Connaissances de base
Les roulements

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Le frottement  

Depuis toujours, l'homme a ressenti que pour déplacer une charge sur le sol ou une autre surface, il fallait déployer une certaine force. Cette force est destinée à vaincre le frottement qui s'exerce entre les surfaces en contact.

Bien que différentes manières de vaincre ces forces de frottement furent inventées au fil des siècle, ce n'est qu'au 16^ème siècle que ce phénomène a commencé à être étudié. Léonard de Vinci énonce que la force de frottement est proportionnelle à la charge (la force qui comprime les surfaces en contact l'une contre l'autre) et que la force de frottement est indépendante de la surface de contact, puis, près de deux siècles plus tard, Guillaume Amontons ajoute que le coefficient de frottement ne dépend pas de la vitesse.

Le frottement peut être sec ou visqueux, statique ou dynamique.

Frottement sec

Il s'agit du frottement existant entre deux surfaces sèches.

Imaginons une simple expérience. Plaçons un objet, par exemple une assiette, sur une table horizontale. Elle ne bouge pas, les forces de frottement entre la table et l'assiette existent, mais nous ne les percevons pas. Commençons à lever la table d'un côté ; bien qu'inclinée, l'assiette ne bouge toujours pas. Nous commençons à percevoir que les forces de frottement sont telles qu'elles retiennent l'assiette. Il s'agit alors de forces de frottement statique. Ces forces sont dues aux irrégularités de surface de la table et de l'assiette qui s'imbriquent les unes dans les autres empêchant ainsi tout mouvement.

Continuons à lever la table lentement. À un moment, l'assiette commence à glisser, puis prend de la vitesse et va se casser au sol si rien ne la retient. Le frottement est devenu dynamique.

Avant d'en arriver à cette extrémité, baissons la table pour stopper l'assiette. Nous constatons que pour stopper son mouvement, il faut que la table soit moins inclinée qu'elle ne l'était au début du mouvement de l'assiette. Cela nous indique que les forces de frottement dynamique sont moindres que les forces de frottement statique.

Frottement visqueux

Il s'agit du frottement existant entre deux surfaces sèches séparées par un liquide ou entre une surface sèche et un liquide (par exemple la coque d'un navire dans l'eau).

Lorsque le liquide utilisé est très visqueux, il remplit les anfractuosités, même minuscules, constituant les irrégularités des surfaces en contact et atténue ainsi les forces de frottement. Il s'agit de la lubrification rencontrée dans les moteurs.

Histoire des roulements  

Les rudiments de roulement sont légion et ont été utilisés de tout temps : rondins placés sous une charge pour pouvoir la déplacer plus aisément, grains de sable placés entre la charge et son support, etc.

Le premier vrai roulement avéré a été découvert à Rome, il était imposant et a servi à satisfaire une des lubies de Néron. Il avait fait construire une salle à manger rotative, la cenatio rotunda, dans une tour dominant Rome sur le mont Palatin afin que ses convives voient le panorama défiler sous leurs yeux... Le roulement était constitué de galets mécaniques graissés et la rotation était assurée par un mécanisme hydraulique.

Cependant, il faudra attendre le début du 20^ème siècle pour voir les roulements être utilisés dans l'industrie, tout simplement parce que leur fabrication nécessite des machines et des connaissances métallurgiques non disponibles auparavant malgré quelques tentatives aux 18^ème et 19^ème siècles, mais sans résultat satisfaisant. Depuis, les roulements sont partout et assurent leurs fonctions dans tous les domaines et sous des formes bien différentes.

Technologie des roulements  

Le roulement est un dispositif servant à guider un assemblage en rotation ; il permet ainsi à deux pièces de tourner l'une par rapport à l'autre selon un axe de rotation défini avec une très faible résistance au pivotement tout en supportant des efforts importants.

Il en existe de différentes formes selon l'utilisation souhaitée (cf.plus bas), mais leur conception repose sur les mêmes principes.

Un roulement se présente sous la forme de deux bagues coaxiales entre lesquelles sont placées des billes (sphériques ou de formes différentes), légèrement lubrifiées, et maintenues espacées par une cage. Les matériaux employés sont fonction de l'utilisation du roulement, mais ils sont très résistants à la compression ; il s'agit le plus souvent d'acier ou de céramique (Si₃N₄, SiC ou ZrO₂).

L'usinage très précis des éléments constitutifs atténue considérablement les forces de frottement et la lubrification sert avant tout à éviter le grippage des divers éléments et non à réduire le frottement résiduel. Par contre, il faut veiller à interdire la pénétration de poussières dans le roulement, qui, par leur caractère abrasif, en réduiraient la durée de vie. En général, un roulement n'est pas étanche et cette propriété est atteinte en utilisant des joints à lèvres pour le protéger.

à suivre...