Pour les charges radiales et axiales combinées, choisir un roulement à billes à gorge profonde lorsque la charge axiale reste inférieure à 30 à 40 % de la charge radiale et les vitesses sont modérées à élevées. Passez aux roulements à billes à contact oblique lorsque la charge axiale est importante, soutenue ou directionnellement définie — généralement lorsque Fa/Fr dépasse 0,35–0,5, ou lorsque la rigidité axiale est essentielle aux performances du système. La décision se résume à trois variables principales : le rapport de charge, la vitesse et si la force axiale est unidirectionnelle ou bidirectionnelle.
Comment chaque type de roulement gère différemment les charges combinées
Les roulements à billes à gorge profonde (DGBB) supportent des charges combinées grâce à leur géométrie de chemin de roulement profonde. La profondeur de la rainure permet au roulement de générer un angle de contact modéré sous charge axiale, mais cet angle n'est pas fixe. Elle varie en fonction de l'ampleur de la charge, ce qui rend la rigidité axiale incohérente et plus difficile à prévoir dans des conditions fluctuantes.
Les roulements à billes à contact oblique (ACBB) sont construits avec un angle de contact fixe et intégré — généralement 15°, 25° ou 40°. Cela signifie que le chemin de charge à travers le roulement est défini dès le départ. Un Angle de contact de 25° le roulement peut transporter environ deux fois la charge axiale d'un DGBB de taille comparable au même niveau de charge équivalent, tout en supportant des forces radiales importantes.
La différence structurelle compte en pratique : sous la même charge combinée de Fr = 6 kN radial et Fa = 3 kN axial, un 6206 DGBB calcule une charge équivalente P ≈ 6,84 kN , tandis qu'un ACBB 7206 (angle de contact de 25°) avec un indice C plus élevé répartit cette même charge plus efficacement, ce qui donne un durée de vie L₁₀ calculée plus longue d'un facteur de 1,5 à 2 × en fonction des notes exactes.
La décision de l'angle de contact : 15°, 25° ou 40°
L'angle de contact est le paramètre de conception le plus important dans les roulements à contact oblique. Il régit directement le compromis entre la capacité radiale, la capacité axiale et la capacité de vitesse :
- 15° (par exemple, série 7200 B) : Optimisé pour une charge radiale élevée avec une composante axiale modérée. Indices de vitesse les plus élevés parmi les types de contacts angulaires. Utilisé dans les broches de machines-outils et les pompes à grande vitesse.
- 25° (par exemple, série 7200 AC) : Le choix polyvalent équilibré. Gère bien les charges combinées, convient aux boîtes de vitesses, aux flasques de moteurs électriques à poussée axiale et aux têtes d'entraînement de convoyeurs.
- 40° (par exemple, série 7200 C / B lourde) : Capacité axiale maximale. Utilisé lorsque la charge axiale domine : mécanismes d'entraînement à vis, support de vis à billes ou extrémités d'arbre de boîte de vitesses à vis sans fin. La capacité de vitesse est réduite par rapport aux variantes à 15°.
À titre indicatif : chaque augmentation de 10° de l'angle de contact double environ le facteur de charge axiale Y , permettant au roulement d'absorber proportionnellement plus de poussée avant qu'une charge équivalente P ne limite sa durée de vie.
Charge axiale unidirectionnelle et bidirectionnelle : une distinction essentielle
Les roulements à billes à contact oblique sont par nature des butées unidirectionnelles — un seul ACBB ne peut supporter une charge axiale que dans une seule direction . Il s’agit d’une contrainte clé qui détermine les décisions en matière d’arrangements croissants.
Lorsque la charge axiale est unidirectionnelle
Un seul roulement à contact oblique dans une configuration fixe/flottant suffit. L'extrémité fixe supporte toutes les charges axiales dans une direction ; l'extrémité flottante supporte une charge radiale pure avec un DGBB ou un roulement à rouleaux cylindriques. Typique dans : arbres de ventilateur, roues de pompes centrifuges, arbres d'engrenages à une hélice.
Lorsque la charge axiale est bidirectionnelle ou inversée
Des roulements à contact oblique appariés sont nécessaires. Deux configurations standards sont utilisées :
- Dos à dos (DB) : Les lignes de contact divergent vers l'extérieur. Fournit une rigidité de moment élevée et supporte la charge axiale dans les deux directions. Préféré pour les charges suspendues et les applications sensibles à la flexion comme les arbres de pignon de boîte de vitesses.
- Présentiel (DF) : Les lignes de contact convergent vers l’intérieur. Plus tolérant au désalignement de l'arbre, mais rigidité du moment plus faible. Convient là où une certaine flexibilité angulaire est nécessaire.
- Tandem (DT) : Les deux roulements sont orientés dans la même direction : double la capacité axiale dans une seule direction. Utilisé lorsque la charge axiale unidirectionnelle dépasse la capacité d'un seul roulement.
Un roulement à billes à gorge profonde gère la charge axiale bidirectionnelle de manière inhérente dans une seule unité — il s'agit d'un avantage pratique dans les conceptions compactes ou sensibles aux coûts où les niveaux de charge axiale restent modérés.
Capacité de vitesse : là où les roulements à gorge profonde détiennent l'avantage
Les roulements à billes à gorge profonde surpassent généralement les roulements à contact oblique à des vitesses élevées dans des conditions ouvertes ou légèrement lubrifiées. La répartition symétrique de la charge réduit les forces de rotation gyroscopiques sur les balles. Pour un alésage donné, Les vitesses limites du DGBB sont généralement 15 à 25 % plus élevées que celles de l'ACBB équivalent. sous lubrification à la graisse.
| Roulement | Tapez | Limite de vitesse de graisse (tr/min) | Limite de vitesse d'huile (tr/min) | Angle de contact |
|---|---|---|---|---|
| 6206 | Rainure profonde | 13 000 | 17 000 | Variable (en fonction de la charge) |
| 7206B (15°) | Contact angulaire | 12 000 | 15 000 | 15° |
| 7206 CA (25°) | Contact angulaire | 10 000 | 13 000 | 25° |
| 7206°C (40°) | Contact angulaire | 8 500 | 11 000 | 40° |
À des vitesses supérieures 80 % de la limite de vitesse de graissage , la gestion thermique et la méthode de lubrification deviennent critiques quel que soit le type de roulement. Dans ces régimes, le DGBB avec une graisse à faible viscosité ou une lubrification huile-air offre souvent de meilleures performances thermiques que l'ACBB.
Exigences de rigidité et de précision de positionnement
Lorsque la précision du positionnement de l'arbre est importante, comme dans les broches de machines-outils, les boîtes de vitesses de précision ou les axes servocommandés, les roulements à contact oblique par paires préchargées sont presque toujours préférés. Les roulements à contact oblique appariés DB préchargés atteignent valeurs de rigidité axiale de 100 à 400 N/μm en fonction de la classe de précharge, par rapport à 20 à 80 N/μm pour un seul DGBB dans des conditions de fonctionnement typiques.
Pour les applications où la précision de positionnement n'est pas une exigence de conception (comme les équipements agricoles, les rouleaux de convoyeur ou les moteurs d'appareils électroménagers), l'avantage de rigidité des roulements à contact oblique ne justifie pas le coût supplémentaire et la complexité de montage.
Coût, complexité de montage et remplaçabilité
Les roulements rigides à billes offrent un avantage pratique significatif en termes de coût et de simplicité :
- Coût unitaire : Un 6206 DGBB standard coûte environ 30 à 60 % de moins qu'un 7206 ACBB équivalent du même niveau de fabricant.
- Montage : Le DGBB ne nécessite aucune orientation : il est symétrique et non directionnel. L'ACBB doit être monté dans la direction axiale correcte et les ensembles appariés doivent être installés dans l'orientation correspondante (DB, DF ou DT).
- Disponibilité : Les DGBB dans les tailles courantes (séries 6200, 6300, 6000) sont stockés par pratiquement tous les distributeurs dans le monde. Les roulements à contact oblique de tailles non standard peuvent avoir des délais de livraison plus longs.
- Gestion du préchargement : L'ACBB couplé nécessite une précharge définie, soit par le biais de meulages adaptés (ensembles de précharges légères, moyennes, lourdes) ou de systèmes de contre-écrou réglables. Cela ajoute du temps d'assemblage et un risque d'erreur.
Cadre décisionnel : choisir le roulement adapté à votre application
| État | Roulement recommandé | Raison |
|---|---|---|
| Fa/Fr < 0,3, usage général | Rainure profonde Ball Bearing | Capacité axiale suffisante, moindre coût, montage plus simple |
| Fa/Fr = 0,3–0,6, axial modéré | Contact angulaire (25°) or DGBB depending on life requirement | Calculez P et L₁₀ pour les deux – ACBB gagne souvent sur la vie |
| Fa/Fr > 0,6, poussée axiale élevée | Contact angulaire (25°–40°), paired | La DGBB aura une durée de vie sévèrement limitée ; Poignées ACBB axiales par conception |
| Charge axiale bidirectionnelle, compacte | Rainure profonde Ball Bearing | Une seule unité gère les deux directions ; L'ACBB a besoin d'un arrangement en binôme |
| Haute vitesse (>10 000 tr/min), faible axial | Rainure profonde Ball Bearing | Indice de vitesse plus élevé, génération de chaleur inférieure à la vitesse |
| Broche de précision, rigidité élevée requise | Contact angulaire (15°–25°), DB pair, preloaded | Rigidité axiale et radiale supérieure sous précharge |
| Support de vis à billes ou de vis mère | Contact angulaire (40°) or dedicated screw support bearing | La charge axiale est primordiale ; précision de positionnement requise |
Exemple concret : arbre de sortie de boîte de vitesses
Considérons un arbre de sortie de boîte de vitesses hélicoïdal supportant Fr = 9 kN radial et Fa = 4,5 kN axial à 3 200 tr/min. Fa/Fr = 0,5.
Avec un 6308 DGBB (C = 41 kN, C₀ = 22 kN) : Fa/C₀ = 0,20, seuil e ≈ 0,34. Puisque Fa/Fr = 0,5 > e, P = 0,56 × 9 1,4 × 4,5 = 11,34 kN . L₁₀ = (41/11,34)³ × 10⁶ ≈ 47 millions de tours (~245 heures à 3 200 tr/min).
Avec un 7308 AC ACBB couplé (C = 52 kN par roulement, angle de contact de 25°, disposition DB) : la charge équivalente est répartie sur deux roulements avec un facteur Y favorable. P efficace par roulement ≈ 8,2 kN . L₁₀ = (52/8,2)³ × 10⁶ ≈ 255 millions de tours (~ 1 328 heures à 3 200 tr/min) — un 5× amélioration de la durée de vie calculée sous les mêmes charges de fonctionnement.
Cet exemple illustre pourquoi les roulements à contact oblique constituent le choix standard dans les applications d'arbres de boîtes de vitesses à charge combinée : le gain de durée de vie dépasse de loin le modeste coût et le surcroît de complexité.
