Un moteur d’entraînement de convoyeur fonctionne silencieusement pendant trois ans, puis commence à gronder à basse vitesse et à bourdonner à haute vitesse. L'équipe de maintenance tire la cloche d'extrémité et à l'intérieur se trouve un cylindre en bronze de la taille d'une tasse à café avec un alésage rainuré et un film de vernis noir. Ce cylindre est un palier lisse, et sa défaillance explique presque tout le comportement de toute la famille.
Un roulement à manchon, également appelé roulement lisse, bague ou roulement à billes, est une chemise cylindrique monobloc qui porte un arbre sur un film d'huile, de graisse ou de lubrifiant solide plutôt que sur des éléments roulants. Il n’y a pas de cage, pas de bille roulante et rien qui tourne à part l’arbre lui-même.
La réponse courte à ce qu'est un roulement à manchon se résume à trois variables : le jeu, le film lubrifiant et le matériau. Lorsque ces trois éléments sont adaptés à la charge et à la vitesse, un roulement à manchon en alliage de cuivre peut durer plusieurs fois plus longtemps qu'un roulement à billes. Lorsque l’un d’eux est erroné, le même roulement peut se gripper en un seul changement.
Comment la charge atteint réellement le boîtier
Un roulement à manchon fonctionne par géométrie plutôt que par contact roulant. L'alésage est usiné quelques centièmes de millimètre plus grand que l'arbre, ce qui crée un espace convergent dans le sens de rotation. Au fur et à mesure que l'arbre tourne, l'huile est entraînée dans ce coin rétréci, la pression augmente et le tourillon se soulève du métal. L'arbre repose alors sur un film d'huile qui n'a souvent qu'une épaisseur de 5 à 25 microns.
À l'arrêt et à très basse vitesse, aucun film ne peut se former, la charge est donc supportée par les additifs limites présents dans la graisse ou par le matériau du roulement lui-même. C'est pourquoi la fonction start-stop est beaucoup plus difficile sur un roulement à manchon que ne l'est le fonctionnement continu.
L'épaisseur du film doit rester supérieure à la rugosité de surface combinée des deux parties plus la plus grosse particule circulant dans l'huile. Une particule de 10 microns est plus grosse que de nombreux films d'huile, c'est pourquoi la filtration est aussi importante que le choix de l'alliage. La température boucle la boucle : l’huile chaude est une huile fine, et un film mince supporte moins de charge à la même vitesse.
Les principaux types que vous trouverez sur de vraies machines
Bagues pleines et fendues
Les bagues pleines sont pressées ou rétrécies dans un boîtier et remplacées une fois que l'alésage dépasse la tolérance. Des bagues fendues existent pour les arbres qui ne peuvent pas être retirés, tels que les vilebrequins et les arbres longs sur les équipements plus anciens.
Versions à brides et à poussée
Une bride supporte une charge axiale ainsi qu'une charge radiale. Les applications de pivot d'attelage, de gouvernail et de charnière utilisent des bagues à bride car l'ensemble doit également résister au mouvement vertical sans ajouter de rondelle de butée séparée.
Douilles autolubrifiantes
Les coques en bronze bouché au graphite, en bronze fritté imprégné d'huile et en acier doublé de PTFE fonctionnent là où le regraissage est peu pratique : convoyeurs distants, installations sous-marines et zones de lavage dans les usines alimentaires. Ils échangent leur capacité de charge de pointe contre un intervalle de maintenance mesuré en années plutôt qu'en semaines. Dans les usines poussiéreuses où les points de lubrification sont fréquemment manqués, une bague autolubrifiante en aluminium, bronze ou laiton est souvent la solution la moins chère sur cinq ans de service.
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De fines couches de régule liées à un support en acier ou en bronze dominent les roulements principaux du moteur et les tourillons de turbine, où la conformabilité et l'intégrabilité comptent plus que la résistance brute.
Alliages de cuivre et où chacun appartient
Les alliages de cuivre dominent les paliers lisses industriels car ils évacuent la chaleur du film, incrustent des particules dures au lieu de rayer l'arbre et maintiennent un film hydrodynamique sous une charge modérée.
Familles de matériaux pour les paliers lisses, ce que chacun fait bien et les limites qui déterminent une spécification. | Matériel | Composition | Résistance et usure | Lubrification | Prestation typique | Limites |
| Bronze à l'étain | Cu-Sn avec plomb et zinc | Résistance modérée, excellente conformabilité et intégration des particules | Film d'huile ou de graisse requis | Roulements de pompe, tambours de treuil, guindeau d'ancre, appareil à gouverner | Adoucit au-dessus d'environ 250 degrés Celsius ; mauvais fonctionnement à sec |
| Bronze d'aluminium | Cu-Al avec du fer et du nickel | Haute résistance et capacité de charge, forte résistance à la corrosion et à la cavitation | Bouchons d'huile, de graisse ou de graphite | Propulsion marine, vérins hydrauliques, systèmes de gouvernail, axes de concasseur | Plus difficile à usiner ; nécessite une surface d'arbre durcie |
| Laiton | Cu-Zn, souvent plombé | Résistance modérée, usinabilité exceptionnelle | Qualités d'huile, de graisse ou autolubrifiantes | Joints de tube d'étambot, pompes légères, tiges de valve | Résistance à l’usure inférieure sous forte charge ; risque de dézincification dans l'eau de mer |
| Bronze fritté | Cu-Sn poreux, imprégné d'huile | Faible à modéré | Huile stockée à l’intérieur des pores | Petits moteurs, ventilateurs, appareils électroménagers | Pas pour les chocs ou les charges lourdes ; ne peut pas être réusiné |
| Babbitt | Métal blanc à base d'étain ou de plomb | Très faible résistance, meilleure conformabilité | Huile alimentée sous pression | Tourillons de turbine, paliers principaux de moteur | Fissuration par fatigue sous charge ou chaleur élevée |
| Acier revêtu de PTFE | Coque en acier avec couche de bronze et PTFE | Modéré, fonctionne à sec | Aucun | Emballages, équipements alimentaires, contrôles d'éclairage | Mauvaise évacuation de la chaleur ; faible charge et plafond de vitesse |
Si la tâche implique de l'eau de mer, de la poussière abrasive ou une charge qui inverse la direction, le bronze d'aluminium est généralement le point de départ le plus sûr. Si l'arbre est mou et la charge est modeste, le bronze à l'étain incrustera la contamination et pardonnera les petites erreurs d'alignement qu'un alliage plus dur ne ferait pas.
Palier à manchon ou roulement à éléments roulants ?
Le choix porte rarement sur la qualité. Il s'agit du bruit, de l'espace, de l'accès à la lubrification et de la manière dont la pièce est susceptible de tomber en panne.
Comment les deux familles de roulements se comparent-elles dans le cadre du service industriel quotidien. | Caractéristique | Palier à manchon | Roulement |
| Démarrage du frottement | Plus élevé, puisque le contact se fait métal sur métal jusqu'à la formation du film | Faible et presque constant |
| Bruit et vibrations | Calme ; le film d'huile amortit les vibrations | Audible au dessus de quelques milliers de tr/min |
| Espace radial | Mince, souvent une épaisseur de paroi | Plus grand ; a besoin d'épaules et de joints |
| Charge de choc | Répartit la charge sur tout le film | Brinelling et dégâts de course |
| Lubrification | Alimentation en huile continue ou revêtement autolubrifiant | Graisse scellée à vie |
| Modèle d'échec | Usure progressive avec croissance du jeu mesurable | Écaillage ou grippage soudain |
| Grands diamètres | Moins cher et facile à diviser | Cher et lourd |
Pourquoi les roulements à manchon échouent
La plupart des échecs ne sont pas des échecs matériels. Il s’agit de problèmes de lubrification, d’ajustement ou de contamination que l’alliage ne peut pas compenser.
- Manque de pétrole : le film s'effondre, l'alésage récupère le métal du journal et les rayures s'étendent sur toute la circonférence en quelques minutes.
- Contamination : le bronze incruste les particules dures et protège l'arbre, mais une fois incrustée, les particules sont fières de l'alésage et rodent le tourillon comme un outil de coupe.
- Surchauffe : la viscosité diminue à mesure que la température augmente, de sorte qu'un roulement fonctionnant à 20 degrés Celsius au-dessus de la conception peut perdre une grande partie de sa capacité de charge.
- Désalignement et chargement des bords : un arbre non parallèle de 0,05 mm sur une bague courte concentre la charge sur un bord et essuie ce bord en premier.
- Mauvais dégagement : trop serré et le roulement se grippe à mesure que l'arbre grandit avec la chaleur ; trop lâche et le tourillon tourbillonne, martèle et martèle l'ovale de l'alésage.
- Fretting et fluage : une interférence insuffisante dans le boîtier permet au diamètre extérieur de polir l'alésage du boîtier et de rejeter les débris d'oxyde.
- Courant d'arbre : les entraînements à fréquence variable peuvent pousser le courant à travers l’arbre et éroder l’alésage sous la forme d’un motif de cratères fins.
Une liste de contrôle de sélection qui évite des retours coûteux
- Charger : enregistrez les composants stables, alternés et de choc, ainsi que toute poussée. Une bague à bride coûte moins cher que l’ajout ultérieur d’une face de butée séparée.
- Vitesse et PV : multiplier la pression unitaire par la vitesse de surface. La valeur admissible chute fortement chaque fois que le film ne peut pas se former, par exemple en cas d'oscillation ou d'indexation.
- Itinéraire de lubrification : bain d'huile, alimentation forcée, graisseur, ou rien du tout. Décidez-en avant de choisir l’alliage, pas après.
- Environnement : l'eau de mer, la poussière abrasive, les produits chimiques de lavage, la température ambiante et si le joint est immergé.
- Dégagement : spécifiez le dégagement installé, pas le dégagement à l'état libre. Un point de départ typique pour le bronze sur acier est de 0,001 à 0,0015 de diamètre de tige.
- État de l'arbre : dureté, état de surface et si le tourillon peut être réusiné ou remplacé s'il s'use.
- Géométrie : la position de la rainure d'huile et du trou, les chanfreins, l'épaisseur de la paroi et la manière dont la pièce sera enfoncée et retirée.
- Stratégie de remplacement : La bague est-elle une pièce d'usure planifiée avec un intervalle d'inspection ou un composant à vie ?
Dans une mine où l'axe du concasseur est graissé au mieux une fois par semaine, une bague autolubrifiante en bronze d'aluminium supprime entièrement l'étape de lubrification et maintient le joint en fonctionnement jusqu'au prochain arrêt planifié.
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Les systèmes de propulsion et de direction des navires constituent le cas classique. Une mèche de gouvernail, un vérin hydraulique, un guindeau d'ancre et un joint de tube d'étambot fonctionnent tous à des charges différentes, à des vitesses différentes et à une exposition à la corrosion différente, mais chacun demande une bague en alliage de cuivre dimensionnée pour son propre usage.
Les équipements miniers et métallurgiques suivent la même logique dans des conditions plus difficiles : charges de choc élevées, poussière abrasive et longs intervalles entre les arrêts de maintenance. Les machines d'ingénierie, les réducteurs d'énergie éolienne et les machines à tailler les engrenages utilisent des engrenages à vis sans fin et des bagues en alliage de cuivre où le contact glissant et l'amortissement comptent plus que l'efficacité de roulement.
La bague en bronze étain ci-dessous est un exemple typique de matériau choisi pour une fonction spécifique plutôt que pour une qualité à usage général.
Bague en bronze étain pour systèmes de propulsion de navires La bague en bronze étain pour systèmes de propulsion de navires est un composant résistant à l'usure de haute performance conçu pour les pièces clés telles que les arbres de propulsion des navires, les systèmes de gouvernail, ... Voir le produit → Notes d'approvisionnement : tolérances, qualité de coulée et cohérence des lots
Deux fournisseurs peuvent citer le même nom d’alliage et livrer des pièces très différentes. Trois détails séparent une bague qui fonctionne pendant des années d'une autre qui tombe en panne en quelques mois.
- Dimensions installées : un ajustement par pression ferme l'alésage à peu près selon la quantité d'interférence, de sorte que le dessin doit indiquer le jeu installé et pas seulement l'alésage à l'état libre.
- Solidité du casting : La porosité à l'intérieur du mur devient un site d'initiation de fissure sous l'effet d'un choc. Demandez une certification des matériaux et, sur les pièces critiques, une inspection par ultrasons ou par ressuage.
- Cohérence des lots : conserver le numéro de série dans un dossier. Le même alliage provenant d’une masse fondue différente peut s’usiner différemment et s’user différemment.
Yangzhou Yifeng Copper Products fabrique et usine des composants en alliage de cuivre depuis 2005, notamment des bagues en bronze d'étain, en bronze d'aluminium et en laiton, des roulements autolubrifiants, des bagues d'étanchéité marines et des engrenages à vis sans fin. Le profil de l'entreprise décrit une usine de 30 000 mètres carrés, plus de 80 employés et un partenariat de recherche avec une université, ce qui est le genre d'informations qui méritent d'être vérifiées lorsqu'une traversée se trouve à l'intérieur d'un assemblage irréparable.
Ramenez le sujet à l'essentiel et un palier lisse est un espace contrôlé rempli d'un film contrôlé. Tout le reste, l'alliage, la rainure, la tolérance, la finition, existe pour protéger cet espace.
Si vous en spécifiez un, commencez par la charge et le mode de lubrification, puis choisissez l'alliage. Si vous en dépannez un, mesurez le jeu installé et examinez l'huile avant de blâmer le matériau. Pour les dessins, les données de service ou un deuxième avis sur une pièce défectueuse, l'équipe d'ingénierie peut être contactée via le page de contact .
