Notions de base sur les mouvements : Qu’est-ce que le glissement différentiel et comment affecte-t-il les roulements linéaires ?

Les roulements linéaires qui utilisent des billes ou des rouleaux sont généralement choisis pour leur capacité à supporter des charges élevées avec un frottement très faible. Mais les éléments roulants – y compris les roulements linéaires – ne sont pas exempts de frottement. L’un des facteurs qui contribuent au frottement dans les roulements linéaires (avec des propriétés telles que la rugosité de surface, l’hystérésis élastique des matériaux et la lubrification) est un phénomène connu sous le nom de glissement différentiel.

Dans un monde idéal, les billes porteuses d’un roulement linéaire auraient un contact ponctuel avec les chemins de roulement. (De même, les roulements linéaires qui utilisent des rouleaux auraient un contact linéaire entre les rouleaux et les chemins de roulement). Mais en réalité, les matériaux des billes (ou des rouleaux) et des chemins de roulement ont une petite élasticité et se déforment légèrement lorsqu’ils sont soumis à une charge, transformant le contact ponctuel (ou linéaire) en une petite zone elliptique. Cette petite zone concentrée de support de charge crée des contraintes de contact hertziennes entre les deux surfaces, et la géométrie elliptique de la zone de contact entraîne un glissement différentiel.

Lorsque la bille roule le long du chemin de roulement, la vitesse en tout point de la zone de contact doit être égale à la vitesse angulaire du roulement multipliée par le rayon entre ce point et l’axe Y (l’axe le long duquel la bille roule).

Mais comme l’aire de contact a une forme elliptique, le rayon par rapport à l’axe Y varie en différents points de l’ellipse. Par exemple, dans l’illustration ci-dessous, le rayon de l’axe Y aux points « a » et « b » est différent du rayon de l’axe Y aux points « c » et « d ».

Cela signifie que les différents points le long de la zone de contact ont des vitesses différentes, et le résultat est qu’au lieu de rouler, la bille glisse, ou glisse, pendant qu’elle se déplace le long du chemin de roulement.

Bien sûr, tous les points de la zone de contact ne glissent pas. Il existe un rayon à partir duquel le roulement sans glissement se produit. Mais si le rayon par rapport à l’axe Y en un point quelconque est supérieur ou inférieur à ce rayon, un glissement se produira en ce point.

En fait, la zone de contact peut théoriquement être divisée en trois « bandes de roulement », la bande intérieure subissant un roulement pur, tandis que les deux bandes extérieures subissent un glissement. (En réalité, un certain glissement se produit dans la bande intérieure, tandis qu’un certain roulement se produit dans les bandes extérieures. Plus la conformité entre la bille et le chemin de roulement est élevée, plus le glissement global est important).

Le glissement différentiel affecte les performances d’un roulement linéaire en provoquant une augmentation du frottement et de la production de chaleur. En termes de conception et de construction de roulements linéaires, les roulements avec une géométrie de chemin de roulement en arc gothique connaissent un glissement différentiel plus élevé que ceux avec une géométrie en arc de cercle. Cela est dû au fait que la géométrie en arc gothique produit une zone de contact avec une différence relativement importante entre les diamètres de roulement de la bille.

Le glissement différentiel affecte également la précharge qui peut être appliquée à un roulement avec une géométrie de chemin de roulement en arc gothique, car la précharge augmente la zone de contact entre la bille et le chemin de roulement, ce qui augmente encore le frottement et la production de chaleur.