Guide pour la sélection des matériaux de roulement communs

La sélection des matériaux de roulement a une incidence directe sur la fiabilité et la durée de vie des systèmes mécaniques, ce qui nécessite un alignement avec les conditions de fonctionnement (charge, vitesse, environnement).Les matériaux de roulement courants sont classés en trois types: les matériaux métalliques, non métalliques et métalliques poreux.

I. Matériaux métalliques: choix essentiel pour les charges de haute résistance

1. alliages de roulements (alliages Babbitt/métaux blancs)

• Composition et structure: alliages à matrice molle à base d'étain ou de plomb, contenant des grains durs d'étain d'antimoine (Sb-Sn) et d'étain de cuivre (Cu-Sn).
• Principaux avantages:
  • La matrice douce offre une grande ductilité et une grande conformité, tandis que les grains durs améliorent la résistance à l'usure;
  • Exceptionnelle inclinabilité (permet aux particules d'impuretés de s'incorporer, empêchant les rayures du journal) et propriétés d'usure antiadhésives;
  • Bonne conductivité thermique (réduit l'accumulation de chaleur par friction) et adsorption de l'huile (améliore la lubrification).
• Les limites:
  ▪ Faible résistance, nécessitant une couche mince de 0,5 à 5 mm sur des coques en bronze, en acier ou en fonte;
  ▪ Coûteux, adapté à des applications à charges lourdes et à vitesse moyenne nécessitant une lubrification stricte (par exemple, turbines à vapeur, arbres principaux de moteurs à combustion interne).

2. Alliages de cuivre

• Types typiques:
  ▶Étain de bronze: excellentes propriétés anti-frottement, utilisées dans des scénarios de charges lourdes à moyenne vitesse (par exemple, roulements d'arbre d'hélice de bateaux), mais avec une conformité inférieure aux alliages de roulements;
  ▶Plumes en bronze: Haute capacité anti-attaque, adaptée aux charges lourdes à grande vitesse (p. ex. roulements de moteur d'avion);
  ▶Aluminium, bronze: Haute résistance et dureté, faible anti-convulsion, utilisée dans les charges lourdes à basse vitesse (par exemple, roulements de machines minières).
• Avantages communs: Dureté et capacité de charge plus élevées que les alliages de roulement, offrant une meilleure rentabilité.

3. alliages à base d'aluminium

• Caractéristiques techniques:
  • Faible densité (environ 1/3 des alliages de cuivre), forte résistance à la corrosion et haute résistance à la fatigue;
  • Ils peuvent être fabriqués sous forme de composants monométalliques ou de structures bimétalliques (membranes à base d'aluminium + support en acier), remplaçant certains alliages de roulements et bronzes.
• Applications: roulements de moteurs automobiles, roulements de compresseurs dans les scénarios de charge moyenne à grande vitesse.

4. fonte (fer fonte gris/fer fonte résistant à l'usure)

• Mécanisme de renforcement: Les flocons de graphite (lamellaires ou nodulaires) forment une couche lubrifiante solide, adsorbant les lubrifiants pour améliorer la lubrification de la bordure.
• Restrictions:
  ▪ Fragile avec une faible adaptabilité, ne convient qu'à des applications à faible vitesse avec des charges légères (par exemple, machines agricoles, roulements d'outils à main);
  ▪ nécessite une lubrification, ne convient pas aux environnements de charge d'impact.

II. Matériaux non métalliques: solutions pour les environnements spéciaux

1. Matériaux polymères (plastiques)

• Types courants:
  ▶ Résine phénolique: résistante aux températures élevées (150°C), haute résistance, utilisée dans les roulements des boîtes de vitesses;
  ▶ Nylon (PA): bonne lubrification, absorption des chocs, adapté aux environnements poussiéreux;
  ▶ Polytétrafluoroéthylène (PTFE): très faible coefficient de frottement (0,04), résistant à la corrosion, utilisable sans lubrification.
• Limites d'utilisation:
  ▪ Faible conductivité thermique (1/200 d'acier), nécessitant un contrôle de la vitesse de fonctionnement (≤ 0,5 m/s) et de la pression (≤ 3 MPa);
  ▪ Un coefficient de dilatation linéaire élevé (10 fois celui de l'acier), ce qui nécessite des espaces d'adaptation 2 à 3 fois plus grands que les roulements métalliques;
  ▪ Faible résistance et prédisposé à ramper, impropre à des roulements de précision.

2Matériaux à base de carbone et de graphite

• Avantages en matière de performance:
  • L'auto lubrification repose sur la vapeur d'eau adsorbée et les lubrifiants imprégnés (p. ex. métaux, PTFE, disulfure de molybdène);
  • Résistance à haute température (supérieure à 600 °C), résistance à la corrosion, adaptée au vide ou à des environnements fortement corrosifs (p. ex. roulements de pompes chimiques).
• Les biens matériels: Une teneur plus élevée en graphite entraîne une dureté plus faible et un coefficient de frottement plus faible (jusqu'à 0,08).

3. caoutchouc et bois

• Déchets: Elasticité élevée, adsorption des impuretés, utilisée dans des environnements lubrifiés à l'eau ou pollués (p. ex. roulements des équipements de traitement des eaux usées);
• En bois: Structure poreuse pour l'imprégnation à l'huile, adaptée aux environnements poussiéreux (p. ex. roulements de machines textiles, machines agricoles), nécessitant un traitement de surface pour une résistance accrue à l'usure.

III. Matériaux métalliques poreux: optimaux pour les scénarios d'auto-lubrification

1Principe matériel

• Processus de fabrication: Les poudres métalliques (principalement fer/bronze) sont pressées et frottées en une structure poreuse (porosité 10%~35%), saturées d'huile avant utilisation pour former des roulements imprégnés d'huile.
• Mécanisme de lubrification:
  ▶ Pendant le fonctionnement: la rotation du journal et l'élévation de la température libèrent de l'huile des pores vers la surface de frottement;
  ▶ Pendant l'arrêt: l'action capillaire attire l'huile dans le roulement, ce qui permet une auto-lubrification périodique.

2. Matériaux et applications typiques

• Fer poreux: résistance plus élevée, utilisée dans les scénarios à faible vitesse à charge moyenne tels que les revêtements de moulin, les roulements d'arbre à cames des moteurs à combustion interne;
• Bronze poreux: Bonne résistance à l'usure, adaptée aux ventilateurs électriques, aux machines textiles et aux roulements des générateurs automobiles (charge ≤ 10 MPa, vitesse ≤ 2 m/s).
• Recommandations d'utilisation: Remplissage régulier de l'huile pour des performances optimales, impropre aux charges d'impact ou à des vitesses élevées (> 3 m/s).

Référence de la décision de sélection

Conclusion

1. Charge lourde et vitesse élevée: privilégier les alliages de roulements ou le bronze au plomb avec des systèmes de lubrification forcée;
2. Environnements corrosifs/sans huile: utiliser des matières plastiques PTFE ou du carbone-graphite, en échangeant une certaine capacité de charge pour une adaptabilité environnementale;
3. Autoglubrification à faible coût: Les matériaux métalliques poreux sont idéaux pour les scénarios de charge légère à basse vitesse.
   En évaluant de manière exhaustive des paramètres tels que la charge, la vitesse, la température et les milieux environnementaux, et en combinant les propriétés physico-mécaniques du matériau avec le coût,la durée de vie des roulements et la fiabilité opérationnelle des équipements peuvent être considérablement améliorées;.