Les roulements à alésage conique

Précision et rigidité Accrue

Les roulements sont des éléments mécaniques essentiels dont la fonction première est de réduire les frottements et de garantir la fluidité des mouvements de rotation. Dans les applications industrielles exigeantes, l'utilisation d'un alésage conique (tapered bore) permet un niveau d'ajustement et de performance supérieur.

Le principe du jeu contrôlé (Ajustement)

Le montage sur alésage conique est une technique d'ingénierie conçue pour contrôler précisément le jeu radial interne du roulement. L'enfoncement de la bague intérieure sur une portée conique (arbre ou manchon) induit une réduction mesurée du jeu.

Cette réduction du jeu a plusieurs avantages fondamentaux :

• Elle renforce la résistance aux vibrations en éliminant les mouvements indésirables (jeu fonctionnel).
• Elle permet d'obtenir un ajustement serré (par interférence), essentiel pour les montages à charge lourde et pour le positionnement précis des composants, comme les engrenages dans un réducteur de vitesse.
• En cas de charges très importantes ou de rigidité axiale requise, le roulement peut même être monté avec une précharge (jeu négatif).

Typologie et désignation normalisée

L'alésage conique est une caractéristique technique que l'on retrouve sur les roulements conçus pour supporter des charges radiales (Fr​) et axiales (Fa​) importantes. Les principaux types de roulements à alésage conique sont :

• Les roulements à rouleaux coniques (souvent montés en opposition et préchargés pour une rigidité maximale).
• Les roulements à rotule sur rouleaux.
• Les roulements à rotule sur billes.

Dans la désignation normalisée des roulements (Norme ISO), la conicité est spécifiée par la lettre K :

K : Indique une conicité de 1:12 (standard).

K30 : Indique une conicité de 1:30 (cas particulier pour les arbres de grand diamètre).

Méthodes de montage : supports et techniques

Un roulement à alésage conique peut être monté directement sur une portée d'arbre conique ou, plus couramment sur un arbre cylindrique, au moyen d'un manchon de serrage ou d'un manchon de démontage.

Le serrage doit être réalisé avec soin, car une réduction excessive du jeu radial peut entraîner une surchauffe et une défaillance prématurée du roulement. Plusieurs techniques sont employées, souvent adaptées à la taille du roulement :

• Montage mécanique (à froid) : utilisé pour les petits roulements, il se fait à l'aide d'une clé à ergot ou d'une clé de frappe pour enfoncer le roulement sur sa portée.
• Montage hydraulique / Injection d'huile : préféré pour les roulements de grande taille. L'injection d'huile sous haute pression sépare temporairement les surfaces de contact, réduisant le frottement et facilitant l'enfoncement axial du roulement sur la portée conique. L'utilisation d'un écrou hydraulique permet ensuite un serrage et un contrôle précis.
• Montage thermique (à chaud) : utiliser un dispositif de chauffage par induction pour dilater la bague intérieure facilite le montage, en particulier pour les grands roulements. La température ne doit généralement pas dépasser 120 °C.
• Il y a aussi l’inverse du procédé thermique : la contraction de l’arbre refroidi à l’azote liquide.

Démontage (Extraction) : procédures sans dommage

Le démontage d'un roulement à alésage conique nécessite autant de soin que son montage, surtout si la pièce doit être analysée ou réutilisée. Pour ces roulements spécifiques, l'extraction est souvent facilitée par l'utilisation de dispositifs intégrés tels que les manchons de démontage (H)^* ou le recours à l'injection d'huile sous haute pression via des gorges prévues dans l'arbre. Ces méthodes permettent un retrait progressif et contrôlé, assurant l'intégrité de l'arbre et du carter.

* Les manchons de démontage (série AH ou AHX chez certains fabricants, souvent appelés "H" par extension de leur série) sont des accessoires mécaniques essentiels utilisés pour le montage et surtout le démontage aisé des roulements à alésage conique lorsque ceux-ci sont installés sur un arbre cylindrique épaulé (c'est-à-dire avec un épaulement ou une butée).

Techniques pour l'extraction sans abîmer le roulement

Pour extraire un roulement (roulement à billes, à rouleaux, etc.) sans risquer de l'endommager, la méthode privilégiée est l'utilisation d'un extracteur adapté à sa position et à sa taille. Si le roulement est monté sur un arbre, on utilisera un extracteur à griffes (mécanique ou hydraulique) en veillant à ce que les griffes prennent appui sur la bague intérieure uniquement. Cela évite de forcer sur la bague extérieure ou les éléments roulants, ce qui pourrait les déformer ou les marquer. Si le roulement est logé dans un alésage (un carter) et qu'il faut l'extraire par l'intérieur, un extracteur à inertie (ou un extracteur à cône de serrage) est idéal. Il est crucial d'appliquer la force de manière axiale et uniforme.

Pour les roulements de petite taille ou très serrés, on peut aussi utiliser le chauffage pour dilater légèrement l'alésage ou la bague extérieure, facilitant ainsi le glissement. Le plus classique et le moins coûteux est l'utilisation d'un bain d'huile chaude (température contrôlée). Attention au risque de brûlures et assurez-vous de porter les équipements de protection individuelle (EPI) appropriés. Une alternative plus moderne et sécuritaire est le chauffage par induction ou l'utilisation d'un pistolet thermique.

Il faut éviter absolument de frapper le roulement directement avec un marteau ou d'utiliser des outils non prévus à cet effet, car cela cause presque toujours des dommages irréversibles aux chemins de roulement.

Le contrôle de l'ajustement : outils de précision

L'étape cruciale est la mesure et le contrôle de l'ajustement pendant le serrage. Le degré de serrage est confirmé par l'une des méthodes suivantes :

• Mesure de la réduction du jeu radial : C'est la méthode la plus fiable. On mesure le jeu initial (jeu de fabrication) du roulement, puis on contrôle la réduction de ce jeu pendant l'enfoncement jusqu'à atteindre la valeur spécifiée (jeu résiduel). L'outil standard pour cette mesure est la jauge d'épaisseur (ou palpeur). Le jeu se mesure entre les éléments roulants et la bague extérieure.
• Mesure du déplacement axial : Utiliser un comparateur à cadran fixé sur l'arbre permet de mesurer la distance d'enfoncement du roulement, qui est directement liée à la réduction de son jeu radial.
• Mesure de l'angle de serrage de l'écrou.
• Mesure de la dilatation de la bague intérieure (méthodes très sophistiquées comme le SensorMount de SKF).

Conclusion

Le roulement à alésage conique est une solution technique supérieure pour les assemblages nécessitant une fiabilité maximale sous des conditions de charge et de vitesse élevées. Sa capacité à ajuster le jeu radial confère à la liaison pivot une rigidité et une durée de vie optimisées. Cependant, la performance de ces roulements dépend entièrement de la rigueur du processus de montage. L'utilisation d'outils de précision tels que les jauges d'épaisseur et les comparateurs est indispensable pour garantir que la réduction du jeu se situe précisément dans la plage de tolérance recommandée par le fabricant, assurant ainsi la stabilité et la performance durable de la machine.

Source : Groupe Professionnel MAINTENANCE ET EXPLOITATION - ALUMNI Arts et Métiers - Julien MÉGIE 

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