Quels facteurs limitent généralement la vitesse maximale des roulements à billes à gorge profonde en PU

Facteurs limitants professionnels de la vitesse limite de Roulements à billes à gorge profonde en PU

Les roulements rigides à billes en PU (polyuréthane) sont largement utilisés dans des applications spécifiques en raison de leurs excellentes propriétés de réduction des vibrations et du bruit et de leur résistance à l'usure. Cependant, par rapport aux roulements traditionnels tout en acier, leur vitesse limite est généralement soumise à des restrictions plus strictes en raison des propriétés de la couche externe en PU. Une analyse professionnelle montre que la vitesse limite des roulements rigides à billes en PU est principalement régie par les quatre facteurs suivants.

Limites thermodynamiques des matériaux PU

Le principal facteur limitant des roulements rigides à billes en PU réside dans la sensibilité du matériau polyuréthane à la chaleur et à la température.

1. Génération de chaleur par friction et accumulation de température

Lorsqu'un roulement fonctionne à grande vitesse, de la chaleur est générée par la friction entre les éléments roulants et les chemins de roulement, ainsi que par la déformation élastique et la récupération de la couche externe en PU. Dans les roulements à billes à gorge profonde en PU, la couche externe en PU est un mauvais conducteur de chaleur et son efficacité de dissipation thermique est bien inférieure à celle d'une bague extérieure en métal.

Effet d'accumulation de chaleur : la chaleur générée est difficile à dissiper rapidement, ce qui entraîne une forte augmentation de la température de fonctionnement globale du roulement.

Ramollissement thermique : Les propriétés mécaniques des matériaux PU (en particulier le polyuréthane thermoplastique (TPU)) sont très sensibles à la température. Une fois que la température de transition vitreuse ou la température de déflexion thermique spécifique (généralement bien inférieure à celle de l'acier) est dépassée, la dureté, le module élastique et la capacité portante de la couche externe en PU diminueront rapidement.

Déformation permanente : les températures élevées accélèrent également le vieillissement thermique et la déformation permanente du matériau PU, entraînant une réduction de la précision du profil de la bague extérieure, exacerbant encore les vibrations et la friction, créant un cercle vicieux qui conduit finalement à une défaillance des roulements et limite le fonctionnement à grande vitesse.

2. Résistance thermique de l'adhésif

La force de liaison entre la couche extérieure en PU et la bague intérieure du roulement en acier est également sensible à la température. Des températures élevées peuvent provoquer une défaillance de l'adhésif, un décollement ou un pelage du PU. Une fois que la couche externe en PU se sépare de la bague en acier, le roulement perdra complètement sa capacité de fonctionnement. Par conséquent, la température maximale de fonctionnement de l’adhésif devient l’un des goulots d’étranglement limitant la vitesse maximale du roulement.

Contrainte dynamique et propriétés élastiques

Bien que les propriétés élastiques des matériaux PU offrent des avantages en matière d'amortissement des vibrations, elles deviennent un limiteur de vitesse clé sous des contraintes dynamiques élevées.

1. Hystérésis élastique et perte d’énergie

La couche extérieure en PU subit une déformation élastique sous charge. Lors d'un roulement continu à grande vitesse, cette déformation et cette récupération élastiques se produisent à des fréquences élevées. Le polyuréthane présente un effet d'hystérésis important, ce qui signifie que de l'énergie est perdue pendant le processus de déformation et de récupération, qui est entièrement convertie en chaleur.

Multiplication de la chaleur : à mesure que la vitesse augmente, la fréquence de déformation augmente, entraînant une augmentation non linéaire de la perte d'énergie et de la génération de chaleur. Il s’agit d’une autre source majeure d’accumulation de chaleur interne, limitant directement la limite supérieure de vitesse.

2. Force centrifuge et déformation

Pour les roulements rigides à billes en PU de taille moyenne et grande, la force centrifuge sur la couche extérieure en PU augmente considérablement à des vitesses extrêmement élevées. Bien que la densité du matériau PU soit inférieure à celle de l'acier, des forces centrifuges élevées peuvent provoquer une expansion radiale ou un fluage dans la bague extérieure.

Problèmes de stabilité dimensionnelle : Cette déformation peut perturber l'ajustement précis entre le roulement et le trou de montage, entraînant un fonctionnement instable du roulement, une augmentation des vibrations et même un éventuel désengagement du roulement du siège de montage, limitant la vitesse de sécurité du point de vue de la conception mécanique.

Conception et lubrification des roulements internes en acier

La vitesse maximale d'un roulement rigide à billes en PU est également limitée par la conception et l'entretien de son roulement interne en acier.

1. Jeu interne et cage

Les roulements à billes à gorge profonde en PU sont généralement basés sur des conceptions standard de roulements à billes à gorge profonde. Le jeu radial interne et le type de cage affectent directement la vitesse maximale.

Sélection du jeu : lors d'un fonctionnement à grande vitesse, la température des roulements augmente, provoquant l'expansion de la bague intérieure en acier et des éléments roulants, ce qui entraîne une réduction du jeu. Un jeu inapproprié (par exemple un jeu C2 trop petit) peut provoquer un grippage à des températures élevées. Par conséquent, un niveau de dégagement adapté aux vitesses élevées doit être sélectionné.

Matériau de la cage : Les vitesses maximales des cages en acier et en plastique (comme le nylon) diffèrent. Les cages en nylon ont tendance à se ramollir et à se déformer à haute température, limitant encore davantage la vitesse maximale du roulement.

2. Lubrifiant et méthode de lubrification

La vitesse maximale d'un roulement rigide à billes en PU est également limitée par ses conditions de lubrification.

Durée de vie de la graisse : la graisse contenue dans les roulements prélubrifiés s'oxyde et se décompose rapidement à des températures élevées, ce qui raccourcit la durée de vie de la graisse, entraînant une défaillance de la lubrification et une forte augmentation du frottement. Par conséquent, la vitesse doit être strictement contrôlée dans la plage de température de fonctionnement maximale de la graisse.

Charges externes et conditions de fonctionnement

Les conditions extérieures ont un impact global sur la vitesse maximale des roulements en PU.

1. Charges radiales et axiales

La charge dynamique équivalente supportée par le roulement est un facteur clé pour déterminer la vitesse admissible.

Limite de charge élevée : des charges plus élevées augmentent la contrainte de contact entre les éléments roulants et les chemins de roulement, augmentant ainsi la déformation élastique de la couche externe en PU et générant plus de chaleur. Pour éviter une fatigue rapide ou des dommages à la couche extérieure en PU dus à une contrainte excessive, la vitesse maximale doit être réduite en conséquence.

2. Environnement de dissipation thermique

La température ambiante et les conditions de dissipation thermique d'un roulement affectent directement sa plage de fonctionnement stable. Dans des conditions de température ambiante élevée, la marge d'échauffement du roulement diminue et la vitesse doit être réduite pour éviter la surchauffe et la défaillance. Une bonne conception de dissipation thermique (comme les structures métalliques environnantes ou le refroidissement par air forcé) peut augmenter la vitesse autorisée dans une certaine mesure.