La conception des machines modernes se caractérise de plus en plus par une combinaison complexe d'exigences :
des performances accrues, une fiabilité renforcée, un format plus compact et une maîtrise plus rigoureuse des coûts.
On demande aux ingénieurs concepteurs de réduire la taille et le poids des machines tout en augmentant leur rendement. Les équipes chargées des achats subissent une pression constante pour maîtriser le coût des composants et celui de l'ensemble du système. Les équipes de fabrication souhaitent réduire le nombre de pièces, simplifier l'assemblage et garantir une production reproductible.
Le choix des roulements se situe précisément à la croisée de ces trois éléments.
Dans de nombreuses applications, c'est précisément là que les roulements à billes à deux rangées présentent un intérêt particulier.
Chez Neuweg Fertigung GmbH, la technologie des roulements à deux rangées est au cœur de notre savoir-faire de fabrication depuis des décennies. Nous fabriquons à la fois
Roulements à billes à contact oblique à deux rangées et roulements à billes à gorge profonde à deux rangées en Allemagne, y compris des variantes spécifiques à certaines applications pour lesquelles un roulement standard du catalogue n'offre pas la solution optimale.
L'intérêt du concept à double rangée est relativement simple :
Deux rangées d'éléments roulants permettent de concentrer une capacité de charge importante dans un seul composant intégré.
Mais les avantages vont bien au-delà de la simple capacité de charge.
Le défi technique : plus de performances dans un espace réduit
L'espace disponible pour un roulement est rarement illimité.
Les moteurs électriques, les pompes, les compresseurs, les réducteurs, les ventilateurs, les équipements de manutention, les machines agricoles et les systèmes d'automatisation industrielle sont tous soumis à une pression croissante pour devenir plus compacts.
Pour autant, les charges ne diminuent pas forcément.
Les concepteurs pourraient devoir tenir compte des charges radiales, des forces axiales, de la déviation de l'arbre et des moments de basculement dans le cadre d'une enveloppe de conception de plus en plus restreinte.
Une solution classique consiste à utiliser deux roulements distincts. Dans de nombreuses applications, cela reste tout à fait approprié.
Mais cela nécessite également un espace axial.
Un roulement à billes à contact oblique à double rangée intègre essentiellement la fonction d'une paire opposée de roulements à contact oblique dans un seul ensemble composé d'une bague intérieure et d'une bague extérieure. Cela permet de supporter des charges radiales, des charges axiales dans les deux sens et des moments dans un ensemble relativement compact.
Cela peut modifier en profondeur la conception de la machine environnante.
Un roulement au lieu de deux ?
C'est l'un des avantages les plus convaincants du point de vue de la conception des machines.
Considérons deux roulements à contact oblique à une rangée disposés dos à dos.
Le concepteur doit tenir compte de deux composants distincts et de l'espace axial qui leur est associé. Les logements de roulements, les épaulements, les tolérances et la stratégie d'assemblage doivent tous refléter cette disposition.
Un roulement à contact oblique à deux rangées réunit les fonctions des deux rangées en un seul roulement.
Il est important de noter que cela ne signifie pas pour autant qu'un roulement à double rangée soit universellement interchangeable avec n'importe quelle paire de roulements à rangée unique. Les charges admissibles, la vitesse admissible, l'angle de contact, la précharge ou le jeu, la rigidité et les exigences liées à l'application doivent toujours être calculés correctement.
Mais lorsque l'application le permet, le gain de place peut être considérable.
Par exemple, les données publiées par NSK comparent un roulement à deux rangées de type 5206 à un ensemble apparié de type 7206ADB présentant le même alésage de 30 mm et le même diamètre extérieur de 62 mm. Le roulement à deux rangées mesure 23,8 mm de large, contre 32 mm pour l’ensemble apparié. Dans cette comparaison particulière, les paires de roulements présentent des capacités de charge nominales plus élevées, ce qui illustre un point important : la compacité est un compromis technique, et non une garantie de capacité supérieure en toutes circonstances.
C'est précisément pour cette raison que le choix des roulements doit être déterminé par l'application.
Gestion des charges combinées
Dans la réalité, les machines génèrent rarement des forces parfaitement isolées.
Une poulie peut être soumise principalement à des charges radiales, mais peut néanmoins subir des forces axiales liées à son alignement et à ses conditions de fonctionnement. L'arbre d'une pompe peut être soumis à des charges radiales ainsi qu'à une poussée hydraulique. Les réducteurs génèrent des forces dans plusieurs directions. Les machines agricoles sont soumises à des chocs, à la contamination et à des moments de charge importants.
Pour un ingénieur concepteur, la question qui se pose alors est la suivante :
Comment le système de roulements réagira-t-il lorsque ces charges s'exerceront simultanément ?
Les roulements à billes à contact oblique à deux rangées sont particulièrement efficaces dans ces conditions, car leur géométrie leur permet de supporter à la fois des charges radiales et des charges axiales agissant dans les deux sens. Ils peuvent également supporter des charges de moment et offrent une rigidité relativement élevée.
Cette technologie s'avère donc particulièrement adaptée lorsque le roulement doit à la fois assurer le soutien en rotation et garantir un positionnement précis de l'arbre.
La rigidité, c'est important
La capacité de charge n'est qu'un aspect parmi d'autres des performances d'un roulement.
Une machine peut être équipée d'un roulement capable de supporter la charge calculée tout en présentant néanmoins des problèmes, car l'ensemble de l'installation n'offre pas une rigidité suffisante.
La déformation peut endommager les engrenages, les joints, les roues, les poulies et d'autres composants reliés à l'arbre.
Les roulements à contact oblique à deux rangées présentent une géométrie intrinsèquement avantageuse à cet égard. Les rangées opposées forment un agencement de roulements capable de résister aux moments de basculement tout en assurant une rigidité radiale et axiale. C'est l'une des raisons pour lesquelles les modèles à deux rangées sont largement utilisés dans des applications telles que les pompes, les compresseurs, les moteurs électriques et d'autres machines industrielles.
Pour l'ingénieur concepteur, le roulement peut donc s'intégrer à la conception structurelle du système d'arbres, plutôt que d'être simplement un composant permettant à celui-ci de tourner.
Le point de vue des acheteurs : ne vous arrêtez pas au prix des roulements
Le raisonnement technique est relativement facile à comprendre.
L'aspect commercial mérite tout autant d'attention.
On peut, dans un premier temps, comparer le prix d'un roulement à double rangée à celui d'un roulement à simple rangée, mais cette comparaison n'est pas forcément pertinente.
La question la plus pertinente est la suivante : quel est le coût de l'ensemble du système de roulements ?
Si une solution à double rangée permet d'assurer une fonction qui, autrement, nécessiterait deux roulements, le service des achats doit prendre en compte l'ensemble du système :
Deux roulements contre un seul. Deux composants à approvisionner contre un seul. Entretoises, épaulements ou éléments de retenue associés. Besoins en stock. Opérations d'assemblage. Contrôle et manutention. Besoins potentiels en matière de maintenance.
Le roulement dont le prix unitaire est le plus bas ne permet pas nécessairement d'obtenir la machine dont le coût de fabrication est le plus bas.
C'est là que les services Achats et Ingénierie doivent évaluer le coût total d'installation, plutôt que de comparer isolément les prix des roulements pris individuellement.
Un nombre réduit de composants peut se traduire par une moindre complexité
La réduction du nombre de composants présente un intérêt commercial qui va au-delà du simple coût de ces composants.
Chaque pièce supplémentaire doit être commandée, achetée, réceptionnée, stockée, manipulée et assemblée.
Cela crée également un autre facteur de variation potentiel au sein du processus de production.
Une solution intégrée à double rangée peut donc contribuer à la fois à simplifier la conception et à rationaliser la chaîne d'approvisionnement.
Cela ne signifie pas pour autant que ce soit systématiquement la solution la moins coûteuse dans tous les cas de figure.
Mais cela signifie que le service des achats doit évaluer la rentabilité au niveau de l'assemblage, plutôt qu'au niveau des roulements.
Le point de vue de l'industrie manufacturière : la simplicité est un atout
Considérons maintenant ce même modèle du point de vue de la chaîne de production.
Deux roulements distincts doivent être manipulés et montés correctement. Selon leur conception, leur disposition l'un par rapport à l'autre peut également revêtir une importance particulière.
Un roulement intégré à deux rangées est livré en une seule pièce.
Lorsqu'il peut se substituer à un ensemble à plusieurs roulements, cela permet de simplifier l'installation, de réduire les opérations de manutention et de rendre le montage plus reproductible.
Il se peut qu'il y ait moins de composants à choisir.
Moins de composants à positionner.
Moins de risques de monter un composant inadapté.
Et cela pourrait permettre de réduire l'espace axial nécessaire au sein de l'ensemble.
C'est pourquoi l'intégration des composants peut présenter une valeur difficile à percevoir lorsque le service des achats se concentre uniquement sur le prix d'un roulement ou que le service d'ingénierie se concentre uniquement sur la capacité de charge dynamique.
Une bonne conception de machine tient compte de la manière dont celle-ci sera effectivement fabriquée.
« À double rangée » ne signifie pas « un roulement pour chaque application »
Il convient de faire une distinction importante.
Tous les roulements à deux rangées ne permettent pas de résoudre le même problème.
Chez Neuweg, les roulements à billes à gorge profonde à deux rangées et les roulements à billes à contact oblique à deux rangées constituent deux familles particulièrement importantes.
Roulement rigide à deux rangées de billes
Ces solutions sont particulièrement intéressantes lorsque les charges radiales prédominent, mais qu'une capacité de charge plus élevée et une résistance axiale accrues sont nécessaires dans un agencement compact.
Selon l'application, ils peuvent constituer un moyen efficace d'augmenter les performances sans agrandir de manière significative l'encombrement du roulement.
Roulement à deux rangées de billes à contact oblique
Ces solutions s'avèrent particulièrement intéressantes lorsque l'application implique des charges combinées radiales et axiales importantes, un positionnement axial dans les deux sens, une rigidité ou des moments de basculement.
L'angle de contact joue un rôle fondamental dans leur comportement. À mesure que l'angle de contact augmente, la capacité de charge axiale augmente généralement ; c'est pourquoi la géométrie du roulement doit être soigneusement adaptée aux conditions de charge de l'application.
La décision ne devrait donc jamais se résumer à : « Il nous faut un roulement à deux rangées. »
Il faudrait écrire : « Quel est l'objectif visé par le montage des roulements ? »
Roulement standard ou solution sur mesure ?
La prise en compte du roulement dès les premières étapes du processus de conception présente un autre avantage important.
La solution optimale n'est peut-être pas un roulement de catalogue.
Les concepteurs de machines créent parfois des composants annexes afin de pallier les limites d'un roulement standard disponible.
Mais il existe une autre possibilité :
Remplacez le roulement.
Chez Neuweg, notre capacité à fabriquer des solutions de roulements adaptées à chaque application nous permet d'étudier des modifications en fonction des exigences de la machine.
Selon l’application, cela peut concerner des domaines tels que : – la géométrie interne
- Dimensions des roulements
- Caractéristiques de la bague intérieure ou extérieure
- Bagues intérieures allongées
- Orifices de lubrification
- Jeu interne
- Dispositifs d'étanchéité
- Spécifications de la graisse
- Caractéristiques des composants spécifiques à une application
Cela donne lieu à une discussion technique d'un tout autre ordre.
Au lieu de demander :
« Quel roulement standard correspond le mieux à notre conception ? »
On peut se demander :
« Quel type de roulement conviendrait le mieux à la conception que nous essayons de mettre au point ? »
Cette distinction peut revêtir une importance capitale dans les applications OEM à grand volume.
Trois départements. Une machine encore plus performante.
C'est en considérant ces trois aspects conjointement que l'on se rend compte de la véritable force du roulement à double rangée.
Pour l'ingénieur concepteur, cela peut constituer une méthode concise pour gérer des charges importantes, des forces radiales et axiales combinées, la rigidité et les moments.
Pour le service des achats, une solution intégrée peut permettre de réduire le nombre de composants et de recentrer la réflexion non plus sur le prix des roulements, mais sur le coût total d’installation.
Dans le secteur de la fabrication, un nombre réduit de composants individuels peut se traduire par une manipulation, une installation et un assemblage plus simples.
Et pour le constructeur de machines dans son ensemble, ces avantages peuvent contribuer à quelque chose de plus important encore :
Une machine plus compacte, plus simple et plus compétitive sur le plan commercial, sans pour autant faire de compromis inutiles sur les performances.
C’est pourquoi les roulements à double rangée ne doivent pas être considérés simplement comme « deux rangées au lieu d’une ».
Il s'agit d'une architecture technique.
« Compact » ne signifie pas forcément « au détriment de la qualité »
Il y aura toujours des applications pour lesquelles deux roulements distincts, un roulement à une rangée ou une autre technologie de roulement constituera le meilleur choix technique.
L'objectif ne devrait jamais être de choisir un roulement à double rangée simplement parce qu'il est disponible.
Mais lorsque les défis à relever sont les suivants : charges élevées, forces combinées, espace d'installation limité, rigidité élevée, nombre réduit de composants et montage simplifié.
… le roulement à double rangée mérite d’être sérieusement pris en considération.
C'est là que les plus de 70 ans d'expérience de Neuweg Fertigung GmbH dans la fabrication de roulements à billes prennent tout leur sens.
Nous fabriquons en Allemagne des roulements à billes à contact oblique à deux rangées et des roulements à billes à gorge profonde à deux rangées, et nous pouvons collaborer avec les équipes d'ingénierie des équipementiers afin d'adapter nos solutions de roulements aux exigences spécifiques des machines.
Car parfois, la solution pour améliorer une machine ne passe pas forcément par l'agrandissement du roulement.
Cela tient au fait que le système de paliers a été optimisé.
