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2 avril 2019
Consommation de carburant : choisir les bons roulements pour réaliser des économies


Pour le secteur automobile, choisir le bon roulement ne se résume plus uniquement à une question de puissance mécanique. Alors que se posent de plus en plus les questions d’une consommation raisonnable en énergie pour un plus grand respect de l’environnement et en raison d’une hausse des prix du carburant, il peut être avantageux de s’intéresser aux roulements qui ont la capacité de réduire la consommation de carburant tout en maintenant une densité de puissance supérieure.

Par Jean Merckling, ingénieur mécanicien spécialiste du développement pour Timken* Europe - segment Mobile


Les roulements à billes à contact oblique à double rangée, sont couramment utilisés dans le secteur automobile et représentent une part significative du marché des roulements en raison de leur rendement élevé, particulièrement à 40°C et dans les conditions permettant de définir les niveaux d'émissions de CO2 des voitures. Pourtant, les roulements à rouleaux coniques développés pour les essieux de véhicules légers offrent également une amélioration pour l’industrie automobile en favorisant une économie de carburant. Pour démontrer leur efficacité et leur capacité à égaler les performances des roulements à billes à contact oblique, ces roulements ont été soumis à des tests techniques simulant l'entraînement des essieux.

Des conditions strictes sont déterminées au préalable afin d’obtenir les résultats les plus réalistes. La première étape des tests consistait à évaluer l’application de ces roulements sont dans des conditions réelles de fonctionnement. Le débit d'huile sur le roulement coté pignon conique a été mesuré au niveau du carter et de l’essieu. Pour mesurer la consommation d'huile à différentes vitesses d'arbres et différentes températures d'huile au niveau des roulements coté pignon, un essieu arrière d’un véhicule a été équipé à la fois de roulements à billes à contact oblique et de roulements à rouleaux coniques. Trois débits d'huile sont retenus pour les tests d'efficacité sur le banc de simulation des arbres à pignon conique: 0,7 l/min (à 40, 60, 80 et 100 °C), 1,6 l/min et 2,6 l/min (à 60, 80 et 100 °C).

Banc de simulation d’arbre à pignons

Afin d’obtenir une mesure précise du couple du roulement seul, sans entraînement des essieux et des joints, des tests spécifiques (figure 2) sont mis en place, utilisant des outils à la pointe de la technologie pour reproduire l'environnement du système du pignon (charge, débit d'huile, vitesse, déflexion). En simulant le pignon, une charge de roulements identique à celle d’un entraînement d'essieu est obtenue. Les conditions suivantes sont appliquées : deux jeux de roulements de pignon sont montés sur le banc de tests, multipliant par deux le couple total de l'arbre, des niveaux de débit d'huile sont définis et de nombreux capteurs sont utilisés pour simuler au plus près les conditions de fonctionnement des roulements.
Pour le banc de tests de simulation de pignons, un tableau complet d’essais (figure 3) est réalisé avec des combinaisons définies de paramètres afin de simuler aussi bien des conditions NEDC (New European Driving Cycle - nouveau cycle européen de conduite), que des conditions de charge plus réalistes.


Comparaison des couples : des résultats en faveur des roulements à rouleaux coniques

Afin d'évaluer le rendement des deux types de roulements dans des conditions de cycle NEDC, un calcul est réalisé en utilisant les données de couple mesurées et indiqués dans le tableau d’essais. Les résultats de ces calculs ont démontré que les roulements à rouleaux coniques et les roulements à billes à contact oblique avaient la même perte de puissance lorsqu’ils sont soumis à un cycle NEDC.

D’autre part, ces tests d'efficacité ont permis de mettre en évidence que les deux types de roulements présentaient des performances identiques dans des conditions du NEDC à 40 °C, tandis que les roulements à rouleaux coniques seront plus efficaces que les roulements à billes à contact oblique à des températures et des charges plus élevées.

Le banc de tests de simulation de pignons a également été utilisé pour comparer la rigidité des roulements et du système, des données essentielles pour mesurer la performance des équipements, le bruit et les vibrations. Les déformations de l'arbre ont été mesurées en direction radiale et axiale à un point représentant le point d'engrènement du pignon. Grâce à des capteurs placés sur le banc, des données précises ont été obtenues, indiquant que là aussi les roulements à rouleaux coniques avaient une déflexion similaire, voire meilleure que les roulements à billes à contact oblique.

Des performances identiques pour une économie d’énergie

Les tests d’efficacité qu’ont subi les roulements à rouleaux coniques et les roulements à billes à contact oblique, basés sur la charge du pignon d'entraînement d'essieu, ont permis de comparer leur haute efficacité et leur forte densité dans un environnement reproduisant le fonctionnement réel d’un essieu de véhicule. Caractérisés par un meilleur poids et une taille moindre, les roulements à rouleaux coniques représente une alternative très intéressante face aux roulements à billes à contact oblique avec des performances similaires, voire meilleures lorsqu’ils sont soumis à des températures et des charges plus élevées, et surtout la capacité de réduire la consommation de carburant.

  Source : Timken


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