Roulements hybrides en céramique : faire progresser le transport aérien

Avec plus d’un siècle d’innovation dans l’aérospatiale , Timken a permis de nombreuses premières dans l’aviation, de l’invention des hélicoptères aux premiers atterrissages sur la Lune et sur Mars. Aujourd’hui, les ingénieurs de Timken appliquent leurs connaissances spécialisées dans la gestion du frottement, la transmission de puissance et la métallurgie pour maximiser la fiabilité dans des applications telles que la lutte contre les incendies aériens et les moteurs d’avions civils.

Aujourd’hui, les concepteurs d’avions repoussent les limites de ce qui est possible pour optimiser les performances et atteindre un niveau d’efficacité supérieur. Les capacités de Timken en matière d’ingénierie et de fabrication de roulements hybrides à rouleaux cylindriques et coniques optimiseront les performances des avions et des giravions pour une nouvelle ère de vol.

« Depuis plus de 120 ans, nous avons accumulé des connaissances sur le frottement, l’usure, la lubrification et la conception des roulements dans le contexte des matériaux en acier. Cela se traduit bien par la compréhension des propriétés du nitrure de silicium – et comment nous pouvons concevoir et fabriquer avec succès avec les deux.

Jean Lowry
Ingénieur en chef de l’aérospatiale

Roulements aérospatiaux hybrides : cruciaux pour une efficacité accrue
Poussés par le désir d’économiser l’énergie, les coûts et l’environnement, les clients de l’aérospatiale veulent extraire le maximum d’efficacité possible de chaque système et composant d’avion. Les roulements aéronautiques Timken en acier sont déjà très performants. Pour réaliser de futurs gains d’efficacité, les ingénieurs élargissent la gamme de types de roulements hybrides disponibles pour desservir le marché.

Les roulements « hybrides » sont ainsi nommés parce qu’ils combinent des bagues en acier et des éléments roulants en céramique, alors que les roulements plus conventionnels utilisent de l’acier pour les deux. Le nitrure de silicium des rouleaux en céramique est de « qualité roulement » – la plus haute qualité disponible.

« Le nitrure de silicium est presque deux fois plus dur que l’acier à roulement et possède des propriétés supplémentaires qui le rendent plus léger, plus solide et plus performant à des vitesses plus élevées », déclare John Lowry, ingénieur en chef pour l’aérospatiale. « C’est une céramique qui résiste à des conditions très agressives et qui fonctionne bien dans les roulements à billes. »

L’expérimentation d’éléments roulants en céramique pour les roulements aérospatiaux remonte à plusieurs décennies, les moteurs des navettes spatiales de la NASA les utilisant au début des années 1990. Alors que la course au développement de solutions optimisées s’accélère, une gamme plus large de types de roulements hybrides fait son apparition pour augmenter l’efficacité des moteurs d’avion, des générateurs et des démarreurs et des boîtes de vitesses des giravions.

Les ingénieurs de Timken ont récemment travaillé en étroite collaboration avec des constructeurs d’avions de défense pour développer des roulements à rouleaux hybrides pour plusieurs applications, y compris le développement d’un moteur à turbine d’avion conçu pour être nettement plus puissant et efficace que les turbosoufflantes à faible dérivation existantes.

Les spécialistes de la tribologie Timken ont joué un rôle important dans la R&D, testant la résistance des rouleaux en céramique par rapport à une variété de nuances d’acier généralement utilisées pour fabriquer des composants de roulements adjacents aux rouleaux. La façon dont les matériaux interagissent a un impact direct sur les performances.

La différence Timken : des procédés de fabrication exclusifs
« Depuis plus de 120 ans, nous avons accumulé des connaissances sur le frottement, l’usure, la lubrification et la conception des roulements dans le contexte des matériaux en acier », note Lowry. « Cela se traduit bien par la compréhension des propriétés du nitrure de silicium – et comment nous pouvons concevoir et fabriquer avec succès avec les deux. »

Melissa Kerney, responsable du programme aérospatial, affirme que le nitrure de silicium utilisé est de la plus haute qualité disponible et traité selon des normes très élevées.

« La différenciation pour obtenir un produit de qualité aérospatiale se fait en deux étapes, toutes deux dans la fabrication », dit-elle.

Tout d’abord, un rouleau « vierge » de forme presque nette est formé à l’aide de la poudre de nitrure de silicium. La formule de la poudre détermine comment le matériau résistera à la formation de « flans » qui deviendront finalement des rouleaux en céramique.

Deuxièmement, Timken finit ces ébauches en interne selon des exigences précises à l’aide de procédés exclusifs de meulage et de superfinition.

« C’est très difficile, dit Kerney. « Le nitrure de silicium est beaucoup plus résistant que l’acier et nécessite une approche complètement différente de la finition, du calibrage et de l’inspection. Nous prenons ce que nous savons sur la science des matériaux et le combinons avec notre expertise en fabrication et en outillage. Le résultat est des roulements extrêmement durables et fiables qui répondent aux exigences d’inspection de l’industrie.

Avec une ingénierie et une fabrication de roulements à rouleaux hybrides entièrement développées, Timken a investi dans des capacités de fabrication pour produire l’une des gammes de roulements coniques et cylindriques les plus complètes de l’industrie avec des rouleaux en nitrure de silicium. Timken a l’intention de démarrer la production complète pour soutenir les clients de l’aérospatiale d’ici 2023.

Pourquoi l’aérospatiale, et pourquoi maintenant ? Kerney déclare : « C’est l’application la plus difficile nécessitant des solutions hybrides, et où l’hybride offre la plus grande proposition de valeur.

Les ingénieurs de Timken utilisent la céramique pour améliorer les performances des roulements dans de nombreuses industries essentielles. Découvrez comment un revêtement spécial résistant à l’usure contenant de minuscules particules de céramique améliore l’efficacité des éoliennes et des équipements agricoles.

Last Updated: 2023/06/21

Published: 2022/05/11