Conception des montages de coussinets

Lors du choix du matériau et de la finition de la surface d'appui sur laquelle le coussinet glisse, les plus importants facteurs à prendre en compte sont les conditions ambiantes et de charge (charge, angle d'oscillation, type de mouvement, etc.). 

Dans les situations qui présentent des risques de corrosion, la surface d'appui doit être suffisamment résistante. Les piqûres de corrosion sur la surface d'appui et les sous-produits de corrosion (contamination particulaire abrasive, par exemple) augmentent la rugosité de surface et accélèrent l'usure. Il convient alors d'envisager l'utilisation d'acier inoxydable ou un traitement de surface approprié : chrome dur, nickelage ou oxydation électrolytique, par exemple.

Cette page contient des recommandations sur les exigences de conception suivantes pour les différents types de coussinets :

  • tolérances de l'arbre et du palier
  • rugosité et dureté du matériau
  • matériau et finition des surfaces d'appui
  • conception des éléments associés
  • les solutions d'étanchéité
Coussinets en bronze solides
Tolérance
d'arbre
e7 à e8

Tolérance du palierH7

Rugosité de l'arbre
Ra ≤ 1,0 µm

Dureté de l'arbre
165 à 400 HB


Coussinets en bronze fritté
Tolérance
d'arbre
f7 à f8

Tolérance du palierH7

Rugosité de l'arbre
Ra : 0,2 à 0,8 µm

Dureté de l'arbre
200 à 300 HB


Coussinets en bronze enroulés
Tolérance
d'arbre
e7 à f8

Tolérance du palierH7

Rugosité de l'arbre
Ra : 0,4 à 0,8 µm

Dureté de l'arbre
150 à 400 HB


Coussinets composites PTFE et POM
Tolérances d'arbre

Coussinets compostes PTFE en cotes métriques (tableau 1) : 

  • d ≤ 75 mm : f7
  • d > 75 mm : h8

Coussinets composites POM en cotes métriques : h8 (tableau 2)

Coussinets composites PTFE en cotes pouces (tableau 3)

Coussinets composites POM en cotes pouces (tableau 4)

Tolérances du palier1)

Coussinets compostes PTFE en cotes métriques (tableau 1) :

  • D ≤ 4 mm : H6
  • D > 4 mm : H7

Coussinets composites POM en cotes métriques : H7 (tableau 2)

Coussinets composites PTFE en cotes pouces (tableau 3)

Coussinets composites POM en cotes pouces (tableau 4)

Rugosité de l'arbre

Coussinets composites PTFE : Ra ≤ 0,4 µm ; Rz ≤ 3,0 µm

Coussinets composites POM : Ra ≤ 0,8 µm ; Rz ≤ 6,0 µm

Dureté de l'arbre

Coussinets composites PTFE : 300 à 600 HB

Coussinets composites POM : 150 à 600 HB

1)Les tolérances recommandées et les valeurs de principe indiquées dans les tableaux sont valables pour des logements en acier et en fonte. La dilatation thermique des logements en alliage léger est différente et peut imposer des ajustements plus serrés du logement et du coussinet. Sinon, la dilatation thermique plus importante du logement risque de ne plus pourvoir à l'ajustement radial du coussinet et de laisser un jeu de fonctionnement trop important. S'il est impossible d'appliquer un ajustement serré, on peut recourir au collage du coussinet pour le maintenir en position. Dans certains cas, il peut être nécessaire de choisir une tolérance d'arbre qui compense l'augmentation excessive du jeu de fonctionnement.



Matériau et finition des surfaces d'appui
Les aciers au carbone doux avec une surface rectifiée conviennent habituellement pour la surface d'appui des montages de rotules composites PTFE et POM.
Dans le cas d'applications plus exigeantes, SKF recommande l'utilisation de surfaces d'appui trempées. Celles-ci doivent alors présenter une durée d'au moins 500 HB (50 HRC). Le chrome dur, le nickelage ou d'autres formes de traitements de surface sont également envisageables. Dans tous les cas, Ra ne doit pas excéder 0,3 µm (Rz ≤ 2 μm). Une meilleure finition de surface améliore les propriétés de glissement et ralentit l'usure.


Conception des éléments associés
La surface d'appui doit toujours déborder du coussinet – notamment en cas de déplacement axial entre l'arbre et le palier consécutif à une dilatation axiale – afin d'éviter la formation d'épaulements sur la surface de glissement.
Pour faciliter le montage, les extrémités de l'arbre et les alésages du palier doivent présenter un chanfrein d'entrée de 10 à 15° (fig. 1). Ces chanfreins facilitent l'insertion du coussinet dans le palier et l'introduction de l'arbre dans le coussinet sans risquer d'endommager la surface de glissement.
Lorsqu’un épaulement est prévu dans le palier pour le positionnement axial du coussinet, son diamètre d'alésage doit être supérieur ou égal à d + 0,8 mm.
Dans le cas de coussinets composites PTFE qui fonctionnent sans lubrifiant, il est particulièrement important d'aligner soigneusement les emplacements des coussinets. S'il est impossible d'éviter un défaut d'alignement entre les points d'appui, prévoyez dès la conception des mesures pour empêcher l'apparition de charges de bord excessives. Il est possible, par exemple, de dégager des deux côtés la portée de l'alésage du palier ou de monter un coussinet plus large dépassant des deux côtés de l'alésage du palier (fig. 2).
Si un défaut d'alignement doit être compensé ou si les conditions de fonctionnement permettent l'utilisation du matériau composite POM, choisissez des coussinets de ce type. La couche de protection de ce matériau peut être usinée jusqu'à un certain degré après le montage du coussinet dans un alésage de palier.
Pour les arbres qui doivent être guidés radialement et fixés axialement, il convient d'utiliser des coussinets à collerette ou une combinaison de coussinets et de rondelles de butée (Conception des montages de rondelles de butée) (fig. 3), selon l'intensité de la charge axiale. Même pour de faibles charges axiales, il est avantageux de prévoir des coussinets à collerette ou des rondelles de butée si l'on ne dispose pas d'une surface d'appui appropriée pour recevoir la butée, en raison d'un matériau ou d'une finition inadaptés. Notez que la surface d'appui ne doit jamais recouvrir entièrement la surface de glissement de la collerette d'un coussinet à collerette. Pour les montages avec coussinets à collerette, le raccordement de l'alésage du palier avec la surface d'appui doit être chanfreiné de façon à ne pas se trouver en contact avec le raccordement du coussinet à la collerette (fig. 4).


Solutions d'étanchéité
Les joints peuvent considérablement influer sur la durée de service des coussinets composites. Lors de la sélection des joints, examinez tout particulièrement la conception et l'espace disponible. Vous devez également tenir compte du coût admissible puisque les coussinets composites peuvent, par exemple, tolérer des particules polluantes incorporées notamment dans leur couche composite POM et sont donc relativement insensibles à la pollution. Ils ne nécessitent en général aucune protection spéciale contre les impuretés habituellement présentes dans l'atmosphère.
Toutefois, en cas d'utilisation dans un environnement soumis une contamination importante, il convient de prévoir un dispositif de protection. On obtient une étanchéité simple et efficace lorsque les pièces adjacentes peuvent également faire office de joints (fig. 5).
Les joints d'étanchéité radiaux pour arbre de faible section, par exemple les joints radiaux de type G, constituent habituellement une protection convenable pour les rotules composites (fig. 6). Si les conditions sont sévères, le recours à des joints spéciaux en caoutchouc, en matière plastique ou en matériaux similaires peut s'imposer, par exemple (les joints racleurs SKF (fig. 7).
Dans les environnements très pollués, notamment en cas d'exposition au sable ou à l'argile, les joints en caoutchouc ou en plastique ne résistent pas longtemps. Dans ces conditions, une relubrification régulière peut assurer une bonne étanchéité.

Coussinets en polyamide PTFE
Tolérance
d'arbre
h8 à h9

Tolérance du palierH7

Rugosité de l'arbre
Ra ≤ 0,8 µm

Dureté de l'arbre
100 à 300 HB


Coussinets à enroulement filamentaire
Tolérances d'arbre
h8

Tolérance du palier
H7

Rugosité de l'arbre

Ra : 0,2 à 0,4 µm
Rz : 1,0 à 2,0 µm

Dureté de l'arbre
≥ 490 HB (≥ 50 HRC)



Matériau et finition des surfaces d'appui
SKF recommande généralement l'utilisation de surfaces d'appui trempées pour les coussinets à enroulement filamentaire.
Les profils avec arêtes vives, par exemple avec des valeurs Rr élevées, sont sources d'une usure importante même si les valeurs Ra restent dans la plage recommandée. Bien qu'une rugosité de surface plus importante puisse être tolérée pour le mouvement d'oscillation, une usure supérieure est alors produite lorsque le coussinet tourne ou effectue des mouvements linéaires.
Pour exploiter au mieux la durée de service du coussinet, il peut s'avérer nécessaire d'optimiser la surface d'appui. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des surfaces polies, plaquées au chrome dur ainsi qu'avec des surfaces nitrurées.
Si l'état de la surface d'appui ne rentre pas dans ces recommandations, il convient de vérifier au cas par cas s'il est possible d'atteindre une durée de service adéquate.
Pour en savoir plus, veuillez contacter le service Applications Techniques SKF.


Solutions d'étanchéité
Les coussinets à enroulement filamentaire présentent une capacité limitée pour supporter les particules solides intégrées dans le matériau d'enroulement filamentaire. Des joints peuvent donc prolonger considérablement leur durée de service lorsque les coussinets doivent être utilisés dans des environnements très pollués. Les polluants pourraient en effet endommager les torons de la surface de glissement ; une destruction continue de la structure de la surface de glissement entraînerait un accroissement rapide de l'usure. SKF recommande l'utilisation des joints racleurs SKF, qui permettent d'atteindre les mêmes vitesses de glissement que les coussinets à enroulement filamentaire, pour protéger la surface de glissement contre la pénétration de polluants abrasifs (fig. 7). Des joints radiaux ou des joints radiaux à petite section constituent également des solutions d'étanchéité acceptables. 


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