1. Concepts de base des charges dynamiques et statiques

1.1 Charge dynamique

• Définition: La charge supportée par un roulement lorsqu'il est en rotation ou en mouvement, généralement associée à la vitesse de rotation, aux vibrations et aux chocs.
• Caractéristiques:
  • Change périodiquement (par exemple, forces d'engrènement des engrenages, forces centrifuges déséquilibrées).
  • Provoque une défaillance par fatigue (par exemple, piqûres, écaillage).
• Scénarios d'application typiques: Broches de moteur, moyeux de roue de voiture, boîtes de vitesses industrielles.

1.2 Charge statique

• Définition: La charge supportée par un roulement lorsqu'il est immobile ou fonctionne à une vitesse extrêmement faible (< 10 tr/min).
• Caractéristiques:
  • Constante ou changeant lentement (par exemple, poids propre de l'équipement, précharge).
  • Provoque une déformation permanente (par exemple, indentation, déformation plastique).
• Scénarios d'application typiques: Sièges de support de grue, grands composants structurels, systèmes de transmission à l'arrêt.

2. Calcul des charges dynamiques et statiques

2.1 Calcul de la charge dynamique

Charge dynamique de base (C)

• P : Charge dynamique équivalente (unité : N).
• p : Exposant de durée de vie (p = 3 pour les roulements à billes, p = 10/3 pour les roulements à rouleaux).

Charge dynamique équivalente (P)

• Pour les roulements radiaux (par exemple, roulements à billes à gorge profonde) :
  • Fᵣ : Force radiale.
  • Fₐ : Force axiale.
  • X, Y : Coefficients (à vérifier dans les manuels des roulements).

Calcul de la durée de vie corrigée

• a₁ : Coefficient de fiabilité (par exemple, a₁ = 0,21 pour une fiabilité de 99 %).
• aISO : Coefficient de correction des conditions de travail.

2.2 Calcul de la charge statique

Charge statique de base (C₀)

• Roulements à billes : 4 200 MPa (selon ISO 76).
• Roulements à rouleaux : 4 000 MPa.

Charge statique équivalente (P₀)

• X₀, Y₀ : Coefficients de charge statique (à vérifier dans les tableaux).

Facteur de sécurité statique (S₀)

3. Comparaison des facteurs d'influence

4. Applications d'ingénierie

4.1 Scénario dominé par la charge dynamique : Roulements de broche d'éolienne

• Problème: Dans des conditions de fonctionnement à vitesse variable, les charges alternées entraînent un écaillage par fatigue du chemin de roulement.
• Solutions:
  1. Sélectionner des roulements à rouleaux coniques (avec une valeur C élevée).
  2. Calculer la charge dynamique équivalente via KISSsoft et optimiser la précharge.

4.2 Scénario dominé par la charge statique : Roulements de support de pont

• Problème: Supporter le poids propre du pont pendant une longue période, nécessitant la prévention de la déformation plastique.
• Solutions:
  1. Sélectionner des roulements à rouleaux auto-aligneurs (avec une valeur C₀ élevée).
  2. Vérifier que S₀ ≥ 2,0 pour assurer une marge de sécurité.

4.3 Scénario de charge combinée : Broches de machine-outil

• Problème: Rotation à grande vitesse + force de coupe (charges dynamiques + statiques combinées).
• Solutions:
  1. Assembler des roulements à billes à contact oblique (installation dos à dos).
  2. Calculer P et P₀ respectivement pour assurer L₁₀ > 20 000 h et S₀ > 1,8.

5. Considérations de charge pour les roulements

• Priorité à la charge dynamique: Équipement à grande vitesse et à fonctionnement continu (par exemple, moteurs, pompes). Base de sélection : Charge dynamique de base (C) et durée de vie (L₁₀).
• Priorité à la charge statique: Conditions de fonctionnement à basse vitesse, à forte charge ou intermittentes (par exemple, grues, presses à poinçonner). Base de sélection : Charge statique de base (C₀) et facteur de sécurité (S₀).
• Charge combinée: Doit répondre aux exigences de L₁₀ et de S₀ (par exemple, roulements d'orientation pour les engins de chantier).

6. Idées fausses et corrections courantes

• Idée fausse 1: Ignorer l'impact de la charge axiale sur les roulements radiaux.Correction: Même si la force axiale est faible, la charge équivalente doit être calculée (par exemple, lorsque Fₐ/Fᵣ > e, le coefficient Y augmente considérablement).
• Idée fausse 2: Ne pas vérifier l'état de charge statique.Correction: Les charges d'impact peuvent faire en sorte que le P₀ instantané dépasse de loin la valeur de conception (par exemple, les roulements de moyeu de roue lorsqu'un véhicule heurte un obstacle).
• Idée fausse 3: Se concentrer uniquement sur la charge dynamique dans des conditions de vitesse élevée et de faible charge.Correction: La force centrifuge à grande vitesse peut augmenter la charge sur les billes, ce qui nécessite une correction dynamique (se référer aux formules SKF).

7. Résumé

• Charge dynamique détermine la durée de vie en fatigue du roulement, et il faut prêter attention à la vitesse de rotation, à la lubrification et au spectre de charge.
• Charge statique détermine la capacité de charge instantanée du roulement, et des précautions doivent être prises contre la déformation plastique et la défaillance.
• En ingénierie, les deux charges doivent être évaluées de manière globale, et une conception optimale doit être réalisée en combinaison avec les normes (par exemple, ISO, DIN) et les outils de simulation.