L'ajout de nouvelles caractéristiques de conception ou l'application de techniques et de revêtements spéciaux aux composants de roulements peut optimiser les performances des roulements pour des applications difficiles, en fournissant des solutions de roulements uniques aux problèmes des clients, déclare Nick Dowding, directeur du développement commercial chez The Barden Corporation (UK) Ltd.
Ajout de valeur et amélioration des performances des roulements en incorporant de nouvelles caractéristiques de conception telles que des brides, des arbres et des logements spéciaux.
Optimisation des performances des roulements en remplaçant les matériaux de roulement traditionnels par des matériaux spéciaux pour les environnements de fonctionnement à haute vitesse, à haute température ou difficiles.
L'utilisation de revêtements de surface tels que les revêtements pulvérisés submicroniques pour optimiser davantage les performances des roulements et rendre le comportement des roulements plus prévisible / cohérent dans des environnements difficiles.
Il existe de nombreuses caractéristiques de conception et techniques différentes qui peuvent être appliquées à un roulement pour optimiser et améliorer ses performances afin de répondre à des applications particulièrement difficiles (c'est-à-dire à haute vitesse, haute température, conditions de fonctionnement difficiles). Ces techniques comprennent l'application de revêtements, la modification de la géométrie d'un composant de roulement spécifique ou le remplacement de matériaux de roulement conventionnels par des alternatives haute performance.
Argentage de cages métalliques
Dans certaines applications à haute vitesse et haute température, les cages en acier peuvent être recouvertes d'argent pour améliorer les performances et la fiabilité de la lubrification. Le placage d'argent améliore le pouvoir lubrifiant du roulement, le rendant plus robuste et plus résistant aux événements d'huile. En cas de panne / de manque de lubrifiant, le placage d'argent agit comme un lubrifiant solide et sec, permettant au roulement de continuer à fonctionner pendant une courte période de temps ou dans une situation d'urgence. Les exemples d'application incluent les roulements et les roulements de générateurs de démarrage aérospatiaux pour les unités de climatisation des trains.
Roulements hybrides en céramique
Pour les applications à grande vitesse, le remplacement des billes d'acier par des billes en céramique (nitrure de silicium) peut radicalement améliorer les performances des roulements de plusieurs manières. Premièrement, parce que les billes en céramique sont beaucoup plus légères que les billes en acier, ce qui réduit les forces centrifuges et améliore les conditions dynamiques alors que leur état de surface est presque parfaitement lisse, elles présentent des niveaux de vibration deux à sept fois inférieurs aux roulements à billes en acier conventionnels. À des vitesses plus élevées, la charge interne dans le roulement est également réduite.
Deuxièmement, les roulements hybrides en céramique fonctionnent également à des températures de fonctionnement nettement inférieures, ce qui, combiné à la masse inférieure, permet d'augmenter les vitesses de fonctionnement jusqu'à 40 à 50%. Des températures de fonctionnement plus basses et une accumulation de chaleur réduite à l'intérieur du roulement contribuent à prolonger la durée de vie du lubrifiant, parfois jusqu'à cinq fois plus longtemps que les roulements à billes en acier conventionnels.
Des exemples d'applications pour les roulements hybrides en céramique comprennent les pompes à vide à haute vitesse, les outils à main médicaux / chirurgicaux et les ventilateurs et générateurs aérospatiaux.
Matériaux
Dans la technologie des matériaux, les matériaux de roulement les plus appropriés peuvent être sélectionnés pour maximiser les performances des roulements. Des matériaux de bague spéciaux sont utilisés avec succès dans les applications aérospatiales et non aérospatiales, combinant une résistance supérieure à la corrosion et à l'usure avec la capacité de résister à des charges dynamiques plus élevées que les aciers à roulement conventionnels. Lorsqu'elles sont utilisées avec des billes en céramique, des gains significatifs en termes de durée de vie et de performances du roulement peuvent être obtenus.
Les matériaux des anneaux peuvent être optimisés pour des applications spécifiques. Les quatre matériaux de bague prédominants utilisés par Barden sont AISI 440C (acier résistant à la corrosion), SAE 52100, AISI M50 et Cronidur 30®. Pour les applications à haute température (jusqu'à 345 ° C), l'acier à outils AISI M50 ou une version spéciale trempée de Cronidur 30® conviennent et sont largement utilisés dans les applications d'accessoires aérospatiales à haute température telles que les systèmes de purge sur les avions.
Cronidur 30® est un acier martensitique durci à cœur, à haute teneur en azote et résistant à la corrosion qui peut également être cémenté par induction. Ce matériau améliore la résistance à la corrosion et améliore la résistance à la fatigue et à l'usure.
Roulements à complément complet
Les roulements complets tirent parti de l'espace normalement occupé par le dispositif de retenue à billes. Cela permet d'avoir plus de billes, ce qui à son tour fournit une augmentation de la capacité de charge, soit principalement radiale, dans le cas de conceptions d'encoche de remplissage, soit axiale et dans le cas de conceptions de contact angulaire. L'utilisation de paires de contacts angulaires préchargés peut également permettre d'appliquer des charges axiales bidirectionnelles. Les applications ici vont des vannes haute température pour les applications aérospatiales aux supports d'ailettes de missile et aux paliers de contact d'urgence.
Revêtements submicroniques
Le rôle de l'ingénierie de surface dans la technologie des roulements devient également de plus en plus important à mesure que les roulements deviennent progressivement plus petits, mais doivent toujours fonctionner plus rapidement, à des températures plus élevées, supporter des charges plus élevées et fonctionner de manière fiable pendant de plus longues périodes. Des revêtements et traitements de surface avancés peuvent être appliqués aux roulements qui combattent le frottement, préviennent la corrosion et réduisent l'usure, même dans les conditions de fonctionnement les plus difficiles. Les avantages qui en résultent sont une densité de puissance plus élevée, des performances améliorées, un comportement des roulements plus prévisible / cohérent (en particulier dans des environnements difficiles), des coûts de fonctionnement inférieurs et des intervalles d'entretien plus longs.
Des revêtements multicouches submicroniques (pulvérisés), par exemple, peuvent être utilisés pour améliorer les caractéristiques physiques et tribologiques des surfaces d'appui. Le succès de telles techniques repose sur l'évitement de couches distinctes en générant une interface graduée ou diffusée entre différents matériaux. De même, des couches d'accrochage telles que le nickel ou le cuivre sont fréquemment utilisées pour améliorer l'adhérence des films souples sur des substrats durs ou passivés.
Des revêtements submicroniques peuvent être appliqués sur les surfaces internes et externes des bagues de roulement et des éléments roulants si nécessaire. Par exemple, du bisulfure de molybdène (MOS2) ou du bisulfure de tungstène (WS2) peut être appliqué par pulvérisation sur la surface des composants du roulement afin de rendre le comportement du roulement plus prévisible dans des environnements difficiles.
Polymères spéciaux
Dans certaines applications à grande vitesse, les séparateurs à billes ou cages peuvent être fournis dans des matériaux polymères spéciaux. Ces composants sont imprégnés d'huile sous vide pour augmenter la durée de vie du roulement. Le matériau polymère spécial retient l'huile de manière contrôlée lorsqu'il est imprégné sous vide. Les exemples d'application incluent les roulements pour les gyroscopes d'avion à grande vitesse. D'autres polymères spéciaux peuvent être fournis pour les environnements difficiles à haute vitesse où les roulements nécessitent une résistance élevée aux produits chimiques ou aux attaques thermiques.
Ajouter de la valeur grâce à de nouvelles fonctionnalités de conception
La pression pour réduire les coûts dans tous les domaines de la fabrication signifie que l'intégration des systèmes de roulements dans les composants d'accouplement est de plus en plus courante. Les assemblages qui en résultent sont plus nets, plus compacts, plus rapides à assembler et offrent les avantages supplémentaires de réduire l'espace et la masse, tout en résolvant les problèmes d'empilement des tolérances.
Des caractéristiques de conception spéciales peuvent être intégrées au roulement pour améliorer ses performances. Ces caractéristiques comprennent des brides, des arbres et des boîtiers, qui rendent le montage plus facile, plus rapide et plus précis, ce qui réduit le temps d'assemblage et les coûts d'exploitation globaux.