Technique : Les roulements

Le roulement est constitué généralement par deux bagues, dans lesquelles sont pratiquées les gorges de roulement où se meuvent les parties roulantes ; par les parties roulantes elles-mêmes ; par la cage d'entretoisement qui a pour fonction d'éviter l'entrée en contact des parties roulantes.

Le roulement remplace le frottement de glissement par un frottement de roulement. L'idée de remplacer le frottement de glissement par celui de roulement remonte aux civilisations les plus anciennes. Certains bas-reliefs égyptiens représentent le transport d'énormes blocs de pierre, destinés à la construction de monuments, que l'on faisait glisser sur des troncs d'arbres en guise de rouleaux. Les restes d'une plate-forme tournante. provenant d'un navire de l'empereur Caligula, retrouvés au fond du lac de Nemi vers 1930, témoignent que les roulements rudimentaires étaient utilisés depuis l'Antiquité. Cette plate-forme peut être considérée comme l'un des premiers exemples de roulement de butée. c'est-à-dire d'un roulement destiné à supporter des charges directes et roulant autour de son axe.

Au XVème siècle, Léonard de Vinci découvrit le principe du roulement. Au XVIIIème siècle fut breveté, en Angleterre, un essieu pour voitures à chevaux muni d'une couronne de billes roulant dans des gorges de section semi-circulaire pratiquées sur ce même essieu. Au XIXème siècle, on assiste à l'éclosion d'une multitude d'applications et de perfectionnements des roulements, rendus possibles par les progrès réalisés à la même époque dans le domaine de la métallurgie et de la technique. Les roulements se classent en fonction de la direction de la charge : les roulements pouvant supporter uniquement des charges radiales sont appelés radiaux ou portants: ceux destinés à supporter, soit des charges radiales, soit des charges axiales. sont appelés obliques: les roulements destinés à ne supporter que des charges axiales sont appelés axiaux ou roulements de butée.

De très nombreux types de roulements sont en mesure de supporter aussi bien des charges axiales que des charges radiales. Un autre type de classification des roulements est établi en fonction de la forme des parties roulantes. Il existe des roulements à billes, des roulements à cylindres, des roulements à cylindres coniques et des roulements à aiguilles.

Les roulements peuvent être également divisés en roulements rigides et en roulements orientables, en fonction des possibilités de décalage des bagues. Les roulements rigides exigent que les bagues intérieures et extérieures soient strictement coaxiales, alors que les roulements orientables permettent aux deux bagues de former entre elles un angle donné. Les roulements peuvent aussi se diviser en roulements ouverts et en roulements fermés suivant qu'ils sont, ou non. munis d'écrans empêchant l'entrée de la poussière et la sortie du lubrifiant

Par rapport aux coussinets lisses, les roulements présentent en général les avantages suivants :

- Coefficient de frottement inférieur, surtout au démarrage : ils sont donc particulièrement indiqués pour les mécanismes à fonctionnement intermittent;

- Lubrification plus facile : dans les roulements, la lubrification consiste en un simple contrôle périodique et au réapprovisionnement de graisse lubrifiante; alors que les coussinets lisses nécessitent un apport continu de lubrifiant ;

- Aucune obligation de rodage

- Encombrement réduit des axes.

Les inconvénients sont les suivants :

- Ils sont plus bruyants;

- Ils présentent une plus grande difficulté au montage ;

- Leur prix de revient est supérieur ;

- L'encombrement radial est plus important.

Les roulements rigides à une ou à deux rangées de billes peuvent supporter une composante radiale et même une légère poussée axiale. Ce sont les plus simples et les plus répandus. Le modèle à deux rangées de billes offre une plus grande capacité de charge. Les deux bagues doivent être absolument coaxiales. Ils sont utilisés comme supports des arbres du changement de vitesse et dans la distribution. Lorsqu'on ne peut assurer la parfaite coaxialité des deux bagues, on a recours aux roulements à billes orientables.

Dans les roulements obliques à une rangée de billes, le contact entre les billes et les gorges de roulement se fait dans un sens oblique par rapport à l'axe de roulement, au lieu de s'effectuer perpendiculairement comme c'est le cas pour les roulements rigides radiaux. Les roulements de ce type. soumis à une charge radiale, provoquent sur les bagues une poussée axiale, qui est généralement compensée par le montage de deux roulements accouplés avec les côtés obliques opposés.

Les roulements obliques à deux rangées de billes, étant donné l'inversion de l'obliquité des deux bagues. annulent la poussée axiale et sont caractérisés. à dimensions égales, par la possibilité de supporter une plus grande charge. Les roulements obliques, à double bague ou accouplés, trouvent leur utilisation sur les roues des automobiles.

Dans les roulements radiaux à rouleaux cylindriques, les parties tournantes sont constituées par des cylindres ayant un rapport longueur-diamètre très bas. Ces roulements ont une grande capacité de charge radiale et exigent une parfaite coaxialité des bagues.

Lorsqu'une inclinaison de l'axe par rapport au support, est possible. on utilise des roulements orientables dans lesquels les parties roulantes sont constituées par des rouleaux en forme de tonneaux et par la piste de roulement de la bague extérieure, de forme sphérique.

Ces roulements sont utilisés dans les changements de vitesse et les transmissions. Dans les roulements à aiguilles, les parties roulantes sont constituées par des rouleaux cylindriques ayant un rapport longueur-diamètre très élevé.

Dans certains cas on peut utiliser uniquement l'ensemble rouleaux- entretoisement, en faisant rouler les petits rouleaux directement sur l'arbre et sur le siège. Ce type de roulement était très répandu dans les voitures de sport d'avant-guerre pour les coussinets de bielles, alors qu'à l'heure actuelle il est utilisé uniquement pour les bielles des moteurs de motocyclettes. Le roulement à rouleaux coniques a les parties roulantes en forme de cônes tronqués. alors que les pistes de roulement sont toutes les deux coniques. Etant donné leur conformation, ces roulements donnent lieu à une poussée axiale même si la charge est exclusivement radiale. Pour ces motifs. ils sont montés accouplés, leurs parties coniques étant opposées de façon à équilibrer les poussées axiales.

Ces roulements sont utilisés dans les supports des différentiels. Les roulements axiaux ou roulements de butée sont du type à billes. à rouleaux coniques ou à rouleaux cylindriques. Ils ne peuvent supporter que des poussées axiales. Ils sont utilisés dans les embrayages. Les bagues et les parties roulantes sont fabriquées dans des aciers d'une dureté très élevée.

Comme tous les organes mécaniques, les roulements font l'objet d'innovations continuelles qui ont abouti à la fabrication de nouveaux types. comme ceux produits par RIV-SKF. Ces derniers sont appelés de manière générale roulements de la deuxième génération ou de la troisième génération, et se différencient des roulements traditionnels par le fait d'avoir soit la bague extérieure, soit les deux bagues dotées de flasques lobés. Ces roulements sont fabriqués en utilisant un nombre réduit de pièces: ils sont d'un montage plus simple, d'un poids inférieur et d'un prix de revient moins élevé.

Leur emploi est particulièrement avantageux dans les ensembles roulement-moyeu de roue: en effet, dans le cas de roulements de la deuxième génération, la bague lobée extérieure avec son flasque fait fonction de moyeu, dans le cas de la troisième génération, la bague intérieure est solidaire du disque de la roue et la bague extérieure est reliée au montant de la suspension, remplaçant ainsi le groupe fusée moyeu (voir schémas ci-dessous).