choix d'un roulement supportant les hautes vitesses et une charge axiale importante

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Bonjour,

dans le cadre de la conception d'une machine d'essais, je dois choisir mes paliers.

description de ma machine de bas en haut:

palier en appui (arbre usiné pour fournir un appui au roulement)
électrobroche
palier de guidage
liaison arbre moteur/outillage réalisée par un mandrin
outillage

en ce qui concerne le choix du palier en appui, j'ai pensé à des roulements à rouleaux coniques.
que pensez vous de ce choix, sachant que la vitesse de rotation de l'arbre atteint 40 000 rpm pour un outillage de 10kg et 13 000 rpm pour un outillage de 50kg?
savez vous comment déterminer l'angle d'inclinaison des rouleaux ainsi que le jeu pour le montage?

vous remerciant par avance,

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[el_bodeguero]

tout va dépendre en premier lieu de l'équilibrage de ton ensemble.
Il faut d'abord faire un bilan des efforts. Le poids propre des pièces risque d'etre peu important vu les efforts dus a la vitesse de rotation.

Je doute qu'un rlt a rouleaux tienne a cette vitesse. Vitesse maxi 5000 tr/mn pour un rlt a rouleaux coniques de dia 50. A delà l'effort des billes va casser la cage du roulement.
Pour info, les rlt de broches de CN UGV(30 000 t/mn) sont en ceramique et refroidis par un circuit d'eau.

Tu parles d'angle de roulement; je doute que les constructeurs fabriquent à la demande...
Jeu ? Jeu fonctionnel ? Jeu de précharge du roulement ?
Beaucoup trop d'inconnues !
Il faut tout d'abord faire le bilan des forces et surtout quantifier le balourd minimum que tu arriveras a obtenir.
Meme tres bien équilibré ton arbre va vibrer; quelle est la vibration mini que tu peux accepter ?
Si vibration -> fatigue -> dimensionnement de l'arbre en conséquence.

sujet de stage ? interessant en tout cas.

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salut,
merci de ta réponse.
il s'agit bien de mon sujet de stage.
pour ce qui est du diamètre d'arbre, il peut etre adapté au besoin. en effet il s'agit d'une conception totale de la machine. j'ai trouvé mon électrobroche, son diamètre intérieur fait 34mm mais rien n'empèche de l'usiner au niveau des paliers ou bien d'avoir un diamètre plus conséquent au niveau des paliers.
en ce qui concerne le balourd, il ne devrait pas exceder le g.m en théorie.
enfin en ce qui concerne le jeu, je dois t'avouer que je n'ai aucune idée de ce qu'il faut respecter pour que l'ensemble fonctionne correctement. j'imagine qu'il y a des normes mais je ne les connais pas.

est ce que ces précisions t'aident un peu?

[el_bodeguero]

poste un dessin de l'ensemble, plan ou ref de ton électro broche + plan de ton outillage.
J'arrive pas a imaginer un dia de l'arbre moteur de 34 mm au bout du quel tourne une masse (équilibrée) de 50 kg à 10 000 tours .

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mon électrobroche est une parvex hw430bq.
je t'ai mis en pièce jointe un schéma d'ensemble.
je m'excuse pour le manque de propreté du schéma mais je suis très pressé ce soir. j'en enverrai un plus propre lundi. je suis désolé je ne m'attendais pas à recevoir une aide aujourd'hui.
en tous cas je te remercie pour ton aide et m'excuse encore de devoir partir maintenant en pleine discussion.

bon week end,
widget

[chatelot16]

50kg a 10000t/min en porte a faux sur un arbre de 34mm : tu va tout prendre dans la gueule : il faut un arbre plus gros pour que cela puisse tenir : meme parfaitement equilibré la masse en rotation ne seras pas stable sur l'elasticité de l'arbre

il faut un arbre plus gros , mais les gros roulement ne supportent pas les grandes vitesse : tant pis les paliers en bronze ou autre antifriction lubrifie a l'huile marchent tres bien aussi !

c'est exactement pour cela que les gros moteurs a explosion ne sont pas sur roulement

[méca+]

Très beau sujet mais comme le fait remarquer el_bodeguero ton cahier des charges semble pointu.
Nous ne pourrons pas tout te faire par le net. Il te faut une doc complete SNR, FAG ...
La remarque des bagues n'est pas fausse, avec une excellente lubrification c'est faisable mais il faut aussi évaluer la durée de vie de ton système.

Pour faire concret je n'ai pas ouvert un catalogue. Par contre sur le précis de conception tome 3 ils donnent un abaque pour la lubrification des roulements. Avec une huile très fluide et un diametre DU roulement de 40 mm, on peut utiliser jusqu'à 40 000tr/mn des rlts à billes/rouleaux cyl/roul coniques/rouleaux sphériques(mais c'est la limte de l'abaque).
Mais ce n'est qu'une partie de l'étude. Il faut après envisager une lub forcée + filtre.

Effectivement il faut aussi une conception tenant compte des vibrations, des efforts....


Il faut que tu utilises les moyens autour de toi et te faire guider (but d'un stage)

Regarde aussi la conception du moteur puisque lui même est déja censé donner la puissance et la viteese (sauf reprise des efforts en porte à faux => accouplement flexible)

Salut et bonne chance.

[el_bodeguero]

Pour faire concret je n'ai pas ouvert un catalogue. Par contre sur le précis de conception tome 3 ils donnent un abaque pour la lubrification des roulements. Avec une huile très fluide et un diametre DU roulement de 40 mm, on peut utiliser jusqu'à 40 000tr/mn des rlts à billes/rouleaux cyl/roul coniques/rouleaux sphériques(mais c'est la limte de l'abaque).

je suis tres étonné que les rlts standards tiennent a cette vitesse.

Le but de ton stage n'est pas uniquement de trouver quels roulements il faut mettre mais de conduire une étude pour arriver au résultat. Si tu veux la solution directement contacte un ingénieur skf / fag ou autre et il te fera ton étude ; ton stage sera terminé...
Comme je te l'ai déjà dit ne te focalise pas sur les roulements.
* Rédaction du cahier des charges fonctionnel
* schéma fonctionnel avec les liaisons
* description des efforts en présence
* calcul des efforts dans les liaisons
* dimensionnement des éléments (arbres / paliers / moteur). Ce qui te permettra de déterminer si le choix de cette l'éléctro broche est bon.
* conception de la machine
* fabrication
* essai
* réception

Tu verras que le lignage de l'arbre et l'équilibrage (G6.3 / G2.5 voire G 1) est préponderant pour cette étude.
Apres tu peux délirer:
En combien de temps vais je atteindre la bonne vitesse de rotation
durée de vie des pivots
Déformation de l'abre et vibration
Durée de vie de l'arbre d'un point de vue fatigue
Comment conduire efficacement un équilibrage statique et dynamique ?
Maintenance préventive de la machine.

A mon avis je peux déjà te dire que je ne pense pas que la machine soit construite à la fin de ton stage.
En tout cas je ne sais pas quel est ton niveau d'étude mais sujet quand meme costaud.

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bonjour et merci à tous.
pour répondre à la question de el bodeguero c'est mon sujet de projet de fin d'études d'ingénieur.
et j'en suis au 4ème mois sur 6 et je me noie dans mon stage. d'autant que je le gere tout seul. d'après mes calculs, la broche aurait une puissance suffisante pour atteindre la survitesse.
par contre pour ce qui est du dimensionnement de l'arbre en dynamique et du choix des paliers je suis un peu perdu.
de plus je désire utiliser un dispositif d'équilibrage magnétique placé juste après le palier qui est sensé équilibrer l'outillage. le problème c'est qu'il y a une liaison entre l'arbre du moteur et celui de l'outillage. et je ne parviens pas à trouver un système permettant de raccorder l'outillage à l'arbre transmettant toutes les vibrations (et accessoirement qui puisse tourner à 40 000rpm). j'ai pensé à un mandrin mais les entreprises que j'ai contacté m'ont répondu négatif.
sans parler du problème de l'homologation...
alors je commence à stresser.

el bodeguero, qu'est-ce que "le lignage de l'arbre et l'équilibrage (G6.3 / G2.5 voire G 1)"?

méca+ et chatelot16 merci pour vos conseils également.

au fait chatelot16, qu'est ce qui te fait dire que le diametre d'arbre n'est pas suffisant? tu penses qu'à 12000rpm pour un outillage de 60kg il faut élargir le diamètre d'arbre? saurais tu comment on calcule un diametre d'arbre en dynamique? c'est bete à dire mais jusqu'alors j'ai toujours fait des calculs en statique.

[el_bodeguero]

le lignage c'est avoir tout tes équipements dans l'axe le plus parfait sinon tu vas avoir des balourds.
Tu as un dispositif d'équilibrage ok, pour tes conditions de fonctionnement tu dois avoir des abaques qui te permettent de déterminer jusqu'a quelles valeurs ton dispositif va équilibrer. Il ne peut évidement pas atteindre la perfection. Donc tu auras forcément un balourd. Ce balourd va donc provoquer en tournant un effort radial. (c'est pour ca que l'on equilibre les roues de voiture).
Comme ton dispositif est vertical je pense que tu peux déterminer aisément les efforts axiaux.
Maintenant que tu as quantifié les efforts dans les laisons détermine la charge P des paliers.
Oui mais quel diametre ?
Il faut procéder maintenant au dimensionnement de l'arbre:
isole ton arbre / l'effort prépondérant est également celui dû au balourd.
Tu as un effort F du au balourd quand ca tourne. STOP !
a un instant t - dt ton arbre est immobile et soumis a cet effort F. Tu te retrouves dans un cas de statique.
Ton arbre est soumis notamment a un effort tranchant. tu peux donc dimensionner ton arbre. Tape dans des aciers costauds car plus le dia sera grand plus tes roulements seront grands plus tes billes de rlt auront une vitesse linéaires grande.
tapes dans du 42CD4 T.
Ne calcule pas les efforts dus au mauvais lignage. tu as un équilibreur auto.
par contre accorde le plus grand soin aux tolérances de fab et ajustement pour les accouplements.

[chatelot16]

je ne sais pas comment calculer ton probleme : mais c'est un probleme de stabilité : si des que l'arbre plie d'un micron cela crée un faut rond qui fait un balourd qui fait plier de 2 micron de plus cela part en catastrophe

par contre si tu augmente le diametre de l'arbre tu sera obligé de mettre des roulement plus gros et tu va depasser leurs vitesse maximum ( pour avoir des duré de vie normale ) mais tu aura peut etre encore une duré de vie suffisante pour ce que tu veut faire

quand on depasse la vitesse de stabilité d'un arbre on prend tout dans la gueule tout de suite , quand on depasse la vitesse maxi d'un roulement ca fait du bruit longtemps avant de casser

on peut depasser la vitesse maximum d'un roulement avec une bonne
lubrification

mais je persiste a dire que pour les grandes vitesses de rotation les paliers lisses sont plus sur que les roulements

( et pourtant j'ai un projet de construction de moteur a explosion sur roulement pour chercher le rendement maximum donc je n'ai rien contre les roulements , je veut en mettre ou il n'y a que des palier lisses . . . )

pour l'acouplement oublie les mandrins il n'y a que cone morse ou cone SA qui puissent etre sufisament precis : je comprend que les marchands de mandrin ait eu peur de ton probleme

le probleme de diametre d'arbre se pose pour le palier du haut mais pour le palier du bas c'est plus simple : il n'y a pas de flexion sur l'arbre donc le diametre prevu suffit et si un roulement ne supporte pas la charge axiale tu peut en mettre plusieurs et autant que tu veux pour partager l'effort axial

[chatelot16]

autre remarque le probleme de stabilité d'un arbre c'est un probleme de rigidité : la rigidité = module d'elasticité est le meme pour un acier a haute resistance ou un acier a ferrer les anes

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merci pour tous vos conseils ça m'a bien fait réfléchir. j'en suis venu à la conclusion qu'il fallait que je revoie la conception de mon outillage. je tenais absoluement à garder les outillages de l'ancienne machine. or ces outillages sont conçus pour etre suspendus et non l'inverse. de plus ils peuvent etre allegrement allégés.
j'ai donc dessiné des nouveaux outillages.
concernant les paliers et l'effort axial qui me prenait la tete, un collègue m'a suggéré une autre solution: une butée à air.
en effet il suffirait de monter un disque sur mon arbre et d'injecter de l'air comprimé par en dessous pour compenser l'effort axial dû au poids. de plus cela eviterait les frottements et la durée de vie d'un tel systeme est pour ainsi dire infinie.
par contre mon tuteur de stage ne souhaite pas que je conçoive moi meme le systeme de butee à air alors j'ai cherché un éventuel fournisseur sur le net mais je n'en ai pas trouvé. est-ce que l'un d'entre vous connaitrait une société qui produit ce genre de système?

[Simplemind]

un collègue m'a suggéré une autre solution: une butée à air.

Bonjour

Hum Hum !
vu ta vitesse de rotation le balourd se fera dans une dimension autre que verticale et comme dis notre ami (tu va le prendre dans la poire).
D'autant que j'imagine mal que tu puisse obtenir avec de l'air à 12 bar une force suffisante pour maintenir le balour. Sans compter que le disque en question va rajouter du balourd et donc encore plus de vibrations.

Cordialement
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Le sourire provient d'une vibration qui associe la joie et la terreur, l'émerveillement et l'effroi. Patrick Drevet

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je sais que ça dois vous sembler étrange mais ce n'est pas le balourd qui me pose le plus gros problème. en fait je disposerai sur ma machine d'un système d'équilibrage automatique pour corriger les petits défauts dus aux changements d'outillages et l'arbre sera bien entendu équilibrer avant d'etre monté. de plus l'arbre sera guidé en bas, au milieu et peut etre en haut, ce qui permettra de rigidifier le système.
pour ce qui est du disque, il suffirait d'une surface de 10 cm² avec de l'air à 6bar pour compenser le poids total du système. le disque ne devrait donc pas etre trop conséquent.
maintenant mon problème c'est surtout de trouver un fournisseur de butée à air comprimé. je ne sais pas s'il en existe? je pense mais je n'en trouve pas. j'ai regardé sur les sites des fabriquants de paliers connus: rien et sur google non plus.