Sélection des roulements

Autre point fort de ce logiciel : il permet aux clients de sélectionner des roulements directement dans le nouveau Catalogue Roulements 17000 de SKF, qui tient compte des évolutions les plus récentes. Comme dans les catalogues de produits SKF, il est possible de déterminer immédiatement si le roulement appartient à la classe de performance SKF Explorer ou figure parmi les articles les plus demandés. Le client est ainsi en mesure de concevoir un montage de roulements à partir d’articles courants produits à hauts volumes.

L’accès à la vaste base de données SKF sur les roulements offre au client une multitude d’options pour concevoir un montage optimal – du plus simple composé de deux roulements au plus complexe intégrant autant de roulements que nécessaire.

Modélisation de l’application et analyse des performances des roulements

Quelques étapes suffisent pour élaborer un modèle complet. L’exemple suivant se rapporte à un arbre intermédiaire de compresseur à vis. L’utilisation de compresseurs à vis à différents niveaux de puissance a pour effet de modifier le rendement de la machine. La variation de la vitesse et du couple influe sur les forces exercées au niveau de l’engrènement avec des répercussions sur les performances des roulements. Cet article explique pas à pas aux concepteurs comment, grâce à SKF SimPro Quick, optimiser la conception d’un montage de roulements tout en réduisant la durée des essais, et ce pour des conditions de service variées.

ÉTAPE 1 : les composants

• Arbre
• Sélection des roulements
• Engrenages
• Ressorts
• Entretoises

La première étape (Fig. 1) consiste à modéliser l’application à partir des composants les plus courants : roulements, engrenages, ressorts et entretoises. Tous ces composants sont intégrés au modèle par glisser-déposer sur l’arbre. Une fois l’arbre constitué, il est possible d’ajouter facilement des roulements, toujours d’un simple glisser-déposer. Ces roulements peuvent être sélectionnés, selon un processus pas à pas, à partir du diamètre de l’arbre au niveau de la portée du roulement, du type de roulement recherché (rigide à billes, à billes à contact oblique, à rouleaux cylindriques, etc.) et d’une partie de la désignation, si celle-ci est connue. L’étape suivante consiste à définir le type de montage du roulement sur l’arbre et dans le palier (Fig. 2).

En faisant glisser un engrenage sur l’arbre, vous déclenchez une procédure pas à pas similaire à celle relative aux roulements. En ce qui concerne les engrenages, l’utilisateur doit d’abord définir le type (conique, hélicoïdal, hypoïde, droit ou à vis sans fin), puis la géométrie de l’engrenage. Pour finir, l’utilisateur saisit la puissance d’entrée à transmettre par l’engrenage. Cette donnée associée à la géométrie permet de concilier automatiquement différentes forces d’engrenages. Les étapes relatives à l’ajout d’un engrenage facilitent grandement la conception et l’analyse des applications de réducteurs.

Les ressorts permettent de précharger les roulements contre le support (palier par exemple) et contre un autre roulement. Cela est particulièrement utile pour les applications qui utilisent des ressorts pour fixer un roulement ou répondre à des exigences de charge minimale, comme les pompes, les compresseurs ou les moteurs électriques par exemple.

Les entretoises permettent d’appliquer des valeurs de jeu axial définies, ce qui est particulièrement utile pour des applications intégrant des roulements disposés en O ou en X.

ÉTAPE 2 : les limites

• Vitesse de rotation
• Forces externes (charges)
• Puissance (engrenage)
• Couples
• Gravité

La seconde étape concerne les conditions limites applicables. Il est possible d’ajouter au modèle des valeurs de vitesse de rotation de l’arbre, forces radiale et axiale, puissance d’entrée (engrenage) (Fig. 3), couple et gravité. Les valeurs de force, puissance d’entrée et couple sont ajoutées par glisser-déposer comme pour les composants ; pour les autres limites, il suffit de cliquer sur une icône. Toutes les limites applicables peuvent être modifiées dans la partie « Analysis variations » (variantes d’analyse) du programme, à l’exception de la gravité. La méthode d’application de la gravité permet à l’utilisateur d’étudier des applications non seulement en position verticale mais aussi en position horizontale.

ÉTAPE 3 : la lubrification et le jeu du roulement

• Lubrification
• Ajustements et jeu

La troisième étape concerne la lubrification et les ajustements. SKF SimPro Quick dispose d’une fonction qui permet de définir la méthode de lubrification (graisse, bain d’huile ou air-huile), la viscosité de l’huile et les niveaux de contamination (Fig. 4). Toutes ces propriétés relatives à la lubrification ont des répercussions sur le fonctionnement qui vont de l’intervalle de relubrification au frottement des roulements.

Le dernier élément à sélectionner est l’ajustement des roulements. Les ajustements constituent un point crucial du processus de conception. De bonnes conditions de service passent par le choix d’ajustements appropriés. Un clic sur l’icône ouvre une sous-fenêtre dans laquelle l’utilisateur peut modifier les ajustements sur l’arbre et dans le palier, le jeu interne initial des roulements et les valeurs de température des bagues intérieures et extérieures, autrement dit tous les paramètres qui ont un impact sur le jeu des roulements en service. La revue de la réduction du jeu est importante pour des applications caractérisées par des ajustements serrés à la presse ou des températures de bagues intérieures nettement supérieures à celles des bagues extérieures. Dans certaines conditions d’application spécifiques, le jeu interne initial peut s’avérer insuffisant pour compenser la réduction du jeu en service et induire ainsi une précharge. L’utilisateur a la possibilité de sélectionner une classe de jeu différente de manière à obtenir un jeu du roulement (en service) approprié.

Analyse

Après avoir effectué les différentes étapes initiales pour créer le modèle, une option permet d’exécuter une analyse unique du jeu de données (analyse unique) ou plusieurs analyses pour différentes conditions (analyse du cycle de charge) à partir des limites de service définies (Fig. 5). Des conditions multiples peuvent être définies à l’aide d’une interface sous forme de tableau. Une option permet de pondérer chaque étape en fonction de la durée, ce qui est particulièrement utile pour déterminer la durée de vie des roulements dans différentes conditions de service.

Résultats

Les résultats d’analyse comportent plusieurs tableaux de données et des supports visuels permettant à l’utilisateur de définir un modèle de rapport préféré. Les tableaux indiquent généralement les charges des roulements, jeux internes de fonctionnement, frottements, défauts d’alignement, flexions, durées nominales SKF, ainsi que les durées nominales modifiées selon ISO/TS 16281:2008.

Les tableaux de durée nominale (L₁₀), durée nominale modifiée (L_10mr) selon ISO/TS 16281:2008 et durée nominale SKF sont les plus utilisés pour la revue des applications et la sélection des roulements. Cela s’explique par l’importance que l’industrie accorde à la durée en fatigue L₁₀ pour déterminer la durée de service des roulements. Les résultats de durée nominale SKF permettent de tirer pleinement profit de la classe de performance SKF Explorer. Toutefois, SKF SimPro Quick va encore plus loin. Il est également possible de déterminer les conditions dans lesquelles la durée de service des roulements risque d’être inférieure à la durée théorique en fatigue L₁₀. Si les conditions de service ne respectent pas les recommandations (trop grand défaut d’alignement, charge insuffisante ou excessive et vitesse de fonctionnement également excessive), une alerte est émise (Fig. 6). L’utilisateur est ainsi informé de conditions qui risquent d’altérer la durée de service et d’empêcher le roulement d’atteindre la durée en fatigue L₁₀ qui fait figure de référence.

D’autres tableaux générés par l’analyse fournissent des informations importantes concernant les intervalles de relubrification, le jeu de fonctionnement, les fréquences anormales des roulements et les forces d’engrenages.

Des graphiques et animations apportent des détails supplémentaires. Des graphiques en coordonnées polaires représentant l’angle de contact, la déformation du contact et la charge de contact analysent, par exemple, les conditions à l’échelle de chaque élément roulant du roulement (Fig. 7). La comparaison de plusieurs graphiques en coordonnées polaires peut ainsi révéler des conditions de service inappropriées, comme une forte concentration des charges ou un angle de contact élevé.

Le graphique de flexion de l’arbre indique la flexion sur la longueur de l’arbre compte tenu des conditions de fonctionnement appliquées. Le jeu éventuel au niveau du contact du joint, le déplacement de l’arbre par rapport à d’autres composants (position du rotor par rapport au palier par exemple) et les contraintes de flexion de l’arbre peuvent être déduits de la courbe de flexion (Fig. 8).

Une animation 3D permet d’étudier la répartition de la pression des rouleaux dans le roulement et l’impact de conditions limites sur le déplacement de l’arbre et du roulement (Fig. 9). Cet outil visuel est utilisé par des ingénieurs SKF pour étudier la charge qui s’exerce sur le roulement, la flexion de l’arbre, ainsi que les mouvements des bagues et éléments roulants du roulement les uns par rapport aux autres.