Bagues en cuivre

Pour sélectionner correctement la taille, le matériau et les spécifications des bagues en cuivre, il est nécessaire de combiner les conditions de correspondance (telles que la capacité de charge, la vitesse de fonctionnement, les exigences de lubrification) et les scénarios d'installation (tels que le diamètre de l'arbre, le matériau du logement, l'environnement de travail), et de se concentrer sur la compatibilité des paramètres clés. Ce qui suit est une explication détaillée à partir de trois dimensions : détermination de la taille, sélection des tolérances et paramètres clés :

La taille des bagues en cuivre doit être précisément adaptée au diamètre de l'arbre et au logement de montage. L'essentiel est de déterminer trois paramètres clés : diamètre intérieur (correspondant à l'arbre), diamètre extérieur (correspondant au logement) et longueur :

Principe de base : Le diamètre intérieur de la bague en cuivre doit être légèrement supérieur au diamètre de l'arbre (formant un jeu d'ajustement). La taille du jeu est ajustée en fonction des caractéristiques de fonctionnement pour équilibrer la flexibilité et la stabilité opérationnelles :

• Faible vitesse et forte charge (par exemple, presses, arbres de concasseurs) : Un jeu plus petit (0,01-0,03 mm) est requis pour éviter une usure locale accrue causée par les vibrations entre l'arbre et la bague ;
• Haute vitesse et faible charge (par exemple, arbres de moteurs, arbres de ventilateurs) : Un jeu plus grand (0,03-0,08 mm) est requis pour réserver de l'espace pour la dilatation thermique de la bague en cuivre (coefficient de dilatation thermique du cuivre ≈16*10⁻⁶/°C, supérieur à celui de l'acier) pour éviter le grippage à haute température ;
• Bonne lubrification (par exemple, bain d'huile, lubrification forcée) : Le jeu peut être modérément augmenté (0,05-0,12 mm) pour améliorer la fluidité du milieu lubrifiant ;
• Environnement difficile (par exemple, poussière, frottement à sec/lubrification aux limites) : Le jeu doit être strictement contrôlé (≤0,03 mm) pour réduire l'intrusion d'impuretés et l'usure à sec ;
• Adaptation du matériau : Le cuivre pur (cuivre rouge) est relativement mou, le jeu doit donc être pris à la limite inférieure (≤0,02 mm) pour éviter la déformation ; le laiton et le bronze peuvent être sélectionnés en fonction des jeux conventionnels ;
• Formule de calcul : Diamètre intérieur recommandé d = diamètre de l'arbre + jeu d'ajustement. La précision du diamètre de l'arbre est généralement h6/h7 (zone de tolérance de l'arbre), et la tolérance du diamètre intérieur de la bague en cuivre est sélectionnée en conséquence comme H7/H8 (zone de tolérance du trou) pour former un « ajustement avec jeu ».

Le diamètre extérieur de la bague en cuivre doit former un ajustement stable avec le logement de montage (généralement en fonte, en tôle d'acier ou en alliage d'aluminium) pour empêcher la bague de glisser dans le logement pendant le fonctionnement :

• Faible charge, scénarios nécessitant un démontage (par exemple, pièces d'entretien de machines générales) : Ajustement de transition (tolérance de la bague g6, tolérance du logement H7), permettant un léger jeu ou interférence (±0,01 mm) pour équilibrer la fixité et la commodité de démontage ;
• Forte charge, scénarios de vibration (par exemple, machines agricoles, machines de construction) : Ajustement serré (tolérance de la bague r6, tolérance du logement H7), quantité d'interférence 0,01-0,04 mm (plus le diamètre est grand, plus la quantité d'interférence est importante) pour garantir que la bague en cuivre est fermement fixée et éviter le desserrage par vibration ;
• Adaptation du matériau du logement : Lorsque le logement est fait de matériaux mous tels que l'alliage d'aluminium, la quantité d'interférence est réduite de moitié (0,005-0,02 mm) pour éviter la déformation et la fissuration du logement.

La sélection de la longueur doit éviter un support insuffisant en raison d'une longueur trop courte et des problèmes de dissipation thermique ou de traitement causés par une longueur trop longue :

• Risque d'être trop court : Zone de support insuffisante, charge excessive par unité de surface, ce qui est sujet à l'écrasement et à la déformation locaux de la bague en cuivre ;
• Risque d'être trop long : Mauvaise dissipation thermique au milieu de la bague en cuivre (bien que le cuivre ait une excellente conductivité thermique, un rapport longueur/diamètre excessif est sujet à l'accumulation de chaleur), difficulté de traitement accrue et coûts plus élevés ;
• Rapport recommandé : L=(1,2-3)*d (diamètre intérieur) pour les scénarios conventionnels ;
• Adaptation spéciale : Pour les arbres minces et les conditions de travail avec vibrations, il peut être augmenté à L=(3-4)*d, mais des rainures d'huile axiales (largeur 2-3 mm, profondeur 0,5-1 mm) doivent être conçues pour faciliter la dissipation thermique et la lubrification ;
• Limitation du matériau : Le cuivre pur a une faible résistance, la longueur ne doit donc pas dépasser 3d pour éviter la déformation par flexion.

Les bagues en cuivre fonctionnent dans un environnement de frottement dynamique, le contrôle des tolérances doit donc éviter un ajustement lâche, le grippage ou une usure excessive :

• Tolérance du diamètre intérieur : Grade H7 (par exemple, d=50 mm, plage de tolérance 0~+0,025 mm) ou grade H8 (0~+0,039 mm) pour assurer un jeu uniforme des bagues en cuivre dans le même lot ;
• Tolérance du diamètre extérieur : Grade g6 (par exemple, D=60 mm, plage de tolérance -0,012~-0,002 mm) ou grade r6 (+0,028~+0,038 mm), correspondant à la tolérance du logement pour former un ajustement stable ;
• Exigence clé : La tolérance de coaxialité entre les diamètres intérieur et extérieur de la même bague en cuivre ≤0,01 mm pour éviter un jeu inégal et une usure locale causée par l'excentricité.

• Tolérance de circularité : ≤0,005 mm (diamètre intérieur ≤50 mm) ou ≤0,01 mm (diamètre intérieur >50 mm) pour éviter le « contact ponctuel » entre l'arbre et la bague causé par l'ovalité, ce qui intensifie l'usure ;
• Tolérance de cylindricité : ≤0,01 mm/m pour assurer un ajustement uniforme entre la paroi intérieure de la bague en cuivre et toute la longueur de l'arbre, obtenant une force équilibrée ;
• Tolérance de perpendicularité de l'extrémité : ≤0,01 mm/m pour éviter les mouvements axiaux causés par une force inégale sur l'extrémité.

• Rugosité de la paroi intérieure : Ra≤0,8μm (traitement poli) pour réduire le coefficient de frottement avec l'arbre (le coefficient de frottement entre le cuivre et l'acier ≈0,15, qui peut être réduit à 0,08-0,1 après polissage) ;
• Rugosité de la paroi extérieure : Ra≤1,6μm pour améliorer l'ajustement avec le logement et améliorer la stabilité de la fixation ;
• Chanfreinage des bords : Les deux extrémités sont chanfreinées à 1*45° ou 2*30° pour éviter de rayer l'arbre ou le logement pendant l'installation et guider l'entrée du milieu lubrifiant.

Les bagues en cuivre sont principalement divisées en trois catégories : cuivre pur, laiton et bronze. Les différences de performance déterminent les scénarios applicables :

• Adaptation de la charge : Pour une pression ≤15MPa, le laiton est facultatif ; pour 15-30MPa, le bronze d'étain est sélectionné ; pour >30MPa, le bronze d'aluminium (haute résistance, résistance aux chocs) est préféré ;
• Adaptation de la vitesse : Pour une vitesse linéaire ≤3m/s, le cuivre pur ou le laiton peuvent être sélectionnés ; pour 3-10m/s, le bronze d'étain (résistance à l'usure) convient ; pour >10m/s, une lubrification forcée + un matériau en bronze doivent être associés ;
• Environnement corrosif : Pour les milieux humides, acides et basiques (par exemple, équipements chimiques), le bronze d'aluminium ou le bronze d'étain (résistance à la corrosion supérieure au laiton et au cuivre pur) est préféré ;
• Scénarios sans huile/à faible teneur en huile : Le bronze contenant du plomb (par exemple, ZCuSn10Pb1) est sélectionné, car le plomb forme une couche autolubrifiante pour réduire l'usure à sec.

• Conception de rainure d'huile/trou d'huile : Pour les scénarios de forte charge et de haute vitesse, des rainures d'huile axiales (largeur 2-3 mm, profondeur 0,5-1 mm) ou des rainures d'huile annulaires doivent être ouvertes sur la paroi intérieure de la bague en cuivre, et des trous d'huile (ouverture 2-4 mm) doivent être définis aux extrémités pour assurer une lubrification continue ;
• Conception de l'épaisseur de paroi : Épaisseur de paroi conventionnelle δ=(D-d)/2=3-8 mm ; pour les scénarios de forte charge, elle peut être augmentée à 8-15 mm ; pour les matériaux en cuivre pur, l'épaisseur de paroi doit être augmentée de 20 % par rapport au laiton/bronze pour compenser l'insuffisance de la résistance ;
• Conception d'arrêt : Pour les scénarios de fortes vibrations, une rainure d'arrêt (largeur 3-5 mm, profondeur 1-2 mm) peut être ouverte sur la paroi extérieure de la bague en cuivre, et fixée avec une goupille d'arrêt pour empêcher la rotation circonférentielle.