Conçus à l'origine comme des roulements de plus longue durée pour les roues de chariot il y a plus d'un siècle, les caractéristiques des roulements à rouleaux coniques en font un roulement polyvalent qui a été adopté dans une grande variété d'applications et d'industries, notamment dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'acier, de l'exploitation minière, de l'énergie éolienne et plus encore. Les roulements à rouleaux coniques tirent profit du contact direct entre les éléments de roulement et les chemins de roulement, ce qui leur permet de supporter des charges plus lourdes que les roulements à billes. De plus, les éléments de roulement coniques de ces roulements font d’eux d’excellents candidats pour supporter la charge radiale et axiale combinée. En raison de leur grande capacité de charge, les roulements à rouleaux coniques sont souvent utilisés dans des applications difficiles où les roulements sont soumis à de lourdes charges et à des impacts.

Le traitement thermique des roulements à rouleaux coniques est essentiel à leur longévité dans ces applications, les deux traitements thermiques les plus courants étant le durcissement par trempe à cœur et le durcissement par cémentation.

Durcissement par trempe à cœur

L'acier est principalement composé de fer mélangé à du carbone et à d'autres éléments d'alliage. Le carbone est un élément d'alliage important pour définir les propriétés métallurgiques. Une teneur plus élevée en carbone augmente la dureté et la résistance du matériau, ce qui est important pour la résistance à l'usure et la longue durée de vie de l'acier de roulement. Toutefois, cela rend aussi l'acier plus fragile.

Lors de la production de l'acier fondu trempé à cœur, un niveau élevé de carbone est dissous dans le mélange de fer. L'acier passe ensuite par un processus de durcissement, qui consiste à chauffer l'acier à une température élevée, puis à le refroidir et enfin à le tremper.

Ce procédé durcit également le matériau jusqu'au centre. Par conséquent, les roulements trempés à cœur sont relativement fragiles et susceptibles de se rompre en cas d’impact.

Figure 1 : Rouleau durci par trempe à cœur

Cémentation

La cémentation (également appelée carburation) est un type de traitement thermique couramment utilisé pour les roulements à rouleaux coniques, qui offre une résistance supérieure à la rupture en cas d’impact. Dans le cas du durcissement par cémentation, l'acier à faible teneur en carbone est traité à la chaleur dans un four à atmosphère contrôlée par le carbone. Il demeure dans le four pendant un certain temps pour permettre à la surface de l'acier d'absorber le carbone à une profondeur prédéterminée. Cela forme une couche superficielle dure, à haute teneur en carbone, nécessaire à la surface de contact de roulement, tandis que le noyau reste relativement souple. Le noyau plus souple est capable de mieux absorber la charge de choc, ce qui rend le roulement moins susceptible de se rompre sous l'impact.

En plus d'améliorer la résistance aux impacts, le noyau plus souple améliore les performances dans des conditions de désalignement et le matériau carburé améliore généralement de 40 % la résistance à la fatigue des roulements. Pour ces raisons, l'acier durci par cémentation est la norme pour chaque roulement NTN-Bower. Dans l'étude présentée dans le tableau 1, un roulement cémenté NTN-Bower de qualité supérieure a démontré son avantage par rapport aux roulements trempés à cœur concurrents lorsqu'il a été testé dans des conditions de charge radiale et axiale déterminées, où le roulement cémenté présentait une résistance à la fatigue L10 supérieure de 50 % à celle du roulement du concurrent A et de 413 % à celle du roulement à faible coût du concurrent B.

Figure 2 : Rouleau durci par cémentation

Tableau 1 : Comparaison de la résistance à la fatigue du roulement cémenté NTN-Bower à celle d’un roulement concurrent durci par trempe à cœur (numéro de pièce : HM218248/HM218210)

* Les roulements du concurrent B de cette étude ont été produits par un fabricant à faible coût.

Défaillances courantes des roulements à rouleaux coniques

En plus du matériau de roulement et de la sélection du traitement thermique, plusieurs autres facteurs peuvent faire en sorte que le roulement dure moins longtemps. Une installation, une lubrification et un entretien adéquats sont tous très importants pour assurer une longue durée de vie des roulements. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des défaillances les plus courantes pour les roulements à rouleaux coniques.

Figure 3 :
Rupture après impact La rupture d'un rouleau durci par trempe à coeur a été causée par une charge d'impact à l'extrémité d'une roue.

Figure 4 :
Bosselage causé par débris Un bosselage généralisé s'est formé à la surface du chemin de roulement de la cuvette en raison de l'entrée de l’infiltration de particules dans le roulement.

Figure 5 :
Précharge axiale excessive Des dommages par écaillage ont été causés sur l’extrémité large des rouleaux en raison de la pression excessive exercée sur la face nervurée, due à l’application d'une précharge trop importante lors de l'installation.

Figure 6 :
Jeu excessif Des dommages par écaillage ont été causés sur la petite extrémité des rouleaux en raison d'un mauvais réglage lors de l'installation qui a entraîné un jeu excessif.

Figure 7 :
Lubrification insuffisante La décoloration par la chaleur de la surface du chemin de roulement et les dommages par frottement à la base plus large de la face nervurée ont été causés par une lubrification insuffisante entre les surfaces de contact de roulement.

Pour en savoir plus sur ce produit, visitez le site ntn.ca/francais/produits/roulements-a-rouleaux-coniques/

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