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La bonne rugosité pour l’arbre et le logement

« Quelle rugosité choisir pour l’arbre et le logement quand on utilise des paliers lisses polymères ? »

rugosité pour l'arbre et le logement
Logements : rugueux ou lisse ?

Il y a relativement peu d’informations à ce sujet. Et quand il y en a, elles ne sont pas faciles à trouver. La littérature spécialisée est dominée par des dissertations à n’en plus finir sur les matériaux, les structures et les formules, et les informations sur les produits fournies par la plupart des fabricants sont dominées par la publicité et des indications sur les tolérances de montage recommandées.

Si l’arbre est lisse, il devrait être lisse comment ? Et pour le logement, quelle rugosité est recommandée ? Doit-il être aussi lisse que possible et graissé pour que ce soit encore mieux ? Ou aussi rugueux que possible ? Et ce serait peut-être quand même important comme information, non ? Pour des paliers lisses qui tiennent dans le logement juste par emmanchement et qui sont en contact avec l’arbre sans le moindre graissage (externe) ? Il est temps qu’on en sache un peu plus.

La bonne rugosité pour l’arbre : lisse mais pas trop lisse. Ça veut dire quoi ?

Le fait est qu’un arbre envisagé pour un palier lisse fonctionnant à sec peut être non seulement trop rugueux, mais aussi trop lisse. On imagine facilement les  problèmes causés par un arbre trop rugueux. Une vraie lime qui enlève de fines particules du palier lisse tendre jusqu’à ce qu’il n’y ait plus rien (en exagérant quelque peu bien sûr).

Et on a un effet similaire avec un arbre trop lisse. Ici, c’est un problème d’adhésion. Si l’arbre et le palier lisse sont trop lisses, ils collent littéralement l’un à l’autre. L’adhésion ou le frottement important ne se produit donc pas seulement en présence de surfaces très rugueuses, mais aussi en présence de surfaces lisses.

Ce phénomène n’est pas encore totalement exploré, mais il n’a pas non plus une importance cruciale pour nous. Ce qui est important, c’est que « aussi lisse que possible » n’est pas vraiment un bon repère en cas de doute.

Dommages frottement grossis à la surface d’un palier lisse en polymère. Des particules ont été arrachées par les forces d’adhésion.

Conséquence d’arbres trop lisses, de toute petites particules sont arrachées de la surface du palier, ce qui est synonyme de forte usure.

Il n’y a pas non plus LA rugosité qui convient à tous les arbres et à tous les matériaux. Dans de nombreux tests, igus a par exemple déterminé une rugosité Ra = 0,20 µm pour la plupart de sa gamme de matériaux et la recommande dans son propre catalogue.

D’autres fabricants donnent par exemple une Ra de 0,3 µm ou une Rz de 2 µm.

La bonne rugosité pour le logement : aussi lisse que possible ou aussi rugueux que possible ? Tout en étant bon marché bien sûr !

Les paliers lisses sont généralement emmanchés (l’exception confirme la règle). Pour que cet emmanchement donc soit aussi simple que possible, la logique voudrait qu’on ait un logement aussi lisse que possible. Et qu’on le graisse en plus.

Le problème est que ces mesures ne jouent pas seulement sur la force d’emmanchement, elles jouent aussi sur la force de démontage. Logique. Diminuer la force de démontage a toutefois un inconvénient, les paliers sont plus susceptibles de sortir de leur logement (plus d’informations à ce sujet dans cet article de blog).

On voit bien l’effet de différentes rugosités sur la force d’arrachement dans le diagramme suivant

Graphique montrant le comportement des forces de déplacement sur différentes surfaces en N

Comportement des forces de déplacement sur différentes surfaces en N « rugueux » renvoie ici à un Ra de 4 µm et « lisse » à un Ra de 0,4 µm. A titre de comparaison, on arrive à obtenir 1,6 µm environ par perçage. Sur un tour,  on arrive à 0,4 µm. On peut obtenir des rugosités plus fines (0,2 µm) avec un ponçage (0,012 µm) ou pierrage/rodage (0,006 µm).

Le diagramme montre bien que la force de montage (c’est-à-dire la force qui est nécessaire pour mettre en mouvement un palier au repos) augmente à mesure que la rugosité augmente. La force de déplacement (c’est-à-dire la force qui est nécessaire après l’arrachement pour déplacer le palier) augmente elle aussi. On peut encore augmenter ces valeurs en collant le coussinet dans le logement.

Conclusion : Plus la surface du logement est rugueuse, plus l’emmanchement est solide. Et c’est même moins cher car on n’a pas besoin d’usinages supplémentaires tels que ponçage ou autre. Il faut toutefois veiller à ce que la tolérance de l’alésage soit conforme à la recommandation de mise en place. Un alésage toléré H7 suffit souvent.

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