La fiabilité du fonctionnement et la durée de vie des montages de paliers lisses dépendent, pour toute conception de roulement spécifique, des propriétés matérielles de la paire roulement/arbre et des propriétés de lubrification. Selon les conditions de fonctionnement, c'est l'effet de la matière de la paire de glissement ou l'effet du lubrifiant qui prévaut.
Les paramètres de conception, les conditions de fonctionnement et les exigences économiques sont à la base du choix des matières du roulement. Outre les propriétés de glissement, la taille et le caractère de la force de chargement, les vitesses de glissement et les températures de fonctionnement induites par celles-ci, la quantité et le type de lubrifiant, la fiabilité du lubrifiant, les effets de l'environnement ambiant, la durée de vie souhaitée et les facteurs économiques doivent également être pris en compte. Pour choisir correctement la matière du roulement, il convient de tenir compte des propriétés de glissement, mais aussi des propriétés mécaniques et physiques.
Les roulements lisses étant utilisés dans de nombreuses applications, les matières de roulement connues ne peuvent pas répondre complètement à toutes les exigences. C'est pourquoi il convient de déterminer les exigences les plus importantes pour chaque cas et de trouver une solution partielle. La conception du roulement et le choix du lubrifiant revêtent donc une importance primordiale pour les roulements hydrostatiques ou ceux fonctionnant dans une zone de lubrification hydrodynamique, et ce pour la force garantie. Les roulements fonctionnant dans une zone de lubrification limitée, qui ont également été calculés pour la zone de lubrification hydrodynamiques, et pour les roulements lisses non lubrifiés, les propriétés de glissement de la matière doivent également être prises en compte. Ces propriétés de glissement constituent le critère dominant pour la zone de frottement mixte.
Principaux critères pour l'appréciation des matières de roulement :
La signification et l'ordre de ces critères diffèrent selon les conditions. En fonction de ces conditions, d'autres critères peuvent également être inclus, tels que : la propriété de fonctionnement, les propriétés d'urgence, les caractéristiques d'humidité du lubrifiant, la dureté, la conductivité thermique, l'extensibilité thermique, la densité, etc.
Les principales catégories de matière de roulement sont les compositions en étain et en plomb, les alliages de cuivre avec étain et plomb, les alliages d'aluminium et autres métaux (fonte grise, métaux poreux, etc.), plastiques et autres matériaux non métalliques (graphite, caoutchouc, bois, etc). Les critères fonctionnels des principales catégories de matière de roulement sont présentées dans le tableau suivant :
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Matière du roulement |
Résistance au grippage lors de l'utilisation d'un arbre en acier |
Adaptativité et absorbabilité des particules dures |
Résistance à la corrosion au contact de l'huile |
Résistance à la fatigue |
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Compositions en étain |
Excellentes |
Excellentes |
Excellentes |
Très mauvaise |
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Compositions du plomb |
Excellentes |
Excellentes |
Moyenne |
Très mauvaise |
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Alliage cuivre-étain |
Très mauvaise |
Très mauvaise |
Bonne |
Excellentes |
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Alliage cuivre-étain-plomb |
Moyenne |
Mauvaise |
Mauvaise |
Bonne |
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Alliage aluminium-étain |
Bonne |
Bonne |
Très mauvaise |
Moyenne |
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Alliage cuivre-plomb |
Mauvaise |
Moyenne |
Excellentes |
Excellentes |
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Fonte grise |
Très mauvaise |
Très mauvaise |
Moyenne |
Excellentes |
|
Plastiques mélangés |
Excellentes |
Excellentes |
Excellentes |
- |
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Graphite |
Excellentes |
Moyenne |
Excellentes |
- |
Plus la dureté de la matière du roulement sera élevée, plus sa capacité nominale de charge et sa résistance à l'abrasion seront élevés. Plus la matière du roulement sera douce, moins ce dernier aura tendance à détériorer la surface de l'arbre, plus il pourra s'adapter et meilleures seront ses capacités de fonctionnement et d'absorption des particules dures, telles sont les propriétés extraordinaires. La règle selon laquelle la différence des deux membres de la paire de glissement est une de référence est donc vraie. Pour la matière du roulement, il convient de s'assurer que :
Le tableau suivant présente les valeurs brutes des propriétés caractéristiques des matières des paliers lisses :
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Matière |
Dureté moyenne en HB à 20 °C |
Dureté moyenne en HB à 100 °C |
Résistance à la rupture [MPa] |
Module d'élasticité [MPa] |
Température de fonctionnement admissible maximale [°C] |
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Composition en étain |
26 |
9 |
80 |
48 000 |
110 |
|
Composition en plomb |
22 |
8 |
77 |
30 000 |
100 |
|
Alliages cuivre-étain |
80 |
60 |
250 |
110 000t |
250 |
|
Alliages cuivre-plomb |
30 |
25 |
60 |
85 000 |
160 |
|
Alliages cuivre-étain-plomb |
60 |
50 |
300 |
98 000 |
220 |
|
Alliages aluminium-cuivre |
60 |
40 |
400 |
70 000 |
120 |
|
Alliages aluminium-étain |
35 |
30 |
150 |
65 000 |
120 |
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Acier |
160 |
150 |
550 |
210 000 |
plus de 250 |
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Fonte |
200 |
190 |
250 |
150 000 |
plus de 250 |
Les principales propriétés, la capacité maximale de charge et des exemples d'utilisation correcte sont présentés dans les paragraphes suivants pour certains types de matières.