Introduction
L'examen des roulements, avant comme après leur défaillance finale, est une pratique très utile. L'objectif principal est de comprendre la cause de la défaillance afin de réduire au minimum les incidents futurs ou de prendre les mesures correctives appropriées.
Ce guide traite des profils d'usure et des modes de défaillance des roulements rigides à billes utilisés dans les rouleaux de convoyeur, où les bagues intérieures sont fixes et les bagues extérieures tournent. L'analyse des rouleaux eux-mêmes est tout aussi essentielle, mais sort du cadre de ce guide.
Les cas de charge des roulements de rouleaux sont relativement simples. Il s'agit généralement soit de charges principalement radiales, soit d'une combinaison de charges radiales et axiales. Les rouleaux des zones de chargement peuvent en outre subir des charges de choc occasionnelles ou continues dues à la chute du matériau.
Des références publiées permettent d'identifier la cause racine d'une défaillance, notamment la norme ISO 15243 et les publications d'analyse des défaillances des grands fournisseurs de roulements, illustrées d'exemples photographiques de haute qualité.
Les difficultés de l'analyse des causes racines
Identifier la cause racine exacte d'une défaillance de roulement peut s'avérer difficile. Selon la norme ISO 15243, l'endommagement d'un roulement résulte souvent de plusieurs mécanismes agissant simultanément. Parmi les causes courantes :
- Transport, manutention, montage ou entretien inadaptés.
- Défaut de fabrication du roulement ou des pièces adjacentes.
- Compromis de conception dictés par des raisons d'économie.
- Conditions de fonctionnement et d'environnement imprévues.
- Roulements contrefaits, susceptibles d'entraîner une défaillance précoce.
Agir à temps
Un endommagement étendu efface les indices initiaux. Arrêtez la bande et déposez les rouleaux suspects tant que le mode de défaillance reste lisible.
Un endommagement étendu peut effacer les indices initiaux et rendre impossible l'analyse des causes racines. Il est donc essentiel d'arrêter la bande et de déposer les rouleaux pour inspection en temps utile. Les rouleaux lâchent rarement de façon soudaine. Des signes avant-coureurs, comme le bruit et les vibrations, apparaissent généralement des semaines avant une défaillance catastrophique. Lorsque les rouleaux sont équipés de capteurs de surveillance électroniques, ces signes sont disponibles bien plus tôt, avec des paramètres supplémentaires comme la température et la vitesse de rotation.
Un examen rigoureux exige de connaître les causes possibles de défaillance ainsi que l'historique du rouleau : son transport, son stockage et sa position de montage.
Définition des traces de contact
Les traces de contact sont les traces de roulement laissées par les éléments roulants, les billes, sur les chemins de roulement intérieur et extérieur. Elles deviennent visibles après une courte période de rodage, à l'issue de laquelle la température de fonctionnement, le niveau sonore et le frottement du roulement se stabilisent ou s'améliorent généralement. La simple présence de traces visibles n'indique pas que le roulement est endommagé.
L'interprétation de ces traces est au cœur de l'analyse pratique des défaillances. Elles s'observent à l'œil nu, à la loupe ou au microscope, et elles révèlent :
- La manière dont les charges s'appliquent au roulement.
- La précision et la qualité de l'ajustement du roulement.
Pour une durée de vie maximale du roulement, les traces doivent être régulières et ne pas atteindre les bords du chemin de roulement. Un jeu interne résiduel suffisant après montage est également déterminant.
Interpréter les profils d'usure types
La trace d'usure attendue d'un roulement se déduit de la position du rouleau dans le châssis de station.
Roulements montés avec précision
- Rouleau central : une trace correspondant à une charge radiale verticale.
- Rouleau latéral, roulement inférieur : une trace qui reflète la part la plus élevée de la charge axiale et radiale combinée du rouleau.
- Rouleau latéral, roulement supérieur : une trace qui reflète la part la plus faible de la charge axiale et radiale combinée du rouleau.
Les traces d'un rouleau de retour plat sont semblables à celles d'un rouleau porteur central. Celles d'un rouleau de retour en V combinent les traces des rouleaux porteurs central et latéraux.
Sur les rouleaux composites, les traces ont tendance à être plus larges que sur l'acier, en raison du coefficient de dilatation thermique plus élevé et de la plus grande flexibilité du tube composite.
Roulements désalignés
Un désalignement de l'arbre apparaît sur le chemin de roulement intérieur, et un désalignement du logement de roulement sur le chemin extérieur. L'exemple ci-dessous montre la trace de contact type d'un désalignement excessif de l'arbre sous charge, pour un rouleau central.
Les traces des roulements d'un rouleau latéral combinent, sous une forme modifiée, celles des roulements montés avec précision et celles des roulements désalignés.
Exemples photographiques de défaillances de roulements
Les photos ci-dessous montrent des amorces et des types de défaillance courants observés sur les rouleaux de convoyeur. Pour des photos plus détaillées en haute définition, reportez-vous à la norme ISO 15243 ou aux publications des fournisseurs de roulements.
Déformation plastique
Visible sur le bord extérieur du chemin de roulement, causée par une surcharge axiale.
Corrosion due à l'humidité
Visible aux points de contact, sur le chemin de roulement comme sur les billes.
Écaillage
Lorsque l'écaillage apparaît au pas des billes, l'endommagement s'est très probablement amorcé pendant que le rouleau était à l'arrêt.
Surchauffe
La surchauffe peut résulter de plusieurs mécanismes de défaillance. Ici, elle se manifeste par une décoloration de la bague intérieure.
Manque de lubrification
Une décoloration du chemin de roulement lui-même peut indiquer l'absence de graissage initial.
Déplacement de l'arbre
Une large trace d'usure sur le chemin intérieur d'un rouleau central indique un déplacement de l'arbre, causé ici par la défaillance du roulement ou de sa portée à l'extrémité opposée du rouleau.
Bonnes pratiques d'inspection des roulements
Pour bien analyser une défaillance, il faut démonter correctement le roulement. Les roulements doivent être extraits du rouleau avec soin, afin de n'introduire aucun dommage supplémentaire susceptible de masquer ou de compliquer l'analyse du mode de défaillance.
Procédure de démontage recommandée :
- Nettoyer et photographier. Nettoyez l'extérieur du roulement pour ne pas contaminer les pièces démontées, puis photographiez ses surfaces extérieures.
- Déposer les joints. Retirez au levier les joints du roulement, s'il en est équipé.
- Examiner la graisse. Photographiez les deux côtés pour documenter l'aspect de la graisse, et prélevez des échantillons pour analyse si nécessaire.
- Découper le roulement. Choisissez une ligne de coupe entre les billes et coupez le roulement en deux par une méthode non agressive, par exemple une scie à fil diamanté de précision.
- Analyse finale. Nettoyez toutes les surfaces de roulement, les billes et les cages, puis photographiez et analysez chaque composant.
Consignés de façon systématique, les photos, les observations sur la graisse et les traces de contact de chaque roulement démonté constituent un historique qui facilite l'identification de la cause racine de la prochaine défaillance.
Questions fréquentes
Les roulements de rouleaux présentent-ils des signes précurseurs de défaillance ?
Le plus souvent, oui. Le bruit et les vibrations apparaissent en général des semaines avant une défaillance catastrophique, et les rouleaux équipés de capteurs de surveillance les signalent plus tôt, avec en plus la température et la vitesse de rotation. Arrêtez la bande et déposez rapidement les rouleaux suspects : un endommagement étendu efface les indices nécessaires à l'analyse des causes racines.
Que révèlent les traces de contact sur un chemin de roulement ?
La manière dont la charge s'applique au roulement et la précision de son montage. Des traces visibles après le rodage sont normales. Pour une durée de vie maximale, elles doivent être régulières et rester à distance des bords du chemin de roulement ; un arbre désaligné marque le chemin intérieur, un logement désaligné le chemin extérieur.
Comment démonter un roulement de rouleau défaillant en vue de son analyse ?
Nettoyez et photographiez l'extérieur, retirez les joints au levier, puis photographiez la graisse et prélevez-en des échantillons. Coupez le roulement en deux entre les billes par une méthode non agressive, par exemple une scie à fil diamanté de précision, puis nettoyez, photographiez et analysez chaque surface de roulement, chaque bille et chaque cage.
