Une demande en productivité accrue, des cadences mécaniques soutenues, des conditions difficiles, ainsi va le quotidien des équipements sur les chantiers. L’installation d’un palier à semelle va pouvoir assurer une performance optimale des machines grâce à des solutions d’étanchéité empêchant les lubrifiants de s’échapper et les contaminants de s’introduire. Pour obtenir de bons résultats, le fabricant de pièces Timken défend un choix guidé avant tout par la résistance afin d’éviter au maximum la panne.

Présent dans tout type d’application en mouvement, la société Timken fabrique et fournit des roulements antifriction depuis plus de 100 ans. C’est dans une optique de perfection qu’elle s’applique à recueillir auprès de ses clients industriels, leur retour d’expérience leur permettant à leur tour de transmettre à leurs propres clients, constructeurs ou utilisateurs, les bons gestes pour assurer longévité et productivité à leurs machines qu’elle que soit leur milieu industriel.

Le rôle des paliers à semelle

Composants de précision, les paliers ont pour rôle de supporter et guider en rotation des arbres de transmission. En plus de créer du mouvement en puissance, le palier offre des fonctions indispensables pour lutter contre la corrosion, permettant de protéger le roulement contre toute forme de contamination extérieure et d’assurer une lubrification optimale. Cet effet d’étanchéité très robuste renforce ainsi la protection des roulements dans des environnements pouvant être contaminés en raison de la présence de débris, comme c’est le cas dans des activités liées au ciment, à l’agrégat ou encore à la sidérurgie, causant alors des dommages pouvant conduire à une défaillance prématurée des paliers, voire une panne technique. Les paliers à semelle doivent offrir une protection appropriée du roulement afin de supporter les arbres, les engrenages et autres composants en rotation. Ainsi, pour éviter des failles techniques sur des chantiers ou dans des exploitations, il est important de choisir le palier adapté.
 
Choisir la bonne résistance en fonction de l’application

Pour les applications de paliers à semelle (également appelés paliers montés ou paliers), la résistance nominale du corps de palier lui-même, constitue un attribut de performance d’une importance critique. Ainsi, les opérateurs industriels peuvent faire appel à différents modèles de corps de paliers pour soutenir les arbres, les engrenages et autres composants rotatifs ou oscillants pour différentes directions de charges atypiques.
La question de savoir quel type de charge peut être appliquée sur un palier se pose souvent chez les ingénieurs lors du choix ou du remplacement d’un palier. Elle est en effet essentielle pour la sélection d’un palier approprié à l’application. La géométrie des corps de paliers, notamment pour  les modèles à roulements à rouleaux, peut être complexe et de formes variées en fonction des dimensions et des types de roulements qu’ils contiennent, ce qui rend l’estimation de la résistance d’un corps de palier plus compliquée.
Dans de nombreuses applications impliquant des paliers à éléments roulants, les capacités de charge statique et dynamique sont des paramètres primordiaux pour estimer la durée de vie utile et assurer une disponibilité maximale. Le concepteur d’équipements doit donc s’appuyer sur les indications de capacité de charge statique du palier afin d’effectuer la sélection appropriée des roulements de paliers à semelle pour une application donnée. Il est donc primordial que ces preneurs de décisions aient accès à des données précises, notamment les informations de résistance des corps de paliers, pour optimiser l’efficacité des équipements.

Le besoin en données fiables sur la résistance des corps de paliers

Les exigences des opérations dans le domaine de la construction nécessitent que les paliers travaillent plus durement et plus longtemps. Les applications qui génèrent plusieurs orientations de charges sur les paliers nécessitent ainsi des corps de paliers pouvant supporter les mêmes charges, d’où le besoin de données cohérentes sur la résistance des corps de paliers lors de la conception des équipements.
En effet, dans ce type d’application, les corps de paliers sont soumis à des forces extrêmes dans différentes directions et permettent le montage des paliers dans des positions où la charge peut ne pas être directement appliquée sur toute la semelle. Ces orientations sont les plus courantes dans les grands systèmes de convoyeurs et dans les applications extrêmes comme les machines de broyage industriel ou les broyeurs à marteaux.
Des roulements à rouleaux sphériques sont par exemple couramment utilisés dans les applications industrielles générales car ils fournissent un fonctionnement fiable et une capacité  à supporter des charges radiales combinées avec une charge axiale limitée.
Les ingénieurs peuvent ainsi s’appuyer sur des résultats issus  de tests sur la résistance des corps de paliers, alliant des techniques de modélisation de pointe et des tests expérimentaux pour leur apporter des réponses et les aider dans leur choix final.
 
Des paliers testés pour résister à des applications dédiées

Si des charges sur les roulements de paliers à semelle peuvent être appliquées de manière pratiquement illimitée, il n’est cependant pas facile de tester la défaillance de chaque corps de palier sous chaque orientation de charge. Pour éviter tout faux pas de la part des concepteurs et des ingénieurs qui pourrait engendrer une rupture de palier, une méthodologie de tests a été mise au point pour leur fournir des données extrêmement précises sur la résistance des corps de paliers. Elle repose sur des tests en laboratoire, des calculs avancés de modélisation et sur l’expérience dans le domaine de la métallurgie, combinés à des tests expérimentaux afin de créer des modèles étalonnés qui calculeront la limite de résistance statique du corps de palier. Cette analyse est principalement déployée pour prendre en compte la diversité des formes des corps de paliers montés et leurs complexités. Cette méthode permet ainsi aux fabricants et aux propriétaires d’équipement de sélectionner les roulements de paliers appropriés.
De telles recherches ont ainsi pu démontrer que la fonte peut être couramment utilisée pour les corps de paliers, en raison de sa rigidité structurelle relative, sa résistance sous compression et sa résistance à la corrosion. Certaines applications nécessitent cependant des charges d’impact très élevées ou un montage non horizontal pour lesquels la fonte ne présente pas une résistance adéquate. L’acier moulé constitue alors une excellente alternative. Il a une limite d’élasticité environ deux fois supérieure à une fonte équivalente dimensionnellement et il présente une résistance à la rupture supérieure pour les applications très difficiles. La fonte ductile est aussi nettement supérieure à la fonte en termes de résistance et peut être préférable pour certaines géométries de corps de paliers.
Enfin, la charge de sécurité des corps de palier en fonte et en fonte ductile en fonction des dimensions de l’arbre et de l’angle de charge appliquée montre l’importance de la conception du corps de palier et de la sélection du matériau pour une application donnée.
La méthodologie pour déterminer la résistance à la rupture des corps de paliers peut aider les concepteurs et les utilisateurs d’équipements à prendre des décisions éclairées sur les avantages de chaque type de paliers. Grâce à ces processus de tests, non seulement la résistance des matériaux peut être établie mais aussi les applications uniques dans lesquelles une gamme de roulements et de paliers montés fonctionnera au mieux, en étayant les estimations de résistance avec des données concluantes.

Florin Constantin,
ingénieur d’application principal,
The Timken Company.