Les roulements à rotule sur rouleaux : le roulement indispensable
En 1919, SKF lance un produit qui va bouleverser l’univers des roulements et leurs applications dans de nombreux secteurs industriels. Au cours des 100 ans qui suivent, le roulement à rotule sur rouleaux ne cesse d’évoluer grâce aux innovations qui repoussent continuellement les limites de ses performances. Et tout porte à croire qu’il va continuer à être l’un des roulements les plus polyvalents pour de multiples applications techniques.
À l’origine, on trouvait essentiellement des roulements à rotule sur rouleaux dans les applications caractérisées par des charges élevées, des vitesses moyennes et un risque de défaut d’alignement. Son champ d’application s’est depuis étendu aux éoliennes, à la propulsion marine, à la production du sucre, à celle du papier et de la pâte à papier, au transport des matériaux, à l’exploitation minière et à la construction. Cette progression est due en partie au fait qu’il supporte le désalignement angulaire et permet une rotation avec un faible frottement.
L’invention du roulement à rotule sur rouleaux
Elle est attribuée à Arvid Palmgren, ingénieur chez SKF. Arrivé dans l’entreprise en 1917, il s’occupe de la documentation technique au service publications. Constatant qu’il ne possède pas toute l’information nécessaire à l’établissement des documents, il commence à travailler sur une théorie des roulements et à effectuer des expériences en laboratoire.
En 1918, SKF entreprend de concevoir un roulement capable de supporter les charges dans les montages de roulements pour essieux ferroviaires. On demande à l’ingénieur de mener une étude approfondie sur les roulements à rouleaux. Le fondateur de l’entreprise, Sven Wingquist, tient à trouver une solution aussi vite que possible et y consacre toutes ses ressources. Il espère que les travaux ne prendront que quelques semaines. Mais il n’existe aucune théorie sur laquelle baser les calculs pour élaborer les roulements. Arvid Palmgren procède donc à des essais à partir de différentes combinaisons de composants de roulements. Il faudra presque six mois pour trouver la conception idéale. L’ingénieur fonde ses recherches sur la conviction que SKF doit créer un produit qui non seulement est une bonne solution mais qui doit, en plus, offrir de la valeur ajoutée aux clients. En juin 1919, il met au point un roulement à rotule sur rouleaux à deux rangées qui, à terme, sera l’une des plus grandes réussites techniques et commerciales de l’entreprise. Lui-même deviendra une grande figure de l’ingénierie en menant des recherches sur les propriétés des roulements, notamment leur capacité de charge et leur durée de vie.
En 1924, il publie avec son collègue Gustaf Lundberg une théorie sur la durée de vie des roulements, une première mondiale. Cette théorie va devenir la référence de toute l’industrie des roulements et servira de guide à la conception de nouveaux produits. L’Académie suédoise des sciences de l’ingénieur décerne à l’auteur sa médaille d’or pour l’ensemble de ses travaux en 1930.
La conception de base d’un roulement à rotule sur rouleaux
Les roulements à rotule sur rouleaux comportent deux rangées de rouleaux symétriques entre une piste sphérique commune aux deux rangées sur la bague extérieure et deux pistes séparées sur la bague intérieure. Le centre de la piste sphérique sur la bague extérieure se situe sur l’axe au milieu du roulement.
Ce type de roulement a évolué grâce aux travaux de développement et à l’amélioration de la qualité des matériaux, en particulier l’arrivée des solutions de roulements avec joints, le perfectionnement de la lubrification et celui de la qualité de l’acier. Les roulements à rotule sur rouleaux standard sont disponibles dans un grand nombre de dimensions avec des diamètres d’alésage allant de 20 à 1 800 mm.
Dates importantes
En 1951, SKF lance le roulement à rotule sur rouleaux de type C, lequel intègre une bague de guidage flottante et des cages embouties en acier. La conception précédente pour les roulements de petites dimensions comportait une bague intérieure centrale avec un épaulement qui guide les rouleaux. L’épaulement posait problème dans les applications avec charges combinées, ce qui se traduisait par un frottement élevé et une fiabilité insuffisante. La bague de guidage flottante permet aux rouleaux de prendre une position axiale sans augmentation du frottement et des forces internes.
Cette nouveauté est suivie en 1979 par le type CC doté de rouleaux auto-guidés. Pour la première fois, SKF est capable d’optimiser la relation réciproque entre les rouleaux et les pistes à l’aide de l’analyse assistée par ordinateur. Les rouleaux ont plus de liberté pour trouver leur propre position d’équilibre entre les pistes. La nouvelle conception produit moins de frottement, en particulier quand elle supporte des charges combinées.
En 1989, SKF répond à la demande d’une capacité de charge accrue pour les machines hautes performances en lançant le type E. Le type CC est radicalement modifié pour intégrer des cages embouties légères en acier, de pointe et de haute précision. Celles-ci offrent davantage d’espace pour des rouleaux en plus grand nombre et/ou de plus grande taille tout en conservant leur propriété d’auto-alignement, source de moins de frottement. Six ans plus tard naît une gamme de roulements à rotule sur rouleaux étanches standard.
Le révolutionnaire SKF Explorer
En 1999, le lancement de SKF Explorer crée une nouvelle classe de performance dans le segment des roulements à rotule sur rouleaux en permettant d’élever considérablement la densité de puissance. L’impact de ces roulements est tel que leurs performances ne peuvent plus être évaluées par les calculs standard de durée de vie du roulement. SKF Explorer est le fruit de plusieurs évolutions, notamment la sophistication croissante des programmes de calcul informatiques qui optimisent chaque composant des roulements, l’amélioration des processus de fabrication ainsi que celle des aciers pour roulements et des traitements thermiques. En fonctionnement, les clients peuvent bénéficier d’une capacité de charge plus élevée, d’une durée de service et d’une fiabilité accrues, et de la possibilité d’augmenter la vitesse des arbres, réduire la consommation d’électricité, améliorer l’exactitude de rotation, accroître la durée du lubrifiant et abaisser le niveau du bruit et des vibrations.
En plus de la conception même des roulements, SKF attache beaucoup d’importance à l’utilisation de joints d’étanchéité adaptés aux environnements difficiles. C’est pourquoi le Groupe propose des roulements à rotule sur rouleaux étanches, lubrifiés en usine avec une graisse spéciale. Les joints frottants peuvent réduire ou éliminer les besoins de relubrification et diminuer les coûts de maintenance. Les solutions avec joints sont plus faciles à assembler et à monter. Dans certaines applications, le choix d’un roulement étanche peut jusqu’à quadrupler la durée de service du roulement.
La roue de la fortune
Haute de 168 m, la Las Vegas High Roller était la plus grande roue panoramique au monde au moment de son inauguration en 2015. L’attraction, dont les 28 nacelles peuvent accueillir 40 passagers chacune, tourne sur deux roulements à rotule sur rouleaux conçus sur mesure d’un diamètre d’alésage de 1 600 mm et d’un diamètre extérieur de 2 300 mm pour un poids de 8,8 tonnes chacun. Chaque roulement à rotule sur rouleaux contient 30 rouleaux par rangée.
Autre application, toute différente, l’un des plus grands roulements à rotule sur rouleaux a été fabriqué par SKF pour l’industrie minière à Göteborg, en Suède. Achevé en 2017, il pèse 7,8 tonnes (chaque rouleau a un poids de 42 kg). Son diamètre d’alésage est de 1 250 mm. Le roulement est équipé de SKF SensorMount, un système unique qui mesure l’ajustement réel du roulement sur l’arbre. Ceci contribue à un montage correct, lequel est de prime importance pour les roulements de grandes dimensions.
Le rythme du développement permet de favoriser l’utilisation de roulements à rotule sur rouleaux dans des conditions de plus en plus extrêmes, en présence d’un haut niveau de contamination ou en cas de lubrification insuffisante. En 2011, par exemple, un nouveau traitement thermique breveté de l’acier pour roulements a permis d’améliorer les roulements SKF Explorer pour applications exigeantes. La durée de service peut alors être multipliée par deux dans des conditions de contamination ou de lubrification insuffisante. En 2015, de nouvelles améliorations en matière de technologie d’étanchéité permettent aux roulements à rotule sur rouleaux de bénéficier d’une capacité de vitesse doublée avec une réduction du frottement exercé par le joint.
Nouvelles conceptions
Comme tous les autres produits SKF, les roulements à rotule sur rouleaux n’ont jamais cessé d’évoluer : la dernière amélioration remonte à 2018 avec le lancement d’un roulement à rotule sur rouleaux SKF Explorer pour application à vitesse élevée ciblant le secteur des réducteurs industriels. Pour assurer l’avenir du roulement à rotule sur rouleaux, il faut continuer de repousser les limites de leurs performances.