Connaissance de la broche

Durée de vie de la broche

La durée de vie de la broche porte-outil dépend essentiellement de la durée de vie des paliers de broche, qui sont les composants les plus fréquemment affectés par l'usure. Le calcul de la durée de vie nominale des paliers à roulement est basé sur la théorie de la fatigue. Pendant les durées de fonctionnement, les surfaces de roulement des paliers sont soumises à des contraintes de compression cycliques qui, dans  
un avenir prévisible, entraîneront une défaillance du palier due à la fatigue. L'humidité, une lubrification inadéquate ou l'encrassement, avec pour conséquence l'usure et la formation de rouille, sont largement négligés dans cette théorie. Par conséquent, il n'est généralement pas possible de transférer la durée de vie calculée dans la pratique.
Outre la tenue à la fatigue pure, le calcul de la durée de vie, qui tient compte des facteurs externes, est d'une grande importance. La durée d'utilisation indique par conséquent le temps pendant lequel le roulement peut rester en service. Dans le cadre d'un calcul modifié de la durée de vie, d'autres facteurs d'adaptation tels que la température de fonctionnement, les propriétés du matériau ou la lubrification sont de ce fait inclus, lesquels facteurs sont déterminés par des conditions de fonctionnement connues au préalable. Toutefois, il convient de noter que toutes les méthodes de calcul courantes ne peuvent fournir qu'une valeur indicative. La charge externe due aux conditions de coupe ou à de légères collisions peut amener un palier à la fin de sa durée de vie beaucoup plus tôt. En revanche, une durée de vie beaucoup plus longue peut être obtenue avec un bon entretien et un maniement soigneux de la broche.
Le calcul usuel de la durée de vie et le calcul modifié de la durée de vie sont brièvement décrits ci-après. Il existe un grand nombre d'autres méthodes de calcul, mais elles ne sont pas abordées ici.
 
 
Équation usuelle pour le calcul de la durée de vie
 
 
L = (C/P)p [106 tours]
 
 
avec
 
L          Durée de vie nominale [106 tours]
C         Capacité de charge dynamique (spécifique au palier) [kN]
P         Charge équivalente du palier [kN]
p          Exposant de durée de vie
           
                        pour roulements à billes                p = 3
 
                        pour roulements à rouleaux         p ~10/3
 
Les valeurs p variables s'expliquent par les différents rapports de tension pour le contact ponctuel et le contact linéaire.
Les variantes suivantes de cette formule sont souvent utilisées dans la pratique :
 
Durée de vie en heures
 
Lh = (106 • L) / 60 •n [h]
 
 
Facteur de durée de vie
 
f1 = (C/P) fn = (Lh/500)1/p facteur de vitesse
 
fn = (33 1/3 / n)1/p avec
 
N           Vitesse moyenne [tr/mn]
 
C/P     Sécurité de charge
 
 
Équation modifiée pour le calcul de la durée de vie
 
Lna = a1 • a2 • a3 • Lh [h]
 
avec
 
Lh           Durée de vie en fatigue [h] nominale basée sur 90 % de la durée de vie probable
Lna         Durée de vie en fatigue [h] atteignable dans certaines conditions, avec l'indice             n désignant la différence entre la durée de vie probable requise et 100 %
 
a1        Facteur pour la durée de vie probable
 
a2           Facteur pour des matériaux, procédés et qualités de fabrication spéciaux                          
a3           Facteur pour les conditions de fonctionnement
 
Le facteur a1 tient compte de la probabilité de défaillance, si celle-ci s'écarte des 10 % habituels :
Durée de vie de la broche                                                                                                           24
 
 
Probabilités de défaillance s'écartant de 10 % selon DIN ISO 281
 
Probabilité de défaillance1054321
[%]      
Durée de vie en fatigueL10L5L4L3L2L1
Facteur a110,620,530,440,330,21
 
 
Le facteur a2 représente les propriétés du matériau du palier en raison de son traitement thermique et de la composition de ses alliages.
Dans le cas de paliers constitués d'acier de roulement trempé courant, a2 = 1.
Des améliorations dans la fabrication de l'acier, des méthodes de fabrication affinées et des nuances spéciales se traduisent par une durée de vie prolongée, c'est-à-dire a2 > 1. Les paliers en acier inoxydable sont par exemple calculés avec un facteur a2 = 0,5.
 
Le facteur a3 tien compte en première ligne de la lubrification, de la propreté et de la température de service. Ainsi, des températures de fonctionnement trop élevées, par exemple, réduisent la dureté du matériau. [DAHLKE94], [WECK06]