Qu'est-ce qu'un palier à basse température ?

Les roulements à basse température ne sont pas conçus pour fonctionner de manière stable dans des environnements à haute température, comme c'est le cas pour les roulements à haute température. En revanche, ils sont conçus avec des matériaux et des structures spéciaux pour réduire le frottement et minimiser l'échauffement par frottement, ce qui permet de maintenir des températures basses pendant un fonctionnement prolongé.

Les roulements qui fonctionnent à des températures inférieures à -60 ℃ sont considérés comme des roulements à basse température.

Ils sont principalement utilisés dans diverses pompes à liquides, notamment pour le gaz naturel liquéfié, l'azote liquide (hydrogène, oxygène), le butane, les fusées et les missiles, les engins spatiaux, etc.

Température de fonctionnement des paliers à basse température

La température de fonctionnement est un indicateur de performance essentiel pour les fabricants de roulements haut de gamme du monde entier. Elle sert de mesure clé pour évaluer la sophistication technologique et la précision des matériaux, de la conception et des processus de fabrication des roulements.

La température de fonctionnement d'un roulement à basse température est le reflet direct de la métallurgie avancée, des techniques de traitement thermique et de l'ingénierie de surface utilisées dans sa production. Ce paramètre est crucial pour les applications nécessitant une efficacité et une longévité optimales, en particulier dans les environnements cryogéniques ou inférieurs à zéro.

Les protocoles de mesure consistent généralement à surveiller le différentiel de température entre la bague extérieure du roulement et le lubrifiant de refroidissement en circulation au cours d'essais opérationnels normalisés. Cette méthode permet une comparaison précise entre les différentes conceptions de roulements et les différents fabricants.

L'abaissement des températures de fonctionnement est étroitement lié à l'allongement de la durée de vie des roulements, à l'amélioration de l'efficacité énergétique et à l'amélioration des performances globales. La réduction des contraintes thermiques minimise la fatigue des matériaux, préserve l'intégrité du lubrifiant et maintient des tolérances plus serrées au fil du temps.

Les principaux fabricants de roulements s'appuient sur leurs technologies propriétaires et leur expertise en science des matériaux pour acquérir des avantages concurrentiels sur le marché des roulements à basse température. Ces innovations répondent aux besoins d'industries exigeantes telles que l'aérospatiale, la cryogénie et la fabrication de pointe.

Par exemple, les roulements à rouleaux auto-aligneurs de Timken ont fait l'objet de tests et d'optimisations rigoureux, ce qui a permis d'abaisser leur température de fonctionnement d'environ 15,5°C par rapport à des produits comparables. Cette amélioration significative témoigne des progrès réalisés par Timken dans la conception des roulements, la sélection des matériaux et les techniques de finition des surfaces. En revanche, d'autres marques internationales renommées affichent encore des températures de fonctionnement supérieures de plus de 19°C à la référence de Timken, ce qui met en évidence la variabilité des performances dans l'industrie et la recherche permanente d'un fonctionnement à plus basse température.

Roulements à basse température Catégorie de produits

Les roulements à basse température se composent principalement de roulements à billes à gorge profonde à une rangée et de roulements à rouleaux cylindriques, conçus pour maintenir leurs performances dans des environnements extrêmement froids. Ces roulements spécialisés sont conçus pour atténuer le phénomène de blocage, qui peut se produire en raison de facteurs externes (tels que les fluctuations de température) et de facteurs internes (tels que les coefficients de dilatation thermique différentiels entre l'arbre, le logement et les composants du roulement).

Le problème du grippage dans les applications à basse température est exacerbé lorsque les variations de température sont importantes. Comme les différents matériaux se contractent à des vitesses inégales, les jeux de fonctionnement à l'intérieur du palier peuvent diminuer, ce qui peut entraîner un grippage. Pour relever ce défi, il est essentiel de procéder à une analyse thermique approfondie et à une sélection des matériaux pour les équipements fonctionnant dans des plages de température étendues, en particulier dans les applications cryogéniques.

Lors de la conception de systèmes de roulements à basse température, les ingénieurs doivent calculer avec soin les coefficients de dilatation thermique de tous les matériaux utilisés et sélectionner des composants présentant des coefficients similaires afin d'assurer la stabilité dimensionnelle et de maintenir des jeux appropriés sur toute la plage de température de fonctionnement. Cette approche permet de préserver les performances et la longévité des roulements dans des conditions de froid extrême.

Du point de vue de la conception structurelle, il est conseillé d'éviter d'utiliser des roulements à rouleaux coniques aux deux extrémités d'un arbre dans les applications à basse température. Cette configuration peut être problématique car les changements de longueur de l'arbre induits par la température peuvent entraîner une augmentation de la distance entre les roulements, ce qui risque de provoquer une précharge excessive ou un blocage.

Une stratégie de conception plus efficace pour les montages de roulements à basse température consiste à utiliser une paire de roulements à rouleaux coniques à une extrémité de l'arbre pour un positionnement axial et radial précis, tout en utilisant un roulement à rouleaux cylindriques ou un roulement à billes à gorge profonde à l'extrémité opposée. Cette configuration permet la dilatation et la contraction thermique axiale de l'arbre dans une plage spécifiée, s'adaptant aux changements dimensionnels dus aux fluctuations de température tout en maintenant le support radial.

Sélection des matériaux pour les roulements à basse température

Sélection de l'acier pour les roulements à basse température

Les roulements à basse température sont généralement fabriqués en acier inoxydable, tel que 9Cr18 et 9Cr18Mo, ou en matériaux tels que le bronze au béryllium, les céramiques et autres.

Pour les températures extrêmement basses (température limite -253 ℃), le matériau 6Cr14Mo peut être choisi, mais il ne doit être utilisé que dans un environnement sous vide.

Remarque : Lors de l'utilisation de roulements à basse température, il est important de faire attention aux brûlures liées à la lubrification et de choisir un lubrifiant approprié.

Liste des matériaux des roulements et température de fonctionnement