Points clés
Sortez un an de roulements défaillants d'une usine et un nombre frappant porte des marques faites avant même que la machine n'ait tourné, comme des bosselures de brinelling au pas de bille sur une bague immobile. Ils ont été endommagés lors du montage, puis ont tourné en sursis jusqu'à ce que le défaut initial se propage en pitting ; le défaut initiateur est invisible le jour même et indétectable par un simple essai à la main.
Dès lors le remplacement de roulement requiert une méthode écrite avec mesures enregistrées : des étapes de montage intégrées dans un plan de maintenance préventive structuré, avec des champs pour le diamètre mesuré de l'arbre et la température de montage, répétées de la même manière.
Travaillez sur un établi propre avec des chiffons non pelucheux, ne soufflez jamais l'assise avec l'air comprimé de l'atelier, et gardez la boîte du roulement fermée jusqu'à ce que l'arbre soit prêt. Avant ouverture :
Une usine qui applique un code de propreté ISO 4406 pour ses circuits de circulation devrait tenir l'établi d'assemblage au même standard.
La bague qui tourne par rapport à la direction de la charge nécessite un ajustement par serrage (interférence) ; la bague stationnaire par rapport à la charge peut accepter un ajustement plus lâche. Avec un arbre tournant et une charge radiale stationnaire : interférence sur la bague intérieure, ajustement légèrement lâche à transition sur la bague extérieure.
Les désignations d'arbre typiques sont j6 pour faibles charges, k5 ou k6 pour un service industriel normal, et m5 ou m6 pour charges lourdes ou chocs ; les logements sont couramment H7, ou J7 lorsque la bague extérieure ne doit pas migrer. Un ajustement plus serré résiste à la migration et au fretting mais augmente la force de montage et réduit le jeu.
Chasser une bague intérieure sur une assise oversize l'étire : l'alésage grandit, la voie de roulement avec elle, et l'espace disponible pour les éléments roulants diminue. Environ 80 pour cent de l'interférence apparaît comme jeu radial interne perdu sur un arbre en acier massif, donc 25 micromètres d'interférence consomment grosso modo 20 micromètres de jeu avant que la machine n'ait tourné une fois.
Le choix d'ajustement et de classe de jeu est donc une seule décision : un ajustement serré avec un roulement à jeu standard CN sur une application chaude peut atteindre un jeu de fonctionnement négatif, c'est-à-dire mettre en précharge, générer frottement, chaleur et vie réduite. Choisir C3 ou C4 plutôt que CN est traité dans le texte compagnon sur les classes de jeu interne des roulements.
Le montage à froid convient aux petits roulements, approximativement jusqu'à 60 à 70 mm d'alésage avec une interférence modérée. Utilisez un outil de montage dont la bague d'impact contacte seulement la bague en cours de montage : pour un montage sur arbre, uniquement la bague intérieure. Un manchon appuyant sur les deux faces de bagues n'est correct que lorsque le roulement est chassé sur l'arbre et dans le logement en un seul coup, de sorte que chaque bague reçoive directement sa propre force. Chassez-le avec un marteau à inertie ou, mieux, une presse, qui apporte un retour que le marteau ne donne pas : une force qui continue d'augmenter après que la bague aurait dû être en place signifie qu'il y a un désalignement. La force de montage ne doit jamais traverser les éléments roulants.
Le montage par chauffage est la pratique normale à partir d'environ 70 mm d'alésage et en dessous lorsque l'interférence dépasse ce qu'une presse peut fournir. Utilisez un chauffe-roulements par induction avec une sonde de température, ou un bain d'huile thermostatique. Chauffez la bague intérieure de 80 à 90 K au-dessus de la température de l'arbre, ce qui dans un atelier à 20 °C signifie environ 100 à 110 °C. Les roulements standards sont dimensionnellement stables jusqu'à 120 °C, donc considérez 120 °C comme le plafond strict et 110 °C comme l'objectif de travail : au-delà du plafond vous risquez des changements dimensionnels des bagues, et la chaleur dégrade la graisse dans les unités pré-lubrifiées bien avant cela. N'utilisez jamais une flamme, et ne chauffez jamais un roulement scellé ou graissé dans un bain d'huile.
Les assises coniques prennent une douille adaptatrice sur un arbre cylindrique, ou le cône propre de l'arbre, poussés à l'aide d'un contre-écrou ou d'un écrou hydraulique ; une douille d'extraction est le pendant pour le démontage, pas un dispositif de montage. La variable de contrôle est la distance d'avancement sur le cône ou la réduction du jeu interne mesuré, jamais le couple : l'interférence est déterminée par la distance parcourue par la bague sur le cône.
Au montage, remplissez complètement la cavité du roulement et remplissez l'espace libre du logement à environ 30 à 50 pour cent pour des vitesses normales. Surgraisser un roulement grande vitesse est une cause classique d'un pic de température le premier jour, car la graisse brassée dégage de la chaleur plus vite qu'elle ne peut être évacuée. Enregistrez la quantité initiale de remplissage, qui n'est pas la quantité de relubrification en service. Les intervalles sont traités dans les recommandations sur les intervalles de relubrification des roulements. L'exécution fait partie des parcours de lubrification programmés.
Une fois monté, faites tourner l'arbre à la main pour détecter rugosité ou accrochage cyclique, puis prenez des références de vibration et de température dans la première heure, à quatre heures et à 24 heures. Une hausse sur une à deux heures qui culmine puis retombe vers un plateau stable est une redistribution de la graisse. Une évolution encore ascendante à la quatrième heure, ou une valeur qui ne se stabilise jamais, signifie un jeu de fonctionnement insuffisant, un excès de graisse ou une bague calée de travers : arrêtez et inspectez plutôt que de forcer la mise en route. Jugez le plateau par rapport à la référence de cette machine ou à la limite constructeur, car de nombreux carters de moteurs et ventilateurs se maintiennent régulièrement 30 à 40 K au-dessus de l'ambiante.
Fabrico est l'endroit où ce dossier vit : les tâches PM récurrentes portent les listes de contrôle de montage et d'inspection, les valeurs mesurées et les résultats sont stockés contre l'actif afin que le technicien suivant voie ce que l'arbre a mesuré la fois précédente et que chaque actif porte son propre enregistrement qu'un auditeur peut ouvrir, une vérification échouée peut déclencher une tâche de suivi, et les données d'arrêt machine issues d'un PLC ou de l'OEE peuvent devenir un ordre de travail. Pour le voir appliqué à votre liste d'actifs, réservez une courte démonstration.
Une usine remplace le roulement côté entraînement d'un moteur de ventilateur centrifuge de 75 kW : un roulement à billes à gorge profonde 6312, alésage 60 mm, diamètre extérieur 130 mm, jeu C3, sur un arbre spécifié 60 k5, tournant en continu avec la bague intérieure proche de 70 °C et la bague extérieure proche de 50 °C.
Étape 1, mesure. L'assise d'arbre mesure un diamètre moyen de 60.014 mm sur trois positions. La bande k5 pour cette taille est de plus 2 à plus 15 micromètres : dans la tolérance, mais proche du haut de la bande. L'alésage du roulement mesure 59.996 mm, 4 micromètres sous le nominal, à l'intérieur de la déviation moyenne de l'alésage de la classe Normal de 0 à moins 15 micromètres pour un alésage de plus de 50 à 80 mm (cette tolérance s'applique au diamètre moyen de l'alésage ; l'ovalité est limitée séparément, d'où la mesure de l'alésage en deux orientations).
Étape 2, interférence réelle. L'interférence égale le diamètre d'arbre moins le diamètre d'alésage, moins l'écrasement des aspérités de surface pendant le montage : 60.014 moins 59.996 égale 0.018 mm, soit 18 micromètres d'interférence mesurée, un ou deux micromètres de moins en pratique sur une assise rectifiée, plus sur une assise tournante. Un arbre au bas de la bande k5 avec un alésage au nominal n'aurait donné que 2 micromètres, et un arbre au haut de la bande contre un alésage 15 micromètres sous le nominal aurait donné 30 : le dessin seul laisse une incertitude d'un facteur quinze.
Étape 3, jeu perdu du fait de l'ajustement. En appliquant la règle des 80 pour cent : 18 multiplié par 0.8 égale 14.4 micromètres de jeu radial interne perdu au montage.
Étape 4, jeu de départ. Ce roulement C3 mesure 38 micromètres de jeu radial interne avant montage ; après montage, 38 moins 14.4 égale 23.6 micromètres.
Étape 5, effet thermique. La bague intérieure fonctionne 20 K plus chaude que la bague extérieure. Cette différence bague-à-bague est ce que la formule de fermeture requiert ; une lecture de surface du carter est plus basse que la bague extérieure qu'elle recouvre, donc ne l'utilisez pas directement. La fermeture égale le diamètre moyen du roulement, 0,5 fois (60 plus 130) égale 95 mm, multiplié par le coefficient de dilatation fois la différence de température : 95 mm fois 0.0000115 par K fois 20 K, ce qui fait 0.0219 mm. Le jeu radial interne est une grandeur de jeu total, donc la totalité de cette croissance différentielle est perdue : environ 22 micromètres.
Étape 6, verdict. Le jeu de fonctionnement est approximativement 23.6 moins 22, soit environ 2 micromètres, positif mais de peu : un arbre au haut de la bande k5, 60.015 mm, contre un alésage de roulement au bas de sa bande de classe Normal, 59.985 mm, donnerait 30 micromètres d'interférence, 24 micromètres perdus au montage et un jeu de fonctionnement de 38 moins 24 moins 22, c'est-à-dire -8 micromètres : précharge avant que la machine n'ait tourné. Décision : 2 micromètres est plus petit que l'incertitude des données qui l'ont produit, traitez-le donc comme nul. Enregistrez le 60.014 mm mesuré et montez la variante C4 : une unité C4 mesurant 45 micromètres laisse 45 moins 14.4 moins 22, soit environ 9 micromètres de jeu de fonctionnement, ce qui est une marge réelle plutôt qu'un artefact d'arrondi. Réservez la C3 uniquement pour un service où la différence bague-à-bague est vérifiée en dessous d'environ 15 K. Chauffez-la sur un chauffe-roulements par induction à 100 °C : 60 mm fois 0.0000115 fois 80 K donne environ 55 micromètres de dilatation d'alésage, largement suffisant pour monter contre l'épaulement. Si l'arbre avait accueilli un roulement standard CN mesurant 15 micromètres de jeu, l'arithmétique ferait 15 moins 14.4 moins 22, profondément négatif : forte précharge. Décision : ne pas monter ; obtenir la variante de plus grand jeu.
Oui, via un outil de montage, uniquement sur de petits roulements avec faible interférence. Pour un montage sur arbre l'outil doit appuyer uniquement sur la bague intérieure, puisque c'est la bague entraînée ; un manchon contactant les deux faces de bagues ne convient que lorsque le roulement entre sur l'arbre et dans le logement en un seul coup. Ne frappez jamais une face de bague directement, et ne frappez jamais une bague pendant que l'autre réagit la force : ce chemin passe par les éléments roulants et marque la voie.
Visez 80 à 90 K au-dessus de la température de l'arbre, ce qui dans un atelier à 20 °C signifie approximativement 100 à 110 °C. Considérez 120 °C comme un plafond ferme pour les roulements standards : au-delà vous risquez une instabilité dimensionnelle des bagues. Utilisez un chauffe-roulements par induction avec sonde ou un bain d'huile thermostatique, et ne chauffez jamais un roulement scellé ou pré-graissé dans l'huile.
Soustrayez environ 80 pour cent de l'interférence mesurée du jeu radial interne mesuré du roulement, puis soustrayez la fermeture thermique due à la bague intérieure plus chaude que la bague extérieure. Si le restant s'approche de zéro ou le franchit, vous avez besoin d'une classe de jeu plus grande, pas d'un ajustement plus lâche.
En pratique non, pour tout roulement chassé ou extrait d'un arbre : le démontage le charge dans une direction pour laquelle il n'a pas été conçu, et l'interférence d'assise est déjà usée. La seule réutilisation défendable est un roulement démonté intact d'une douille adaptatrice conique avec un outil hydraulique, refixé après une nouvelle mesure du jeu.
Pour les petits roulements standards sur des assises bien contrôlées, la plage du catalogue suffit. Mesurez le jeu réel quand le roulement est grand, l'ajustement serré, la différence de température significative, ou si une unité précédente en position identique a échoué prématurément : une cales d'épaisseur pour roulements cylindriques et sphériques, un comparateur sous charge inversée pour roulements à billes à gorge profonde lorsque la cale ne peut atteindre le contact.
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