Charge statique équivalente
Roulements - Principes et données communes

Pour effectuer une rotation, on utilise un palier, le palier le plus simple étant probablement le gond de porte. Lorsque la charge ou la vitesse de rotation est importante, on utilise des roulements car ils minimisent le couple de frottement et l’échauffement si on doit fonctionner avec une grande vitesse de rotation.

Le calcul des roulements est généralement confié aux fabricants de roulements, ou à l’ordinateur dans les grandes entreprises. Toutefois, un calcul de prédimensionnement à la main des roulements permet de mieux sélectionner les géométries de roulements les plus optimales car il permet de connaître les paramètres de design sensibles. Cet article est le premier d’une série de cinq articles consacrés au calcul à la main des roulements à billes, à rouleaux et à aiguilles. Une approche simplifiée, applicable lorsque la vitesse de rotation est faible ou modérée, n’excédant pas 40 % de la vitesse de rotation maximale admissible donnée dans les catalogues, est présentée.

Cette approche de dimensionnement en statique est applicable à tous les types de roulements et elle prend en compte le cas de charge le plus général qu’on peut rencontrer sur un palier : charge axiale + charge radiale + moment. Elle consiste à ramener le chargement combiné à une charge radiale équivalente qu’on pourra comparer à la capacité de charge statique C_o donnée par les catalogues de roulements, pour vérifier la tenue des roulements en pressions de Hertz. L’approche pourra également être utilisée pour calculer la durée de vie d’un palier à roulements, à condition de remplacer les coefficients de charge statique X_o et Y_o par les coefficients de charge dynamiques X et Y, donnés dans les catalogues de roulements.

Dans le cas particulier des butées à billes ou à rouleaux, on ramène le chargement combiné non pas à une charge radiale mais à une charge axiale équivalente.

Les hypothèses permettant ce calcul simplifié sont les suivantes :

• on dispose des données usuelles indiquées dans les catalogues de roulements ;

• les solides sont considérés indéformables (bagues, arbre et moyeu) ;

• la vitesse de rotation est faible ou modérée ;

• pour les roulements préchargés, l’angle de contact est supposé constant. Cette hypothèse est valide car en pratique, l’angle de contact augmente légèrement (de moins de 2 degrés) avec la charge axiale. Il augmenterait fortement si on exerçait une charge axiale importante sur un roulement qui a un faible angle de contact, mais un tel cas serait une faute de conception.