ROULEMENTS DE MOTEURS ELECTRIQUES: QUELLES BONNES PRATIQUES?

Les roulements de moteurs électriques revêtent plus d’importance que l’on ne l’imagine: leurs performances peuvent influencer directement le bon déroulement de la production. Dans la plupart des cas, ils travaillent en conditions modérées et affichent une durée de service effective dépassant souvent celle des moteurs eux-mêmes. Une avarie de roulement inattendue peut en revanche avoir de lourdes conséquences et il convient donc d’observer une série de bonnes pratiques durant la sélection, le montage et l’entretien de ceux-ci.

LES INNOVATIONS MENENT A UNE FIABILITE ELEVEE

Les fabricants de moteurs électriques et bobineurs ont pu, au fil des années, profiter d’une série d’évolutions technologiques au niveau des roulements: augmentation de la capacité de charge, réduction de l’encombrement et de la masse, fonctionnement plus silencieux, roulements prégraissés, roulements isolés électriquement, … Tout cela a contribué grandement à améliorer les performances et la fiabilité des moteurs, ce qui a réduit d’autant le nombre d’interventions nécessaires entre deux passages chez le bobineur. Les recommandations en termes de sélection de roulements (lors d’un remplacement ou d’un upgrade, p.ex.), elles, n’ont pas changé fondamentalement.

SELECTION DU ROULEMENT ET MONTAGES CLASSIQUES

Roulement à billes ou à rouleaux cylindriques

Les roulements rigides à billes sont, de loin, les plus utilisés dans le cadre des moteurs électriques: ils se caractérisent par un contact ponctuel entre l’élément roulant et la piste. Ils génèrent un frottement interne réduit et peuvent donc tourner à des vitesses élevées. A l’inverse, le point de contact est le siège de contraintes élevées et induit une capacité de charge réduite. Cette dernière est bien souvent suffisante au vu des charges modérées qui sont d’application.

Il peut malgré tout dans certains cas être nécessaire de renforcer cette capacité de charge, notamment dans le cas d’un entraînement par courroies. Cela peut se faire en passant à un roulement rigide à bille d’une série plus large (si l’encombrement le permet) ou en remplaçant le roulement monté du côté de l’entraînement par un roulement à rouleaux cylindriques, de la même série. Ils se caractérisent par un contact linéaire entre l’élément roulant et la piste. Ils peuvent ainsi reprendre bien des charges élevées. Cela se fait bien entendu au prix d’un frottement interne beaucoup plus élevé que les roulements à billes: la température de fonctionnement est logiquement plus élevée et les vitesses admissibles plus faibles.

On se retrouve ainsi régulièrement les montages suivants:

• Un montage à deux roulements rigides à billes;
• Un montage avec un roulement rigide à billes et un roulement à rouleaux cylindriques du côté de l’entraînement.

Paramètres

Que cela soit durant une nouvelle sélection ou un remplacement, il est recommandé de faire valider les paramètres suivants, par le roulementier ou le distributeur:

• La nouvelle durée de service théorique du roulement: laquelle doit être calculée sur la base de la désignation du roulement et des conditions de travail;
• La classe de jeu du roulement: de classe normale ou plus élevée (C3, par exemple), selon les ajustements présents (axe et logement) et les conditions de température durant le fonctionnement;
• Le passage ou non vers un roulement prégraissé (et donc étanche): un choix qui peut s’avérer pertinent si les conditions de fonctionnement sont telles que la durée de vie théorique de la graisse reste satisfaisante;
• L’utilisation éventuelle d’un roulement isolé électriquement: en cas de passage de courant parasite engendrant une avarie prématurée du roulement, il peut être nécessaire d’investir dans ce type de roulement, dont les dimensions et capacités de de charges restent les mêmes (certains constructeurs les montent d’emblée).

ROULEMENT FIXE OU LIBRE?

Positionnez toujours les bagues d’arrêt et rondelles-frein conformément aux indications du fabricant: le sens de montage indiqué par le constructeur définit la position du palier libre et celle du palier fixe. La dilatation de l’axe peut ainsi être reprise de manière optimale, sans engendrer de charge parasite au niveau des roulements. A défaut d’indication, laissez le roulementier déterminer avec vous le positionnement optimal (il n’y a pas de règle absolue en la matière).

MONTAGE DES ROULEMENTS

Le montage à froid des roulements est le plus utilisé: les roulements sont directement enfilés sur l’axe, au moyen d’une douille de frappe et d’un maillet. Pour éviter d’engendrer des efforts parasites, il est hautement recommandé d’utiliser les kits de montage des roulementiers ou ceux des fabricants tiers: ils contiennent des cales adaptées à chaque série de roulement, et surtout, elles sont conçues de manière à ce que les forces soient appliquées à la fois sur la bague extérieure ET intérieure. Beaucoup d’utilisateurs commettent l’erreur de frapper directement sur le roulement, ou de n’appliquer des efforts que sur la bague extérieure, ce qui peut entraîner des dégâts irrémédiables au niveau des pistes, et diminuer très fortement la durée de service.

Une autre solution existe, plus sûre et plus fiable: le montage à chaud. En effet, une fois le roulement chauffé à une certaine température, les bagues se dilatent légèrement et il devient nettement plus simple d’enfiler le roulement jusqu’à sa portée, sans avoir à appliquer le moindre choc. Les chauffe-roulements à induction actuels permettent de chauffer en moins d’une dizaine de minutes (maximum) les roulements rapidement et uniformément, et ne nécessitent pas de formation particulière, hormis l’observation des règles de sécurité habituelles: ports de gants thermiques adéquats et des autres équipements de protection individuelle. Des taques chauffantes existent également pour les petits roulements, et accomplissent le même travail.

LUBRIFICATION DES ROULEMENTS

Que l’on parle d’un roulement de moteur électrique ou d’une autre application, il convient de se poser 4 questions essentielles:

• Quel lubrifiant utiliser?
• Quand relubrifier?
• Quelle quantité?
• Comment relubrifier (manuellement ou en automatique)?

Quel lubrifiant dois-je utiliser?

Pour la toute grande majorité des roulements, en particulier les roulements de moteur électriques, il s’agit de lubrification à la graisse. Les caractéristiques importantes de la graisse (type de savon et d’huile de base, viscosité requise et grade NLGI) sont déterminées en fonction des conditions de fonctionnement:

• Température;
• Vitesse de rotation;
• Charges radiales et axiales appliquées; et
• La direction de l’axe horizontal ou vertical.

A défaut de connaître le type de graisse recommandé par le fabricant, il convient de communiquer ces informations au roulementier ou au fournisseur de lubrifiants afin de déterminer la graisse la plus adaptée. On constatera au passage que les graisses standard au lithium avec huile minérale, d’indice NLGI 2 (axe horizontal), conviennent dans beaucoup de cas.

Quelle quantité dois-je utiliser?

Lors du graissage initial, il est recommandé de remplir le roulement de graisse selon la formule de calcul et les valeurs communiquées dans le catalogue général du fabricant. Ces formules sont régies le plus souvent par les facteurs suivants:

• Diamètre moyen du roulement(= somme du diamètre extérieur et du diamètre intérieur, divisée par deux);;
• Vitesse de rotation de l’axe;
• Coefficient de calcul propre au roulement, à consulter dans le catalogue après avoir retrouvé la référence du roulement sur la plaque signalétique du moteur.

Selon la vitesse de rotation, la température ambiante et le taux de contamination, le logement peut être rempli entre 40 et 60%. Dans les cas de vitesses de rotation très lentes (moins de 10 tours par minute) et d’environnement fortement pollué, on peut envisager un remplissage à 100%. On profite ainsi de l’effet 'barrière' de la graisse sans risque d’emballement de température.

Quand dois-je lubrifier?

La fréquence de relubrification dépend dans une large mesure de la température dans le roulement. En effet, passé les 70 °C, l’usure du lubrifiant devient plus rapide et l’on recommande généralement de diviser l’intervalle de relubrification par deux, à chaque seuil de 15 °C au-dessus de cette valeur. Aussi, il est conseillé de tenir compte des obstacles entravant le passage de la graisse:

• graisseur éloigné du roulement;
• bagues entretoises à proximité directe du roulement.

La température est loin d’être le seul paramètre influençant la fréquence de relubrification:

• charge;
• vitesse de rotation;
• niveau du contamination;
• taille et le type de roulement;
• présence de vibrations ou d’oscillations.

La méthode de détermination de l’intervalle de relubrification et de la quantité d’appoint fait intervenir différentes formules et abaques, et est expliquée en détail sur les sites des grands roulementiers tels que SKF et Schaeffler.

ROULEMENTS DITS 'GRAISSES A VIE'

Parler de roulement 'graissé à vie' est certes un abus de langage, mais cette dénomination se comprend dans la pratique. La sélection de la graisse et son taux de remplissage très précis en usine permettent d’atteindre une durée de vie de graisse optimale. Plusieurs tests publiés par les roulementiers ont montré que des roulements graissés d’origine ne requièrent aucune relubrification durant un cycle complet de fonctionnement du moteur, ce qui constitue un gain de temps et d’argent appréciable. Les constructeurs de moteurs l’ont bien compris: on retrouve ainsi ces roulements graissés d’origine régulièrement en première monte. Ils donnent d’excellents résultats en conditions de charge et de température modérées, ce qui est le cas de la majorité des moteurs électriques. Seules les applications très rudes sont sujettes à caution telles que les moteurs vibrants, les moteurs situés à proximité de fours, en immersion, ou travaillant en chambres froides.