L’activité de maintenance des installations industrielles fait appel depuis une vingtaine d’années à des techniques de diagnostic de plus en plus sophistiquées. Plusieurs techniques de détection de défauts sont aujourd’hui à la disposition des ingénieurs de maintenance. Parmi celles-ci, on peut citer la thermographie infrarouge, pour la détection de défauts d’origine électrique ou mécanique, l’analyse des huiles pour le suivi de dégradation et la contamination des fluides hydrauliques ainsi que l’évaluation du stade d’usure des pièces mécanique, la détection ultrasonore et l’analyse des vibrations mécaniques.
Cette dernière technique est couramment utilisée pour le diagnostic des machines tournantes et fait appel à des outils de Traitement du Signal qui ont vu leur champ d’application s’élargir d’année en année. Il existe de nombreux éléments nécessaires pour mettre en œuvre les outils classiques de traitement du signal, tels que la Transformée de Fourier (pour le tracé et l’analyse du spectre), la transformation de Hilbert [5], (pour la recherche de modulations d’amplitude et/ou de fréquence utilisé souvent pour la détermination du BCU), ainsi que le calcul d’indicateurs scalaires tels que la valeur efficace, le facteur de crête et le Kurtosis.
L’un des problèmes les plus importants parmi ceux que pose la maintenance par analyse vibratoire est celui du diagnostic des roulements (les pièces les plus sensibles dans une machine tournante). On retrouve ces composants mécaniques dans de nombreuses machines tournantes compte tenu de leur simplicité et leur capacité à éviter les frottements mécaniques. La détection de pannes de ces roulements se fait en analysant les vibrations enregistrées avec des accéléromètres mis en place pour le diagnostic .
Etude sur la construction des roulements
Les roulements sont plus récents par rapport aux paliers lisses, l’apparition des roulements a été conditionnée par le remplacement du frottement de glissement par celui de roulement. Ils sont largement utilisés dans le domaine de la construction mécanique, en particulier dans le domaine des machines tournantes. L’utilisation aussi de ce produit dans le domaine de l’automobile a donnée l’occasion de perfectionnement de la méthode de fabrication, ainsi que l’amélioration de sa qualité. On appelle roulement, une pièce mécanique composé de plusieurs éléments entre deux organes, un mobile et l’autre immobile, le roulement est destiné à remplir un glissement par roulement à fin de réduire le frottement, il est définis deux critères qui sont : le type et les dimensions. Donc, le roulement est un organe mécanique, sa fonction est de permettre la transmission des charges (efforts) entre deux pièces en rotation relative l’une par rapport à l’autre avec un frottement très réduit. Il supporte et assure le guidage d’une charge tournante.
Classement (type) de roulements
Quelque soit la taille, la qualité et la matière utilisée pour la fabrication du roulement, les roulements sont classés de plusieurs manières. En premier lieu, ils sont classés d’après la forme des éléments roulant utilisés (roulements à billes ou à rouleaux), et ce d’après l’importance de la charge appliquée au roulement (si la charge est importante, il faut choisir le roulement à rouleaux, ce type de roulement est très proche de celui à billes, la cage contenant des rouleaux au lieu de billes. Selon la forme des rouleaux il peut être possible de séparer les bagues. Le problème d’assemblage du roulement n’est alors plus le même. Le roulement à rouleaux supporte un effort radial supérieur par rapport au roulement à billes, car le contact des éléments roulants avec les bagues est linéaire. On utilise le roulement à rouleaux pour augmenter la surface de contact afin de minimiser les contraintes ou les pressions sur les pistes. En deuxième lieu, ils sont classés d’après la direction d’application de ces charges, à cet effet, il existe les roulements radiaux s’il s’agit d’une charge radiale et des roulements axiaux (butées) dans le cas d’une charge axiale importante.
Le choix du type et de la taille d’un roulement est basé sur les conditions de fonctionnement et les caractéristiques de construction à fin d’assurer un bon fonctionnement à des coûts réduits. Les facteurs qu’il faut tenir en considération pour réaliser un choix optimal de roulement sont les suivants :
• Savoir la nature, la direction ainsi que l’intensité de la charge que doit supporter le roulement.
• La vitesse de rotation du roulement.
• La durée de vie souhaitée (demandée).
• La température à laquelle le roulement va travailler.
• La précision de fonctionnement à fin de permettre fixé le jeu interne de chaque roulement.
• Il faut tenir en compte le mode de la lubrification, ainsi que le type du lubrifiant.
• La nature de la machine pour faire le choix du type de montage du roulement.
• La matière de l’arbre et du logement qui permettre de calculer le jeu résiduel (fonctionnel) du roulement.
• L’encombrement (l’espace) réservé au roulement.
Roulement rigide à une seule rangée de billes (contact radial)
C’est un roulement symétrique, il est souvent utilisé avec gorge profonde, ce qui lui permettre de supporter des charges purement radiales importantes, ou celles combinées dans les deux sens. Comme, il est adapté pour des vitesses de rotation très élevée. Ce type de roulement se fabrique en plusieurs versions, on trouve le roulement sans protection, protégé d’un seul coté ou des deux cotés par un flasque de protection fixé sur la bague extérieure [3]et présente un jeu très réduit avec la bague intérieure Fig-(I-8) , il permet de conserver la quantité du lubrifiant et empêche la pénétration des corps étrangers à l’intérieur du roulement.
Roulement à contact oblique à une seule rangée de billes
Dans ce type de roulement, les pistes (chemins) sont usinées avec un épaulement haut sur la bague intérieure, et un autre bas sur la bague extérieure. Les deux épaulements sont disposés l’un en face de l’autre, à cet effet, ce type de roulement est adapté pour des charges axiales .
La zone de charge (pré charge) de ce type de roulement est variable, elle est réglée en fonction du jeu axial. Le jeu de fabrication est considérable de sorte que, sous charge axiale il se produit un certain angle de contact qui peut atteint 40°. Si la charge axiale appliquée est importante, il est préférable de prendre un angle de contact important, et au contraire si la vitesse de rotation est très élevée.
Roulements à une seule rangée de rouleaux cylindriques
Pour réduire les contraintes (forces de contact) dans le cas d’une charge radiale importante, il faut que la surface de contact soit importante Fig- (I-12), dans ce cas, il est nécessaire de passer d’un contact ponctuel à un autre linéaire, c’est-à-dire il faut installer des roulements à rouleaux cylindriques au lieu des roulements à billes. Le guidage des rouleaux dans ce type de roulements est assuré par des épaulements usinés et rectifiés sur les bagues intérieures, extérieures ou les deux bagues de roulements à la fois (selon le type de montage). Selon la forme des bagues, le roulement à rouleaux cylindrique est classé en ce qui suit :
• Roulement avec bague extérieure démontable dans les deux sens.
• Roulement avec bague intérieure démontable dans les deux sens.
• Roulement avec bague intérieure démontable dans un seul sens.
• Roulement avec bague extérieure démontable dans un seul sens.
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Table des matières
Introduction Générale
Chapitre I/ Construction des roulements
I-1- Introduction
I-2- Historique des roulements
I-3- Conception d’un roulement
I-4- Acier aux roulements
I-5- Principe de fabrication d’un roulement à billes
I-6- Types et classement des roulements
I-6-1. Roulement à une rangée de bille à contact radial
I-6-2. Roulement à contact oblique à une seule rangée de bille
I-6-3. Roulement à contact oblique sur deux rangées de billes
I-6-4. Roulement à rotule sur deux rangées de billes
I-6-5. Roulement montés par paire
I-6-6. Roulement à une seule rangée de rouleaux cylindrique
I-6-7. Roulement à rotule sur deux rangées de rouleaux
I-6-8. Les butées
I-6-8-1. Les butées à billes
I-6-8-2. Les butées à rouleaux cylindrique
I-6-9- Roulement à rouleaux conique
I-6-9-1. Montage direct des roulements (en X)
I-6-9-2. Montage indirect des roulements (en O)
1-7. Conclusion
Chapitre II/ Etude théorique des paramètres des roulements
II-1- Introduction
II-2- La charge de base statique (C0)
II-3- La charge de base dynamique (C )
II-4- Relation entre la charge de base statique C0 et la charge de base dynamique C d’un roulement
II-4-1. C0 et C pour les roulements à billes à contact radial
II-4-2. C0 et C pour les roulements à billes à contact oblique
II-4-3. C0 et C pour les roulements à rouleaux cylindrique (type NU)
II-4-4. C0 et C pour les roulements à double rangées de rouleaux cylindrique
II-5- La charge dynamique équivalente des roulements
II-6- Etude analytique de la durée de vie des roulement
II-6-1. Modélisation de la durée de vie des roulements
II-6-1-a. Modèle de Lundberg – Palmgren (LP)
II-6-1-b. Modèle de Ioannides – Harris (IH)
II-6-2. Correction de la durée de vie d’un roulement
II-6-3. Vitesse de rotation d’un roulement
II-6-3-1. Vitesse de base pour le calcul d’un roulement
II-6-3-2. Vitesse limite ou admissible d’un roulement
II-7- La lubrification des roulements
II-7-1. Types des lubrifiants
II-7-1-a. La lubrification à la graisse
II-7-1-b. La lubrification à l’huile
II-7-1-c. La lubrification par un mélange (huile / graisse)
II-7-2. Modes de la lubrification
II-7-2-a. La lubrification à bain d’huile
II-7-2-b. La lubrification par bague de remontée d’huile
II-7-2-c. Lubrification par circulation d’huile
II-7-2-d. Lubrification à jet d’huile
II-7-2-e. Lubrification par un mélange (air / huile)
II-7-2-f. Lubrification par brouillard d’huile
II-7-3. Choix du lubrifiant
II-7-4. calcul de la lubrification
II-7-4-1. Paramètres de calcul de la lubrification
II-7-4-2. Périodicité de la lubrification
II-7-4-3. Influence des conditions d’exploitation sur la périodicité de la lubrification
II-8. Conclusion
Chapitre III/ Etude de la détérioration des roulements
III-1. Introduction
III-2. Répartition de la charge supportée par un roulement
III-3. Le phénomène de fatigue d’après Wohler
III-3-1. Relation entre la charge et la durée de vie d’une pièce
III-3-2. Lois de distribution de la longévité (durée de vie)
III-4. Différents types d’usure
III-4-1. Phases d’usure d’une pièce mécanique
III-4-2. Phases d’usure d’après KRAGELSKY
III-5. Nature ou types des détériorations des roulements
III-5-1. Ecaillage
III-5-2. Grippage
III-5-3. Usure par déformation
III-5-4. Corrosion
III-5-5. Fissuration des bagues
III-5-6. Usure par abrasion
III-5-7. Détérioration des cages
III-5-8. La coloration
III-6. Conclusion
Conclusion Générale
