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Produits et composants SKF en polymère

Grand fabricant mondial de roulements, SKF est réputé notamment pour ses compétences en matière de roulements en acier et de solutions d’étanchéité en polymère. Au fil des ans, SKF a également mis au point, en parallèle, de nombreux produits et composants divers en polymère. Cet article offre un aperçu des compétences de SKF dans ce domaine.

Auteur :
Thomas Krause, Responsable ingénierie des connaissances, polymères, SKF Schweinfurt (Allemagne)

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Résumé

Depuis des décennies, fort d’une vaste expérience, SKF utilise une large gamme de polymères et composites pour concevoir et fabriquer des solutions économiques pour une grande variété de produits : roulements, rotules, ensembles-roulements et paliers surmoulés, destinés à des applications diverses dans l’industrie, l’automobile et l’aéronautique.

Contact commercial

Walter Verhaert, Walter.Verhaert@skf.com

Pour roulements
Les cages en polymère SKF se distinguent par un certain nombre de caractéristiques avantageuses, comme un faible poids, la contribution à un faible niveau sonore, d’excellentes propriétés de glissement combinées à un faible frottement, une usure minimisée, une résistance à la corrosion élevée et un excellent comportement en situation d’urgence, le tout se traduisant par une longue durée de service. La possibilité de concevoir des cages de géométrie complexe et la rapidité des procédés de moulage par injection en une seule étape, autorisant de gros volumes, sont d’autres avantages procurés par les matériaux polymères pour la fabrication des cages de roulements.

Pour les cages destinées à des applications à haute température et/ou en présence d’agents agressifs, SKF a principalement recours au polyétheréthercétone (PEEK) renforcé de fibres résistantes aux agents chimiques (Fig. 1). Ces cages en PEEK sont souvent utilisées dans des applications, comme les compresseurs à vis fonctionnant avec de l’ammoniac comme fluide réfrigérant ou des applications basées sur des gaz sulfureux, ainsi que dans les broches de machines-outils, les vibreurs à béton, les pompes de raffinage lubrifiées avec des hydrocarbures, des gaz liquéfiés ou des fluides hydrauliques difficilement inflammables, les alternateurs automobiles refroidis par un liquide, les réducteurs d’ascenseurs silencieux et dans de nombreuses applications de voitures de Formule 1, comme le moteur, la boîte de vitesse, la transmission et les bielles de suspension. Compte tenu de la fiabilité de leurs performances dans des environnements hostiles, des segments de cage en PEEK sont également utilisés pour les roulements de grandes dimensions SKF Nautilus destinés aux applications liées à l’énergie éolienne (Fig. 2).

Les cages en polymère SKF pour applications standard sont fabriquées principalement en polyamide (PA) semi-cristallin renforcé de fibres de verre pour accroître la résistance mécanique et la rigidité de la matrice polymère. Ces cages en polyamide sont utilisées dans une grande variété de roulements pour applications standard, comme les roulements rigides à billes, les roulements à contact oblique, les roulements à rouleaux cylindriques et coniques, les roulements à aiguilles, ainsi que les roulements à rouleaux toroïdaux CARB.

En ce qui concerne les applications ferroviaires, les cages des ensembles-roulements à rouleaux coniques (TBU) sont fabriquées en polyamide haute résistance pour mieux supporter les charges avec chocs. En outre, pour éviter la rouille de contact dans la zone de contact entre la face latérale de la bague intérieure du TBU et la bague d’appui de l’essieu sous l’effet de la flexion de l’essieu, un intercalaire en polymère est utilisé (Fig. 3). Il est fabriqué dans un polyamide renforcé de fibres qui lui procure une rigidité exceptionnelle et une résistance élevée au roulage et à la compression.

Les roulements à rouleaux cylindriques jointifs, par définition, sont dépourvus de cage. Ils présentent une capacité de charge très élevée, mais le contact entre les rouleaux engendre des risques de patinage, de grippage et d’usure. Une solution économique pour éviter ces phénomènes consiste à insérer, entre les rouleaux, des intercalaires fabriqués dans un polymère SKF spécial (Fig. 4). Il en résulte un risque de patinage réduit, des vitesses limites plus élevées et une durée de service accrue.

Les douilles à billes (LBC) SKF de la nouvelle série D ont été mises au point pour offrir un montage plus facile, une charge nominale supérieure et une durée de service accrue. La conception optimisée de leur cage en polymère repose sur un nombre réduit de composants, des pistes plus larges, une zone de recirculation des billes optimisée et un réservoir de graisse plus grand (Fig. 5). Toutes ces propriétés combinées se traduisent par un mouvement de roulement extrêmement fluide avec un frottement et un niveau sonore faibles. La nouvelle série D est particulièrement adaptée aux applications sensibles, comme l’ingénierie médicale par ex..

Les roulements à billes en polymère SKF constituent des solutions légères, silencieuses, résistantes aux agents chimiques et qui offrent, en outre, d’excellentes propriétés d’amortissement (Fig. 6a et 6b). Le polypropylène (PP) et le polyoxyméthylène (POM) sont les matériaux standard utilisés pour les bagues des roulements, mais d’autres polymères sont également disponibles sur demande. Les billes peuvent être en polymère, en acier, en verre ou encore d’autres matériaux. Les cages sont fabriquées en polyamide ou en polypropylène. Les roulements à billes en polymère présentent un faible coefficient de frottement et sont autolubrifiants. Ils peuvent même fonctionner à sec, sans aucun lubrifiant supplémentaire, notamment dans des applications où l’utilisation de lubrifiant n’est pas envisageable, pour des raisons d’hygiène par ex.. La résistance spécifique (rapport résistance/poids) élevée fait également partie des propriétés exceptionnelles des roulements en polymère, en particulier dans les applications pour lesquelles le poids est un élément important à prendre en considération au moment de la conception. Les roulements à billes en polymère sont généralement utilisés dans des applications où la résistance à l’humidité et aux produits chimiques est essentielle et où l’acier est à proscrire – ou à utiliser uniquement avec certaines restrictions.

Des ensembles-roulements SKF spéciaux sont utilisés dans un certain nombre d’applications spécifiques. Des roulements SKF peuvent intégrer des polymères surmoulés combinés à des dentures en poudre métallique SKF haute densité, résistantes à l’usure par le biais d’un procédé de moulage par injection en une seule étape. Les composants dentés ainsi obtenus sont utilisés par ex. pour les tendeurs de ficelle dans des presses à paille (Fig. 7). D’autres roulements SKF sont logés dans des paliers surmoulés en polypropylène pour créer des moyeux de support (Fig. 8) pour les lave-linge à chargement par le haut. Le poly­amide moulé est utilisé pour produire des paliers résistants à la corrosion (Fig. 9).

Pièces de rotules
Les composés polymères et matériaux composites jouent un rôle essentiel dans de nombreuses rotules SKF. Tous contiennent du polytétrafluoroéthylène (PTFE), un additif leur conférant des propriétés autolubrifiantes, selon une teneur et une répartition soigneusement définies. Le matériau composite de glissement présente ainsi un faible frottement et une excellente résistance à l’usure.

Les rotules SKF contenant un matériau polymère renforcé par des fibres sont constituées de surfaces de glissement en polyamide/PTFE, soit directement moulés par injection, soit collés sur la surface intérieure de la bague extérieure de la rotule en acier pour coulisser sur la bague intérieure en acier (Fig. 10). Les excellentes propriétés d’amortissement de ces surfaces en composite relativement épais s’avèrent particulièrement intéressantes en présence de vibrations et de chocs modérés. Dans des applications où la saleté et l’humidité ne peuvent être évitées, les petites particules peuvent être emprisonnées dans la matrice en polymère, ce qui constitue un argument supplémentaire en faveur de l’utilisation du matériau polymère renforcé par des fibres SKF.

Les rotules SKF TX sont dotées d’une surface de glissement en tissu PTFE renforcé de fibres noyé dans une matrice en résine thermodurcissable (liaisons chimiques en réseau tridimensionnelle, cf. Fig. 11). Le coussinet en tissu TX présente une rigidité élevée et le niveau de frottement le plus faible, et ce tout au long de la durée de service. Il offre, par ailleurs, une excellente résistance à l’usure et la capacité de charge la plus élevée. Les rotules SKF TX ne doivent pas être lubrifiées et ne nécessitent aucune maintenance.

Les coussinets à enroulement filamentaire SKF se composent d’un support en fibres de verre à haute résistance et d’une surface de glissement en fibres polymère et PTFE, l’ensemble est noyé dans une matrice en résine thermodurcissable (Fig. 12). Ces coussinets présentent un excellent comportement tribologique, y compris dans des conditions de service difficiles. Ils sont insensibles aux pressions de bord et défauts d’alignement, supportent bien les charges avec chocs et offrent d’excellentes propriétés de frottement, ce qui ouvre un large champ de possibilités pour des applications sans maintenance.

Les coussinets SKF en polyamide PTFE (Fig. 13) présentent de bonnes propriétés de conduction thermique du fait de leur faible épaisseur de paroi qui permet d’atteindre des vitesses de glissement élevées sous des pressions modérées. Ils offrent une capacité de charge adéquate et de bonnes performances en matière d’usure et constituent une solution très rentable.

Les coussinets, rondelles et bandes en matériau composite sont constitués d’un support en acier, d’une intercouche poreuse en bronze et d’une couche supérieure en polyoxyméthylène (POM) ou composite PTFE+MoS2 (Fig. 14).

Automobile
Les pièces automobiles en polymère SKF allient souvent certaines propriétés remarquables des polymères, comme la légèreté, l’amortissement et la protection contre la corrosion, avec la résistance et la rigidité élevées de l’acier.

Les roulements surmoulés dans des polymères pour hautes températures constituent un exemple caractéristique. Le moulage par injection réalisé en une seule étape à l’intérieur de paliers en tôle produit des ensembles-roulements légers et rigides pour, par exemple, les séparateurs centrifuges qui nettoient les gaz chauds et huileux qui s’échappent des carters de vilebrequin (Fig. 15).

Les produits SKF de transmission de puissance en polymère SKF, comme les courroies en polyuréthane haute performance avec renfort en fibres, peuvent être utilisés dans de nombreuses applications diverses. Les roulements SKF fabriqués avec surmoulage de polymères produisent des poulies légères et résistantes à l’usure destinées, par ex., aux applications d’entraînement de moteur (Fig. 16).

Les rondelles de butée en polyamide dotées de petites alvéoles à graisse pour réduire le frottement et l’usure sont utilisées pour les roulements de joint homocinétique sur les arbres de transmission de poids lourds (Fig. 17).

SKF propose également des butées de suspension MacPherson (MSBU) robustes, constituées d’un logement en polymère et d’une coupelle ressort métallique intégrée pour une faible déformation, avec des performances d’étanchéité optimisées. Capables de supporter des conditions de service difficiles, les MSBU de SKF contribuent à allonger la durée de service de la suspension (Fig. 18).

Concernant les applications de direction, les bagues d’amortissement de vibrations en élastomère thermoplastique tendre montées sur les bagues extérieures des roulements (Fig. 19) et les paliers de direction en polyamide (Fig. 20) sont d’autres exemples de pièces en polymère SKF utiles à l’industrie automobile.

Aéronautique
SKF Aerospace utilise des matériaux polymères composites à base de résines thermodurcissables renforcées de fibres pour fabriquer des bielles composites légères et ultra-résistantes pour les caissons de voilure, supports de traverse de plancher et bielles de commandes de vol (Fig. 21).

Dotées d’un coussinet en polymère composite sans maintenance et autolubrifiant, les rotules lisses sont utilisées sur les systèmes de rotors d’hélicoptères, trains d’atterrissage, liaisons pylône-aile, liaisons moteur-pylône, l’actionnement des commandes de vol et les fixations des accessoires du moteur (Fig. 22).

Des pièces mécaniques de précision en élastomère (PED), comme les roulements élastomères, isolateurs/supports, membranes d’étanchéité, soufflets et amortisseurs (Fig. 23), sont d’autres exemples de pièces en polymère proposées par SKF.

Fig. 1. Cages en PEEK pour applications haute température et/ou environnements hostiles. Fig. 2. Le roulement Nautilus de très grandes dimensions (jusqu’à 4 200 mm de diamètre extérieur) pour applications liées à l’énergie éolienne, est doté de segments de cage en PEEK.  Fig. 3. Ensembles-roulements à rouleaux coniques (TBU) équipés d’un intercalaire en polymère spécial entre la face latérale de la bague intérieure du TBU et la bague d’appui de l’essieu afin de prévenir la rouille de contact. Fig. 4. Roulements à rouleaux cylindriques jointifs dotés d’intercalaires en polymère spécial. Fig. 5. Nouvelle série D de douilles à billes SKF LBC. Fig.6a. Roulements à billes en polymère. Fig.6b. Les roulements à billes en polymère peuvent être fabriqués dans différents matériaux polymères. Fig. 7. Denture en poudre métallique/ensembles-roulements rigides à billes avec polyamide surmoulé (gris foncé). Fig. 8. Moyeux de support pour lave-linge à chargement sur le dessus avec palier en polypropylène. Fig. 9. Ensembles-roulements – paliers en polyamide moulé. Fig. 10. Rotules radiales avec surfaces de glissement en polyamide-PTFE. Fig. 11. Rotules radiales avec coussinets en tissu TX sans maintenance (et joints). Fig. 12. Coussinets à enroulement filamentaire en résine thermodurcissable renforcée de fibres de verre/PTFE. Fig. 13. Coussinets en polyamide PTFE. Fig. 14. Coussinets et rondelles de butée composites PTFE et POM.Fig. 15. Roulement en tôle d’acier avec surmoulage d’un matériau polymère.

Fig. 16. Courroies et poulies.Fig. 17. Roulement de joint homocinétique, rondelle de butée en polyamide.Fig. 18. Butée de suspension MacPherson (MSBU) robuste.Fig. 19. Amortisseur de direction en élastomère thermoplastique tendre.Fig. 20. Unité de direction, palier en polyamide.Fig. 21. Bielles et brides composites pour l’aéronautique.Fig. 22. Rotules pour l’aéronautique.Fig. 23. Solutions élastomères de précision (PED) pour l’aéronautique.

 

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