Roue porteuse

Cet exemple montre le processus de sélection des roulements dans un cas d’application dans lequel la solution de roulements pour la roue porteuse d’une nouvelle grue est confirmée.

Un constructeur de grues a conçu une nouvelle grue d’atelier et souhaite confirmer qu’une conception de roue porteuse existante peut être utilisée (fig. 1). La roue porteuse comporte deux épaulements pour guider la grue sur le rail. Les roulements sont montés sur un manchon intermédiaire, qui est soutenu par un essieu fixe. Un ajustement libre entre le manchon intermédiaire et l’essieu fixe est avantageux pour faciliter le montage de l'ensemble de roue sur la structure de la grue.

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. Reportez-vous au processus de sélection des roulements pour une description complète de chaque étape du processus.

Conditions de fonctionnement et performances

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

Les roulements partagent la charge radiale de la roue. De plus, lorsque la roue entre en contact avec le rail, la force de guidage axiale entraîne un couple sur le montage de roulements (fig. 1), qui est équilibré par des charges radiales opposées supplémentaires sur les roulements. Le montage de roulements flottants étant conçu avec des épaulements de manchon fixés axialement entre les deux bagues intérieures, le roulement sur lequel pèse la plus petite charge radiale supportera la charge axiale de la roue.

Les données d’application et les conditions de fonctionnement sont :

  • Charge radiale de la roue : Kr = 130 kN
  • Charge axiale de la roue : 0,1 Kr  ou charge de pointe 0,3 Kr
  • Diamètre de roue : D = 315 mm
  • Vitesse de déplacement : v = 25 m/min → vitesse de rotation n = 25,3 tr/min
  • Distance entre les roulements : l = 160 mm
  • Diamètre de l’essieu fixe : d1 = 60 mm
  • Diamètre du manchon : d = 90 mm
  • Température ambiante moyenne : T = 20 °C (70 °F)
  • Roulements : 2 × 22218 E (roulements à rotule sur rouleaux)
  • Durée nominale requise : 12 500 h (2 h/jour de fonctionnement)
  • Coefficient de sécurité statique requis : > 2
Type et montage de roulements
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

La distance entre les deux roulements est très courte et, par conséquent, la dilatation thermique de l'essieu est petite. Un montage de roulements flottants peut être utilisé.
Les charges radiales sont importantes et les charges axiales doivent également être supportées. Des roulements à rotule sur rouleaux sont un choix approprié.
Dimension du roulement
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Les deux principaux critères utilisés pour déterminer la taille du roulement doivent être appliqués :

  1. Durée nominale
    Chaque roulement supporte une charge radiale uniquement (augmentée par le couple causé par la charge axiale) ou une charge axiale plus une charge radiale (réduite par le couple causé par la charge axiale). La charge dynamique équivalente applicable est la valeur moyenne des deux cas de charges.

  2. Charge statique
    La charge statique équivalente maximale doit être prise en compte pour la sécurité statique.

Charges nominales et coefficients de calcul → Détails du produit 22218 E

Charges – charge radiale uniquement

Fr1 = Kr/2 + 0,1Kr D/2l = 130/2 + (0,1 × 130 × 315) / (2 × 160) = 77,8 kN
Fr1 pointe = 130/2 + (0,3 × 130 × 315) / (2 × 160) = 103,4 kN
Fa1 = 0 

Charges équivalentes (→ Charges)
Fa1 = 0 ≤ e
P1 = Fr1 = 77,8 kN
P01 = Fr1 pointe = 103,4 kN

Charges – charge radiale et axiale

Fr2 = Kr/2 – 0,1Kr D/2l = 130/2 – (0,1 × 130 × 315) / (2 × 160) = 52,2 kN
Fa2 = 0,1Kr = 13 kN
Fr2 pointe = Kr/2 – 0,3Kr D/2l = 26,6 kN
Fa2 pointe = 0,3Kr = 39 kN

Charges équivalentes (→ Charges)
Fa2/Fr2 = 0,25 > e
P2 = 0,67 Fr2 + Y2 Fa2 = 0,67 × 52,2 + 4,2 × 13 = 89,6 kN
P02 = Fr2 pointe + Y0Fa2 pointe = 26,6 + 2,8 × 39 = 136 kN

Durée nominale

Basée sur la charge moyenne des deux cas de charges (→ Charge équivalente)

Pm = (P1 + 2 P2) / 3 = (77,8 + 2 × 89,6) / 3 = 85,7 kN



L10h = 106 / (60 × 25,3) × (331 / 85,7)10/3 = 59 550 h > 12 500 h

Coefficient de sécurité statique

Basé sur la charge de pointe maximale P0 = 136 kN :

s0 = C0/P0 = 375 / 136 = 2,76 > 2

Conclusion

Le roulement 22218 E présente une taille appropriée pour l’application.

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

Pour la basse vitesse de fonctionnement et pour empêcher la pénétration de contamination, une lubrification à la graisse est utilisée, où les roulements et les cavités du moyeu sont entièrement remplis de graisse. La graisse est distribuée par l’intermédiaire de canaux dans l'essieu fixe et le manchon.

Sélection de la graisse

  • Température : 20 °C (70 °F) → basse (L)
  • Vitesse : nD = 25,3 × 160 ≈ 4 050 → très basse (VL)
  • Charge : C/P = 3,8 → haute (H)
  • Charges de pointe
  • Bonnes propriétés anticorrosion requises

Tableau de sélection de graisse pour roulements SKF [PDF] 

SKF LGEP2 est un choix approprié. Toutefois, les graisses LGEV2 et LGEM2 sont des alternatives qui doivent être envisagées pour les roues porteuses, en raison des démarrages/arrêts fréquents.

Intervalle de relubrification

La vitesse de fonctionnement est trop basse pour que le diagramme puisse être utilisé pour déterminer l’intervalle de relubrification. En outre, l’intervalle de relubrification est dicté par la nécessité d’empêcher la pénétration de contamination. 

Pour cette grue d’atelier, le constructeur recommande de commencer par une relubrification mensuelle. Si la graisse évacuée est toujours comme neuve après cette période de fonctionnement, l’intervalle de relubrification peut être prolongé.

Quantité de relubrification

Gp = 0,005 D B = 0,005 x 160 x 40 = 32 g

Température de fonctionnement et vitesse

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

Pour les conditions d’application données (en particulier la vitesse très basse et la température ambiante basse), une analyse thermique plus détaillée n'est pas nécessaire.

Interfaces des roulements

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

Les conditions de rotation sont :

  • charge fixe sur la bague intérieure → un ajustement libre est possible (et recommandé pour faciliter le montage)
  • charge tournante sur la bague extérieure → un ajustement serré est requis
Les tolérances de portée pour les conditions standard sont (d’après le tableau 2 et le tableau 4) :

Tolérance
dimensionnelle
Tolérance de battement
radial total
Tolérance de battement
axial total
Ra
Bague intérieure
g6ⒺIT5/2IT51,6 µm
Bague extérieure
P7ⒺIT6/2IT63,2 µm

Pour faciliter le montage, une tolérance N7Ⓔ est acceptable, en raison de la très basse vitesse de fonctionnement à laquelle tourne la bague extérieure. En alternative pour la bague intérieure, une tolérance h6Ⓔ permettra d’obtenir un ajustement de transition, qui minimisera les mouvements relatifs entre la bague intérieure et l’essieu/le manchon.

Le montage de roulements flottants exige un petit jeu axial entre les roulements et leurs appuis. En raison de l’ajustement libre des bagues intérieures, le jeu doit se former entre ces dernières et les épaulements du manchon.

Modèles de roulements
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Classe de jeu

La conception actuelle utilise des roulements présentant un jeu interne initial normal. L'ajustement serré sur les bagues extérieures réduit le jeu interne. Il n’y a aucune différence de température entre les bagues intérieure et extérieure. Nous déterminons le jeu de fonctionnement.



1. Jeu interne initial
min./moy./max.60 / 80 / 100 μm
→ Caractéristiques des roulements. Valeurs obtenues à partir du tableau 5.


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
0,56
f2
0,88
Δ2min./moy./max.-60 / -36 / -11 μm
Δrajust.min./moy./max.-53-31-10 μm


3. Jeu interne après montage
min./moy./max.7 / 49 / 90 μm

Le résultat indique qu'un jeu interne normal est approprié.



Autres caractéristiques de conception

Le modèle standard (cage en acier, tolérances dimensionnelles normales, tolérances géométriques P5) répond aux exigences de l’application.

Désignation finale : 22218 E

Étanchéité, montage et démontage
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Étanchéité

La conception actuelle utilise des dispositifs d'étanchéité par passage étroit. Ces joints sont suffisants car les cavités du moyeu sont complètement remplies de graisse et la vitesse de fonctionnement est très basse, mais ils exigeront une relubrification pour éliminer les contaminants. Il est possible de réduire la consommation de graisse totale sur la durée de vie de l’application en utilisant des joints radiaux, par exemple 90x10x10 HMS5 RG.

Conclusions générales

Les roulements SKF Explorer 22218 E sont un choix approprié pour l'application. La lubrification avec SKF LGEP 2, LGEM 2 ou LGEV 2 permettra d’obtenir de hautes performances. Un joint radial peut aider à réduire la consommation de graisse. Il est également possible d’utiliser un roulement étanche (BS2-2218-2RS/VT143).

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