutes de charge signifie généralement que l'espace libre est trop étroit.

Où les roulements à brides en bronze gagnent leur place

Les roulements à bride conviennent aux charges lourdes, aux vitesses faibles à modérées et aux accès difficiles pour la maintenance. Quelques secteurs dominent la demande.

• Mines et carrières : manchons excentriques de concasseur, poulies de tête de convoyeur, pivots de pont de criblage et axes de godet. La poussière est normale et la bride résiste aux coups de pied axiaux répétés d'un arbre excentrique.
• Marine et offshore : roulements de gouvernail, arbres de treuil d'ancre, machines de pont et appareil à gouverner, où le bronze d'aluminium gère bien mieux l'eau de mer et la cavitation que le bronze d'étain.
• Usine sidérurgique et métallurgique : rouleaux de table de laminage, cisailles et entraînements de convoyeurs, où la chaleur et la pulvérisation d'eau poussent le choix vers le bronze d'aluminium.
• Construction, levage et énergie : pivots de liaison, jambes de stabilisation, entraînements à vis sans fin et composants de boîte de vitesses d'éolienne, où la bride simplifie le boîtier et réduit le temps d'assemblage.

Il existe des cas où un roulement à bride en bronze constitue un mauvais achat. La poussée axiale lourde et continue appartient à une rondelle de butée ou à un agencement de rouleaux coniques. Une vitesse continue élevée appartient à un roulement à éléments roulants qui fonctionne plus froid. Des parois très fines, inférieures à environ 2 mm, se fissurent au niveau de la base de la bride en bronze coulé.

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Que mettre sur le bon de commande

Un palier à bride en bronze est plus souvent une pièce fabriquée sur commande qu'un article du catalogue, le document de commande porte donc la qualité du résultat.

• Alliage et norme, par exemple SAE 660 ou C93200, bronze d'aluminium C95400 ou laiton C36000, ainsi que la méthode de coulée où la résistance compte.
• Dimensions dans l'ordre dans lequel elles sont mesurées : alésage, diamètre extérieur, longueur totale, diamètre extérieur de la bride et épaisseur de la bride.
• Classe de tolérance et ajustements : ajustement du boîtier, jeu de fonctionnement de l'arbre, perpendiculaire des brides.
• État d'usinage : brut de coulée, ébauche ou alésage de finition, et si l'alésage est dimensionné avant ou après le pressage.
• Caractéristiques de lubrification : position et diamètre du trou d'huile, motif de rainure, bouchons en graphite.
• Documentation : certificats chimiques et mécaniques, traçabilité des numéros de coulée et inspection du premier article pour un nouveau modèle.
• Quantité et emballage : les pièces moulées deviennent économiques à partir de quelques dizaines de pièces et les brides usinées nécessitent une protection des bords pendant le transport.

Si une bride continue de se fissurer, arrêtez de changer les alliages et commencez à vérifier le siège. La planéité, l'équerrage et les interférences sont à l'origine de plus de défaillances des roulements à bride en bronze que les charges nominales, et ces trois éléments sont mesurables avant que la pièce ne soit enfoncée.

Yangzhou Yifeng Copper Products coule et usine des composants en alliage de cuivre depuis 2005 à partir d'une usine de 30 000 mètres carrés, avec une capacité annuelle de 5 000 tonnes et une équipe technique comprenant 20 spécialistes, ainsi qu'une base de recherche commune avec l'Université Jiaotong du Sud-Ouest. La société fait état d'une clientèle comprenant des groupes industriels Fortune 500 et mondiaux, et sa gamme couvre des bagues en bronze d'étain, en bronze d'aluminium et en laiton, des roulements autolubrifiants, des bagues d'étanchéité marines en alliage de cuivre et des engrenages à vis sans fin en alliage de cuivre. Vous pouvez consulter le expérience et capacités de l'entreprise si vous regroupez plusieurs références de pièces bronze sous un seul fournisseur.