Le saviez vous ?

La durabilité ainsi que la performance de vos roulements sont directement influencés par leur capacité à gérer les charges. La capacité de charge d'un roulement est déterminée en fonction de la charge maximale qu'elle peut supporter, tant dans des conditions statiques que dynamiques.

Comprendre la charge statique et la charge dynamique de vos roulements permet notamment d’optimiser leur durée de vie, garantir la sécurité des roulements en évitant toute déformation, utiliser le bon roulement sur la bonne machine, réduire les coûts, améliorer l’efficacité de vos installations, etc… La capacité de charge des roulements est calculée en fonction du poids de l'équipement et de la charge utile, tout en tenant compte des conditions d'utilisation et du coefficient de sécurité. Dans cet article, nous vous expliquons tout ce que vous devez savoir sur ces différentes charges pour choisir le roulement le plus adapté à vos besoins.

Qu'est ce que la charge statique d'un roulement ?

Source de l'image : SKF

La charge statique d’un roulement correspond à la charge maximale que ce dernier est capable de supporter à l’arrêt, à température ambiante ou lorsqu’il tourne à très faible vitesse et ce, sans subir de déformation permanente.

Il est crucial de considérer le coefficient de sécurité dans le calcul de la capacité de charge statique pour s'assurer que les conditions d'utilisation réelles, souvent différentes des normes standards, soient correctement prises en compte.

Pour éviter ces déformations permanentes, on définit une charge radiale maximale qui correspond au support de la contrainte appliquée dans le roulement immobile admissible. Autrement dit, cette contrainte est tolérée par le roulement sans que sa durée de vie ne soit altérée. Cette charge maximale admissible (valeur C₀) est donc appelée capacité de charge statique de la base du roulement.

Pour choisir votre roulement, vous devez donc prendre en compte ses dimensions lorsqu’il est à l’arrêt ou qu’il effectue de faibles mouvements tout en supportant des charges continues ou intermittentes.

La capacité statique de base d'un roulement C₀

La Norme ISO 76 établit les critères de déformations maximales admissibles et définit la charge statique comme la force qui provoque la plus forte pression au point de contact entre le corps roulant et le chemin. La capacité de charge d'un roulement est déterminée selon des normes spécifiques, en tenant compte des conditions d'utilisation et des spécificités techniques pour garantir la sécurité et la performance des équipements de transport. Ces valeurs de pression de contact sont :

• 4200 MPa* pour les roulements et butées à billes.

• 4600 MPa* pour les roulements à rotule sur billes.

• 4000 MPa* pour les roulements et les butées à rouleaux.

Ces valeurs de pression de contact produisent une déformation permanente de l’élément roulant et de la piste d’environ 0,0001 du diamètre de l’élément roulant. Elles sont considérées comme purement radiales pour roulements radiaux ; axiales et centrée pour les butées.

Pour exploiter au mieux la charge statique d’un roulement il faut, en général, se tourner vers des arbres et des paliers en matériaux robustes et résistants. La charge totale ne doit pas dépasser la charge statique de base. Une surcharge statique entraînera :

• une déformation permanente des éléments roulants,

• une perte de la performance du à une mauvaise répartition des charges,

• une réduction de la durée de vie des matériaux,

• un dysfonctionnement mécanique (imprécision, instabilité, perte de productivité),

• des risques pour la sécurité des utilisateurs (ascenseurs, aviation, industrie…).

*Le symbole MPa correspond à l'unité de mesure mégapascal. C'est une unité de pression ou de contrainte valant 1 million de pascals (10⁶ Pa). Il nous sert à déterminer la pression de contact exercée sur les surfaces de contact entre les éléments roulants. 

Application de la charge statique

La charge statique est appliquée pour supporter des charges lourdes sous un faible mouvement ou sans subir de rotations. Il est crucial de comprendre l'importance de la capacité de charge statique dans le transport des équipements lourds, car elle détermine la sécurité et l'efficacité du déplacement de marchandises.

On la retrouvera alors :

• pour les machines lourdes telles que les machines-outils où les roulements des presses sont soumis à des charges élevées ;

• les équipements statiques telles que les systèmes de pivot/support et les presses hydrauliques ;

• dans le secteur de l’aviation et notamment pour les trains d’atterrissage ;

• l’automobile pour les pivots de suspension ou encore les boites de vitesses ;

• les éoliennes contiennent des roulements de pales ou de nacelles avec des charges lourdes mais dont les mouvements sont inexistants.

Qu'est ce que la charge dynamique d'un roulement ?

Source de l'image : SKF

La charge dynamique de base détermine la durée nominale d’un roulement. Elle représente la charge maximale qu’un roulement peut supporter à température ambiante lorsque les surfaces sont en mouvement. Pour garantir une capacité de charge dynamique précise, il est essentiel que les équipements de transport se déplacent en ligne droite sur des surfaces planes, en tenant compte d'une répartition uniforme de la charge et de conditions standards. La charge dynamique repose donc essentiellement sur des mouvements d’oscillation ou de rotation sous charge, mais aussi sur des vibrations et autres fonctionnements sous charges alternées à haute fréquence.

La charge dynamique de base d’un roulement se calcule selon la Norme ISO 281 qui permet de calculer la durée de vie nominale des roulements.

Il est crucial de calculer les durée de vie du roulement pour :

• estimer la longévité du roulement,

• optimiser la maintenance en minimisant les intervalles de remplacement et les coûts associés,

• choisir le roulement adapté à son utilisation,

• réduire considérablement les risques et les défaillances,

• améliorer les performances des différents équipements au global.

Pour toute question à propos de la charge dynamique, n'hésitez pas à nous contacter pour obtenir de l'assistance et des conseils d'experts.

Si nous comparons les capacités de charge statique et dynamique des roulements à billes et des roulements à rouleaux, on s'aperçoit que leur capacité de charge est différente. Que cela soit en capacité statique ou dynamique. Dans les 2 cas, le roulement à rouleaux, de dimensions égales au roulement à billes, possèdera une capacité de charge plus importante grâce à sa surface de contact linéaire. Leur conception répartit mieux les charges, de ce fait, le roulement à rouleaux aura toujours des capacités de charge statique et dynamique plus importantes.

Prenons l'exemple du roulement à billes 6206-2RS de la marque SKF et du roulement à rouleaux NU206-ECP de la même marque, nous remarquons qu'ils possèdent les mêmes dimensions. Cependant, si nous nous attardons sur leur capacité de charque statique, on remarque que pour le roulement à billes, elle est de 11.2kN contre 32kN pour le roulement à rouleaux. Il en est de même pour la capacité de charge dynamique : 20.3kN pour le roulement à billes contre 56kN pour le roulement à rouleaux. 

Pour faire votre choix, tout dépendra des besoins que vous avez. Toutefois, pour vous aider à faire le meilleur choix, n'hésitez pas à contacter notre service client. 

Newtons et Kilonewtons, quelle différence ?

Quelques bases

Le Newton (N), est l'unité de mesure utilisée dans le Système International (SI). 1 Newton correspond à la force nécessaire pour accélérer une masse de 1kg à une vitesse de 1 mètre par seconde carrée (1 m/s²).

Le Kilonewton (kN), lui, est utilisé pour des forces plus importantes comme en mécanique.

1 kN équivaut à 1 000 Newtons. 

1 N équivaut à 0,001 kilonewton.

Le kilonewton dans le calcul des charges statiques et dynamiques

Les Kilonewtons jouent un rôle important dans la durabilité et la fiabilité des composants de façon à éviter les déformations permanentes, la fatigue ou encore la rupture des composants. Ils sont utilisés pour évaluer l’impact de la force exercée sur un composant. Les roulements sont évaluées en termes de capacité de charge statique et dynamique, ce qui permet de déterminer leur performance en fonction du poids de l'équipement de transport et des conditions d'utilisation.

La charge statique en kilonewtons : la force constante soumise sur un composant peut être exprimée en Kilonewtons. Par exemple, un roulement d’un diamètre de 100mm peut supporter une charge statique de 10kN sans connaître de déformations irréversible. Cette charge est essentielle pour le dimensionnement des composants, garantir leur stabilité et leur sécurité.

La charge dynamique et kilonewtons : ici, la force est exercée sur les composants et varie en fonction du mouvement. Par exemple, un arbre d’entraînement en rotation peut générer des variations de force qui, lors des différents mouvements, peuvent atteindre 15 kN voire plus. On prendra alors en compte ces fluctuations de force pendant le fonctionnement pour garantir que les composants puissent supporter ces charges cycliques.

La durée de vie du roulement

La durée de vie nominale de base d'un roulement

La durée de vie nominale de base d'un roulement est une estimation satisfaisante des performances d'un roulement. Elle est régie par la Norme ISO 281 et permet de calculer la durée de vie atteinte par 90% des roulements qui travaillent sous charge dynamique.

La durée nominale de base d'un roulement va dépendre de plusieurs facteurs : roulements modernes, qualité, charge plus faible, conditions de fonctionnement favorables/défavorables...

Ci-dessous, les heures de fonctionnement des roulements par applications. 

Source de l'image : SNR