Quels sont les roulements à billes?
Les roulements à billes, également appelés roulements antifriction, sont de petites sphères métalliques ou en céramique utilisées pour réduire le frottement entre les arbres et les essieux dans de nombreuses applications. Ils sont souvent utilisés en série pour absorber le poids placé sur une pièce mobile ou dans des cages individuelles pour réduire les frottements dans les ensembles d’essieux. La plupart sont fabriqués pour répondre à des normes très rigoureuses en matière de rotondité, car toute déformation peut entraîner la défaillance inattendue des pièces en mouvement.
Le concept de roulement à billes remonte à l’Empire romain, mais de nombreuses sources attribuent à Leonardo da Vinci les premières conceptions pratiques. Ce n'est toutefois qu'en 1791 que Philip Vaughan, fabricant de carrosseries et inventeur gallois, a breveté le premier assemblage d'essieux qui les utilisait. Les essieux des voitures précédentes finissaient par s'user des effets de la friction, mais l'utilisation de roulements à billes par Vaughan éliminait le contact direct entre l'arbre de transmission et l'essieu.
Après leur utilisation précoce dans les arbres d’entraînement, les ingénieurs d’usine ont trouvé d’autres applications dans le domaine de la fabrication. Des pièces individuelles pourraient être facilement déplacées sur des rampes équipées de ces roulements. Les machines à moteur sont devenues plus efficaces car elles réduisaient les frictions entre les pièces. Contrairement aux autres types de roulements, les roulements à billes permettent des mouvements à la fois rotatifs et axiaux, ce qui ajoute à la polyvalence de la conception de la machine.
L'un des exemples les plus courants de roulements à billes en action est le patin à roulettes. Quatre roues sont attachées à deux essieux au bas d'une chaussure. Un examen plus approfondi de ces roues révèle une collection de petites billes de métal entourant l’essieu. Lorsque le patineur place tout son poids sur les roues, chaque balle absorbe temporairement la charge. Lorsque le patineur avance, ils roulent dans une piste autour de l'essieu. Parce que les roulements à billes sont parfaitement ronds et lisses, il y a très peu de frottement entre eux. Ils permettent au patineur de se déplacer en ligne droite avec peu de résistance.
La fabrication de roulements à billes est étonnamment similaire à la formation de billes de pâte. Une réserve de fil métallique d'environ le même diamètre que les roulements est placée dans une machine à deux plaques conçues comme des hémisphères. Lorsque les deux moitiés sont réunies avec force, une boule en métal rugueux est formée. Le problème est qu'il reste encore quelques fragments de métal appelés clignotants. Les balles sont ensuite placées dans une autre machine qui supprime le clignotement pour créer un état de rondeur parfait.
Cette deuxième machine est composée de deux plaques rainurées, l’une avec une encoche ouverte pour recevoir les roulements à billes. Au fur et à mesure que cette machine se remplit de billes non finies, la plaque rainurée supérieure commence à tourner dans différentes directions par rapport à la plaque inférieure immobile. Cette action est semblable à celle d’un cuisinier qui utilise ses mains pour former des boules de pâte. Le premier passage dans cette machine supprime le solin et aide les roulements à devenir de taille assez uniforme.
Un deuxième passage dans la même machine ajoute un liquide lubrifiant et des abrasifs au mélange. Les roulements à billes sont broyés à une taille précise par l'action des abrasifs. Une fois que les billes ont atteint une taille et une uniformité acceptables, une troisième série utilise un agent de polissage pour leur donner un éclat réduisant le frottement. Tous les roulements subissent un contrôle final afin de vérifier les imperfections avant qu'ils ne soient approuvés pour une utilisation dans d'autres applications.