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Sur les roulements sans glissements par billes ou rouleaux

Henri Hervé, La Nature N°1273 — 23 octobre 1897

Mis en ligne par Denis Blaizot le dimanche 10 octobre 2010

A propos du récent article publié ici sous ce titre [1], il peut y avoir intérêt à présenter quelques observations sur cette importante mais déjà ancienne question. Nous distinguerons deux groupes principaux de solutions :

Le premier, caractérisé par la simplicité de la construction, a pour principe une très faible différence de diamètre des éléments porteurs et des éléments séparateurs. Aucun guide n’est nécessaire. Mais si l’on désire conserver le même nombre de lignes ou de points de support que dans un palier à roulements ordinaires de même puissance, il faut aussi conserver le nombre de porteurs de celui-ci et doubler approximativement la longueur de la circonférence de roulement, c’est-à-dire le chemin parcouru et le travail.

Le principe du second groupe consiste au contraire dans une accentuation considérable de la différence de diamètre des deux séries d’éléments alternants, d’où réduction correspondante des espaces nuisibles. Mais à mesure que la grandeur relative du diamètre des séparateurs diminue, ceux-ci dont la position d’équilibre en l’absence de guides correspond au contact avec la paroi concave ou convexe des coussinets, sont pressés de plus en plus énergiquement sur cette paroi par la résultante des pressions obliques des éléments porteurs ; ainsi réapparaissent les frottements de glissement, reportés sur l’arbre ou sur la bague. Il faut donc alors maintenir le centre des séparateurs sensiblement sur la circonférence décrite par les centres des porteurs, d’où nécessité de guides sous forme de chemins, cercles, rainures, etc., avec tous leurs inconvénients.

Il ne faut pas oublier d’ailleurs, que, le frottement de glissement étant indépendant de l’étendue de la surface glissante, réduire cette dernière sur les séparateurs n’équivaut pas à diminuer le frottement. L’examen le plus sommaire de la méthode conduit donc à l’indication d’un double écueil. Toutefois une atténuation, même légère, des résistances de frottement étant toujours importante il peut être instructif de rechercher les antécédents relatifs au cas particulier des « roulements à intermédiaires ».

Nous choisirons parmi eux seulement deux exemples caractéristiques correspondant aux deux groupes de solutions ci-dessus indiqués. En 1885, Leechmann (Angl.), N° 14 514 ; Billes ou rouleaux séparés par d’autres (très différenciés) (ou Lake, N° 15 072. Rouleaux séparés par d’autres d’un plus petit diamètre).En 1893, Fayol (Fr.), N° 233584 ; Rouleaux différentiels (différence aussi faible que possible du diamètre des porteurs et des séparateurs).

L’emploi d’intermédiaires passifs, dans les coussinets à roulements, est fort ancien et probablement contemporain des premiers systèmes à roulements libres (en France : Cardinet, 1802. N° 129) ; l’effort des inventeurs ne saurait porter utilement aujourd’hui que sur les applications ou sur quelques points de détail. Rappelons qu’il existe actuellement dans les principaux pays, sur les seuls « frottements à billes ou rouleaux », un total de plus de deux mille brevets, comme nous avons pu nous en assurer.

Le graphique (fig. 1) montre la marche rapidement ascendante du nombre annuel de ces brevets dans ces derniers temps. On, voit que le nombre annuel de patentes anglaises sur ce point a doublé environ en cinq ans, de 1889 à 1894.

Il y a quelques années, à l’époque de nos études sur cette question, nous avons imaginé un comparateur pouvant être installé partout sans autres frais notables que ceux d’établissement des paliers en expérience, et dans toutes les dimensions que comporte la diversité considérable des applications à la mécanique générale.

Dans l’ouverture d’un plancher, ou sur deux supports d’une hauteur convenable, sont fixées parallèlement des traverses T (fig. 2, n° 1), portant chacune un des paliers d’appui C, dont il s’agit de comparer la résistance de roulement à celle d’un système étalon, ou de tel autre système" ou à la résistance de glissement de tel palier ordinaire équivalent. Dans ceux-ci tourne un arbre court A, portant en son milieu un palier de traction C, identique aux paliers d’appui et auquel on suspend soit directement, soit par l’intermédiaire d’un levier amplificateur de pression L (n° 2) un plateau destiné à recevoir des poids. Sur l’une des extrémités de l’arbre est fixé un pendule P, dont l’inclinaison initiale est constante pour une même série d’essais et réglée par un verrou d’arrêt (non représenté). La durée de l’absorption, par les résistances de frottement, de la puissance vive ainsi communiquée au mobile, est le terme de comparaison qui exprime le rapport de ces résistances.

On compte le temps écoulé entre l’instant du déclenchement et celui de la cessation du mouvement, et l’on répète pour un nouveau groupe de paliers. Les résistances sont inversement proportionnelles aux durées ; elles le sont aussi au nombre total des oscillations, en raison de l’égalité des vitesses initiales ; il suffit de connaître ce total.

La charge est ici indépendante de l’action motrice, ce qui permet de faire varier commodément la première dans les limites les plus étendues.

Cet appareil d’essais, susceptible parfois de simplification par réduction à un seul palier sur arbre fixe (n° 5), permet en outre d’effectuer d’utiles expériences comparatives sur les lubrifiants.

Henri Hervé