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IR00 - Dossier, Roulent les mécaniques

1. 76 Coussinet billes Wilhelm H pflinger 1904 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 107 p 108 Dep ts de brevets d innovation relatifs au montage du roulement Avant que l on ne puisse chauffer les bagues pour monter les roulements Conrad en 1903 il faut trouver des palliatifs Emboiter les differents organes est alors la solution la plus vidente comme le suggere les brevets fig 78 fig 79 fig 80 fig 81 la touche finale consiste serrer tous les l ments Ce serrage est r alis gr ce a des bouchons filet s 78 Palier billes Heinrich Brinkmann 1902 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 109 Ce proc d a ses limites car le maintenance de tels syst mes s av re p nible on voit bien que le moindre changement de bague conduit un d montage total les billes partant dans tous les sens 79 Coussinet billes Milo Harris 1903 p 110 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 j A noter que le syst me du tact oblique a des 80 Coussinet d appui pour axe de centrifuges Olof Ohlsson 1902 ISBN 2 914279 01 9 p 111 DE CLEO QC N N WE 81 Dispositif de roulement pour rotations rapides Olof Ohlsson 1902 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Weg p
2. 18 Roulement une rang e de rouleaux cylindrique type NU 19 Sch matisation Type de contact El ment roulant Chemin de roulement Utilisations principales contact lin aire rouleaux cylindriques 1 rang e les bagues poss dent des chemins cylindrique L une des deux bagues peut avoir des paulement lat raux qui bloquent le rouleau suivant le type N NU NJ NUP moteurs lectriques turbo compresseurs ventilateurs bo tes de vitesses galet de pression cylindre de laminoir roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 37 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires 2 12 KKRK KKK K K 10 12 kk ko kk kk amp amp 9 12 2 12 dans les ex cutions les plus courantes il permet le d placement axial d une bague par rapport l autre Ceci est int ressant dans le cas o l arbre se dilate sous l effet de variations de temp rature et galement pour le montage et le d montage en particulier si les conditions de fonctionnement n cessitent un ajustement serr sur l arbre et dans le logement il existe aussi les types N NU NJ NUP dont la conception des bagues diff rent ces diverses ex cutions diff rent par le nombre et la position des paulements lat raux des bagues ll existe aussi les roulements d
3. But e billes But e billes Montage par encoches FICHTEL amp SACHS Nouveaux aciers S N R F A G 1990 Systeme de vis billes LIMON 1930 Rouleau billes st DEUTSCHE STAR K 1930 Roulement a billes spheriques WINGQUIST 1907 rouleaux sph res de bois SPROWSTON applicable aux roues sph riques CELLINI 1780 HAUTIER 12 1534 1904 Butee a rouleaux coniques CARDINET dav 20010 1802 butees roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 De l importance de la roue La roue dont aucun exemple ne se rencontre dans la nature reste une des plus grandes inventions de tous les temps Utilis e pour la premiere fois il y a 5 000 ans en M sopotamie elle r duit le frottement entre une charge mobile et le sol Une surface au lieu de glisser roule sur l autre dictionnaire de vulgarisation des techniques 28 Peinture murale d une tombe gyptienne d crivant la confection d un chariot quatre roues 1500 av J C Les chars pr historiques dont nous poss dons des reproductions taient munis de roues pleines mont es sur un axe ce dernier tournant lui m me sous le plancher du char Puis progr s sensible l axe est maintenu fixe et ce sont les roues ind pendantes qui tournent autour de lui La roue l origine disque de bois plein se perfectionna rapidement Aux environs de l an 2 000 avant J C des roues la fois plu
4. Ce n est pas qu il n existait aux Etats Unis des roulements billes semblables ceux qui se fabriquent en France Mais aux environs de 1900 la crainte de rester tributaire de l tranger hante l ing nieur am ricain et l incite a chercher des moyens et proc d s originaux lui permettant avant tout de cr er une industrie nationale Durbourg J ean La m canique am ricaine imposera t elle les roulements rouleaux 1920 C est ainsi que pour l allumage des moteurs explosion on le voit s efforcer de remplacer la magn to d origine allemande par une dynamo que le moteur actionne et qui recharge constamment des accumulateurs Pour la m me raison l ing nieur am ricain cherche remplacer la bille adopt e par l Europe par le rouleau cylindrique ou tronconique roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 71 Le roulement su dois Timken fig 45 se compose d un c ne ou bague int rieure sur lequel viennent se loger les rouleaux de forme tronconique dans un chemin de roulement dont le profil a t trac pour les recevoir Ces rouleaux sont contenus dans une cage d acier embouti d une seule pi ce Une bague ext rieure ou cuvette de forme conique galement l int rieur enveloppe et maintient le tout Les formes de ces parties en contact sont telles que les g n ratrices des surfaces de roulement de la cuvette des rouleaux et du c nes se coupent en un m me point de l axe central A chaque extr mit
5. Partant des r sultats exp rimentaux de Tower Osborne Reynolds d couvrit les lois qui r gissent le ph nom ne et en 1886 il publiait sa c lebre th orie sur la lubrification par film fluide On the Theory of Lubrication and its Application to Mr Beauchamp Tower s Experiments dont l importance ne fut toutefois pas imm diatement comprise La th orie hydrodynamique de la lubrification tait n e Cependant Reynolds parce qu il analysait le cas experimental de Tower n avait tabli que la th orie du demi coussinet et pour r soudre les quations diff rentielles qu il avait obtenues avait fait des d veloppements en s rie peu rapidement convergents qui conduisaient des r sultats d expression complexe et assez obscurs La th orie math matique fut d velopp e plus fond par Sommerfeld en 1904 et par l ing nieur australien Michell en 1905 Les travaux de ce dernier portant principalement sur les surfaces planes telles qu elles se pr sentent dans les paliers de but e C est a Sommerfeld qu il revient d avoir r ussi tudier analytiquement l aide d une int grale d finie le cas du coussinet complet et du demi coussinet et d tre parvenu formuler les r sultats du calcul d une mani re suffisamment simple et claire Toutefois dans la plupart des cas la th orie de Sommerfeld p chait par les conditions limites qu il avait adopt es et il fallut attendre les recherches th oriques de G mbel de 1914 1922 pour dis
6. billes Roulements billes applicables aux roues Roulements billes Coussinet billes excentr Dispositif de roulement billes Roulement rouleaux Roulement billes globique Roulement billes Roulement billes universel Roulement rouleaux Palier rouleaux St Erste Automatische G St Malicet et Blin M Ernest Gustav Hoffmann M Georges Gabriel Fichet M Edmond Alfred Burnouf M Auguste Georges Latil M Wilhelm H pflinger St J Sap ne M Auguste Marie Michel M Frantz Paquin St Fran aise de Roulements St Deutsche Waffen und M M Camille Hautier M Auguste Cambon fils Cie Fran aise D W F M Laussedat St les fils de A Derome M Rosengart M Beduneau M Limon St Aciers de Haine Ste Reine St Killian Bearing Company roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 169 1940 1940 858 186 1940 862 103 1940 862 154 1950 1950 964 255 1950 968 267 1950 971 246 1960 1960 1220 891 1960 1233571 1960 1 235 238 1970 1970 1 589 491 Roulement pour vitesses de rotation lev es Roulement rouleaux Roulement rotule 2 rangs de billes sans cage Perfectionnement relatif des roulements doubles Roulement billes nouveau et protection Roulement l ments cylindriques de roulements Roulement sans friction Roulement billes et galets Rouleau billes Nouveau roulement double cuvettes emb
7. Endurance Limit of Actual Bearings Depending on Op rations conditions Materials and Manufactuhng qui a mobilis I N S A de Lyon l Universit de Porto B M W R R Renault les grands des turbines ainsi que F A G et S N R pendant cinq ans pour r aliser des mod les pr dictifs et des codes de calcul l objectif tant la dur e de vie infinie des roulements p 144 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 146 Roulent les m caniques Et pourtant elle tourne Galileo GALILEI 1564 1542 On aurait bien tort de penser en conclusion de ce dossier que tout ce qui tait humainement possible de faire concernant les roulements a d ja t fait on n aurait en r alit rien compris aux innovations du siecle pr c dent qui en r alit n on fait que d fricher un domaine encore vaste Les innovations que l on est en mesure d attendre pour le si cle prochain concernent essentiellement les tats de surface et les int grations d autres technologies microprocesseurs peut tre Cependant le roulement qu il soit billes rouleaux ou aiguilles se caract rise par un contact m canique au niveau des l ment roulants ce qui engendre forc ment du frottement l int rieur du roulement D s lors le grand avenir du roulement r side dans la suppression de tout contact de quelque nature qu il soit Un telle innovation existe d j l tat embryonnaire les paliers hydrodyna
8. G presentation david PET poulent technique les mecaniques Les roulementssseront ternels 4 IL E X 1 amp T 08 1999 n 808 p 82 86 GQ M moire O brevetstinventeurs G annexes Gy diaporama Note au lecteur Ce document est a consid rer comme la version papier d une publication mise en ligne et ne peut en aucun cas la remplacer Cette retranscription tente d tre aussi fidele que la version informatique c est en sens que le format de ce document a t pens comme un cran d ordinateur Le fond de ce travail a t achev en d cembre 2000 compl t puis port sur Internet en mai 2001 Novembre 2001 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 3 Remerciements Je tiens a remercier particuli rement R gis Vasselet enseignant l UTBM pour sa disponibilit ainsi que pour la richesse des ouvrages du d but du XXe si cle qu il a mis ma disposition bibliographie Damien Vaisse directeur des archives d partementales de Belfort et l ensemble du personnel des archives d partementales pour leur disponibilit ainsi que pour leur efficacit Je remercie aussi Michel Cotte directeur des Humanit s de l UTBM et responsable de l unit de valeur HT07 pour m avoir permis d exploiter ce sujet et m avoir offert la possibilit de cette publication mise en ligne Mon travail doit de nombreux auteurs bibliographie mais pl
9. Le rem de ceci est d augmenter le nombre de billes et diviser ainsi les charges sp cifiques et de rouler une vitesse moindre Les roulements billes ont donn plus de satisfaction des vitesses relativement mod r es Un roulement d une pr cision sp ciale a t mis en oeuvre 50 000 tours minute sans vibrations excessives mais la pression tait dans ce cas presque nulle En g n ral pour un diam tre ext rieur donn du roulement une augmentation des diam tres des billes avec une diminution corr lative de leur nombre donnera un roulement plus solide et plus durable Sans doute il y a pratiquement une limite ceci mais il est difficile de dire o peut tre cette limite La r sistance la rupture est approximativement proportionnelle la projection de la surface des billes et probablement il en est de m me de la dur e Pour assurer un parfait contact de roulement les l ments de roulement doivent tre con us de mani re qu il n y ait glissement en aucun point et les billes doivent tre exactement de m me diam tre Les aciers utilis s pour les chemins de roulements et pour les billes doivent tre durcis par traitement de pr f rence rectifi s apr s traitement pour obtenir une exactitude parfaite L utilisation de cages pour maintenir en place les billes n est pas en g n ral n cessaire et introduit un l ment suppl mentaire de frottement Dans le cas n anmoins o il est
10. caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 25 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires 4 12 kk kk xx 6 12 RAXXRXXXXX RXA 11 12 k 5 12 ces roulements n ont pas la possibilit de s aligner automatiquement ils exigent un parall lisme rigoureux de l arbre et du logement Les roulements de ce type sont presque uniquement ex cut s avec un al sage cylindrique Ils peuvent tre munis d une rainure sur la bague ext rieure avec segment d arr t pour la fixation axiale ces roulements sont actuellement les plus employ s p 26 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements deux rang es de billes a contact radial 8 Roulement deux rang es de billes contact radial 9 Sch matisation Type de contact El ment roulant Chemin de roulement Utilisations principales contact ponctuel billes 2 rang es les chemins de roulement sont relativement profonds et les courbures conj ugu es des billes et de ces chemins donnent un contact tr s favorable application de petits roulements tr s grande vitesse arbres courts tr s rigides bo tes de vitesses moteurs lectriques vilebrequin de v lomoteurs dynamos pompes machines textiles roue de remorque lectrom nager broche de machi
11. du chemin de roulement du c ne int rieur est m nag un paulement ou bourrelet qui ont pour but de maintenir les rouleaux en place Ces roulements donnent surtout de bons r sultats dans les moyeux des roues avant des automobiles et dans l appareil de direction Sur le continent am ricain il est un autre roulement le Bock fig 46 con u a peu pr s sur les m mes donn es mais ici une des extr mit s des rouleaux est taill e en forme de sph re de fa on que s appuyant sur le bourrelet du c ne int rieur elle y roule et sy appuie absolument comme le ferait une bille sur une but e ordinaire 45 Roulement rouleaux coniques Timken 1907 46 Roulement rouleaux syst me am ricain Bock 1905 p 72 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Citons galement le roulement am ricain Hyatt fig 47 tr s employ dans les voitures am ricaines surtout dans les mod les bon march Celui ci au contraire de ses concurrents ne se r clame nullement de haute pr cision Les rouleaux en ruban d acier ressemblent un ressort boudin plat Ils poss dent donc une bonne lasticit ou souplesse sous les pouss es radiales ou axiales et ce dans les deux sens Ils sont riv s deux deux parall lement sur deux colliers lat raux et maintenus en place par des axes int rieurs Une bague ext rieure fendue en V suivant son axe de fa on pouvoir tre introduite et maintenue par pression dans l
12. r ducteur roues avant d automobiles r ducteur mat riel agricole roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 31 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires kk kk xk kK eK 9 12 k kx kx x 6 12 XX XX 6 12 1 12 en g n ral l angle de contact est de 32 maisil existe galement des roulements obliques 15 25 voire 40 De plus la construction est telle qu ils ne permettent que de tr s faibles d fauts d alignement de l ordre de 1 1000 rad l origine les roulements deux rang es de billes contact oblique ont trouv leur principale utilisation dans des montages o les d formations lastiques devaient tre aussi faibles que possible sous des charges importantes et variables Ce qui justifiait le jeu voisin de z ro Actuellement d autres types de roulement peuvent les remplacer dans ce genre d application Ils ont pris davantage d importance dans les montages de m canique g n rale p 32 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements rotule sur deux rang es de billes e SSS 14 Roulement rotule sur deux rang es de billes 15 Sch matisation Type de contact contact ponctuel El ment roulant billes 2 rang es Chemin de roulement les billes roulent sur deux pistes
13. 112 Toujours dans le but de r pondre au montage des roulements des syst mes bas s sur des d montages partiels apparaissent Le principe consiste diviser la bague int rieure ou ext rieure comme le montrent les bagues du brevet fig 82 a introduire les l ments tournants puis remonter la bague pour cela on filete une bague du roulement LEA LEG 2 82 Dispositif de roulements billes St Erste Automatische G 1904 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 113 Ce principe peut quand m me s av rer complexe r aliser du fait du jeu que laisse les pas de vis c est le cas du brevet fig 83 qui essaie de supprimer ce jeu par l emploi de dispositif contre crous 83 Coussinet billes Marcellus Reid 1903 p 114 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le roulement du brevet fig 84 est bas sur le 84 Roulements billes Auguste Cambon fils 1904 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 115 Des encoches de remplissage permettent de sabstenir du montage par chauffe de Conrad En percant une petite encoche de la bague ext rieure du brevet fig 85 on peut placer les billes unes unes puis refermer la bouchon par force maillet 4 p 116 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9
14. 2 914279 01 9 En 1899 le constructeur Peugeot d pose un systeme brevet de bicyclettes sans chaine Cette construction originale fig 53 lui conf re un poids plus l ger qu avec la classique cha ne Ensemble astucieux de roulements et de pignons d angles log s dans le cadre du v lo L ensemble mont et ind formable et les pignons d angles tant mont s sur une base solide les efforts produits sur les manivelles sont int gralement transmis la roue motrice d o un excellent rendement Toutefois on peut voir que ce syst me ne poss de pas de dispositif permettant de rendre ind pendant le p dalier de la roue motrice En fonctionnement le p dalier tourne proportionnellement la roue on peut supposer que la solution ce l ger d sagr ment aurait engendr une solution trop volumineuse De plus on peut supposer que la fabrication d un tel syst me tait on reuse sans compter le r glage de la co ncidence des sommets des c nes des engrenages qui n cessite un r glage pr cis et qui pu conduire la disparition partielle de ce syst me car aujourd hui seules 20 30 unit s sont produites par an 53 Syst me brevet de bicyclette sans cha ne Peugeot 1899 La conjonction de l invention du roulement billes et de celles de la roue rayons et du pneu ont pour l histoire du transport une importance essentielle 54 Sigle des tablissements Peugeot Valentigney 1899 roulent les m caniques 2
15. Dog Le roulement du brevet fig 86 est ingenieux pour repondre aux probl mes de montage et de maintien des billes dans le roulement Pour cela la cage est usin e de telle facon a recevoir trois billes on place deux billes aux extr mit s de ces lumi res la derni re joue le r le de cl de vo te et permet l ensemble de se maintenir Toutefois m me si il est r duit le probl me du contact des billes est toujours pr sent La cage coulisse dans les deux bagues pour monter le roulement final donc l ensemble ainsi r alis n est pas ind pendant 86 Roulements billes St J Sap ne 1904 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 117 Le roulement du brevet fig 87 se monte par A A embo tage i successif des l ments Seule la bague ext rieure est A PA YA mobile ZZ N AR Y E gt FL 87 Perfectionnement aux roulements billes Ernest Gustav Hoffmann 1904 p 118 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Les brevets fig 88 fig 89 sont de 88 Perfectionnement aux roulements a billes St Francaise de Roulements 1904 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 119 Quant lui le roulement du brevet fig 89 est monte par leger chauffage de la bague ext rieure et par refroidissement de la bague int rieure Les dimensions sont choisis de facon a
16. au probl me du contact entre l ments tournants c est dire les billes Us pail 59 Palier anti friction a rouleaux St Moffett Bearing Company 1902 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 89 Le brevet fig 60 pr sente un systeme comme on ne rencontre peu les l ments tournants sont filet s dans le but d obtenir comme pour les billes des surfaces de contact moins importantes De m me l arbre et l al sage poss dent le m me tat de surface Evidemment les l ments tournants non prot g s les uns des autres s auto usinent MATAN ALETA DIOS ZAR YD TZ N AD DY X SZ 4 N SS AR N ZAS SN amp NO ant 60 Coussinet anti friction Chester A Latham 1902 p 90 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le roulement du brevet fig 61 est un roulement dont les l ments tournants sont dent s On devine ais ment le bruit engendr par un tel systeme Cependant la s paration des l ments tournants est r alis e directement par les dents ce systeme est en fait un pr curseur des trains picycloidaux 61 Coussinet rouleaux Amos Clinton Stilson 1902 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 91 Les roulements doivent supporter des charges axiales ou radiales voire les deux Ainsi on se rend compte que les roulements ne peuvent pas tre identique
17. autres grands inventeurs dont quelques uns seulement ne sont pas morts dans la mis re nous apportent des preuves du petit principe que nous venons d noncer et qu il est toujours bon de rappeler car il en d coule une m thode la m thode pour inventer Cette m thode c est l observation l observation bien faite puis tout aussit t raisonn e et contr l e On peut inventer toutes sortes de bonnes choses importantes moyennes ou minimes de cette facon l Le roulement billes qui de la bicyclette est pass l automobile nous en offre un nouvel exemple Rappelons tout d abord ceux de nos lecteurs qui ne sont ni bicyclistes ni chauffeurs que l invention du roulement billes consiste remplacer la graisse ou l huile dans lesquelles on fait tourner les essieux ou les extr mit s des arbres de transmission de mouvement par un collier de billes tr s dures L essieu ou l arbre tourne au milieu de ce collier les billes se d robent tout instant sous la rotation fuient l arbre au lieu de le ronger finalement on a un roulement tout aussi doux plus doux et surtout plus propre que celui qui se produit au sein de la graisse ou en huilant les surfaces en contact avec prodigalit Or donc comment a t on pens a cette heureuse combinaison Ce fut bien simple Un ing nieur se promenait souvent au bord de la mer dans une station baln aire peu fr quent e ll marchait sur un chemin que l on avait sabl si l o
18. aux roulements se pr cisent Tout reste inventer dans ce nouveau domaine Les besoins grandissent l automobile et la bicyclette n cessitent de plus en plus de roulements autant en quantit qu en qualit de nombreuses innovations naissent alors Encyclop die des sciences industrielles Quillet M canique g n ralit s et applications 1930 Ces innovations sont visibles dans les d p ts de brevets qui permettent de se confronter aux id es d antan Toujours valables ces id es traduisent la cr ativit d une poque et il m a paru int ressant de travailler sur les brevets relatifs aux roulements Les archives d partementales de la ville de Belfort disposent de tous les brevets qui couvrent la p riode de 1902 aujourd hui Ma motivation initiale de vouloir d fricher tous les brevets s est vite att nu e devant l immensit du travail et la croissance du nombre des brevets au cours du temps Mon choix s est alors port sur une analyse statistique en commen ant par un recensement de tous les brevets de 1902 1904 naissance du roulement industriel puis sondages d cennaux parmi la masse des brevets d pos s 1910 1920 1930 afin de laisser appara tre une cinquantaine de brevets La pr sentation des brevets qui va suivre est arbitrairement d coup e en six regroupements principaux Ces regroupements m ont t sugg r s au vue des innovations qui sont relatives aux l ments tournants la cage et
19. de la bague int rieure et dans la m me piste sph rique de la bague ext rieure Utilisations principales arbres longs et flexibles paliers de transmission ventilateurs centrifuges roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 33 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires 1 12 x x x 4 12 kk ko kk kk okoxk 9 12 REXXRXRXXRXRXXRXA 11 12 gr ce sa construction la bague int rieure et son jeu de billes peuvent osciller autour du centre du roulement facult importante au montage lorsqu il est difficile d obtenir un parall lisme rigoureux entre l arbre et le logement 2 3 degr s ce roulement existe avec al sage cylindrique ou conique pour montage avec manchon de serrage le contact des billes avec la piste de la bague ext rieure est moins favorable que dans un roulement rigide et la capacit de charge est donc relativement moins grande 14a Roulement rotule sur deux rang es de billes avec manchon de serrage p 34 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements rotule sur deux rang es de rouleaux 16 Roulement rotule sur deux rang es de rouleaux 17 Sch matisation Type de contact contact lin aire El ment roulant rouleaux tonneaux 2 rang es Chemin de roulement les rouleaux s
20. des billes mais plus grand 1 22 fois plus grand Un peu plus tard en 1794 apparait le premier brevet couvrant un roulement a billes destin a supporter des charges radiales et d pos par l Anglais Philippe Vaugham il sera employ pour les essieux de voiture Le brevet du moyeu billes est pris en 1869 le francais Jules Pierre Suviray d pose les dessins et la description d un dispositif d application du roulement billes aux axes des roues d un v hicule puis viennent tous les perfectionnements aux moyeux des v los dont celui de Rodge en 1878 qui est l origine du roulement dit c ne fig 38 et cuvette L efficacit des roulements exige une fabrication tr s minutieuse et il est tr s difficile l poque d obtenir des rouleaux ou des billes de m me taille pour permettre un bon fonctionnement de l ensemble Il faudra attendre 1883 pour que la popularit de la bicyclette brevets de l cossais A L Thirion au milieu du XIXe si cle permette la production de billes en acier de devenir une v ritable industrie et d atteindre la qualit requise En m me temps les constructeurs commencent proc der des recherches th oriques et exp rimentales relatives la construction des roulements celles ci permirent de r soudre les probl mes de fabrication qui freinaient le d veloppement de ce composant indispensable De son c t l Allemand Heinrich Hertz effectue ses travaux th oriques de sur les d formations des corps en 18
21. doit amener l tudiant une prise de conscience de la complexit des d terminants d une innovation ou d une fili re technique comme du r le jou par l environnement conomique et social dans les choix technologiques David Perrin aborde les roulements comme une r ponse possible au probl me de l optimisation de la rotation Le th me pouvait appara tre comme aust re par rapport aux grands objets qui attirent si facilement le regard Mais en ayant travaill de mani re ouverte et m thodique il nous prouve l int r t remarquable de son sujet Il dresse d abord un glossaire illustr des roulements actuels pour ensuite nous inviter plonger dans la chronologie des innovations et dans la diversit de leur gen se Cela para tra peut tre un peu curieux au puriste de la m thode historique mais c est un souci p dagogique dont il faut notre avis remercier David Perrin Il s agit d clairer un pr sent technique parfois un peu opaque comprendre au d butant par son paisseur et sa dynamique dans le temps Le v cu du roulement en quelque sorte Comme tr s souvent d s que l on gratte un peu les faits techniques il n y a pas d inventeur unique et d finitif Il s agit plut t d un r seau d innovateurs plac s plusieurs poques et s inscrivant dans des champs tr s divers de pr occupations principes m caniques fabrication applications pratiques optimisation Sa plume ou plut t son clavier est l g
22. du premier anc tre connu du roulement la roue l ment important cette tude qui permettra de constater de la n cessit du guidage en rotation Un compl ment essentiel au roulement la lubrification Gr ce au support de la g n tique on pourra alors se pencher sur l histoire du roulement qui constitue v ritablement le sujet de l unit de valeur HT07 des pr mices aux grandes innovations on pourra voir l importance que ceux ci ont eu vis a vis de deux moyens de transport que sont la bicyclette et l automobile mais aussi les chemins de fer Des pr cisions cet historique seront apport es en d taillant de fa on sommaire et personnelle les brevets d inventions relatifs au roulements qui couvrent la p riode du si cle dernier et qui ont contribu leur d veloppement En parall le des innovations pass es on abordera succinctement les innovations actuelles dans cette derni re partie Les limites de ce dossier se bornent aux fronti res historiques du roulement on ne fera pas appara tre de partie consacr e aux organes d riv s des roulements que sont par exemple les circulaires de rotation les guidages rectilignes ou les vis billes De m me la fabrication des roulements n entrant pas dans ce dossier on pourra tout de m me en compensation lire l annexe jeu de billes relative ce sujet On trouvera aussi en annexe des articles remontant l poque de la cr ation des premiers roulements utilis s dans
23. en acier et les r sultats qu on devrait en moyenne obtenir pour ces grandeurs pour des conditions de pression et de vitesse donn es e En 1895 des s ries extr mement nombreuses d essais sur la r sistance la rupture de billes en acier fut faite au laboratoire du Sibley College pour le compte de la Cleveland Machine Screw Company On trouvera un r sum des r sultats obtenus dans le Digest of Physical Tests de janvier 1896 Les tables donnent les valeurs maximum de la r sistance la rupture et des profondeurs d empreintes dans un plat d acier dur pour des billes de 1 4 2 pouces e En gros et en l absence d autres donn es on utilise en g n ral pour le calcul des roulements un facteur de s curit de l ordre de 5 en partant des valeurs moyennes de r sistances donn es par ces tables Cette r gle n est d ailleurs que tr s approximative car les billes en acier utilis es dans les roulements ne p rissent pas par crasement e Le roulement continu des billes sous pression tire progressivement les couches ext rieures qui sont dilat es alors que le c ur ne l est pas et ceci finit par s parer les couches ext rieures du noyau en provoquant la mise hors service de la bille La vie de la bille dans ces conditions est la fois fonction de la vitesse et de la pression Si l un ou l autre de ces facteurs est excessif la vie du roulement est courte roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 151
24. manuscrits et croquis qu il nous a laiss s notamment dans le codex de Madrid I f 20v fig 30 il est fait tat d une distinction entre le frottement des solides et le frottement des liquides De plus il formule l id e de frottement de glissement oppos celui de pivotement Ses tudes ont tr s certainement contribu am liorer une des premi res solutions utilis es pour pallier les frottements li s la rotation de la roue autour de son axe la lubrification Celle ci permet de r duire les frottements entre les pi ces en contact en interposant un film fluide diminuant ainsi leur usure et les efforts d ploy s La vitesse de rotation pourtant tr s tudi e restait limit e et les pertes d nergie dues au r chauffement demeuraient importantes Outre le probl me de la lubrification L onard de Vinci a fort probablement remarqu la n cessit d un bon tat des surfaces qui sont mises en contact car il conseille un tr s grand soin dans leur r alisation Malgr ses recherches et ses croquis proposant ainsi des am liorations possibles la roue dans sa conception primitive avec son pivot lubrifi allait conna tre peu d volutions jusqu la r volution industrielle roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 53 30 Croquis de roulement L onard De Vinci 1500 Un des probl mes les mieux pressentis a part la lubrification a t celui de l adaptation de mat riaux de l assemblage roue axe L
25. pouvoir emboiter le tout Les formes inclin es permettent d entrer les billes facilement tout en garantissant l impossibilit de sortir Cette m thode de montage est l une des plus abouties et reste l une des plus utilis es 89 Dispositif de roulement billes Laussedat 1910 p 120 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le Les roulements dits roulements double a rouleaux coniques comme billes comme 7 EE AE TT ze pf ZH je Les AA SS ee eo Zara aa a FF S B 77 en 40 3 g N f 90 Perfectionnement relatif des roulements doubles St Timken 1950 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 La mise en opposition de deux roulements facilite le montage on l avait entraper u avec le brevet fig 78 puisque il s effectue uniquement par serrage M caniquement cela se traduit par une plus grande aptitude devant certaines charges notamment les porte faux 91 Roulement double cuvettes embouties St S K F 1970 p 122 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Pour finir cette partie sur le montage des roulements le roulement du brevet fig 92 est un exemple d usinage de l arbre permettant de contourner les traditionnels montages arbre roulement dont l
26. rouleaux Perfectionnement roulements et coussinets Perfectionnement roulements et coussinets Perfectionnement roulements et coussinets St Moffett Bearing Company z zz SS5 533558 ZEZZ SS5 533558 Davies L on Le Brun William Arthur Young Heinrich Brinkmann Olof Ohlsson Chester A Latham Olof Ohlsson Amos Clinton Stilson Alexandre Giron Albert Ennis Henderson Milo Harris Albert Ennis Henderson Marcellus Reid J Schmid Roost William Houldsworth Robert Conrad Headly V Hillcoat John Kincaid Robert Conrad Robert Conrad Robert Conrad p 168 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 1904 1904 340 215 1904 340 228 1904 340 433 1904 342 452 1904 343 301 1904 344 546 1904 345 240 1904 345 447 1904 346 036 1904 346 130 1904 346 274 1904 348 175 1904 348 714 1904 348 818 1910 1910 407 489 1910 411 465 1910 415 765 1920 1920 501 801 1920 504 395 1930 1930 688 552 1930 693 801 1930 687 736 Dispositif de roulements billes Roulement a billes sph ro annulaire Perfectionnement aux roulements billes Roulement billes sadaptant aux paliers d arbres Syst amp me de roulement a billes Perfectionnements aux roulements a billes Coussinet a billes Roulements billes Syst amp me par roulement a billes Roulements a billes Perfectionnement aux roulements billes Coussinet
27. tr s souvent des Einstein dans les entreprises qui essaient de repousser les fronti res de la science et de la technique Les entreprises qui r ussissent constatent que les nouvelles inventions sont des produits qui souvent n ont pas de succ s sur le march pour lequel ils taient destin s mais ont une souplesse suffisante pour que l on puisse y apporter des ajustements lu sur internet Le roulement billes devient l l ment fondamental pour deux formes de d placement le v lo puis l automobile Cependant n oublions pas le cas du chemin de fer certes moins cons quent pour le d veloppement du roulements billes A l poque de la r volution industrielle les techniques du roulement se pr cisent mais partout o une rotation est pr sente on privil gie encore le palier comme interm diaire entre l arbre et l al sage Le roulement tarde faire son apparition dans l industrie ferroviaire et mis part quelques probl mes d ordre technologique quelques raisons sociales en sont aussi l origine Preuve en est l histoire de John Wesley Hyatt fig 47 Il s est rendu compte que les roulements billes taient exactement ce qu il fallait pour les essieux des wagons de marchandises Les dirigeants et employ s des chemins de fer am ricains avaient l habitude d ins rer dans les roues de leurs wagons des chiffons imbib s d huile pour r soudre le probl me de la friction Ils aimaient bien leurs vieux chiffons et M Hy
28. 001 ISBN 2 914279 01 9 p 79 55 Les roulements appliqu s aux v locip des Peugeot 1899 p 80 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 La voiture tude du quadricycle Peugeot type A La plus importante manufacture fran aise de v locip des la maison Les Fils de PEUGEOT fr res De cette maison sortaient d j les v locip des Serpolet qu on a pu voir l Exposition universelle mais les r sultats obtenus avec ce systeme de moteur ont pour ainsi dire t nuls courrier d un lecteur au journal le cycliste juillet 1890 56 Quadricycle Peugeot type A 1906 De la m me facon que pour les chemins de fer le quadricycle Peugeot type A fig 56 dont la production en serie commence a partir de 1906 permet de montrer l adaptation difficile des roulements dans le domaine automobile En effet les roulement n en sont cette poque qu leurs pr mices et les interm diaires arbre al sage sont effectu s par des paliers Les essieux tant par d finition les l ments tournants principaux dans une voiture car reli s directement aux roues ce devraient tre les premiers int grer la technologie du roulement p 82 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Pourtant les essieux de ce v hicule restaient guides en rotation par des paliers comme on peut le voir fig 57 c est le palier en bronze r f renc pi ce 51 fig 58 qui assure cette fonction
29. 01 ISBN 2 914279 01 9 p 135 Le roulement du brevet fig 104 est un roulement de type excentr Evidemment d un point de vue dynamique celui ci ne doit pas tre soumis a des vitesses de rotation lev es p 136 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Dor Le roulement globique du brevet fig 105 est tr s proche des roulements contact oblique le jeu RER y est r gl par une bague o de serrage qui comprime i E les billes suivant un angle 45 les efforts radiaux et axiaux sont donc bien support s WWW NIK LER DI as N R A SOO KRA AN Y A 105 Roulement billes globique Rosengart 1920 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 137 Le roulement du brevet fig 106 est recyclage de billes C est l innovation la plus proche de la vis billes bas e sur l id e d une vis dans laquelle les filets sont remplac es par des billes 106 Roulement billes universel Limon 1930 p 138 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le roulement du brevet fig 107 poss de des l ments tournants 107 Roulement rouleaux St Aciers de Haine Ste Reine 1930 p 139 Le roulement du brevet fig 108 est dit rouleau billes Il poss de lui aussi des l ments tournants mais ne guide rien en rotation il permet la rotation d une grosse bi
30. 3 Roulement rouleaux A E Bratt 1940 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 125 L usure des roulements se produit au niveau des l ments tournants Quelque soit la mati re employ e pour la r alisation des billes on ne pourra jamais emp cher leur ovalisation Ce ph nom ne provient du fait que le contact se r duit a un point de part et d autre de la bille d o une pression de contact sur la bille Le roulement du brevet fig 94 t imagin dans ce sens en augmentant les points de contact deux sur chaque bague les pressions de contacts sont diff rents ce qui r duit cette ovalisation ET NEN 94 Roulement billes nouveau et protection Frenkel 1950 p 126 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Dep ts de brevets d innovation relatifs a la lubrification Pour bien fonctionner les roulements doivent pouvoir tre lubrifi Un acc s pour la graisse ou l huile est donc n cessaire Le palier du brevet fig 95 est quip d un bouchon graisseur rep r 6 et permet la lubrification 95 Perfectionnements au graissage des paliers William Arthur Young 1902 p 128 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le roulement du brevet fig 96 est muni d un petit percage qui permet l introduction de l huile le montage s effectue par s paration de la bague
31. 81 N 38 Roulement c ne d essieu de v lo 1878 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 65 A c te de l int gration des roulements au v lo et en marge des int grations industrielles qui ne constituent pas en elles des applications sociales du roulement on peut noter l exemple du patin a roulettes Cr e en 1770 gr ce Joseph Merlin un inventeur belge excentrique les patins peinaient d coller Perfectionn s progressivement en 1819 par Petitbled qui invente le patin arr toir puis en 1823 par Tyers qui met en place l anc tre du patin en ligne enfin en 1828 par J ean Garcin qui installe une tige pour maintenir la cheville Cependant le patin se retrouvait dans la probl matique arbre moyeu c est tout naturellement le roulement billes qui sera la solution et qui fera se d cha ner v ritablement les patineurs Un article paru en d cembre 1898 dans la revue am ricaine The Pratical Engineer sous le signature de C J Benjamin fera le point d une mani re tr s int ressante des connaissances sur la technique des roulements recueillies l poque posant d j les v ritables fondements de ce qui deviendra l industrie du roulement les extraits traduits de The Practical Engineer en annexe permettront de s en donner une id e On voit ainsi qu la fin du dernier si cle la technique du roulement n en est qu ses pr mices Cependant la m me poque alors que les tec
32. Cte 58 Sch matisation de l essieu avant quadricycle Peugeot type A 1906 D signation pi ce 23 moyeu avant obtention moulage sable fraisage lamage al sage XC38 pi cef51 bague de guidage en rotation obtention per age al sage tournage Bronze D 30 d 25 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 83 Pourquoi l int gration des roulements s est alors faite beaucoup plus t t sur les v los que sur les autos A l poque les automobiles sont peu d velopp es et l un des moyens de d placement privil gi reste la bicyclette On peut penser que pour des raisons conomiques et techniques le palier est encore privil gi dans l automobile de m me que dans l industrie Le palier est en effet moins lourd et moins cher qu un roulement D autant plus que les faibles charges que supportent les essieux ainsi que les petites vitesses des v hicules de l poque n incitent pas au changement Le roulement trouve toute sa fonction d s lors qu il s agit de r duire les efforts humains fournir pour se mouvoir A cette poque Cette notion de rendement et d conomie d nergie n est pas encore pr sente l esprit de concepteurs surtout si cette nergie fournir n est pas d origine humaine comme les automobiles ou les grandes machines nergivores Toutefois les ing nieurs se rendent tr s vite compte de l utilit des roulements surtout pour l industrie automobile les vitesses augmenta
33. a billes Frantz Paquin 1904 p 94 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 65 Palier rouleaux St Killian Bearing Company 1930 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 95 TI gt Ars A x Anh TESSE A TEL SS LD YY ree UUW Mi A SS 777 men ISS SER NIS E Ne G rio A QS NO N SS gt amp WK NOS ay En S 2 S AS NN N a 08 MET TENSA N S SS Yes 4 0 Gy y Li N SS Wa a Ws Yy 4 A cn un w oo v pad as Boy wus 59 Soc 3 2 5 un wo D Base 57 Sc Eu n lie A cos 2532 Verts y oso L2 o gt e5Lo52 on TAE cc y gt 955250 Su E2 08 0 TDT PUESTO o 4 Oo Z eLo EEs Lao 825 253752953 3025035 5L unv nA vw AT 2 05 a og Sees 5y5ES oy Yo DL oe cu x Vo 252 00 LO 2902 05 90X lt C roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 66 Perfectionnement aux coussinets a rouleaux L on Le Brun 1902 p 96 ES PES I 67 Coussinets rouleaux William Houldsworth 1903 OSOS 7 at 68 Roulement rouleaux Ste les fils de A Derome 1910 p 98 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Cependant les rouleaux sont beaucoup plus massifs que ceux que l on connait La forme conique des elements du brevet fig 69 permet de maintenir ceux ci d
34. acto diminuent le bruit engendr 72 Perfectionnement aux roulements et coussinets Robert Conrad 1903 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 103 Plus tard on renforce m me lidee en ajoutant du feutre a linterieur des ressorts comme le montre le brevet fig 73 _ y m a 73 Perfectionnement aux roulements et coussinets Robert Conrad 1903 p 104 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Les premieres cages apparaissent a la m me poque que les premiers l ments s parateurs AN LT LR CLE YEAR teres Ve iy Ys N I ANS CZ ELIT T Be CRE Z SA ASS 74 Coussinets billes et rouleaux Headly V Hillcoat 1903 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 105 les cages du brevet fig 75 sont imposantes et remplissent bien la fonction d emprisonner les billes voire m mes billes et rouleaux combin es comme l indique le brevet fig 74 75 Syst amp me de roulement billes Edmond Alfred Burnouf 1904 p 106 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Dor La cage du brevet fig 76 s apparente plus aux cages que l on conna t aujourd hui deux parties sym triques r alis s par deux t les embouties puis agraf es ensemble au moyeu de petits rivets
35. age graphite talc taient aussi employ s un degr restreint L emploi judicieux des lubrifiants pour lubrification limite r duisait consid rablement le frottement et l usure dans les machines primitives o les vitesses de glissement taient faibles et qui ne fonctionnaient que pendant des p riodes relativement courtes 32 Sch matisation classique du probl me de frottement p 56 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Nous avons vu que les ing nieurs de la Renaissance notamment L onard de Vinci s taient pr occup d analyser cette question des frottements m caniques A leur suite au XVIIIe si cle les physiciens fran ais Amontons et Coulomb ont mesur la force F n cessaire pour obtenir le d but du d placement d un corps reposant sur une surface fig 32 et supportant une charge P par exemple le poids P Ils ont constat quill fallait lui appliquer une certaine force F proportionnelle la charge P Le coefficient de proportionnalit est le coefficient de frottement f il leur vient alors la loi c l bre r gissant le frottement F f xP On a cru pendant longtemps que cette loi tait applicable aux paliers on y valuait F en attribuant f une valeur constante on pensait que l arbre tournait dans le coussinet avec plus ou moins de contacts m talliques et on adoptait pour f une valeur assez lev e plusieurs centi mes L invention de la machine vapeur dans laquelle les surfaces f
36. ant sur elle m me fig 37 37 Socle de la statue de J upiter 1534 En 1714 le Bureau des longitudes de Londres offrit de nombreux prix pour la mise au point d une m thode permettant de d terminer en mer la longitude d un point moins de 1 degr d arc pr s L un des gagnants de ce concours fut Henri Sully qui r alisa un chronom tre d une grande pr cision obtenue en partie par l emploi de roulements C est l la premi re application du principe de ces m canismes un instrument scientifique Dans le m me ordre d applications en 1720 Atwood utilisa galement des roulements dans son instrument de mesure de l acc l ration de la pesanteur On peut citer l exemple de la pendule anglaise Eureka reconnaissable son important balancier dont les pivots sont port s par un roulement billes il s agit l de la premi re application connue du roulement billes dans l horlogerie p 64 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Coulomb en 1760 d gage des travaux de L onard De Vinci les lois fondamentales du frottement Un peu plus tard apparaissent les v ritables prototypes de nos roulements actuels D abord en 1780 est construite la premiere des but es a billes modernes qui supporte l arbre principal du moulin de Sprowston dans le Norwich en Angleterre Un point int ressant noter est le suivant le diam tre du cercle g n rateur du tore dans lequel roulent les billes n est pas le m me que celui
37. appuient contre les deux chemins sph riques du roulement et qui permettent le rotulage Utilisations principales gros r ducteurs ventilateur industriel cage de laminoir machine de carri re bo tes d essieux pour mat riel ferroviaire lignes d arbre de navires laminoirs paliers de transmission broyeurs concasseurs cylindre de machine imprimer roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 35 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires kk kk x 6 12 REXXRXXXRXAXX A 11 12 amp amp 4 12 Ok kK KR KKK 9 12 existent aussi les roulements de type large dans lesquels un paulement assure le guidage des rouleaux entre les deux chemins de la bague interieure Les rouleaux s appuient alors contre le chemin de roulement de la bague int rieure suivant un contact lin aire et contre le chemin de la bague ext rieure suivant un contact ponctuel Ce roulement existe aussi avec al sage conique pour montage avec manchon de serrage ce roulement est ex cut suivant le m me principe que le roulement a rotule sur deux rang es de billes 16a Roulements a rotule sur deux rang es de rouleaux avec manchon de serrage p 36 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements une rang e de rouleaux cylindriques
38. att fit faillite en essayant de les convaincre d utiliser ses roulements cylindriques Alfred Sloane qui cr era plus tard General Motors peine sorti major du M I T la fin des ann es 1890 rach te l entreprise de J W Hyatt avec l aide de son p re Contrairement a ce dernier Sloane tait pr t largir sa vision du produit Le roulement billes tait parfait pour la voiture qui venait d tre lanc e sur le march En deux ans Sloane cr a une entreprise florissante et pendant vingt ans Henry Ford fut son meilleur client Ford deviendra le cr ateur de l entreprise du m me nom roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 75 La bicyclette premiere b n ficiaire Le v lo augmente l poque de sa cr ation et aujourd hui encore la mobilit de l homme jusqu un nouveau degr lu sur internet 48 V lo de type Rover 1888 Le roulement billes a rendu possible l invention de la bicyclette fig 48 c est dire l utilisation la plus directe de la roue cette invention des premi res civilisations pour le d placement rapide de l homme par sa seule force musculaire Le roulement billes est ici le symbole d une rupture d finitive avec la tradition et des directions oppos es que peut prendre le d veloppement roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 77 En 1869 le Francais J ules Pierre Suviray d pose les dessins et la description d un dispositif d app
39. aux l ments de s paration au montage du roulement au contact m canique la lubrification et enfin aux pr curseurs La cat gorie pr curseurs pr sentent des roulements hybrident pour l poque qui sont devenus des roulements standards Enfin mon analyse personnelle est bas e sur mes connaissances techniques J ai essay de d crire l id e originale qui me l a fait placer dans l une des six classes J ai traduit aussi bien que je pouvais les dessins techniques en bornant mon analyse la comparaison avec d autres roulements aux avantages aux inconv nients certains ph nom nes m caniques et conditions techniques roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 87 p 88 Dep ts de brevets d innovation relatifs aux elements tournants Les premiers roulements ne possedent pas tous les l ments traditionnels comme la cage ou les bagues et mis a part les billes qui sont les l ments tournants les plus l mentaires on assiste a l mergence d l ments tournants moins conventionnels Le brevet fig 59 montre un anc tre des roulements rouleaux coniques Pour supprimer les contacts des l ments tournants l id e consiste remplacer les billes par des c nes dont on peut immobiliserl axe dans une cage se sont des billes qui assurent la rotation du c ne par rapport a son axe En fait ce syst me qui s pare les l ments coniques a l inconv nient de revenir quand m me
40. bien d fini et ne doivent glisser en aucun des points de contact 3 les billes doivent tre sph riques et exactement de m me diam tre Si l une des billes du roulement ne remplit pas ces conditions le mouvement de toutes les autres en est affect 4 Il faut tre prudent dans l utilisation du roulement grande vitesse et il y a pour ceci une limite ne pas d passer Ceci indique qu il y a plus d int r t utiliser ces roulements dans le cas de faible vitesse 5 ll y a lieu de choisir judicieusement le nombre et le diam tre des billes dans les conditions d termin es Aucune r gle rigide ne peut tre donn e 6 Il ne faut pas essayer d utiliser des roulements billes dans tous les cas ce n est pas une panac e universelle roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 153 p 154 Les quadricycles Peugeot courrier d un lecteur horloger dans le journal le cycliste paru en juillet 1890 Montbeliard le 2 juillet 1890 Un horloger En lisant les correspondances aux nouvelles publi es par le Cycliste de temps autre on y trouve quelques articles traitant de la v locip die soit vapeur soit a lectricit Il y a quelque temps vous avez reproduit dans votre journal un article d un journal de Mulhouse ayant trait ce genre de locomotion mais la plupart de vos lecteurs ignorent sans doute que le v locip de a p trole existe r ellement La plus important
41. cteur N x dm caract rise les roulements tournant de tr s grandes vitesses nombre de tours min multipli parle diam tre moyen en mm Par exemple les roulements dits classiques atteignent 1 5 million de N x dm quant aux roulements destin s aux applications de pointe 2 2 5 millions de N x dm 110 Roulement en c ramique 1980 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 143 Du point de vue des tats de surface les grands groupes axent leurs recherche sur la tribologie la science des surfaces visant a r duire frottement et usure et augmentent la long vit de leurs roulements en utilisant des aciers sp ciaux plus performants Ainsi du c t francais et avec l aide d un aci riste le fabricant S N R a mis au point une qualit d acier qui multiplie pratiquement par deux la dur e de vie des roulements L entreprise allemande F A G s est aussi beaucoup int ress e la dur e de vie des roulements en fonction de la propret ses derniers aciers Cronidur 30 permettent d augmenter vitesse et resistance la fatigue Enfin fruit de la recherche du d veloppement l entreprise 1 5 0 a fait r aliser des roulements tout c ramique fig 110 capables de tenir a 1100 C 111 Capteur m catronique S N R 1989 112 Vue clat d un capteur incr mental de position int gr au roulement S N R 1999 Parmi les toutes derni res innovations on peut souligner l important programme E L A D O M M
42. dans un sens ou dans l autre les but es billes simple effet ne peuvent transmettre des efforts axiaux que dans un seul sens p 42 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 But es a rotule sur rouleaux 26 But e a rotule sur rouleaux 27 Sch matisation Type de contact El ment roulant Chemin de roulement Utilisations principales contact lin aire billes 1 rang e rondelle logement a chemin sph rique arbre vertical lourd turboalternateur pivot de grue vis d injection d extrudeuse pivots de turbines ponts tournants r ducteurs vis sans fin roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 43 Aptitude aux charges axiales x x x x x x x x 11 12 Aptitude aux charges radiales 3 12 Vitesse limite de rotation 1 12 Rotulage admissible kk KR KR KK RK 11 12 Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires ce type de but e supporte des vitesses assez lev es condition que la lubrification soit parfaite lubrification l huile p 44 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Fabricants de roulements Pour finir sur ces pr requis on peut citer par ordre alphab tique Bmk Das lokana fir Qualitar B M R ES I re EFESIS F A G non exhaustivement les principaux fabricants dans le monde GENERAL MOTORS I N A rou
43. e manufacture fran aise de v locip des la maison Les Fils de Peugeot fr res s occupe de ce genre de v locip des mais il parait que la construction de ce v hicule est passablement difficile De cette maison sortaient d j les v locip des Serpolet qu on a pu voir l Exposition universelle mais les r sultats obtenus avec ce systeme de moteur ont pour ainsi dire t nuls Le v locip de p trole vaut mieux mais il laisse encore beaucoup d sirer sous le rapport de la pratique et de la simplicit Le moteur employ est le Syst me Demler et sort des ateliers Ponhard et Levassor il a la force d un cheval et p se environ 60 kilos ll est compos de pistons actionnant la m me manivelle avec une vitesse de 600 tours par minute tous les mouvements de la machine se font comme dans une machine gaz ordinaire l allumage int rieur se fait au moyen de 2 tubes en platin chauff s au rouge par 2 becs Bunsen aliment s aussi par le p trole Le mouvement de la machine est transmis l essieu par des engrenages de diverses grandeurs et qui peuvent donner au v locip de des vitesses diff rentes selon le plus ou moins de pente de la route La forme du v locip de est assez disgracieuse il est 4 roues et p se environ 250 kilos le v locip de Serpolet en pesait 500 La marche est r guli re et a bon march car la consommation est peine d un litre d essence de p trole par heure sa vitesse maximum en plaine es
44. e palier r serv au roulement enferme les rouleaux Tout l ensemble est noy dans la graisse 47 Roulement rouleaux syst me am ricain Hyatt 1905 Ces roulements toujours accompagn s d une but e taient employ s notamment dans la construction des ponts arri re des voitures automobiles o ils supportaient les diff rents arbres de transmission Ce roulement fruste et mal fini dut pour avoir t employ par centaines de mille avoir donn d excellents r sultats Son prix peu lev fut certainement une des principales causes de son incroyable succ s Par ailleurs le constructeur am ricain ne s effrayaient pas de solutions que les europ ens redoutaient C est ainsi que sur les automobiles bon march produites plus d un million d unit s par an les moyeux des roues taient mont s comme de vulgaires moyeux de bicyclettes des billes libres entre un c ne et une cuvette dont le serrage se r glait au moyen d un crou fig 38 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 73 Les chemins de fer un cas particulier Albert Einstein qui on demandait un jour quelle tait la difference entre lui et un citoyen ordinaire r pondit que si on demandait a un citoyen ordinaire de chercher par exemple une aiguille dans une meule de foin il s arr terait une fois trouv e l aiguille Lui par contre continuerait chercher dans le tas de foin pour essayer d y trouver d autres aiguilles Il y a
45. e soumises des forces d inertie centrifuges des secousses etc Les cages sont centr es soit sur e les l ments roulants e l une ou l autre des bagues Elles peuvent tre obtenues par emboutissage dans ce cas elles sont ex cut es en t le d acier Dans certains cas surtout pour de petits roulements on utilise des cages en laiton Les cages massives obtenues par tournage per age ou autre fa onnage sont en mati res vari es acier doux fonte de premi re qualit laiton alliage l ger et quelquefois tissu bak lis ou nylon On appelle logement l emplacement o va s ins rer le roulement il existe donc une liaison entre la bague ext rieure et le logement L axe qui vient s ins rer dans la bague int rieure s appelle l arbre ce qui implique de la m me mani re une liaison entre l arbre et la bague int rieure p 20 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Familles de roulements On distingue couramment deux grandes familles de roulements e billes contact bille chemin contact quasiment ponctuel fig 4 e arouleaux contact rouleau chemin quasiment lin aire fig 5 S SI 4 Bille plan contact ponctuel 5 Rouleau plan contact lin aire La r union de plusieurs roulements a billes entre eux n est utilisable que dans des cas tr s particuliers De plus on comprend d ores et d j que les roulements rouleaux sont les mieux adapt s pour supporter des charges plus impo
46. ebords on obtient alors ce qu on appelle un roulement Les surfaces sur lesquelles se trouvent les corps roulants s appelleront tout fait logiquement les chemins de roulement ou tout simplement chemins Il est bien vident que le roulement que l on vient de construire est des plus rudimentaires mais le principe restera toujours valable Nous pouvons en d duire qu un roulement est en g n ral constitu de quatre parties les deux bagues les corps roulant fig 2 et la cage fig 3 p 18 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Les l ments roulants dav C0 00 MON 2 El ments tournants billes rouleaux cylindriques coniques sph riques aiguilles Les l ments roulants se pr sentent sous deux types principaux e Lesbilles e Les rouleaux Les rouleaux peuvent avoir diff rentes formes rouleaux cylindriques rouleaux coniques rouleaux tonneaux aiguilles qui sont des rouleaux cylindriques de faible diam tre et tr s allong s voire m me des formes moins r pandues fig 44 fig 46 Ils sont souvent ex cut s dans la m me mati re que celle employ e pour la fabrication des bagues roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 19 Les cages dav 3 Cages de s paration des l ments tournants moul es agraf es embouties Les cages billes ou rouleaux ne participent jamais la transmission de la charge sur le roulement Elles peuvent cependant tr
47. es frictions et les pressions exerc es au niveau du contact faisaient bien souvent c der l un des deux l ments un troisi me composant s est donc av r n cessaire pour permettre une remise en tat Une telle r alisation a t rendue possible par les volutions progressives des mat riaux employ s Du bois et de la pierre on est pass au m tal La m tallurgie permit la fabrication d un interm diaire entre l axe et la roue Les caract ristiques d un tel l ment devaient tre un faible encombrement pour pouvoir se glisser entre l axe et la roue et une bonne r sistance la charge de l assemblage ainsi constitu de mani re le rendre performant Le palier lisse tait n et remplissait les fonctions requises r duction des frottements r sistance aux charges mais servait galement de guidage Il faut noter la r alisation de paliers en bronze coul la fin de la Renaissance li s aux progr s de la m tallurgie de cet alliage l poque de la r volution industrielle des paliers de plus en plus performants devinrent n cessaires pour viter les frictions dans les machines partout o une rotation tait pr sente p 54 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le d veloppement parallele de la lubrification La lubrification est un l ment essentiel des sciences technologiques et des applications m caniques Elle joue un r le important partout o des surfaces sont en mouvement re
48. es plus courants sont circlips crou encoches L arbre est usin e en forme de c ne excentr par rapport l axe du roulement Si bien que la bague int rieure est usin e de fa on pouser parfaitement l arbre Cette invention est particuli rement ing nieuse peut tre r serv e des vitesses peu lev es du fait de l inertie notamment vA SS A SN GLb 3 NS OS Du ZA III i SA aS ESA EAN Rw Nu E LG NS W N Be v7 Y 92 Roulement sans friction St Chaning Corporation 1960 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 123 p 124 Dep ts de brevets d innovation relatifs au contact m canique Parmi les contraintes existantes et auxquelles il a fallu r pondre se trouve le probl me du contact entre les l ments tournants et les bagues notamment les billes En effet les bagues ne doivent pas pouser parfaitement les billes le contact doit tre le plus limit possible C est la d finition m me du roulement sans quoi on retombe dans le glissement Un deux points de contacts par bague sont donc suffisants Le roulement du brevet fig 93 est rouleaux conique le contact est lin ique seul la base du rouleau g ne la rotation Pour cette raison on le bombe legerement grand rayon de sorte a reduire la surface de contact un point 9
49. es sans encoche de remplissage fig 43 Les billes sont mises en place en chauffant l gerement la bague ext rieure et en d calant les deux bagues l une par rapport l autre on entre les billes en for ant l g rement les deux derni res au moyen d une petite presse En 1906 un brevet allemand est pris pour un roulement rouleaux et en 1907 J Kirney fait galement breveter un roulement semblable 43 Montage par dilatation des l ments Conrad 1903 p 68 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Sven Wingquist invente en 1907 le roulement billes sph rique il sera le fondateur de la soci t S K F Puis apparaissent les roulements a double rang e de billes avec chemin ext rieur sph rique assurant l alignement des deux chemins l un par rapport l autre puis le roulement simple et double rouleaux en forme de tonneau puis les roulements rouleaux coniques fig 44 simple et double rang e 44 Roulement rouleaux coniques Timken 1907 Cette esquisse de l Historique des roulements est videmment incompl te comme j ai pu le souligner en introduction En particulier pendant ces derni res ann es le d veloppement de la conception et de la construction des roulements s est troitement li celui de l industrie automobile qui a en particulier assur la cr ation de s ries normalis es roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 69 Le cas americain
50. eux rang es de rouleaux cylindriques qui offrent une grande capacit de charge radiale et une faible d formation lastique D rive aussi de ce roulement les roulements aiguilles CM CA 20 Roulement une rang e de rouleaux cylindriques types N NJ NUP 21 Sch matisations p 38 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements rouleaux coniques 22 Roulement rouleaux coniques 23 Sch matisation Type de contact contact lin aire El ment roulant rouleaux coniques 1 rang e Chemin de roulement la grande base des rouleaux est rectifi e sph rique s appuie contre un paulement de la bague int rieure Les g n ratrices des rouleaux et du chemin de roulement de la bague int rieure ont un m me sommet sur l axe du roulement Utilisations principales machines outils arbre de r ducteurs roue de poids lourds pont d automobiles roues folles de wagonnets renvoi d angle pignon conique roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 39 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires KS REE RH AHH 11 12 kk kk kx kx x 9 12 amp amp 4 12 2 12 ces roulements sont en g n ral mont s par paires en opposition De plus apr s r glage il faut qu un certain jeu minime subsiste les variat
51. ext rieure Lors de l embo tement une rondelle de feutre est ins r e cette rondelle retient l huile et permet une lubrification au goutte goutte f 22 96 Syst me par roulement billes Auguste Marie Michel 1904 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 129 Le roulement du brevet fig 97 est perc sur la bague int rieure et ext rieure afin de laisser passer l huile L arbre est aussi perc par son axe l huile provenant du roulement peut ainsi peut tre v hicul dans le m canisme On notera quand m me que l usinage de l arbre le fragilise grandement 9 N Roulement pour vitesses de rotation lev es St J unkers F M A 1940 D p ts de brevets d innovation relatifs aux variantes de roulements p 130 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 De tous les brevets de ce m moire il en demeure des inclassables Le mot roulement apparaissaient pourtant dans leur titre de d p t Les concepts qui sortent de ces brevets sont s rement les pr curseurs de technologies m caniques que nous connaissons aujourd hui sous d autres noms que roulement ce sont les vis billes rouleau billes Ce concept de grand roulement voqu par le brevet fig 98 est assez particulier Adapt s sur les charrues il casse les conventionnels essieu moyeu puisque le roulement et la roue ne font qu
52. hniques du roulement se pr cisent et m me si le coefficient de frottement d o roulement billes est environ le dixi me de celui des meilleurs paliers lisses l interm diaire privil gi entre l arbre et l al sage reste quand m me le palier cf tude des grands exemples Des paliers de plus en plus performants deviennent n cessaires pour viter les frictions dans les machines fig 39 fig 40 fig 41 39 Palier graisseur disque Decoster 1920 p 66 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 li ALL Ch a TR EN Paes Ss ala X U ums a vf 40 Palier graisseur continu disque et cuiller 41 Palier lubrificateur pour arbre vertical 1920 de d versement pour arbre vertical 1920 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 67 En 1903 la firme allemande Fichtel amp Sachs fait breveter un roulement a billes dans lequel les billes sont introduites au moyen d une encoche de remplissage fig 42 form e par de l gers videments parall les a l axe pratiqu s dans la face lat rale du chemin de roulement mais qui ne sont pas assez profondes pour atteindre le fond des gorges du chemin de roulement Un brevet analogue est pris en France la m me ann e par Malicet et Blin fig 99 42 Principe d encoche de remplissage pour roulement Fichtel Sachs 1903 En 1903 aussi Robert Conrad fait breveter un type de roulement bill
53. i d couvrirent les tendues glac es polaires il aurait t fait usage pour d placer de lourdes charges de traineaux munis de galets de roulement en os de phoque avant de mettre en marche ces v hicules rudimentaires les conducteurs les retournaient emplissaient leur bouche d eau et la crachaient le long des galets Ainsi ils supprimaient le dernier rempart au d placement la surface de contact entre le tra neau et le sol de glace L eau emplissait les cavit s de ces rouleaux et gla ait apr s quoi les galets incrust s de glace taient polis avec des gants jusque ce que soit obtenue une surface lisse C est ainsi que ces peuplades traduisaient de fa on concr te la notion qu ils avaient de la possibilit de diminuer la r sistance de corps se d pla ant sur le sol par l emploi d organes de roulement pr sentant ce que les techniciens modernes appelleraient un coefficient de frottement minimum La cinqui me dynastie gyptienne environ 3000 ans avant J C nous a laiss mention de l usage de roues Plus tard un bas relief retrouv dans ce qui fut l ancienne ville de Ninive nous montre l usage de rouleaux pour le d placement de grosses pierres les Assyriens comme les gyptiens utiliserent certainement cette m thode pour transporter les lourds mat riaux n cessaires la construction de leurs nombreux difices fig 34 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 61 34 Transport d un taureau ail au
54. iales A rouleaux ils supportent des charges radiales et axiales tr s importantes Les but es but es billes but es rouleaux sph riques Elles acceptent un d salignement A billes elles supportent des charges axiales avec une vitesse limite faible A rouleaux sph riques elles supportent des charges axiales tr s importantes et des charges radiales limit es p 22 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Differences d taill es La partie qui va suivre pr sente les differences d taill es des principaux roulements utilis s dans l industrie La pr sentation choisie similaire une carte d identit va mettre en vidence les principaux points de distinction ces diff rents points allant crescendo dans la pr cision et la difficult technique La fiche est constitu e des points suivants D nomination standardis e Type de contact El ment roulant Chemin de roulement Utilisations principales Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation nature du contact naturellement relatif au type d l ment roulant intervenant et au chemin de roulement billes rouleaux cylindriques rouleaux coniques rouleaux tonneaux aiguilles g om trie du chemin de roulement domaines d application principales du roulement et exemples d utilisation capacit r sister aux efforts dans l axe du roulement chelle qualitat
55. ibles pour la majorit des m canismes soumis au glissement glissieres et paliers en particulier ils peuvent tre presque enti rement limin s si l on emp che le contact des surfaces en mouvement Interpos entre deux surfaces frottantes le lubrifiant permet donc de r duire le coefficient de frottement et l effort produire D une fa on g n rale et l histoire nous le confirme toute substance solide liquide ou gazeuse interpos e peut tre appel e un lubrifiant potentiel propos nuancer car le lubrifiant supportant seul le d placement lat ral il doit avoir une faible r sistance au cisaillement et doit aussi pouvoir liminer la chaleur de frottement qui r duit la puissance Nous allons voir dans l historique qui va suivre que le d veloppement de la lubrification est tr s fortement li celui des paliers puis des roulements La p riode de pleine expansion scientifique correspondant la m me p riode que celle du d veloppement industriel des paliers fig 31 la fin du XIXe si cle et dans les ann es 1900 La technique de la lubrification limite a t syst matiquement utilis e depuis des temps tr s anciens Elle remonte au moins l poque o les Egyptiens se servaient de suif pour graisser les essieux des chars et des chariots Les lubrifiants provenaient presque exclusivement de graisses animales suif par exemple ou d huiles v g tales huile d olive Des lubrifiants solides appliqu s par fart
56. ications 1988 e Oppizzi Claude St phane Rapport Peugeot quadricycle type A C 2 E 1990 e Costantino Maria et Reid Aileen L onard De Vinci Hong Kong P M L ditions 1992 e inventeurs et scientifiques dictionnaires de biographies Paris Larousse 1994 e De Galiana Thomas et Rival Michel Dictionnaires des inventeurs et inventions Paris Larousse 1996 e S N R S N R les techniques et applications du roulement S N R 1996 e Quatremer R et Trotignon J P et al Construction m canique tome 1 projets calculs composant et normalisation Paris Nathan 1996 e Alain Rey Le petit Robert des noms propres grand format Paris dictionnaires Le Robert 1997 e DejabsM et Lehu M et al Construction m canique tome 3 projets calculs dimensionnement normalisation Paris Nathan 1997 e S N R Technologie du roulement S N R Group 2000 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 165 Articles e Hermann Genevieve Vitesses plus lev es avec les c ramiques Industries et techniques octobre 1988 n 676 p 81 e Bonnier Pierre Un composant de haute technologie Maintenance entreprise mars 1998 n 508 p 37 42 e Roulements de broches Entra nements amp syst mes mai juin 1998 n 4 p 10 15 e L F X Les roulements seront ternels Industries et techniques octobre 1999 n 808 Les roulements seront ternels p 82 86 e Les
57. ions de temp rature influen ant le r glage et donc le jeu la bague ext rieure appel e cuvette est d montable La bague int rieure avec sa cage et ses rouleaux est aussi appel e c ne E 22a Roulements rouleaux coniques collerette p 40 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 But es billes a simple effet NZ 24 But e billes simple effet 25 Sch matisation Type de contact contact ponctuel El ment roulant billes 1 rang e Chemin de roulement la rondelle logement surface d appui plate est pr f r e mais cette rondelle peut tre sph rique et repose dans ce cas sur une contreplaque sph rique Utilisations principales arbres verticaux crapaudines r ducteurs de vitesse pivots machines outils contre pointe pompe plateaux roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 41 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires XKKKXKXXEK XX Ek XX 11 12 0 12 2 12 1 12 les possibilit s d alignement de la rondelle sph rique n interviennent qu au montage la but e billes double effet comprend deux jeux de billes pris en sandwich entre deux rondelles logement et une rondelle arbre ou rondelle m diane Cette but e peut transmettre les efforts axiaux
58. istants les uns des autres ce qui n tait pasle cas 40 ans auparavant A ES x U Si US HIN A NRA M LU i N N 7 N N AR X Ts a k SS Se 2277 Id A CA SALIDO E LITA za me 2 EA LS une ER 69 Roulement l ments cylindriques de roulements St des Roulements Aiguilles 1950 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 99 p 100 Dep ts de brevets d innovation relatifs aux cage et aux l ments de s paration 70 Perfectionnement aux roulements et coussinets Robert Conrad 1903 ISBN 2 914279 01 9 p 101 Un des gros inconv nients des l ments s par s vis a vis de la cage est entre autres la p nibilit de montage puisque ce sont autant d l ments s parateurs que d l ments tournants qu il faut enfiler dans le roulement Cependant on comprend bien la n cessit des l ments de s paration au pseudo goupilles lastique du brevet fig 70 71 Perfectionnement aux coussinets billes Robert Conrad 1903 p 102 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 On voit apparaltre des ressorts de s paration sur les brevets fig 71 fig 72 qui en plus d emp cher l usure r duisent les chocs entre les billes et ipso f
59. istoire des techniques Directeur du d partement des Humanit s del UTBM avril 2001 p 10 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Introduction Le roulement est un organe m canique d application universelle Il est pr sent dans tous les m canismes en mouvement dans lesquels il assure la liaison mobile de deux l ments en rotation l un par rapport l autre dictionnaire de vulgarisation des techniques C est peu pr s la d finition que tiennent tous les ouvrages techniques ce sujet Pas besoin d en dire plus c est vident la structure et le fonctionnement d un roulement m canique se comprennent au premier coup d il Cependant sa conception sa fabrication et son application mettent en uvre un ensemble de connaissances tendues complexes en constante volution et se diversifiant en fonction de chacune des familles de roulements auxquelles elles s appliquent A simple titre d exemple il suffit de comparer deux articles parus dans la revue Industrie amp Techniques bibliographie dix ans d intervalle On voit en quoi les innovations sont loin de cesser dans ce domaine des roulements billes en c ramique en 1988 un article sur la recherche et le d veloppement de ces organes m caniques en 1999 au titre r v lateur Les roulements seront amp ternels V ritable sel de la cuisini re si l on peut oser une telle comparaison les roulements font partie de ces solutions tech
60. ive 12 capacit r sister aux efforts dans le rayon du roulement chelle qualitative 12 domaine de vitesse maximale de rotation chelle qualitative 12 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 23 Rotulage admissible d faut angulaire d alignement admissible entre l axe de l arbre et l axe du roulement chelle qualitative 12 Montage et d montage informations relatives au montage du roulement D riv es et variantes d riv es l g res de conception ou variantes plus prononc es du roulement variantes avec d flecteurs exclues Commentaires remarques propres au roulement et n ayant pas leur place dans les rubriques pr cit es p 24 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements une rang e de billes contact radial 6 Roulement une rang e de billes contact radial 7 Sch matisation Type de contact Element roulant Chemin de roulement Utilisations principales contact ponctuel billes 1 rang e les chemins de roulement sont relativement profonds et les courbures conjugu es des billes et de ces chemins donnent un contact tr s favorable application de petits roulements tr amp s grande vitesse arbres courts tr s rigides boites de vitesses moteurs lectriques vilebrequin de v lomoteurs dynamos pompes machines textiles roue de remorque lectrom nager broche de machine bois roulent les m
61. l industrie les r f rences seront mentionn es dans le texte lorsqu il y aura lieu David Perrin david perrin utbm fr l re ann e G nie M canique et Conception UTBM p 12 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Sommaire Plan du site aw Diaporama Pr sentation Technique M moire Brevets amp inventeurs Annexes D signation practical eng Quadricycle A Jeu de billes p 145 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 13 Roulent les m caniques mode d emploi Le site est optimis pour les navigateurs de g n ration appel du plan cette page 4 x menu secondaire onglets contenu du texte Navigation conseill e en 1024x768 avec Microsoft Internet ExplorerO v5 0 mode compl ments biographiques plein cran menu principal appel de l accueil a ne den argent de ee O rm mts hee Porr ae lo ee amo Lo Abm Jh da Oe Bee rim fi cui IA Ll A le PA Aa oep e hemn pe m een et ape p 14 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 A O C C OU A sl El ments de d signation Le roulement est un organe m canique d application universelle Il est pr sent dans tous les m canismes en mouvement dans lesquels il assure la liaison mobile de deux l ments en rotation l un par rapport l autre dictionnaire de vulgarisation des techniques Pour la quasi totalit des cas un rouleme
62. latif les unes par rapport aux autres Tous les syst mes m caniques comportent plus ou moins des l ments lubrifi s On peut dire sans exag ration que bien peu de sujets ont une incidence aussi importante sur les travaux des ing nieurs Ceci implique des recherches plus pouss es dans le domaine de la lubrification elle m me une formation plus r pandue et plus approfondie en mati re de lubrification et une prise de conscience plus g n rale du potentiel important que pr sente ce probl me dans tous les domaines de l industrie St Francaise des P troles BP La th orie de la lubrification et ses applications 1974 31 Palier graiss 1970 Ce passage est extrait d un rapport publi en 1966 par le Department of Education and Science de Londres intitul Lubrification Tribology Education and Research qui estimait que l emploi de m thodes et de techniques de lubrification inad quates faisait subir l conomie pour le Royaume Uni une perte annuelle de plus de 500 millions En fait bien que ce rapport ne concerne que le Royaume Uni sa conclusion s applique peu pr s tous les pays du monde roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 55 Lorsque deux surfaces solides en contact glissent l une par rapport l autre il se produit frottement produit par la r sistance des surfaces au mouvement et usure destruction du mat riau r sultant du frottement Ph nom nes nuis
63. lent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 45 ADE NADELLA A S N R ROULTEX TIMKEN ROULEMENTS ROULTEX Dun Ll da ma ma een Torrington S K F TORRINGTON SKF Explorer p 46 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Genetique du roulement pr mice inventions 1500 1880 Lubrification dans les chemins de fer TOWER Th ories de la lubrification limite BOWDEN amp TABOR 1950 Notions sur le Lois fondamentales Deformations frottement sur le frottement sur les corps DE VINCI AMONTONS amp COULOMB HERTZ 1485 1760 1881 MICHELL 1905 Exp riences aux conditions limites STRIBECK 1902 Deplacement des Roulement charges avec rondins a c ne les gyptiens RODGE 3000 1878 1905 B lier Bicyclette Moyeu billes Roulement rail billes SAUERBRONN SUVIRAY rouleaux DIADES 1813 A 1869 HYATT 330 1905 Th orie aux conditions Limites GUMBEL 1914 roulements Roulements a rouleaux coniques TIMKEN 1907 Roulements en c ramique 1980 Boules de glace R Production polies de billes les esquimaux THIRION 1000 1883 1903 La roue Palier Montage par graisse animale privil gi chauffe 5000 1900 CONRAD 1903 Cage Cage en t le BALLY HOPFLINGUER 1864 1904 Roulement gorge sph rique 1857 Socle mobile Statue mobile
64. lication du roulement billes aux axes des roues d un v hicule Cette innovation fig 49 fig 50 appliqu e la bicyclette est l une des plus importantes de l histoire du roulement Viendront ensuite tous les perfectionnements aux moyeux des v los notons celui de Rodge en 1878 qui est l origine du roulement dit a c ne et cuvette fig 38 49 Moyeu billes appliqu au v lo 1869 50 Moyeu a billes appliqu au v lo 1869 A bicyclette l homme va de trois quatre fois plus vite qu pied tout en d pensant cinq fois moins d nergie En terrain plat il lui suffit de d penser 0 15 calorie pour transporter un gramme de son corps sur un kilom tre La bicyclette est un outil parfait qui permet l homme d utiliser au mieux son nergie m tabolique pour se mouvoir ainsi outill l homme d passe le rendement de toutes les machines et celui de tous les animaux Le roulement appliqu aux l ments tournants moyeu fig 49 fig 50 et p dalier fig 51 fig 52 permet d augmenter ce rendement et diminue naturellement l nergie fournir le coefficient de frottement divis par mille WW fff aid Ci TE u Va as x A er E i ANNIE 2 s 2 ra a ae UNIR i 72 88 Z x Y eL D APRES are it a NS Uy SLA LAM SA y LD AS LCL 51 P dalier de v lo roulement billes 1870 52 P dalier de v lo roulement rouleaux cylindriques 1870 p 78 roulent les m caniques 2001 ISBN
65. lle Multipli s ils sont employ s aujourd hui pour les guidages en translations de grosses charges types palettes 108 Rouleau billes St Deutsche Star K 1960 p 140 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 eg Enfin le roulement du brevet fig 109 est l un des roulement les plus particuliers qu il m aura t donn de voir dans ce travail de d frichage historique SSA Similaire a des poup es russes c est un emboitement de roulements et d l ments tournants la multiplicit des billes permettant la diminution du frottement SS O 7 A O gt WSS SS Fig 1 109 Roulement a billes et a galets Trajan 1960 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 141 p 142 La fin de XXeme siecle et ses innovations Les roulements seront ternels L F X Les roulements seront ternels Industries et techniques octobre 1999 n 808 Les roulements seront ternels p 82 86 Aujourd hui les innovations les plus importantes dans le domaine des roulements se situent au niveau des tats de surface fig 110 et des int grations d autres technologies capteurs mesures fig 111 fig 112 Les surfaces des roulements doivent s adapter a des milieux sp cifiques sable temp ratures extr mes Des vitesses de l ordre de 2 2 millions de N x dm rendent n cessaires de telles innovations Le fa
66. ls roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 29 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires kk kk xk kK eK 9 12 5 12 xk kk k x 7 12 x 4 12 en g n ral l angle de contact est de 32 mais il existe galement des roulements obliques a 15 25 voire 40 De plus la construction est telle qu ils ne permettent que de tr s faibles d fauts d alignement de l ordre de 1 1000 rad Habituellement les roulements une rang e de billes ne sont pas d montables ces roulements sont en g n ral mont s par paires en opposition D rivent aussi les roulements contact oblique une rang e de billes d montables roulements appari s roulements contact oblique deux rang es de billes p 30 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements billes deux rang es de billes contact oblique 12 Roulement deux rang es de billes contact oblique 13 Sch matisation Type de contact El ment roulant Chemin de roulement Utilisations principales contact ponctuel billes 2 rang es le chemin de roulement cylindrique de la bague int rieur comporte deux paulements Gr ce aux deux paulements situ s entre les billes de la bague ext rieure le contact est oblique
67. miques remplis d une pellicule d huile permettent pour de grandes vitesses de rotation de l arbre de s affranchir de tout contact solide subsiste tout de m me un contact fluide En fait cette technologie peut tre consid r e comme pr curseur en attendant les paliers lectromagn tiques et autres technologies encore inconnues qui marqueraient le grand retour juste retour par ailleurs des paliers rel gu s l heure actuelle aux faibles vitesses de rotation David Perrin david perrin utbm fr l re ann e G nie M canique et Conception UTBM Dossier termin en d cembre 2000 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 147 p 148 es x 0 a JN AN p 150 Extraits traduits de la revue americaine The Pratical Engineer article paru sous la signature de C J Benjamin en d cembre 1898 e L usage de billes en acier pour r duire le frottement des roulements est en train de prendre une rapide extension et de nouvelles applications en sont faites chaque jour Le fait qu une seule compagnie a une production mensuelle de 15 20 millions de billes variant en dimension de 1 16 de pouce 4 pouces est un indice suffisant de l importance de cette branche m canique relativement r cente e En marge du d veloppement de cette technique un fait appara t en vidence c est l absence presque compl te de connaissances pr cises sur la r sistance et la dur e des billes
68. moyen de rouleaux 680 av J C Mais la premi re machine dans laquelle l emploi de galets rev t un caract re purement organique semble bien tre celle r alis e vers l An 330 avant J C par Diades qui fut en quelque sorte l ing nieur en chef de fabrication d armements d Alexandre Le Grand Cet ing nieur avait concu un b lier dont le mouvement tait command par des roulements plac s dans des gorges et maintenus a des distances fixes les uns des autres leur extr mit par une sorte de cage fig 35 Le b lier tait mis en action par des man uvres qui tiraient sur des c bles attach s a chaque extr mit de la cage et passant sur des poulies folles fix es aux extr mit s du socle fixe du b lier dav 35 B lier mont sur rail billes 330 av J C p 62 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Un deuxieme exemple d application m canique du roulement et qui nous rapproche davantage des roulements modernes remonte a l poque de Caligula de l an 12 a l an 41 de notre re En drainant le lac Nemi en 1928 un certain nombre de reliques datant de cette poque furent retrouv es dans deux vaisseaux Entre autres objets on remarqua un socle supportant par l interm diaire de rouleaux sph riques prolong s par des tourillons un plateau rotatif un socle mobile de statue quip par ce qui peut tre consid r comme un des premiers dispositifs d orientation a billes fig 36 Des videments e
69. n cessaire de d monter fr quemment le roulement un tel moyen vite d parpiller et de perdre les billes Pour permettre une bonne utilisation et une longue dur e de roulement il est absolument n cessaire de le maintenir propre et l abri des poussi res On peut ou non le huiler les praticiens ne sont pas d accord sur ce point mais la propret est indispensable Il est probable qu un l ger graissage des billes avec de la vaseline au moment de la mise en route vite la n cessit d une lubrification avec de l huile La meilleure pratique consiste r duire les points de roulements 2 sur chaque bille l extr mit d un m me diam tre et de donner aux chemins de roulement une courbure l g rement moindre qu aux billes La bille est ainsi maintenue dans une position assise elle a un axe fixe et tourne sans glisser Sil y a 3 points de contact il y a obligatoirement un peu de glissement et le roulement sera irr gulier p 152 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 e Pour terminer il peut tre int ressant de r sumer les quelques maigres Informations utilis es comme principes directeurs de la conception et de la fabrication de ces genres de roulements 1 la bille doit tre capable de tourner ind finiment sans se rompre en quelque sorte la cha ne constitu e par les billes doit tre sans fin 2 les billes doivent rouler dans un chemin bien d fini et autour d un axe
70. n forme de calottes sph riques taient creus s dans le disque sup rieur et les tourillons des billes taient soutenus par des bandes de cuivre cousues a la partie inf rieure de ce disque Les disques taient en bois et les roulements en bronze Ceux ci constituent sans doute le premier exemple d organe de roulements de forme sph rique bien qu en l occurrence les tourillons aident a supporter la charge et qu il n y ait pas proprement parler de roulement parfait comme dans les but es billes modernes 36 Reconstitution de la but e retrouv e dans la gal re de Caligula 12 ap J C roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 63 Sil faut remonter dans l histoire de la civilisation moderne a L onard De Vinci en 1485 pour d gager les notions de frottement de glissement et de frottement de roulement ce n est que beaucoup plus tard en 1534 qu il est fait mention de roulements billes dans les m moires de Benvenuto Cellini un orf vre florentin auquel Francois ler commanda une statue en argent de Jupiter d environ cinq pieds et demi de haut Ayant termin avec une extr me diligence la splendide statue de Jupiter je la placai sur un socle de bois et sur ce socle je fixai quatre petites sph res de bois enfonc es de plus de moiti dans des logements creus s dans ce socle et dispos es si bien qu un petit enfant pouvait avec la plus grande facilit mouvoir cette statue en avant et en arri re ou en tourn
71. n ralit s et applications 1930 Dommain J G Roulements billes et rouleaux premi re partie tude physique des roulements Institut sup rieur des mat riaux et de la construction m canique La Revue d Optique 1951 Leloup Lucien Etude de la lubrification et calcul des paliers lois th oriques et exp rimentales Paris Dunod 1962 Bourz s M Quelques id es sur les roulements La m tallurgie et la construction m canique 1966 Palmgren Arvid Les roulements description th orie applications S K F 1967 FAG Kugelfischer Georg Sch fer amp Co Schweinfurt Paliers et roulements FAG pour les antennes paraboliques Germany 1971 p 164 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 e Gillmann J ean Les engins de levage tome 1 Paris Dunod 1972 e St Fran aise des P troles BP La th orie de la lubrification et ses applications Paris Pyc dition 1974 e Sharp Archibald Bicycles Tricycles an elementary treatise on their design and construction The M I T Press 1979 e Charles Coulston Gillispie Dictionary of scientific biography tome 9 New york Charles Scribner s Sons 1981 e Les roulements tome 1 technologie simplifi e Publication r alis e par un groupe de professeurs de l enseignement technique et d ing nieurs sp cialis s e Claude J acques et Davanture Claire S N R Les roulements Paris S N R Roulements et Nathan Commun
72. n peut s exprimer ainsi avec des galets roul s par la mer et dont la plupart taient devenus ronds comme de v ritables billes A chaque instant il glissait sur cet instable terrain un beau jour il sy donna une tr s belle entorse qui le retint au lit pendant plusieurs jours p 156 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Que faire au lit pour un ingenieur sinon de r fl chir Le notre analysa les causes de son accident se rem mora tout ce qu il savait sur le frottement de glissement et le frottement de roulement et conclut que rien n tait meilleur qu un jeu de billes tendu par terre pour attraper des entorses Si bien qu aussit t gu ri et rentr dans son usine il remplaca un des paliers graisseurs huile de sa transmission de mouvement par un collier de billes en marbre plac es dans une rainure Le principe tait trouv A la v rit les billes en marbre taient d fectueuses elles s usaient vite en frottant les unes sur les autres et leur poussi re rongeait l arbre en rotation On leur substitua donc toutes sortes d autres billes en m tal dur ou en m tal tremp C est cette formule que l on doit l heure actuelle les excellentes petites billes des roulements de bicyclettes et d automobiles Elles font du graissage m canique sans graisse leurs d fauts sont de devenir ovales de s ovaliser au bout d un certain temps quelque dure que soit leur mati re et surtout de se rompre pa
73. n type de palier lisse dont la lubrification est assur e par le mat riau du palier par ses l ments ou par un film de lubrifiant solide Coussinet kusine n m de coussin 1863 En m canique le coussinet est une pi ce cylindrique creuse plac e dans un support palier et qui soutient une extr mit du tourillon de l arbre Coussinet en bronze en alliage antifriction Coussinet de t te de bielle Coussinet de rail pi ce sur laquelle repose le rail e Selon la norme ISO 4378 1 NF E 22 500 le coussinet est d finit comme suit Le coussinet est un l ment amovible d un palier lisse dont la surface int rieure constitue une surface de glissement roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 161 sources Ouvrages Diderot et d Alembert Encyclop die raisonn e des sciences et des arts Ecole Polytechnique Paliers graisseurs et boites huile portefeuille des l ves Paris Ecole Polytechnique 1880 Ets Peugeot V locip des Peugeot Paris Imprimerie du Griffon 1899 De Nansouty Max Actualit s scientifiques F lix J uven 1901 Champly Ren Le moteur d automobiles la port e de tous Paris Librairie g n rale scientifique et industrielle H Desforges 1909 Descarces Henri Nouvelle encyclop die pratique de m canique et d lectricit tome 1 Librairie Aristide Quillet 1924 Encyclop die des sciences industrielles Quillet M canique g
74. ne bois roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 27 Aptitude aux charges axiales Aptitude aux charges radiales Vitesse limite de rotation Rotulage admissible Montage et d montage D riv es et variantes Commentaires kw KR 6 12 kkk KK x 7 12 kk k x x 6 12 1 12 les deux rang es autorisent un meilleur alignement Les roulements de ce type sont presque uniquement ex cut s avec un al sage cylindrique la limite de vitesse peut tre augment e par l emploi d une cage sp ciale lls peuvent tre munis d une rainure sur la bague ext rieure avec segment d arr t pour la fixation axiale p 28 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Roulements billes une rang e de billes contact oblique 10 Roulement billes une rang e de billes contact oblique 11 Sch matisation Type de contact El ment roulant Chemin de roulement Utilisations principales contact ponctuel billes 1 rang e Le chemin de roulement de la bague ext rieure comporte deux paulements in gaux dont l un assez faible permet la bague ext rieure de passer soit gr ce un chauffage pr alable ou ventuellement par tension lastique sur le jeu de billes mont sur la bague int rieure bo te de r duction broche de machine moteurs lectriques verticaux avec charge axiale paliers de but e de pompes machines outi
75. nologiques auxquelles l ing nieur concepteur se retrouve forc ment confront et cela depuis quelques g n rations des poques o les roulements ne se nommaient pas ainsi mais plut t paliers coussinets voire m me roues ou rondins Ma d couverte du roulement billes s est faite avec tonnement il y a quelques ann es mon professeur de construction de l poque m avait alors pr sent un roulement dont le rotulage ne g nait en rien le mouvement et le positionnement des l ments tournants Je profite donc go stement mais l gitimement de l unit de valeur HT07 Culture technique la gen se des objets pour en d couvrir l histoire Ce travail de recherche va me confronter aux innovations technologiques d une poque qui couvre en fait celle de l humanit D s lors mon bagage technique me permet de profiter des d couvertes que je m appr te vous faire partager roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 11 Cependant avant toute tude il convient de pr ciser l objet de ce dossier et ses limites Avant d entrer dans l historique du roulement on fera une pr sentation des standards roulements rouleaux coniques cylindriques sph riques Cette pr sentation permettra une meilleure compr hension des termes et d nominations techniques propres aux roulements qui appara tront tout au long du dossier L historique du roulement se fera alors apr s deux brefs historiques Celui
76. nt progressivement les rendements impressionnants de ceux ci et surtout le d veloppement de l industrie des roulements rendent possible le remplacement des paliers Aux environs de 1910 les roulements commencent tre adapt s l arbre manivelle des automobiles En raison de la vitesse importante laquelle tournait les moteurs les port es de roulement surface d appui entre l arbre et la bague int rieure ne devaient jamais tre inf rieures deux fois le diam tre de l arbre qui roule sur le coussinet Il n tait d ailleurs pas exag r de pr voir trois fois le diam tre dans un moteur tudi en vue d un usage durable En effet l poque l arbre manivelle et les coussinets taient les parties du moteur qui supportaient les plus grands efforts les plus sujets une usure rapide L acheteur soucieux d avoir un moteur susceptible de lui fournir un long service se r signait alors acheter un moteur un peu plus lourd mais ayant un arbre manivelle puissant mont sur des roulements tr s lourds Rien ne vaut alors le large et long coussinet en bronze dur largement lubrifi le graissage des port es de roulements de l arbre manivelle dans ses coussinets tant assur par les projections d huile du carter faites par le barbotage de la manivelle et de la bielle p 84 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Siecle propice aux innovations A partir de 1902 1903 les innovations relatives
77. nt se compose de la fa on suivante fig 1 logement bague ext rieur corps roulant cage g diam tre bague int rieure arbre 3 TS 1 Coupe et description de roulement bille Notons que l appellation de roulement provient des corps roulants qui interpos s entre les deux l ments en rotation l un par rapport l autre d nomm s bagues permettent le roulement et non plus le frottement entre les deux surfaces de contact On peut remarquer encore que le terme anglo saxon de bearing pour d signer un roulement porte en lui l id e de supporter ce qui est une des principales fonctions d un roulement Par d finition on trouvera des roulements partout o il y a rotation L avantage de la r duction des frottements permet l augmentation de la vitesse de rotation des syst mes et moteurs Les exemples d utilisation sont tr s roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 17 nombreux du cycle au turbor acteur en passant par l automobile de la machine laver la machine outil de la remont e m canique des stations de sports d hiver t l ski au Train a Grande Vitesse Les cas ou le palier lisse a subsist concernent des applications sous fortes charges et faibles vitesses en encombrement radial reduit vilebrequin de moteur de voiture Bien que pr sent partout le roulement n est pas facile a observer car pratiquement jamais apparent Reprenons la d marche qui s est effect
78. outies St J unkers F M A M A E Bratt M Beduneau St Timken M Frenkel St des Roulement Aiguilles St Chaning Corporation M Trajan St Deutsche Star K St S K F p 170 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Credit photographique Tous les ayant droits n ayant pu tre identifies leurs droits sont r serv s S N R 6 8 10 12 14 14a 16 16a 18 20 22 22a 24 26 110 111 112 Groupe PSA 53 54 55 57 B P 31 David Perrin 1 2 3 4 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 28 29 30 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 56 58 p 172 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Retrouvez tout l int r t de la version mise en ligne de roulent les m caniques sur Internet http www utbm fr rubrique publications Ce document est libre disposition de tout lecteur Les enseignants qui souhaitent l utiliser avec leurs classes peuvent le faire En revanche toute exploitation commerciale est interdite sauf autorisation expresse de l UTBM aupr s du Service ditorial nb l original de cette publication a fait l objet d une protection aupr s des services de la Soci t des gens de Lettres SGDL Centre d innovation p dagogique et p le ditorial Universit de Technologie de Belfort Montbeliard yves lequin utbm fr ISBN 2 914279 01 9 maj 24 04 2001 p 174
79. poser enfin d une th orie ayant acquis sa forme d finitive Parmi les exp rimentateurs dont le travail orient les conceptions de G mbel on peut citer tout particuli rement l Allemand Stribeck 1902 et les travaux d une s rie de chercheurs qui ont confirm leur valeur par l exp rience notamment a Hanocq l Universit de Li ge Les premi res tudes m thodiques du m canisme de la lubrification par film mince furent effectu es par Hardy en 1920 qui employa d abord le terme de Lubrification limite Ses travaux furent poursuivis et consid rablement d velopp s par Bowden et Tabor en 1950 ils pr sent rent des th ories sur le r gime de lubrification limite et le frottement largement reconnues notre poque roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 59 Histoire de roulements Des l Antiquit l homme eut affronter les forces de la nature Et il s aper ut bien vite que pour d placer de lourdes charges sa force ou m me celle des animaux qu il avait domestiqu s tait insuffisante Il contourna la difficult principale le frottement des mat riaux en substituant le roulement au frottement de glissement II placa des rouleaux de bois sous les patins des traineaux L anc tre du roulement venait d appara tre Ecole Polytechnique Paliers graisseurs et boites huile portefeuille des l ves 1880 Selon certains r cits d esquimaux recueillis par les premiers voyageurs qu
80. quement La th orie de la lubrification en r gime hydrodynamique est alors bas e sur les travaux exp rimentaux de Beauchamp Tower qui fit des recherches pour l Institution of Mechanical Engineers Londres en 1883 afin de mettre au point des m thodes convenant la lubrification des essieux de chemin de fer Une de ses exp rimentations phares r sidait dans un coussinet d environ 160 d arc fig 33 qui portait sur l essieu et qui devait tre aliment en lubrifiant par l essieu lui m me plongeant dans un bain d huile dav 33 Coussinet de 160 exp rience de Tower 1883 Un trou pratiqu au cours d essais ant rieurs sur la g n ratrice sup rieure n ayant plus de raison d tre avait t obtur par un bouchon de li ge d s la mise en rotation de l essieu le bouchon fut projet hors de son logement Tower ayant fait remplacer ce bouchon par une broche en bois bien cal e celle ci fut lentement expuls e Il eut alors l id e de brancher un manom tre sur le trou et fut surpris de constater que le manom tre gradu jusqu 200 livres par pouce carr environ 14 bars tait nettement insuffisant pour mesurer la pression alors que la charge unitaire du palier n tait que de 100 livres par pouce carr 7 bars Il releva alors les courbes de pression suivant une s rie de g n ratrices et de sections transversales et publia les r sultats de ses travaux p 58 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9
81. rfois tr s rarement il est vrai Mais quel est le syst me qui n a pas ses d fauts c t de ses qualit s La fabrication de ces billes en m tal dur est une des curiosit s industrielles actuelles Au d but on tournait les billes puis on les chargeait de s arrondir les unes les autres en les agitant pendant des jours et des jours dans des cylindres tournants analogues ceux dans lesquels on br le le caf On n en finissait pas de tourner de cette fa on l exactitude des billes tait insuffisante et elles co taient trop cher Maintenant on a combin tout un outillage de fabrication perfectionn et rapide qui repose sur l emploi des meules On prend des barres d acier dans lesquelles une machine nomm e d coupeuse coupe des flans qui deviendront des billes Cette machine sorte de cisaille rotative d coupe ais ment soixante dix mille flans l heure Les flans qui ressemblent une petite bo te d allumettes comme forme passent dans un four qui les r chauffe puis de l dans une machine forger cylindres cannel s Pris dans les cannelures tourn s retourn s m ch s en quelque sorte ils perdent leurs angles et leurs ar tes et deviennent vaguement ronds roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 157 Alors les voila pr ts a passer a la meule damntus ad molam comme disait la bonne grammaire de Lhomond Des meules d grossissantes continuent la besogne commenc e des meules finisse
82. rne autour de son propre axe ou centre et en m me temps applique continuellement de nouvelles parties de la surface au corps sur lequel il se meut On trouve par l exp rience que le frottement qu un corps prouve en roulant c est dire la r sistance qui vient des in galit s du plan sur lequel il roule est moindre que le frottement que le m me corps prouverait en glissant La raison en est assez apercevoir apr s ce que nous venons de dire sur le roulement des corps ronds Car il est visible que ce roulement aidant d sengrener les parties diminue beaucoup le frottement C est pour cela que les roues sont si sort en usage dans les machines et qu on les charge de la plus grande partie qu il est possible de l action afin de rendre la r sistance moindre p 160 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Palier palje n m de paelier 1287 de l ancien francais paele po le En m canique il s agit d une pi ce fixe supportant l arbre de transmission d une machine Paliers d un moteur d auto Palier de but e qui emp che le glissement longitudinal de l arbre e Selon la norme ISO 4378 1 NF E 22 500 les paliers sont d finit comme suit Le palier est un support ou guide qui d termine la position d une pi ce mobile par rapport aux autres pi ces d un m canisme Le palier lisse est un palier dans lequel intervient uniquement le frottement d au glissement Le palier autolubrifiant est u
83. rottantes taient soumises un mouvement relatif rapide donna lentement essor une technique de lubrification bien am lior e et inexploit e jusque l dans laquelle les l ments des paliers et glissi res ne se trouvaient plus en contact occasionnel comme dans le cas de la lubrification limite mais taient isol s les uns des autres par un film fluide assez pais pour emp cher tout contact On s aper ut bien vite que pour tre totalement b n fique ce mode de lubrification n cessitait l emploi de quantit s abondantes de lubrifiant des vitesses de glissement lev es et que la conception des paliers devait tre conforme une g om trie permettant la formation d un coin de lubrifiant qui converge dans la direction du mouvement Des techniques d usinage des m taux consid rablement am lior es et la d couverte vers le milieu du XIXe si cle d abondantes r serves d huile min rale r solurent ces probl mes et mirent les paliers hydrodynamiques la port e des transports et de l industrie En 1883 Petroff dans le Bulletin de l Acad mie des Sciences de Saint P tersbourg a le premier trait par le calcul le probleme du frottement dans les paliers en tenant compte de la viscosit du lubrifiant II supposait que l arbre et le coussinet sont concentriques et d terminait l effort de frottement par application de la loi de Coulomb Puisqu il s agit de surfaces parall les son raisonnement n tait correct que dans le ca
84. roulements r vent de la vie ternelle Entra nements syst mes 1999 n annuel p 26 28 e Durbourg J ean La m canique am ricaine imposera t elle les roulements rouleaux La science et la vie n 32 p 489 497 p 166 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Brevets amp inventions Brevets d inventions Institut national de la propri t industrielle INPI Archives d partementales de Belfort extraits de 1902 a 1970 1902 1902 317 742 1902 317 949 1902 320 914 1902 322 287 1902 323 164 1902 323 245 1902 324 926 1902 326 301 1902 326 729 1902 326 944 1902 327 273 1903 1903 328 288 1903 329 836 1903 331 948 1903 332 292 1903 332 444 1903 334 329 1903 335 070 1903 338 027 1903 338 290 1903 338 363 1903 338 666 Palier anti friction a rouleaux Syst amp me de roulement a billes Perfectionnement aux coussinets a rouleaux Perfectionnements au graissage des paliers Palier a billes Coussinet d appui pour axe de centrifuges Coussinet anti friction Dispositif de roulement pour rotations rapides Coussinet a rouleaux Perfectionnement aux paliers en bois Coussinet a billes Coussinet a billes Coussinets a rouleaux Coussinet a billes Couronne de roulement pour coussinet rouleaux Perfectionnement aux coussinets a rouleaux Perfectionnement aux coussinets billes Coussinets billes et rouleaux Coussinets
85. roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9
86. rtantes cr s cet effet contact plus tendu A l origine les roulements ont t s privil gi dans la rotation d un syst me supportant une charge radiale perpendiculaire l axe de l arbre Mais la charge support e par le roulement peut aussi tre axiales parall le l arbre Les deux principales familles de roulements se subdivisent alors suivant l aptitude des roulements supporter des charges radiales ou axiales Pour r pondre ces diff rentes r partitions de charges sont apparues les subdivisions suivantes roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 21 Les roulements a contact radial roulements billes a contact radial roulements rouleaux cylindriques roulements aiguilles Radial car la ligne de charge est radiale par rapport l axe Les roulements contact oblique roulements a billes contact oblique roulements rouleaux coniques Mont en opposition avec un autre roulement de m me nature pour assurer l quilibrage axial ils acceptent une combinaison de charges radiales et axiales dans un seul sens A deux rang es de corps roulants ils acceptent des charges axiales dans les deux sens Les roulements rotule roulements billes roulements rouleaux sph riques Le chemin de roulement de la bague ext rieure est sph rique qui permet un d battement angulaire de la bague int rieure A billes ils acceptent des charges radiales et de faibles charges ax
87. rtout d ouvri res sp cialistes Avec une tonnante dext rit ils prennent soup sent lorgnent et retournent les billes d pos es devant eux en tas dans des corbeilles lls en mettent quelques unes de c t comme insuffisantes ou inexactes et les autres la plus grande partie dans la corbeille qui porte la mention Re ues Ensuite on peut passer au microm tre et au calibreur une des billes refus es la casser l examiner au microscope on peut tre certain qu elle tait impropre au service Prend on une des billes re ues Le contr le exp rimental confirmera le diagnostic des essayeurs on voit qu il ne fait pas bon de jouer aux billes avec ces gaillards l on serait certain de perdre la partie p 158 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Pr cisions et d finitions normalis es des termes principaux employ s Roulement Rulm n m de rouler 1903 le Roulement billes est un m canisme destin diminuer les frottements entre des pi ces roulant l une sur l autre form de billes d acier ins r es entre les organes flottants roulement aiguilles rouleaux cylindriques coniques e Citons au propos de cette d finition un extraits traduit du fran ais contemporain de L encyclop die ou dictionnaire raisonn des sciences et des arts Diderot et d Alembert f m en terme de M canique signifie une force de mouvement circulaire par lequel un mobile tou
88. s robustes et plus l g res compos es d un moyeu au centre d un cercle ext rieur et de rais reliant les deux pi ces se r pandirent travers le Moyen Orient fig 28 fig 29 Cette conception n a pas volu depuis L invention de la roue permit l humanit de faire un immense bond en avant tant technique qu conomique et social roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 51 29 Bas relief art assyrien p 52 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le Une roue en rotation tourne sur l essieu qui la traverse en son centre Le point o la roue est travers e par l essieu est la fus e La roue permit donc de transporter des charges plus lourdes en se servant d un syst me de pivot Un m canisme simple une roue pivotant autour d un axe fixe permettait de r duire consid rablement les efforts appliquer pour d placer l engin ainsi quip mais continuait de pr senter des inconv nients importants Lorsque la roue tourne l essieu est fixe et le moyeu de la roue frotte sur la fus e d essieu Si le moyeu tourne vite les pi ces chauffent les frottements freine la rotation de la roue provoquant une usure rapide des composants du pivot Pour faciliter le glissement du moyeu sur l essieu on garnissait alors le joint de graisse ou d huile d origine animale ou v g tale Ces forces de frottement et leur tude n ont t abord es que vers 1485 par L onard de Vinci Dans les nombreux
89. s et assurer la m me fonction C est cette aptitude a supporter des charges qui va entrainer les diff rences fondamentales et cr er les standards industriels Le roulement du brevet fig 62 pr sente deux billes plus importantes que les autres cette diff rence permet d encaisser des charges radiales importantes dans la mesure o le roulement est bien pr sent par rapport la direction de la charge y I lt gt gt 62 Coussinet billes Albert Ennis Henderson 1902 p 92 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le brevet fig 63 est tout aussi original puisqu il pr sente des l ments tournants de forme particuliere l id e ne FG GE pr sente pas 6 beaucoup d avantage puisqu il faut usiner l arbre pour l adaptation NX De plus pour que ces l ments assurent leur fonction il faut que le nombre de points de contact soit le plus limit possible 5 8 sinon la bille o l l ment tournant est impr gn d un moment qui g ne la rotation et d t riore le roulement 63 Coussinets rouleaux John Kincaid 1903 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 93 Les roulements des brevets fig 64 fig 65 fig 66 sont relatifs des poques diff rentes mais bas s sur le m me principe celui de l alternance des diam tres des l ments tournants 64 Roulements
90. s limite d une charge nulle en somme il tait le premier a utiliser les forces de viscosit dans l analyse du frottement lubrifi mais il n avait pas d couvert les lois que l hydrodynamique permet de formuler quant l existence de la couche fluide et son conditionnement nous dirons qu il n avait pas d couvert le secret de la force portante du film roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 57 N anmoins si imparfaite que soit sa theorie elle ne s loignait pas tellement de la v rit en ce qui concerne la valeur de l effort de frottement Par contre elle tait totalement fausse en ce qui concerne l paisseur du film et pour cause elle ignorait la loi de r partition des pressions travaux bas s en fait sur l existence d un film d huile d paisseur variable dans un palier excentr De plus puisqu elle attribuait a l paisseur du film une valeur constante gale au jeu elle devait tre compl tement d rout e par l apparition dans le palier des coefficients de frottement lev s qui se manifestent quand la vitesse tangentielle de l arbre entre autres descend en dessous d une certaine valeur En fait c est un accident de laboratoire qui a conduit en Angleterre la d couverte des lois exactes du frottement hydrodynamique sans que la th orie de Petroff y ait t connue Le m canisme de la lubrification par film pais fut alors r ellement connu et les principes th oriques furent exprim s math mati
91. t de 20 kilom tres l heure il gravit des pentes de 10 mais alors sa vitesse n est que de 5 kilom tres Les complications et les soins apport s a la construction de ce quadricycle justifient son prix exorbitant qui est de 3 4 000 francs Comme l g ret et commodit le p trole vaut mieux que la Vapeur car une fois en marche on n a absolument s occuper que de la direction la machine fonctionnant jusqu complet puisement du p trole mais le prix et la complication g tent encore une fois les avantages apport s par la l g ret de la machine L un de vos abonn s demandait un jour quel tait le meilleur v locip de automobile je lui r pondrai qu ayant tudi la question simplement comme amateur je choisirais encore le v locip de Trepardoux car malgr ses inconv nients ce syst me a donn ses preuves de bon fonctionnement et de dur e roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 155 Extrait de l article jeu de billes relatif a la fabrication des roulements crit par Max de Nansouty et paru dans la revue actualit s scientifique en 1901 C est une chose instructive que de constater ceci Au d but de toute grande invention utilitaire de celles qui ont t pr cieuses l humanit en facilitant le travail en le rendant meilleur et plus conomique il y a tout simplement une observation bien faite Archim de Papin Stephenson Giffard Nobel et bien d autres et tous les
92. u e au cours de l histoire Pour d placer un bloc de pierre en le faisant glisser il faut fournir un effort important Si nous pla ons dessous des rouleaux comme le firent les gyptiens l effort pour r aliser le m me d placement est consid rablement r duit De m me si on intercale des rouleaux entre deux plaques on r alise alors un syst me de roulement lin aire similaire celui utilis par les Grecs pour leur b lier d assaut Si au lieu de deux plaques on prend deux cylindres creux tels que le diam tre de l un des deux soit inf rieur celui de l autre et si on intercale des rouleaux entre ces deux cylindres on est en pr sence d un m canisme o l un des deux cylindres creux peut tourner par rapport l autre sans grand effort Ce m canisme est une forme primitive de roulement rouleaux Les deux cylindres ou anneaux concentriques sont appel s bagues ce qui permet de d finir une bague int rieure et une bague ext rieure Entre ces deux bagues sont interpos s des corps roulants car on s aper ut rapidement que les rouleaux pouvaient tre remplac s par des billes Il suffit maintenant et ce fut un l ment tr s vite d couvert d adjoindre ce dispositif une pi ce permettant de maintenir un cartement convenable entre les corps roulants nous appellerons cet l ment la cage Puis il convient pour que les corps roulants se maintiennent sur la piste ainsi constitu e de munir les extr mit s de bagues de r
93. uid par un essai de synth se de nombreuses sources secondaires notamment d anciens manuels qui ne sont pas exempts d interpr tations historiques aujourd hui jug es simplistes Ce n est pas tr s grave car le scrupule de l enqu te r tablit de lui m me la complexit des faits mat riaux et lubrifiants disponibles niveau du syst me technique de production demande effective des march s culture professionnelle des diverses industries etc Il montre notamment comment entre 1880 et 1910 on assiste un brusque panouissement de cette solution technique la fois mieux comprise sur le plan des principes r alisable dans des conditions satisfaisantes roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 9 et enfin pleinement adopt e par une industrie novatrice comme celle des cycles L invention tait devenue innovation Mais David Perrin ne se contente pas de ce descriptif historique et technique d j bien toff Il nous a r serv pour finir une plong e dans les brevets notamment de la p riode tr s innovante des premi res ann es du si cle Il fait la pleinement uvre d historien des techniques n h sitant pas au travail ingrat et d licat d tude des sources primaires qu il nous restitue en une typologie du d veloppement des id es neuves sur les roulements Il nous montre ainsi une piste de recherche f conde que lui m me ou d autres se doivent de poursuivre Michel Cotte Ma tre de conf rences en H
94. un RT e LER gt td us Lidee est amusante quoique s rement tr s bruyante 98 Syst me de roulement billes Davies 1902 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 131 Les roulements des brevets fig 99 fig 100 fig 101 ont t s invent s pour faciliter le montage La bague int rieure peut pivoter pour introduire les billes 99 Roulement billes sph ro annulaire St Malicet et Blin 1904 p 132 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 oy Ces roulements permettent par la m me un d battement 100 Roulement billes Beduneau 1920 p 133 101 Roulement rotule deux rangs de billes sans cage Beduneau 1940 p 134 roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 Le Le roulement du brevet fig 102 est utilise pour les guidages longs c est le m me systeme utilis dans les p daliers de bicyclette fig 51 fig 52 1 gt Cx SKK N Ly 16 ee OR ZION 97 JO WIM lt gt 102 Perfectionnements aux roulements a billes Auguste Georges Latil 1904 Le roulement du brevet fig 103 permet d encaisser les efforts axiaux C est en fait l ancienne version des roulements combin s roulement et but e combin s dans un seul roulement 103 Roulements billes applicables aux roues Camille Hautier 1904 roulent les m caniques 20
95. us particuli rement l Ecole polytechnique Paliers graisseurs et boites huile portefeuille des l ves Ecole polytechnique 1880 mais aussi Claude Jacques et Davanture Claire S N R Les roulements Paris S N R Roulements et Nathan Communications 1988 Enfin je remercie particuli rement l entreprise S N R pour la documentation constructeur fournie gracieusement ainsi que pour son aimable autorisation pour l utilisation de ses photographies dans cette publication en ligne cr dits photo roulent les m caniques 2001 ISBN 2 914279 01 9 p 5 Milk presentation Preface Dans le cadre de la formation aux Humanites offerte aux tudiants l ves ing nieurs de l Universit de Technologie de Belfort Montb liard l unit de valeur HT07 propose un titre a priori des plus ouverts Culture technique la gen se des objets Cet enseignement est constitutif de l esprit m me des universit s de technologie figurant tr s t t au Guide de l tudiant de l UT de Compi gne o il fut cr par Yves Deforge Le travail propos aux tudiants vise comprendre le changement technique partir des objets de l industrie en les replacant tant dans le contexte de leur poque qu en prenant le param tre temps comme un axe privil gi d observation Le projet est ambitieux et il ne peut tre s rieusement conduit qu partir d tudes de cas clairement d limit es Le dossier demand
96. uses la terminent Les billes engag es dans les rainures d un plateau tournant rainures enroul es en spirales en boucles en labyrinthe sont emport es dans un furieux mouvement de tournoiement autour de leur axe en m me temps qu elles font des kilom tres de promenade dans les rainures du plateau Et toujours devant ce plateau tourne tourne la meule d meri la surface mordante qui ne rencontre pas une des malheureuses billes sans mordre comme le ferait une lime tout ce qui d passe l alignement sph roidal On arrive ainsi faire des billes de trois millim tres de diam tre irr prochables dont l exactitude est garantie un quatre centi me de millim tre pr s Voil les billes fabriqu es elles sont alors lav es et polies avec une mati re polissante tr s douce On leur fait subir une derni re op ration de r ception ayant pour but de refuser de rebuter celles qui ne seraient pas exactement sph riques ou qui auraient une paille int rieure risquant de les faire se briser ou bien quelque d faut imperceptible On simaginerait volontiers que cette op ration de v rification finale doit s effectuer avec des appareils microm triques d une d licatesse parfaite Erreur compl te On ne parviendrait pas contr ler ainsi des centaines de milliers de billes L organe de v rification le plus simple le plus conomique et le plus rapide que l on ait pu mettre en uvre ce sont l il et la main d ouvriers et su

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