Poulie à câble

Cet exemple montre le processus de sélection des roulements des poulies à câbles d'une nouvelle machine à papier.

Un fabricant de machines à papier souhaite construire une nouvelle machine utilisant des poulies à câble de sa conception standard. Le client final exige que les poulies ne nécessitent aucune maintenance pendant cinq ans.

Chaque étape de l'exemple est décrite dans une section extensible/déroulante ci-dessous. Les étapes de l'exemple suivent la séquence du processus de sélection des roulements. Certaines étapes, par exemple Taille du roulement, nécessitent plusieurs itérations si le calcul est dépendant d'une étape ultérieure du processus. Ceci est indiqué dans le titre. Par exemple, « Taille du roulement (étape 2) ». Reportez-vous au processus de sélection des roulements pour une description complète de chaque étape du processus.

Conditions de fonctionnement et performances
Performance requirements and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Les poulies à câble (fig. 1) sont placées entre les rouleaux/cylindres de la machine à papier et tournent en continu lorsque la machine est en fonctionnement. Dans cette application, la bague extérieure de la poulie à câble tourne en continu.

Les conditions de fonctionnement sont :
  • vitesse de rotation : 2 450 tr/min
  • charge radiale : 1,1 kN, créée par le poids de la poulie et la tension du câble, répartie entre les roulements
  • charge axiale : nulle : en raison de l'orientation des poulies, le câble ne crée pas de charge axiale
  • environnement : chaud et humide, avec une température ambiante de 80 °C
Type et montage de roulements
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Les charges étant faibles et les vitesses modérées, les poulies à câble utilisent deux roulements rigides à billes. Pour une longue période sans maintenance, des roulements étanches sont requis. Les roulements rigides à billes SKF sont disponibles avec différents modèles de joints.

Un montage de roulements en opposition est utilisé : chaque roulement fixe axialement la poulie dans une direction et l'ensemble du montage peut se déplacer sur une petite distance entre les deux positions finales.
Dimension du roulement
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

La conception de poulie existante du fabricant utilise deux roulements 6207-2RS1. SKF a remplacé le joint RS1 par le joint RSH. Dans cet exemple, nous vérifions l'adéquation des roulements 6207-2RSH (→ informations sur les produits).

L'étape suivante du processus de sélection est de déterminer la méthode sur laquelle baser la sélection de la taille. Les roulements tournent dans des conditions de fonctionnement typiques et la fatigue de contact est donc le mode de défaillance le plus probable. Nous basons la sélection de la taille sur la durée nominale.

Durée nominale




Étant donné l'absence de charge axiale, la charge dynamique équivalente, P, sur chaque roulement est égale à la charge radiale divisée par deux.
  • P = 0,55 kN
  • rapport de charge, C/P = 49
La durée nominale, L10h = 804 800 h. Cette durée est beaucoup plus longue que la période sans maintenance requise de 5 ans (43 800 h).

Conclusion

  • Avec une durée nominale aussi élevée à 2 450 tr/min, il est recommandé de vérifier que le roulement est suffisamment chargé pour maintenir les billes en rotation et éviter leur grippage. Ceci sera réalisé après le contrôle de la lubrification car la viscosité du lubrifiant affecte la charge minimale requise.
  • La durée de vie de la graisse doit être vérifiée pour s'assurer qu'elle répond aux exigences du client final.

La durée SKF, L10mh, sera calculée après le contrôle de la lubrification, de la température de fonctionnement et de la vitesse, car la viscosité du lubrifiant affecte le résultat. Ceci sera effectué dans Taille du roulement (étape 2), ci-dessous.

Lubrification
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Le roulement 6207-2RSH est rempli de graisse MT33 (tableau 1).

La température de fonctionnement doit être définie avant de continuer.
Température de fonctionnement et vitesse
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Lorsque le rapport de charge C/P > 10, que la température de fonctionnement est inférieure à 100 °C, que la vitesse de fonctionnement est inférieure à 50 % de la vitesse limite et qu'il n'y a aucune source de chaleur externe prononcée, aucune analyse thermique détaillée n'est requise.

Dans cet exemple :
  • rapport de charge : C/P = 49 > 10
  • vitesse de fonctionnement : 2 450 tr/min < 0,5 x 6300 (vitesse limite)
  • D'après l'expérience acquise avec des poulies fonctionnant dans des conditions similaires, la température du roulement est d'environ 90 °C.
Une analyse thermique détaillée n'est donc pas requise.
Lubrification (étape 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

1. Durée de la graisse MT33

La durée de vie de la graisse peut être estimée à l'aide du diagramme 1 sous Graisses pour roulements avec dispositif d'étanchéité, Roulements rigides à billes à une rangée. Si la bague extérieure du roulement tourne, pour estimer la durée de la graisse, on utilise nD à la place de ndm (tableau 2).

Alors, à partir des valeurs saisies :
  • nD = 2 450 x 72 = 176 400
  • Graisse MT33 avec facteur de performance de la graisse, GPF = 1
  • température de fonctionnement d'environ 90 °C
La durée de la graisse, L10h, est d'environ 12 500 heures, ce qui est inférieur à la période sans maintenance requise de 5 ans.

2. Durée de la graisse WT

Le roulement SKF 6207-2RSH est disponible avec de la graisse WT, dont GPF=4. C'est une graisse de type polyurée avec une huile à base d'ester. (tableau 3).

À partir du diagramme 1, la durée de vie de la graisse, L10h est de 50 000 heures, ce qui représente plus de 5 ans.

Conclusion

Le roulement SKF 6207-2RSH avec la graisse WT répond aux exigences en termes de durée de vie de la graisse.
Taille du roulement (étape 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

À partir des conclusions tirées dans Taille du roulement ci-dessus, la charge minimale doit être contrôlée et, maintenant que la lubrification a été sélectionnée, la durée SKF peut être vérifiée.

Charge minimale


À l'aide de l'équation de charge minimale dans Charges, la charge minimale, Frm est indiquée par :
  • kr = 0,025
  • v = 210 mm2/s
    Lors du calcul de la charge minimale, pour couvrir toutes les conditions de fonctionnement critiques, utilisez la plus haute viscosité de l'huile susceptible d'apparaître. C'est-à-dire en cas de température la plus basse, à savoir 20 °C. La viscosité de l'huile de base de la graisse WT à 40 °C est de 70 mm2/s ≈ ISO VG 68. Estimation à partir du diagramme 2 ou calcul à l'aide du Calculateur de roulements SKF, pour la graisse WT v = 210 mm2/s à 20 °C.
  • dmm = (d+D)/2 = (35+72)/2 = 53,5 mm
Par conséquent :
Frm = 0,44 kN < 0,55 kN ; le roulement 6207-2RSH/WT est donc approprié.

Durée SKF


 

Étant donné que P < Pu, la fatigue n'est pas un facteur (→ Limite de fatigue, Pu). Toutefois, il est utile de vérifier les conditions de lubrification (rapport de viscosité) et le facteur de correction de la durée.

1. Conditions de lubrification – le rapport de viscosité, κ

κ = ν/ν1

Les valeurs suivantes sont utilisées :
  • ν1 est déterminé à partir du diagramme 3
  • avec : dmm = 53,5 et n = 2450 tr/min, ν1 est près de 12 mm2/s
Pour WT, la viscosité de l'huile de base à 90°C peut être estimée à partir du diagramme 2 ou calculée à l'aide du Calculateur de roulements SKF et est de 12 mm2/s.

Rapport de viscosité, κ = 12/12 = 1

2. Facteur de correction de la durée, aSKF

Pour déterminer le facteur de correction de la durée pour les roulements à billes radiaux, on utilise le diagramme 4, avec :
  • P = 0,55 kN
  • κ = 1
  • Pu = 0,655 kN
  • ηc = 0,6
    Le facteur de pollution est choisi à l'aide du tableau 4. (→ Facteur de pollution, ηc)
  • SKF 6207-2RSH/WT est un roulement SKF Explorer.
Avec ηc Pu/P = 0,7 et à partir du diagramme 4, le askf d'environ 50 est bien supérieur à 1 et la durée SKF est beaucoup plus longue que la durée requise.

Conclusion

Le roulement SKF 6207-2RSH/WT est adéquat en termes de résistance à la fatigue.

Interfaces des roulements
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Les bagues intérieures du roulement présentent un état de charge fixe et aucune entretoise entre les bagues intérieures dans le montage en opposition. Elles sont fixées avec un ajustement libre pour faciliter le montage. L'ajustement recommandé pour les conditions standard est g6Ⓔ (tableau 5).

Les bagues extérieures présentent un état de charge tournante et sont donc montées avec un serrage. L'ajustement recommandé pour les conditions standard est M7Ⓔ (tableau 6), qui présente une plage de serrage probable de -25 à +8 (tableau 7).

Les roulements des poulies à câble des machines à papier doivent toujours présenter un serrage pour la bague extérieure (→ manuel d'application Roulements de machines à papier). Pour ce faire, sélectionnez N6Ⓔ, qui présente une plage de serrage probable de -29 à -5 (tableau 8). Pour les tolérances géométriques et la rugosité de surface, les recommandations tandard peuvent être appliquées.

Les tolérances des portées de roulement sont :
 Tolérance
dimensionnelle
Battement
radial
Battement
axial
Ra
Bague intérieureg6ⒺIT5/2IT51,6 µm
Bague extérieureN6ⒺIT6/2IT63,2 µm
Modèles de roulements
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Le jeu interne initial

La conception actuelle utilise des roulements présentant un jeu initial normal. L'ajustement serré sur la bague extérieure réduit le jeu interne. Nous déterminons le jeu de fonctionnement pour le jeu initial normal et C3, afin de sélectionner le modèle de roulement le plus approprié.

1. Jeu interne initial

NormaleC3
min./moy./max.6 / 13 / 20 μm15 / 24 / 33 μm
 → Caractéristiques des roulements Valeurs obtenues à partir du tableau 9


2. Réduction du jeu causée par un ajustement serré

Il n'y a aucun serrage sur la bague intérieure, utilisez donc :

Δrajust. = Δ2 f2Réduction du jeu causée par des ajustements serrés

Obtenez les valeurs des :
Résultats :
d/D
0,49 
f2

0,87 
Δ2min./moy./max.-29 / -17 / -5 μm 
Δrajust.min./moy./max.-25-15-4 μm 


3. Jeu interne après montage

NormaleC3
min./moy./max.-19 / -2 / 6 μm-10 / 9 / 29 μm

Un jeu d'au moins C3 est requis. L'analyse à l'aide de logiciels propriétaires SKF prend en compte les effets du lissage des surfaces de contact et la probabilité que la réduction maximale de l'ajustement coïncide avec le jeu minimal du roulement. Elle permet d'obtenir les valeurs suivantes pour un roulement présentant un jeu interne C3 :
min./moy./max.
-2 / 16 / 32 μm


Un petit jeu négatif n'est pas critique pour les roulements à billes. Le jeu C3 est adéquat pour cette application.

Joints

Il n'est pas recommandé d'utiliser des flasques (suffixe 2Z) au lieu de joints frottants (suffixe 2RSH) dans cette application en raison du risque de fuite de graisse avec la rotation de la bague extérieure. La conception du joint 2RSH offre l'avantage d'être plus résistante aux lavages (nettoyages haute pression) effectués dans les applications de papeterie et permet donc d'améliorer la durée de service.

Envisagez des roulements hybrides

En fonction de la machine à papier et de la position de la poulie à câble, le câble peut être soumis à des températures de fonctionnement plus élevées, ce qui réduit la durée de vie de la graisse. L'utilisation de roulements hybrides (billes en céramiques à la place de billes en acier) de la même taille peut améliorer la durée de la graisse d'un facteur de deux minimum.

Envisagez de modifier la conception

On peut améliorer la durée de la graisse en modifiant la conception du moyeu de poulie de manière à ce que la bague intérieure du roulement tourne au lieu de la bague extérieure. 

Le coefficient de vitesse sera ndm = 131 000 au lieu de nD = 176 400.

La durée de la graisse, L10h, du roulement 6207-2RSH/C3WT augmentera de 50 000 h à 61 000 h.

SKF a développé un moyeu de poulie à câble afin de prendre en compte les faits ci-dessus. Les roulements comportent des billes en céramique, de la graisse WT et des bagues intérieures tournantes (fig. 2). Une conception améliorée a été créée à l'aide de roulements spéciaux. Pour plus d'informations, reportez-vous au manuel Roulements de machines à papier.
Étanchéité, montage et démontage
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Parfois, de simples joints à chicanes sont ajoutés pour protéger encore plus les joints intégrés du roulement.

Les méthodes de montage et démontage normales sont applicables.
Conclusions générales
Le roulement qui répond aux exigences est un roulement SKF Explorer 6207-2RSH/C3WT étanche et graissé.

SKF peut fournir d'autres solutions pour des conditions de fonctionnement plus exigeantes ou pour permettre d'obtenir un intervalle de maintenance encore plus long.
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