{"id":8534,"date":"2020-07-01T18:59:15","date_gmt":"2020-07-01T18:59:15","guid":{"rendered":"https:\/\/nanovea.com\/?p=8534"},"modified":"2023-11-13T22:17:09","modified_gmt":"2023-11-13T22:17:09","slug":"resistance-a-lusure-des-roulements-a-billes-a-laide-de-la-macro-tribologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/resistance-a-lusure-des-roulements-a-billes-a-laide-de-la-macro-tribologie\/","title":{"rendered":"Roulements \u00e0 billes\u00a0: \u00e9tude de r\u00e9sistance \u00e0 l'usure \u00e0 haute force"},"content":{"rendered":"


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INTRODUCTION<\/strong><\/em><\/h2>\n

Un roulement \u00e0 billes utilise des billes pour r\u00e9duire le frottement de rotation et supporter les charges radiales et axiales. Les billes qui roulent entre les chemins de roulement produisent un coefficient de frottement (COF) bien inf\u00e9rieur \u00e0 celui de deux surfaces planes glissant l'une contre l'autre. Les roulements \u00e0 billes sont souvent expos\u00e9s \u00e0 des niveaux \u00e9lev\u00e9s de contraintes de contact, \u00e0 l'usure et \u00e0 des conditions environnementales extr\u00eames telles que des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es. Par cons\u00e9quent, la r\u00e9sistance \u00e0 l'usure des billes sous des charges \u00e9lev\u00e9es et des conditions environnementales extr\u00eames est essentielle pour prolonger la dur\u00e9e de vie du roulement \u00e0 billes et r\u00e9duire les co\u00fbts et les d\u00e9lais de r\u00e9paration et de remplacement.
\nLes roulements \u00e0 billes peuvent \u00eatre trouv\u00e9s dans presque toutes les applications impliquant des pi\u00e8ces mobiles. Ils sont couramment utilis\u00e9s dans les industries du transport telles que l'a\u00e9rospatiale et l'automobile, ainsi que dans l'industrie du jouet qui fabrique des articles tels que des fidget spinner et des planches \u00e0 roulettes.<\/p>\n

\u00c9VALUATION DE L'USURE DES ROULEMENTS \u00c0 BILLES \u00c0 DES CHARGES \u00c9LEV\u00c9ES<\/strong><\/em><\/h2>\n

Les roulements \u00e0 billes peuvent \u00eatre fabriqu\u00e9s \u00e0 partir d\u2019une longue liste de mat\u00e9riaux. Les mat\u00e9riaux couramment utilis\u00e9s vont des m\u00e9taux comme l'acier inoxydable et l'acier chrom\u00e9 ou des c\u00e9ramiques comme le carbure de tungst\u00e8ne (WC) et le nitrure de silicium (Si3n4). Pour garantir que les roulements \u00e0 billes fabriqu\u00e9s poss\u00e8dent la r\u00e9sistance \u00e0 l'usure requise, id\u00e9ale pour les conditions d'application donn\u00e9es, des \u00e9valuations tribologiques fiables sous des charges \u00e9lev\u00e9es sont n\u00e9cessaires. Les tests tribologiques aident \u00e0 quantifier et \u00e0 comparer les comportements \u00e0 l'usure de diff\u00e9rents roulements \u00e0 billes de mani\u00e8re contr\u00f4l\u00e9e et surveill\u00e9e afin de s\u00e9lectionner le meilleur candidat pour l'application cibl\u00e9e.<\/p>\n

OBJECTIF DE MESURE<\/strong><\/em><\/h2>\n

Dans cette \u00e9tude, nous pr\u00e9sentons un Nanovea Tribom\u00e8tre<\/a> comme l'outil id\u00e9al pour comparer la r\u00e9sistance \u00e0 l'usure de diff\u00e9rents roulements \u00e0 billes sous des charges \u00e9lev\u00e9es.
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Figure 1\u00a0: Configuration du test de roulement.<\/em><\/h6>\n

PROC\u00c9DURE DE TEST<\/strong><\/em><\/h2>\n

Le coefficient de frottement, COF, et la r\u00e9sistance \u00e0 l'usure des roulements \u00e0 billes fabriqu\u00e9s dans diff\u00e9rents mat\u00e9riaux ont \u00e9t\u00e9 \u00e9valu\u00e9s par un tribom\u00e8tre Nanovea. Du papier de verre grain P100 a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 comme mat\u00e9riau de comptoir. Les traces d'usure des roulements \u00e0 billes ont \u00e9t\u00e9 examin\u00e9es \u00e0 l'aide d'un Nanovea<\/strong> Profileur 3D sans contact apr\u00e8s la fin des tests d'usure. Les param\u00e8tres de test sont r\u00e9sum\u00e9s dans le tableau 1. Le taux d'usure, K<\/strong>a \u00e9t\u00e9 \u00e9valu\u00e9e \u00e0 l'aide de la formule K=V\/(F\u00d7s)<\/strong>o\u00f9 V <\/strong>est le volume us\u00e9, F<\/strong> est la charge normale et s<\/strong> est la distance de glissement. Les cicatrices d'usure des billes ont \u00e9t\u00e9 \u00e9valu\u00e9es par un Nanovea<\/strong> Profileur 3D sans contact pour garantir une mesure pr\u00e9cise du volume d'usure.
\nLa fonction de positionnement radial motoris\u00e9 automatis\u00e9e permet au tribom\u00e8tre de diminuer le rayon de la piste d'usure pendant la dur\u00e9e d'un test. Ce mode de test est appel\u00e9 test en spirale et garantit que le roulement \u00e0 billes glisse toujours sur une nouvelle surface du papier de verre (Figure 2). Il am\u00e9liore consid\u00e9rablement la r\u00e9p\u00e9tabilit\u00e9 du test de r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019usure du ballon. L'encodeur avanc\u00e9 20 bits pour le contr\u00f4le de vitesse interne et l'encodeur 16 bits pour le contr\u00f4le de position externe fournissent des informations pr\u00e9cises sur la vitesse et la position en temps r\u00e9el, permettant un ajustement continu de la vitesse de rotation pour obtenir une vitesse de glissement lin\u00e9aire constante au niveau du contact.
\nVeuillez noter que le papier de verre P100 Grit a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour simplifier le comportement \u00e0 l'usure entre les diff\u00e9rents mat\u00e9riaux de billes dans cette \u00e9tude et peut \u00eatre remplac\u00e9 par n'importe quelle autre surface de mat\u00e9riau. N'importe quel mat\u00e9riau solide peut \u00eatre remplac\u00e9 pour simuler les performances d'une large gamme de raccords de mat\u00e9riaux dans des conditions d'application r\u00e9elles, comme dans un liquide ou un lubrifiant.
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Figure 2 : Illustration des passes en spirale du roulement \u00e0 billes sur le papier de verre.<\/em><\/h6>\n
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Tableau 1 : Param\u00e8tres d'essai des mesures d'usure.<\/em><\/h6>\n

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R\u00c9SULTATS ET DISCUSSION<\/strong><\/em><\/h2>\n

Le taux d'usure est un facteur essentiel pour d\u00e9terminer la dur\u00e9e de vie du roulement \u00e0 billes, tandis qu'un faible COF est souhaitable pour am\u00e9liorer les performances et l'efficacit\u00e9 du roulement. La figure 3 compare l'\u00e9volution du COF pour diff\u00e9rents roulements \u00e0 billes par rapport au papier de verre lors des tests. La bille en acier Cr pr\u00e9sente un COF accru de ~0,4 lors du test d'usure, contre ~0,32 et ~0,28 pour les roulements \u00e0 billes SS440 et Al2O3. En revanche, la boule WC pr\u00e9sente un COF constant de ~0,2 tout au long du test d'usure. Une variation observable du COF peut \u00eatre observ\u00e9e tout au long de chaque test, attribu\u00e9e aux vibrations provoqu\u00e9es par le mouvement de glissement des roulements \u00e0 billes contre la surface rugueuse du papier de verre.<\/p>\n

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Figure 3 : Evolution du COF lors des tests d'usure.<\/em><\/h6>\n

Les figures 4 et 5 comparent les cicatrices d'usure des roulements \u00e0 billes apr\u00e8s qu'elles ont \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9es respectivement par un microscope optique et un profileur optique sans contact Nanovea, et le tableau 2 r\u00e9sume les r\u00e9sultats de l'analyse des traces d'usure. Le profileur Nanovea 3D d\u00e9termine avec pr\u00e9cision le volume d'usure des roulements \u00e0 billes, permettant de calculer et de comparer les taux d'usure de diff\u00e9rents roulements \u00e0 billes. On peut observer que les billes en acier Cr et SS440 pr\u00e9sentent des cicatrices d'usure aplaties beaucoup plus grandes que les billes en c\u00e9ramique, c'est-\u00e0-dire Al2O3 et WC apr\u00e8s les tests d'usure. Les billes en acier Cr et SS440 ont des taux d'usure comparables de 3,7 \u00d7 10-3 et 3,2 \u00d7 10-3 m3\/N m, respectivement. En comparaison, la bille Al2O3 pr\u00e9sente une r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019usure am\u00e9lior\u00e9e avec un taux d\u2019usure de 7,2\u00d710-4 m3\/N\u00b7m. La boule WC pr\u00e9sente \u00e0 peine des rayures mineures sur la zone de piste d'usure peu profonde, ce qui entra\u00eene un taux d'usure consid\u00e9rablement r\u00e9duit de 3,3 \u00d7 10-6 mm3\/N\u00b7m.
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Figure 4 : Cicatrices d'usure des roulements \u00e0 billes apr\u00e8s les tests.<\/i><\/h6>\n

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Figure 5 : Morphologie 3D des cicatrices d'usure sur les roulements \u00e0 billes.<\/em><\/h6>\n

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Tableau 2 : Analyse des cicatrices d'usure des roulements \u00e0 billes.<\/em><\/h6>\n

La figure 6 montre des images au microscope des traces d'usure produites sur le papier de verre par les quatre roulements \u00e0 billes. Il est \u00e9vident que la boule WC produit la trace d'usure la plus s\u00e9v\u00e8re (\u00e9liminant presque toutes les particules de sable sur son passage) et poss\u00e8de la meilleure r\u00e9sistance \u00e0 l'usure. En comparaison, les billes en acier Cr et SS440 ont laiss\u00e9 une grande quantit\u00e9 de d\u00e9bris m\u00e9talliques sur la trace d'usure du papier de verre.
\nCes observations d\u00e9montrent en outre l\u2019importance du b\u00e9n\u00e9fice d\u2019un test en spirale. Il garantit que le roulement \u00e0 billes glisse toujours sur une nouvelle surface du papier de verre, ce qui am\u00e9liore consid\u00e9rablement la r\u00e9p\u00e9tabilit\u00e9 d'un test de r\u00e9sistance \u00e0 l'usure.
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Figure 6 : Usure des traces sur le papier de verre contre diff\u00e9rents roulements \u00e0 billes.<\/em><\/h6>\n

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CONCLUSION<\/strong><\/em><\/h2>\n

La r\u00e9sistance \u00e0 l'usure des roulements \u00e0 billes sous haute pression joue un r\u00f4le essentiel dans leurs performances en service. Les roulements \u00e0 billes en c\u00e9ramique poss\u00e8dent une r\u00e9sistance \u00e0 l'usure consid\u00e9rablement am\u00e9lior\u00e9e dans des conditions de contraintes \u00e9lev\u00e9es et r\u00e9duisent le temps et les co\u00fbts li\u00e9s \u00e0 la r\u00e9paration ou au remplacement des roulements. Dans cette \u00e9tude, le roulement \u00e0 billes WC pr\u00e9sente une r\u00e9sistance \u00e0 l'usure nettement sup\u00e9rieure \u00e0 celle des roulements en acier, ce qui en fait un candidat id\u00e9al pour les applications de roulements soumises \u00e0 une usure importante.
\nUn tribom\u00e8tre Nanovea est con\u00e7u avec des capacit\u00e9s de couple \u00e9lev\u00e9es pour des charges allant jusqu'\u00e0 2 000 N et un moteur pr\u00e9cis et contr\u00f4l\u00e9 pour des vitesses de rotation de 0,01 \u00e0 15 000 tr\/min. Il propose des tests d'usure et de frottement reproductibles en utilisant les modes rotatifs et lin\u00e9aires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules d'usure et de lubrification \u00e0 haute temp\u00e9rature en option disponibles dans un syst\u00e8me pr\u00e9-int\u00e9gr\u00e9. Cette gamme in\u00e9gal\u00e9e permet aux utilisateurs de simuler diff\u00e9rents environnements de travail s\u00e9v\u00e8res des roulements \u00e0 billes, notamment des contraintes \u00e9lev\u00e9es, l'usure et des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es, etc. Elle constitue \u00e9galement un outil id\u00e9al pour \u00e9valuer quantitativement les comportements tribologiques de mat\u00e9riaux sup\u00e9rieurs r\u00e9sistants \u00e0 l'usure sous des charges \u00e9lev\u00e9es.
\nUn profileur 3D sans contact Nanovea fournit des mesures pr\u00e9cises du volume d'usure et agit comme un outil pour analyser la morphologie d\u00e9taill\u00e9e des traces d'usure, fournissant ainsi des informations suppl\u00e9mentaires sur la compr\u00e9hension fondamentale des m\u00e9canismes d'usure.<\/p>\n

Pr\u00e9par\u00e9 par
\nDuanjie Li, Ph.D., Jonathan Thomas et Pierre Leroux<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

INTRODUCTION A ball bearing uses balls to reduce rotational friction and support radial and axial loads. The rolling balls between the bearing races produce much lower coefficient of friction (COF) compared to two flat surfaces sliding against each other. Ball bearings are often exposed to high contact stress levels, wear and extreme environmental conditions such […]<\/p>","protected":false},"author":7,"featured_media":8608,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[7,349,372,373,336],"tags":[],"class_list":["post-8534","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-application-notes","category-laboratory-testing","category-linear-tribology","category-rotational-tribology","category-tribology-testing"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8534"}],"version-history":[{"count":53,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":23408,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534\/revisions\/23408"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8608"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8534"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8534"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8534"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}