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GBLM : un modèle de calcul exhaustif

La rédaction

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L'avancée des recherches sur l'étude des frottements, ou tribologie, permet de mieux cerner les phénomènes se passant à la surface des zones de contact dans les roulements. Leur mise en équations permet de les intégrer dans un nouveau modèle de calcul de la durée de vie. Il va permettre d'optimiser la conception des roulements et celle des équipements les intégrant.

Jusqu'à une date récente, l'estimation de la durée de vie des roulements reposait sur des modèles de calcul basés sur une contrainte équivalente, induite sous la surface de contact entre les éléments roulants et la bague du roulement (Fig. 1), appliquée au volume de contraintes du contact de roulement. Au fil des années, la fatigue initiée en surface, notamment par une lubrification médiocre ou contaminée, a été intégrée au calcul de la durée de vie des roulements.

La solution proposée par SKF avec le Generalized Bearing Life Model (GBLM) propose, elle, une approche générale de la durée du contact de roulement, qui consiste à représenter explicitement l'altération de surface dans les équations de fatigue de base des contacts de roulement (Fig. 2). Cette nouvelle formulation permet une meilleure prise en compte de la tribologie des roulements dans les calculs de durée de vie. De plus, elle permet de mieux connaître la résistance de la surface, qui joue un rôle prépondérant dans les performances du roulement sur le terrain.

1. HISTORIQUE. Le besoin d'une modélisation plus performante

Correctement utilisés et lubrifiés, les roulements modernes sont de plus en plus fiables. Ces progrès s'expliquent par la mise en oeuvre de bonnes pratiques et par une bonne connaissance des mécanismes classiques de fatigue des contacts de roulement. L'amélioration de la pureté des matériaux et de la qualité de fabrication, combinée à des méthodes de calcul de durée fiables, ont permis ces progrès. Cependant, les tendances du secteur de la mécanique à la compacité et à l'augmentation des rendements continuent de soumettre les roulements, et en particulier leurs surfaces de contact, à des conditions toujours plus sévères, ce qui explique que la plupart des défaillances de roulements soient liées à la surface. Pour éviter que les roulements ne deviennent un frein à l'amélioration des performances des machines modernes, une meilleure prise en compte de la tribologie des surfaces de roulement par rapport aux performances des roulements est nécessaire.

Au cours de la dernière décennie, SKF a réalisé des progrès importants dans le domaine de la modélisation de la durée des surfaces. L'intégration de ces connaissances dans le calcul de la durée des roulements s'est finalement concrétisée avec l'introduction du GBLM, qui distingue la surface de contact entre l'élément roulant et les bagues du roulement d'une zone appelée sous-couche, située dans la bague, en dessous de l'élément roulant. Des modèles physiques différents peuvent ainsi être appliqués à ces deux zones. La fatigue en sous-couche du contact de roulement peut être traitée selon la méthode habituelle en appliquant le modèle classique de capacité dynamique développé dès 1947 par Gustaf Lundberg et Arvid Palmgren, tandis que le traitement des phénomènes en surface nécessite des modèles tribologiques plus sophistiqués qui tiennent compte des interactions physiques complexes qui s'opèrent dans les contacts hertziens (voir vocabulaire) à forte concentration de contraintes : la lubrification, le frottement, l'usure, la fatigue ou le rodage.

Le GBLM permet à SKF, dans ses prédictions de la durée de vie des roulements, de mieux refléter les conceptions plus personnalisées présentant des caractéristiques spécifiques susceptibles d'influer sur les performances des roulements sur le terrain. Citons par exemple les roulements soumis à un traitement thermique spécifique ou qui présentent une micro-géométrie améliorée ou encore une conception ou une qualité particulière (Fig. 3).

Ainsi les clients de SKF pourront bénéficier de différentes caractéristiques exclusives et les intégrer dans leurs calculs de durée nominale. À terme, les clients seront en mesure de mieux exploiter les caractéristiques et la qualité des produits qui ne peuvent être uniquement représentées de manière satisfaisante par une unique charge dynamique de base, notée C (voir vocabulaire) comme cela se pratiquait jusqu'à maintenant.

La possibilité offerte par cette nouvelle approche de traiter spécifiquement les mécanismes de dégradation et la tribologie de la surface des pistes permettra d'utiliser la version plus aboutie du GBLM pour le développement de roulements.

Les ingénieurs SKF utiliseront le GBLM pour développer des roulements de conception améliorée destinés à des applications spéciales ou à des exigences de performances particulières sur le terrain. En somme, le GBLM constitue un outil moderne et flexible d'évaluation des performances des roulements pouvant intégrer de nouvelles connaissances et technologies au fil de leur développement (Fig. 4).

2. TRIBOLOGIE. Une équation pour modéliser sous-couche et surface

Le modèle GBLM conserve la démarche probabiliste normalisée utilisée jusqu'ici dans les calculs de durée nominale des roulements et qui repose sur une distribution dite de Weibull à deux paramètres. Le mathématicien Ernst Hjalmar Waloddi Weibull, avec sa théorie du maillon le plus faible, a introduit des notions[…]

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