Qu'est-ce qui limite la vitesse linéaire des roulements ? (Partie 1)

Par Danielle Collins | 28 mai 2017

Le mouvement à grande vitesse est une exigence pour les applications où le débit est un facteur critique, comme l'emballage et l'assemblage électronique. Ces systèmes utilisent généralement des moteurs linéaires ou des entraînements par courroie renforcés d'acier en conjonction avec des guides de roulement linéaires à recirculation pour une bonne rigidité et une capacité de charge élevée. Mais les vitesses exigées par ces applications peuvent poser un défi pour les roulements linéaires à recirculation, qui sont généralement conçus pour des vitesses maximales de 3 m/s (9,8 ft/s).

Selon le type de guidage linéaire et le fabricant, un facteur de charge compris entre 2 et 4 peut être recommandé lorsque la vitesse maximale dépasse 2 m/s (6,6 ft/s). Lors du calcul de la durée de vie du roulement, la capacité de charge dynamique du roulement est divisée par le facteur de charge. Ceci est fait pour tenir compte des vibrations et des chocs qui se produisent à des vitesses élevées.

Les roulements à billes linéaires à recirculation ont de très bonnes propriétés de fonctionnement, avec un contact de roulement entre des surfaces hautement usinées et un frottement minimum (lorsqu'ils sont correctement lubrifiés). Alors pourquoi leur vitesse maximale est-elle limitée ?

La réponse a à voir avec l'accélération et la deuxième loi du mouvement de Newton : F = ma (force = masse x accélération).

Rappelons que les billes des roulements linéaires à recirculation changent de direction lorsqu'elles passent de la zone portante à la zone de recirculation. Pour ce faire, ils doivent décélérer pendant qu'ils sont guidés autour du capuchon d'extrémité par le mécanisme de recirculation. Cette décélération produit une force sur les éléments de recirculation - en particulier le chapeau d'extrémité du bloc de roulement. Plus la vitesse des billes est élevée (basée sur la vitesse du bloc de roulement), plus la décélération est importante et plus les forces sur le capuchon d'extrémité sont élevées (retour à F = ma).

Dans un roulement linéaire à recirculation, les billes changent de direction lorsqu'elles traversent le bloc de roulement. Il en résulte des forces élevées sur les éléments de recirculation et les embouts. Crédit image : Schaeffler Group Inc.

En comprenant le principe de la recirculation, vous pouvez voir queil existe deux façons d'atteindre des vitesses plus élevées avec des roulements à recirculation de billes linéaires : utiliser un embout capable de résister à des forces plus élevées ou réduire la masse des billes.

La plupart des fabricants de roulements linéaires proposent en effet des roulements à recirculation de billes avec des mécanismes de recirculation renforcés, y compris des embouts. C'est souvent la conception des roulements linéaires étiquetés comme "haute vitesse", avec des vitesses maximales allant jusqu'à 5 m/s (16,4 pieds/s).

Certains fabricants proposent également des roulements à recirculation linéaire à grande vitesse avec des chaînes à billes (également appelés séparateurs de billes, entretoises de billes ou billes en cage) car ils éliminent le contact entre les billes, réduisant encore le frottement et la chaleur, et garantissent que chaque bille est alimentée avec une lubrification constante et suffisante.

Les chaînes à billes garantissent que chaque bille reçoit une lubrification constante et suffisante. Crédit image : THK

L'autre alternative est de réduire la masse des billes, réduisant ainsi les efforts conférés aux embouts lors de la recirculation. Pour y parvenir, certains fabricants proposent des paliers linéaires à billes en céramique. La céramique est utilisée car elle a un faible rapport masse / résistance et elle a de bonnes propriétés de roulement lorsqu'elle est utilisée sur une surface en acier. Les roulements linéaires à billes en céramique peuvent atteindre des vitesses maximales de 10 m/s (32,8 ft/s), mais leurs capacités de charge dynamique sont réduites jusqu'à 30 % par rapport à des roulements similaires à billes en acier classiques.

Ensuite, nous examinerons les facteurs qui limitent la vitesse des paliers lisses linéaires.

Crédit image caractéristique : Federal Highway Administration