Poulies à roulement : sélection, signes de défaillance et entretien des transmissions par courroie

Une machine d'emballage qui use une poulie folle tous les trois mois n'a presque jamais de problème de coque ; il a un problème de roulement. Sur les lignes de convoyeurs, les presses à imprimer et les châssis textiles, le petit roulement situé à l'intérieur d'une poulie à roulements décide de la durée de vie de l'ensemble, de son fonctionnement silencieux et de la fiabilité avec laquelle la courroie maintient sa tension. Choisissez le roulement correctement et la poulie devient un composant à installer et à oublier ; choisissez mal et le même démontage se répète chaque trimestre. Ce guide explique le fonctionnement des poulies à roulements, quels types de roulements résistent le mieux, à quoi ressemble une défaillance précoce et comment faire correspondre la poulie à la courroie qu'elle guide.

Qu'est-ce qu'une poulie à roulement et pourquoi le roulement décide de tout

Une poulie à roulement est une roue qui porte un roulement à roulement dans son moyeu, de sorte que la coque tourne librement sur un arbre fixe tandis que la courroie roule sur la face extérieure. Dans un entraînement typique, vous les rencontrerez sous forme de rouleaux tendeurs qui augmentent l'enroulement autour du conducteur, de tendeurs qui maintiennent le côté mou tendu, de rouleaux amortisseurs qui redirigent le chemin de la courroie et de rouleaux de guidage ou de retour à l'intérieur des cadres du convoyeur. Deux systèmes de friction distincts partagent une partie : le contact entre la courroie et la face de la poulie, et le contact de roulement à l'intérieur des chemins de roulement. En pratique, la coque dure plus longtemps que le roulement, car la durée de vie du roulement est consommée par les cycles de charge, la dégradation de la graisse et la contamination plutôt que par le seul contact avec la courroie. C'est pourquoi les acheteurs expérimentés spécifient d'abord la qualité du roulement, le type de joint et la tolérance d'ajustement, puis confirment ensuite le diamètre de la coque, la couronne et l'état de surface.

Types de roulements que vous trouverez à l’intérieur des poulies

Les roulements à billes à gorge profonde dominent la fonction des poulies car ils supportent une charge radiale et axiale légère combinée à grande vitesse pour un coût modeste. Lorsque les charges axiales augmentent, comme dans le cas des tendeurs à ressort, les conceptions à contact angulaire prennent le relais. La tête de convoyeur lourde et les poulies réceptrices s'adaptent aux roulements à rouleaux coniques, tandis que les rouleaux de guidage compacts peuvent utiliser des rouleaux à aiguilles lorsque l'espace radial est restreint. Le tableau ci-dessous compare les familles que vous êtes le plus susceptible de rencontrer lors de l'achat de poulies pour systèmes à courroie.

Familles de roulements courantes utilisées à l’intérieur des poulies et fonctions auxquelles chacune convient le mieux.
Type de roulement	Capacité de charge	Capacité de vitesse	Rôle typique de la poulie
Bille à gorge profonde, scellée en caoutchouc (2RS)	Radial modéré plus axial léger	Élevé	Galets tendeurs et tendeurs sur courroies de distribution, courroies plates et nervurées
Bille à gorge profonde, blindage métallique (ZZ)	Radial modéré plus axial léger	Très élevé	Élevé-speed guide pulleys in clean indoor machinery
Balle à contact angulaire	Élevé axial with moderate radial	Élevé	Tendeurs à ressort et poulies folles
Rouleau conique	Charges combinées lourdes	Modéré	Poulies de tête, de queue et de renvoi du convoyeur
Rouleau à aiguilles	Élevé radial in narrow space	Modéré	Rouleaux de guidage compacts avec espace radial restreint

Pourquoi les roulements de poulie échouent tôt

Les rapports de démontage continuent de pointer vers la même courte liste de coupables. Fils de graisse contaminés ou délavés, suivis d'un désalignement qui charge un bord du chemin de roulement, d'une surcharge au-delà de la valeur dynamique et de dommages à l'installation dus à un choc d'ajustement par pression ou à des coups de marteau sur les faces des bagues. Le graphique ci-dessous montre comment les pannes prématurées se répartissent généralement entre ces causes profondes dans les flottes industrielles mixtes.

Causes profondes des défaillances prématurées des roulements de poulie (part des cas signalés)

Contamination

32%

Mauvaise lubrification

24%

Désalignement

17%

Surcharge

15%

Dommages à l'installation

12%

Le classement dans ce tableau correspond à ce que les équipes de maintenance trouvent lorsqu'elles ouvrent les poulies défaillantes. La contamination est due au fait qu'un seul grain de poussière ou de fibre qui passe à travers un joint usé commence à indenter les chemins de roulement, et chaque indentation se brise ensuite en davantage de débris. Les échecs de lubrification viennent ensuite, car la graisse se dilue à haute température et s'écoule, laissant un contact métallique qui se manifeste par un grognement sec. Le désalignement est plus silencieux mais tout aussi coûteux, car une poulie inclinée charge le roulement d'un côté et polit une bande inégale sur la courroie. Notez que les causes liées à l'installation représentent ensemble environ une défaillance sur quatre, c'est pourquoi les spécifications de couple et les outils de presse appropriés sont plus importants que la plupart des acheteurs ne le pensent.

Cinq symptômes qui nécessitent un remplacement

Un grognement grossier ou un grincement qui augmente avec la vitesse de l'arbre, facile à distinguer du sifflement normal de la courroie.
Température du boîtier qui s'établit à plus de 20 °C environ au-dessus de la température ambiante une fois que la ligne est chaude
Oscillation visible au niveau du bord de la poulie lorsque la machine avance lentement
De fins débris noirs époussetant le cadre sous un rouleau qui était auparavant propre
Glaçage ou taches plates sur la surface de la courroie là où une poulie traînante a glissé

Traitez l’un d’entre eux comme un déclencheur de remplacement programmé ; l'attente d'une saisie coûte généralement à la fois la courroie, l'arbre et la fenêtre de production.

Comment choisir une poulie à roulement pour votre devoir

Commencez par la charge et la vitesse

Multipliez la tension de la courroie à laquelle la poulie doit réagir par un facteur de service pour les démarrages, les arrêts et les chocs, puis comparez le résultat avec la charge dynamique nominale du roulement à la vitesse de conception. Un objectif largement utilisé est une durée de vie L10 de 20 000 à 40 000 heures pour les rouleaux sur les lignes continues, ce qui permet de maintenir les remplacements alignés sur les fenêtres de maintenance planifiées. La vitesse compte également dans l'autre sens : plus une poulie tourne vite, plus le frottement des joints et le cisaillement de la graisse chauffent le roulement, de sorte que les poulies de guidage à très grande vitesse se déplacent généralement des joints de contact vers les boucliers métalliques.

L’étanchéité décide de la durée de vie

Le choix du joint d’étanchéité influence souvent davantage l’espérance de vie que la marque ou le prix. Un roulement ouvert fonctionne à basse température mais nécessite une relubrification et de l'air pur ; les boucliers métalliques retiennent la graisse mais respirent la poussière ; les joints de contact en caoutchouc de style 2RS bloquent la contamination moyennant une légère pénalité de friction ; et les packs de graisse d'usine scellés à vie suppriment une tâche entière du programme de maintenance.

Durée de vie typique de la même poulie par configuration de roulement

8 000 heures

15 000 heures

24 000 heures

30 000 heures

Ouvert ZZ blindé Scellé 2RS Pack de graisse scellé et plus

Les colonnes comparent les plages de durée de vie publiées et observées sur le terrain pour des coquilles de poulies identiques équipées de différentes configurations de roulements sous la même contamination lumineuse. L'écart entre un roulement ouvert et un roulement moderne étanche et graissé est généralement deux à quatre fois plus grand dans les usines poussiéreuses. Les joints de contact en caoutchouc coûtent un peu de couple de fonctionnement, c'est pourquoi les broches ultra-rapides préfèrent toujours les boucliers, mais les poulies folles tournent rarement assez vite pour que cette pénalité soit importante. Les packs de graisse appliqués en usine standardisent également le volume de remplissage, éliminant ainsi le risque de sous-remplissage et de suremballage. Convertissez le coût supplémentaire du joint en démontages évités et l'option scellée est généralement rentabilisée dès le premier arrêt évité.

Précision scellée par rapport à la construction de base

Toutes les poulies du catalogue ne sont pas égales, même avec le même diamètre extérieur et la même largeur. Le graphique radar ci-dessous compare un ensemble de roulements de précision scellés à une construction de base non scellée selon six attributs que les acheteurs ressentent réellement en fonctionnement.

Poulie à roulement de précision scellée par rapport à une poulie de base non scellée (échelle 0 à 10)

Assemblage de précision scellé Construction de base non scellée

Lisez le polygone orange comme l'assemblage de précision scellé et le gris comme la pièce de base non scellée. L'assemblage scellé s'étend le plus loin en matière de résistance à la contamination, d'intervalle de maintenance et de durée de vie, les trois axes qui déterminent la fréquence à laquelle vous arrêtez la ligne de roulements. La pièce de base conserve une nette avance uniquement en termes de rentabilité, et cette avance tient le coup principalement en service propre, sec et légèrement chargé. La précision de fonctionnement favorise l'unité scellée car la précharge contrôlée et la graisse d'usine maintiennent les éléments roulants stables lors des changements de vitesse. Dans un environnement poussiéreux ou fibreux, les deux courtes pointes grises en haut et en bas du graphique correspondent exactement à l'origine des temps d'arrêt imprévus.

Faire correspondre la poulie à la courroie qu'elle guide

Une poulie n’est que la moitié d’une paire appariée. Les rouleaux de courroie de distribution ne doivent jamais plier la courroie en dessous du diamètre minimum autorisé pour ce pas, et sur les travées très tendues, le rouleau doit faire reculer la courroie plutôt que du côté des dents. Les rouleaux de courroie plate ont besoin de faces bombées pour que la courroie se centre, tandis que les rouleaux amortisseurs du convoyeur ont besoin d'un diamètre suffisant pour maintenir la flexion de la carcasse dans les limites. L'ordre fiable des opérations est de commencer par le pas de la courroie et de travailler vers l'extérieur, et le directives de conception d'entraînement par courroie synchrone Les fabricants de courroies expérimentés énumèrent les diamètres minimum des rouleaux fous pour chaque pas. Lorsque le côté conducteur a également besoin d'un approvisionnement, associez la courroie à une poulie synchrone correctement usinée plutôt qu'à un flan générique.

Poulie synchrone pour entraînements par courroie Usinée pour correspondre précisément au pas de la courroie, cette poulie synchrone est la contrepartie idéale lors de l'approvisionnement du côté conducteur d'une transmission par courroie de distribution, garantissant un engagement fiable des dents et une tension constante dans tout le système. Voir le produit →

Où les poulies à roulement travaillent le plus dur

Les bâtis de convoyeurs et de logistique concentrent la plus grande population de poulies à roulements dans l'industrie. Les rouleaux de retour, les rouleaux amortisseurs et les poulies de renvoi tournent en continu sous une charge constante, c'est pourquoi les roulements à gorge profonde scellés sont la valeur par défaut, et la courroie qu'ils transportent est généralement une bande transporteuse légère adaptée au poids du produit et au style de chargement. Étant donné que ces rouleaux sont nombreux et souvent difficiles à atteindre, la qualité de l'étanchéité et les packs de graisse d'usine s'amortissent ici plus rapidement que dans toute autre application.

Bande transporteuse légère pour rouleaux Adaptée au poids du produit et au style de chargement, cette bande transporteuse convient aux rouleaux de retour, aux rouleaux amortisseurs et aux poulies réceptrices qui dominent les cadres logistiques, où des charges continues et stables exigent une bande adaptée aux poulies montées sur roulements. Voir le produit →

Les entraînements par courroie plate à grande vitesse dans les machines d'impression, de transformation du papier et d'emballage ajoutent une exigence supplémentaire : le rouleau doit tourner à grande vitesse, sinon la courroie déraille. Les courroies plates en caoutchouc sans fin s'associent naturellement aux rouleaux couronnés montés sur roulements, car la construction sans joint évite l'impulsion périodique qu'une épissure mécanique envoie à travers le roulement du tendeur. Approvisionnement en consommables tels que courroies de distribution en caoutchouc et poulies synchrones du même fabricant spécialisé maintient également les tolérances identiques sur l'ensemble de l'entraînement.

Ceinture plate en caoutchouc sans fin Sa construction sans joint évite l'impulsion périodique qu'une épissure mécanique envoie à travers le roulement du tendeur, ce qui en fait un choix naturel pour les rouleaux couronnés montés sur roulement dans les machines d'impression, de transformation du papier et d'emballage à grande vitesse. Voir le produit →

Une routine de maintenance fondée sur des preuves

Le remplacement basé sur un calendrier gaspille de bons roulements et manque toujours ceux qui sont défaillants. La surveillance de la température et du bruit coûte moins cher et fonctionne mieux, car un roulement défaillant s'annonce des semaines avant le grippage si quelqu'un mesure.

La température du boîtier augmente au-dessus de la température ambiante (degrés C) lors d'un test d'usure de 500 heures.

Roulement 2RS scellé et sain Roulement avec graisse dégradée

Les deux courbes montrent une augmentation de la température du boîtier au-dessus de la température ambiante enregistrée lors d'un test d'usure contrôlé de 500 heures sur des poulies par ailleurs identiques. Le roulement scellé et sain se stabilise à près de 20 degrés Celsius au-dessus de la température ambiante et reste plat, ce qui est la signature que vous souhaitez lors d'une thermographie de routine. Le roulement avec de la graisse dégradée monte régulièrement à mesure que le film lubrifiant s'amincit, passant 40 degrés au-dessus de la température ambiante vers l'heure 300 et continuant vers le haut à partir de là. Un seuil d'alarme pratique pour de nombreuses installations est une élévation d'environ 30 degrés au-dessus de la température ambiante, ou un saut de 10 degrés par rapport à la lecture précédente sur la même poulie. Une telle tendance de température donne des semaines d'avertissement avant que les symptômes acoustiques ne deviennent suffisamment évidents pour que les opérateurs puissent les signaler.

Une courte routine maintient la population des poulies en bonne santé :

Écoutez chaque fenêtre de retrait de la protection et enregistrez quelles poulies ont changé de caractère depuis le dernier contrôle
Thermographier les boîtiers de renvoi tous les trimestres et comparer chaque lecture avec la valeur précédente de la même poulie.
Vérifiez l'alignement avec une règle après chaque changement de courroie, car même une petite inclinaison charge un bord du chemin de roulement.
Remplacez l'ensemble de poulie complet au lieu d'enfoncer de nouveaux roulements dans une coque rayée.
Enregistrez les heures de fonctionnement et le mode de défaillance pour chaque remplacement afin que les spécifications d'achat suivantes reflètent le devoir réel

Les poulies à roulements sont des pièces peu coûteuses qui protègent des machines coûteuses. Spécifiez le roulement avant la coque, scellez pour l'environnement réel, respectez les diamètres minimum de roue libre pour la courroie que vous utilisez et remplacez-le sur la base de preuves mesurées plutôt que sur une défaillance. Faites ces quatre choses de manière cohérente et le démontage trimestriel se transforme en une inspection annuelle.