Comment les roulements enveloppés de bronze fonctionnent dans des conditions de charge élevée et de faible lubrification

Prenons l'exemple d'une bague de guidage de matrice d'emboutissage dont la conduite de graissage automatique tombe en panne au milieu d'un changement de vitesse. Une bague en bronze coulé sur le même axe se brise en quelques minutes et se grippe avant la fin de l'heure. Un roulement enveloppé de bronze avec des bouchons en graphite intégrés continue de fonctionner pendant le reste du quart de travail et, lors du démontage, son usure radiale est souvent inférieure à 0,05 mm.

C'est pourquoi les ingénieurs de Zhejiang Shuangnuo Bearing Technology Co., Ltd. (Shuangnuo) spécifient des roulements enveloppés de bronze pour les points coulissants qui supportent de lourdes charges et ne peuvent pas garantir la livraison d'huile. La construction est une bague à support en acier avec une couche de bronze fritté et des bouchons lubrifiants solides dans l'alésage. Il ne remplace pas la lubrification ; cela permet de survivre à la perte de lubrification.

Définition : un roulement enveloppé de bronze supporte une pression de surface élevée grâce à son support en acier tandis que des lubrifiants solides intégrés maintiennent un film de transfert sec et à faible friction sur l'arbre.

Ce qui différencie les roulements enveloppés de bronze

Les roulements enveloppés de bronze tirent leurs performances de charge élevée et de faible lubrification d'une structure à trois couches, et non d'un seul matériau.

Le support en acier constitue le support de charge. Dans la série FB090, une bande d'acier à faible teneur en carbone est formée sur une bague et installée avec un ajustement serré. L'acier étant fin mais rigide, le roulement transfère la pression de contact directement au boîtier. C'est ainsi qu'une bague enveloppée supporte des charges statiques allant jusqu'à 250 MPa dans une fraction de l'espace radial dont une bague en bronze coulé solide a besoin.

La couche intermédiaire est une matrice de bronze fritté, généralement de 0,2 à 0,5 mm d'épaisseur, liée à l'acier. Il s'adapte à un désalignement mineur, incruste les débris et éloigne la chaleur de friction de la surface.

Le troisième composant est un ensemble de bouchons en graphite ou en composé de graphite pressés dans des trous à travers la couche de bronze. Au fur et à mesure que l'arbre se déplace, le matériau du bouchon se détache et brunit sur l'arbre, créant ainsi le film de transfert qui supporte la charge en l'absence d'huile.

Roulement enveloppé de bronze FB090 avec poches de lubrification au diamant Cette bague enveloppée de bronze CuSn8 offre une capacité de charge élevée et des performances autolubrifiantes pour les machines lourdes, remplaçant les bagues traditionnelles en bronze coulé tout en économisant de l'espace et des coûts. Voir le produit →

Performances sous charge élevée : le dos en acier supporte la contrainte

Sous des charges statiques et dynamiques élevées, le support en acier assure la stabilité dimensionnelle ; le bronze ne gère que la surface.

Les roulements de qualité FB090 présentent une charge statique maximale typique de 250 MPa et une charge dynamique maximale de 140 MPa, en supposant un boîtier cylindrique rigide et un ajustement serré. La même bague dans un boîtier flexible perd une grande partie de cette capacité, c'est pourquoi la rigidité du boîtier fait partie du système de roulement.

Le comportement à l'usure suit. Lors d'essais d'oscillation à une pression de contact de 25 MPa et une vitesse de glissement de 0,08 m/s, les bagues de type FB090 fonctionnant à sec contre un arbre en acier trempé présentent généralement une usure radiale de 0,02 à 0,04 mm par 100 heures, du même ordre qu'une bague en bronze coulé graissée et bien meilleure qu'une bague non graissée.

Un alésage de 40 mm qui nécessite une poche de boîtier de 52 mm en bronze coulé s'adapte à une poche de 44 mm comme bague enveloppée, libérant ainsi l'espace radial et réduisant le coût du matériau de la bague d'environ 60 %.

Roulement enveloppé de bronze FB092 avec trous d'huile pour une utilisation à basse vitesse Conçue pour les applications à charge moyenne et à faible vitesse, cette bague autolubrifiante stocke l'huile dans les trous percés, réduit la maintenance et peut remplacer les manchons conventionnels entièrement en cuivre à moindre coût. Voir le produit →

Comportement en cas de faible lubrification : le mécanisme du film de transfert

En l'absence de graisse ou d'huile, les roulements enveloppés de bronze continuent de fonctionner car les bouchons renouvellent continuellement un film solide sur l'interface coulissante.

Le matériau du bouchon en graphite est plus doux que le bronze, donc la pression de contact l'étale sur l'arbre. En quelques minutes, un mince film sombre apparaît et un glissement se produit entre ce film et le bronze au lieu d'un glissement métal sur métal. Le frottement à sec passe de la plage de 0,15 à 0,30 du bronze coulé à sec à un niveau typique de 0,06 à 0,12.

Le film se reconstruit après chaque décrochage et redémarrage, c'est pourquoi la construction convient aux fonctions oscillantes, alternatives et start-stop. Les bouchons à base de graphite étendent la plage de service de -40 à 200 °C, au-delà des limites de la plupart des graisses.

L’état de la tige contrôle l’adhésion du film. Pour les charges supérieures à 50 MPa, utilisez un arbre trempé à 45 HRC avec une finition Ra 0,4-1,6 micromètre. Notre analyse de la résistance à l'usure du FB090 couvre les modes de défaillance en détail.

Si le service est une rotation continue supérieure à 0,5 m/s, ajouter de l'huile. En cas d'oscillation, de mouvement alternatif ou de longues périodes d'inactivité sous charge, le film de transfert seul fera l'affaire.

Roulements enveloppés de bronze ou en bronze coulé, bimétalliques et revêtus de PTFE

Les roulements enveloppés de bronze se situent entre les extrêmes du spectre des roulements lisses : plus résistants que les types revêtus de PTFE aux chocs et à la contamination, plus tolérants sans huile que le bronze coulé et plus compacts que les deux.

Règle de sélection : choisissez un revêtement en bronze lorsque le roulement doit survivre à un fonctionnement à sec périodique, aux chocs et aux débris ; choisissez le bimétallique lorsque le pétrole arrive par intermittence ; choisissez uniquement un revêtement en PTFE pour un glissement propre et légèrement chargé ; choisissez le bronze coulé uniquement lorsque des murs épais sont obligatoires.

Roulement enveloppé de bronze sans plomb FB094 avec bague d'étanchéité Une version améliorée du FB092 dotée d'une bague d'étanchéité pour empêcher les fuites de graisse et la pénétration de saletés, offrant des performances autolubrifiantes sans plomb, à charge élevée pour les environnements industriels exigeants. Voir le produit →

Où les roulements enveloppés de bronze gagnent leur vie

Les roulements enveloppés de bronze apparaissent partout où de lourdes charges oscillantes rencontrent une lubrification interrompue : axes de pivotement, poteaux de guidage, tourillons de cylindre et autres tâches similaires.

• Matériel de construction et de terrassement : axes de pivotement des flèches et des godets des pelles et des chargeuses, exposés à la poussière et aux longs intervalles d'entretien.
• Machines agricoles : pivots d'attelage, liaisons de planteuse et mécanismes de presse à balles graissés de façon saisonnière.
• Systèmes hydrauliques : tourillons de cylindre et bagues de pompe sous lubrification limite.
• Outillages et matrices : poteaux de guidage, manchons d'éjection et plaques d'usure dans les moules d'emboutissage et d'injection.
• Manutention : rouleaux de convoyeurs, palettiseurs et poulies de grue.
• Marine et offshore : machines d'écoutille et gréements où l'eau de lavage élimine la graisse.

Shuangnuo fabrique la série FB090 avec un moulage en bronze en interne, une spectroscopie en phase de fusion à chaque chaleur et un usinage sur une flotte de plus de 80 machines CNC. La première production de matériaux sur commande réduit les délais de livraison pour les tailles métriques et non standard.

La capacité pertinente pour l'achat est la traçabilité : le contrôle de fusion en interne et les rapports d'essais mécaniques tiers sont importants lorsqu'un roulement transporte 250 MPa au point de contact.

Les roulements enveloppés de bronze ne remplacent pas la lubrification ; ils permettent de survivre à la perte de lubrification. Les concepteurs bénéficient d'une enveloppe plus petite, d'un circuit de lubrification plus simple et d'une machine qui survit à un intervalle d'entretien manqué au lieu de déchirer un arbre. Pour évaluer le FB090 pour une fonction spécifique, utilisez la limite PV comme première porte, puis vérifiez la rigidité du boîtier et la finition de l'arbre.

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