Un guide complet des roulements VTT avec Matt Harvey de Enduro Bearings

Jul 30, 2023

Entre les moyeux, les jeux de direction et les pivots, il y a un grand nombre de roulements à billes qui font que tout tourne en douceur. Notre équipe éditoriale parlait récemment des roulements de nos VTT et nous avons réalisé qu'il y avait une foule de questions auxquelles nous n'avions pas de réponses. Pensant que les lecteurs pourraient être tout aussi curieux, nous avons contacté Matt Harvey d'Enduro Bearings pour en savoir plus sur les morceaux sphériques qui tournent à l'intérieur.

Nous voulions examiner la composition d'un roulement, quand les cyclistes devraient les entretenir, et quelles sont les choses à faire et à ne pas faire en cas de remplacement des roulements.

Pourquoi utilisons-nous des roulements sur les vélos à la place des bagues ? Existe-t-il d'autres moyens de lisser la rotation ?

Lorsque j'ai commencé chez Fisher Mountain bikes au début des années 90, nous travaillions sur le RS-1, l'un des premiers vélos modernes à suspension intégrale et nous utilisions des bagues en téflon à support en acier, appelées paliers lisses. Avec un amortisseur de rebond en élastomère, le mouvement fonctionnerait au début des sections difficiles, mais rebondirait ensuite et rebondirait en désynchronisation avec le terrain et commencerait à travailler contre vous. Ou simplement compresser et ne pas relâcher, devenant un vélo rigide. Un an plus tard, lorsque j'étais chez Bianchi pour développer une conception de suspension complète, nous avions enfin de meilleurs amortisseurs à ressort et à air qui pouvaient amortir le rebond, cependant, les bagues en acier étaient lentes à suivre le mouvement de l'arrière. Lorsque nous avons refait le cadre avec des "éléments roulants" ou des roulements à billes, la roue arrière pouvait enfin suivre le terrain et ne pas rebondir.

Les forces statiques nécessaires pour déplacer les bagues ou les paliers lisses sont bien supérieures à celles des roulements à éléments roulants, tels que les roulements à billes. Lorsque vous en avez beaucoup, 8 ou 12 sur les vélos à suspension à tringlerie modernes, ce frottement statique ralentit sensiblement le mouvement du triangle arrière, ce qui rend plus difficile le suivi des terrains vallonnés. Un autre inconvénient est qu'ils ont besoin d'une lubrification constante pour rester silencieux.

Il existe d'autres roulements avec des éléments roulants tels que les roulements à rouleaux coniques, les roulements à aiguilles, les roulements à rouleaux sphériques, cependant, en raison de l'échelle et du poids des vélos, les roulements à billes sont généralement les plus logiques.

Y a-t-il des endroits où les bagues fonctionnent mieux que les roulements ?

Certains cadres sont conçus avec des bagues là où il n'y a tout simplement pas de place pour utiliser un roulement avec des éléments roulants. De plus, ils sont courants dans les conceptions de pédales pour la même raison - très peu d'espace entre l'axe et le corps de la pédale. Mon expérience a montré qu'il n'y a vraiment aucun endroit où vous préféreriez avoir une bague plutôt qu'un roulement à billes ou à aiguilles sur un vélo si c'est possible. Le frottement est tout simplement plus important avec les paliers lisses.

Qu'est-ce qui fait qu'un roulement à cartouche étanche est meilleur qu'un autre ?

Il existe de nombreux domaines ici, mais le point le plus important est la qualité de l'acier que vous utilisez. La plupart des roulements sont fabriqués à partir d'acier au chrome 52100, mais de nombreuses fonderies fabriquent différents niveaux de qualité. Il faut commencer avec un acier homogène très propre pour les courses et les balles. Il existe également de l'acier inoxydable 440C, qui doit également être de bonne qualité. Il existe d'autres aciers inoxydables inférieurs utilisés par les fabricants de roulements. Les roulements Enduro utilisent également de l'acier XD-15, qui est de loin le meilleur matériau à utiliser pour un roulement à billes car ils ne peuvent presque pas s'user.

La conception et le matériau des joints sont les prochains sur la liste. "2RS" signifie littéralement "Deux joints en caoutchouc" mais ne vous dit rien sur le type de joints. Nous utilisons des joints de type LLU ou LLB qui sont des joints à double lèvre qui scellent dynamiquement dans une rainure correspondante. La plupart des joints sont fabriqués à partir de caoutchouc nitrile Buna, mais nous utilisons également du silicone sur les roulements de roue haut de gamme en raison de ses qualités de friction inférieures et glissantes.

Sur n'importe quelle taille de roulement donnée comme un "6806 2RS", le roulement mesure 30x42x7mm, cependant, il peut avoir jusqu'à quatre tailles et quantités de roulements à billes différentes à l'intérieur. Plus important encore, peut-être, la profondeur de la rainure peut varier considérablement. Ces deux spécifications peuvent grandement affecter les performances du roulement, à savoir les qualités de charge. Les petites billes et les rainures peu profondes entraîneront une défaillance rapide dans un roulement de boîtier de pédalier, par rapport à celui avec des billes plus grosses avec des rainures profondes. Les charges "axiales" ou multidirectionnelles d'un roulement de boîtier de pédalier ont besoin de ce plus grand support.

Quelle est la différence entre les roulements à cartouche étanche standard, les roulements à aiguilles et autres ?

Les roulements à cartouche étanches sont des roulements à billes à contact radial ou oblique composés de 2 chemins de roulement usinés et rectifiés, de roulements à billes forgés de précision, d'un séparateur ou d'un dispositif de retenue de billes et de deux joints en caoutchouc. Les roulements à aiguilles se composent soit d'une bague extérieure usinée / rectifiée, soit plus communément d'une bague extérieure poinçonnée ou formée, puis d'aiguilles avec un séparateur à billes. La bague intérieure est généralement une surface usinée ou un boulon trempé et rectifié. Les roulements à aiguilles peuvent également avoir des joints si spécifié.

Comment déterminez-vous tous la taille des roulements à billes à utiliser dans un BB, un casque ou un pivot de cadre ?

Pour l'Enduro, il s'agit dans tous les cas de monter la plus grosse bille possible dans le roulement complet. Étant donné que les roulements de vélo sont des roulements lents et à forte charge dans tous les cas, la plus grande bille avec la rainure la plus profonde possible sera la meilleure solution. Beaucoup de ces roulements de même taille utilisés dans les vélos sont utilisés dans les moteurs électriques qui tourneront à plus de 10 000 tr/min à faible charge. Dans ce cas, des rainures peu profondes avec des billes plus petites peuvent bien fonctionner pour un faible bruit et des accélérations. Il est rare qu'un roulement dans un vélo dépasse même 200 tr/min, ce qui est considéré comme une faible vitesse. Les forces du boîtier de pédalier ou d'un moyeu arrière sont radiales et poussées, en fait axiales ou multidirectionnelles. Vous avez besoin d'un maximum de contact avec la balle et de soutien des courses pour ne pas pincer ou déraper, ce qui entraînerait une usure prématurée ou une perte de puissance lors du pédalage. Lors de nos tests personnalisés de roulements de vélo, cela s'avère à chaque fois.

Comment déterminer l'épaisseur des chemins de roulement ?

Tout en considérant la balle la plus grande, il existe des limites à l'épaisseur de la piste lorsque le traitement thermique et le traitement cryogénique sont impliqués. Si la section devient trop fine, elle peut se déformer lors du traitement thermique. Nous avons quelques secrets pour cela, mais environ 1 mm est à peu près aussi fin que vous le souhaitez pour l'épaisseur de paroi.

De quoi sont faits les courses et les roulements ?

La plupart des roulements sont fabriqués à partir d'acier au chrome 52100, mais de nombreuses fonderies fabriquent différents niveaux de qualité. Il faut commencer avec un acier homogène très propre pour les courses et les balles. Dans certains cas de roulements moins chers, un matériau au chrome-molybdène est utilisé, mais non recommandé. L'acier inoxydable 440C est un matériau de roulement de haute qualité. Il existe d'autres aciers inoxydables inférieurs utilisés par les fabricants de roulements. Il existe des aciers inoxydables 440A et 440B qui sont inférieurs pour l'utilisation des roulements, mais également courants. Les roulements Enduro utilisent également de l'acier XD-15, qui est de loin le meilleur matériau à utiliser pour un roulement à billes car ils ne peuvent presque pas s'user. Le XD-15 est un acier à l'azote "super inoxydable". En bref, il est refondu sous pression avec de l'azote introduit qui crée une réaction chimique où les carbones de l'acier sont séparés de manière homogène et permanente. Cela crée un acier extrêmement résistant qui peut résister à la pression constante des billes de céramique sans se dégrader, en fait un brunissage et une amélioration de la douceur à l'usage.

Quelles sont les différentes graisses utilisées dans les roulements Enduro et comment choisissez-vous ces lubrifiants ?

Nous utilisons essentiellement trois types de graisse : Mobil XHP 222 pour les roulements ABEC 3 et 5, Almagard 3752 pour les roulements MAX et de direction, puis Kluber Isoflex pour les roulements en céramique et en acier inoxydable. Mobil XHP 222 est une bonne graisse polyvalente qui offre une excellente protection et résiste au lavage à l'eau tout en tournant rapidement. Il est extrêmement stable dans des conditions très chaudes ou très froides et résiste à la séparation. Almagard est une graisse super extra haute pression, ce qui signifie qu'elle ne peut pas être écartée même sous la pression extrême d'une balle appuyant avec une force maximale. Almagard agit comme un oreiller entre les billes et la course où les roulements ne tournent pas constamment, mais se frottent de sorte que vous n'obtenez pas l'usure associée. Kluber Isoflex est une graisse très sophistiquée et très "rapide" qui peut aussi résister aux conditions humides et protéger. Kluber a d'excellentes capacités de cisaillement que vous ne remarquerez presque pas qu'il s'agit de graisse, mais ressemble à une huile légère.

Comment fonctionnent les joints des roulements à cartouche ?

Les joints sont ajustés par pression dans une rainure correspondante qui est usinée dans la bague extérieure pour les retenir des deux côtés des roulements. La plupart des joints ont une seule lèvre qui "monte" sur la bague intérieure (espérons-le). Certains n'entrent pas en contact lorsque vous regardez de près, ce qui est excellent pour la rotation, mais moche pour la protection. Dans le cas de l'Enduro, nous avons une autre rainure usinée dans la bague intérieure afin que le double joint dynamique entre en contact sur deux bords de la rainure intérieure pour une protection maximale contre la saleté tout en conservant la graisse retenue.

Quelle est la meilleure façon d'imperméabiliser un roulement ?

Les joints de type rainure à double lèvre mentionnés ci-dessus offrent une meilleure protection, mais ce qui se passe ensuite lorsque vous commencez à tourner le roulement est ce qui aide vraiment à imperméabiliser un roulement. Enduro remplit les deux côtés de chaque roulement avec un remplissage de graisse à 90 % (la plupart des usines ne remplissent qu'un côté à 35 %). Lorsque le roulement est utilisé et commence à tourner, de la graisse commence à se purger à travers les lèvres d'étanchéité dynamiques, créant une barrière de graisse piégée entre les joints à l'intérieur de la rainure. Cette barrière anti-graisse verrouillée continue de protéger contre l'intrusion d'eau.

Existe-t-il un moyen de concevoir des roulements capables de supporter des forces dans plusieurs directions ? Par exemple, les roulements d'un support antichoc à tourillon gèrent principalement la force dans le sens de la marche, mais il peut également y avoir une charge latérale importante. Les roulements de boîtier de pédalier seraient peut-être un meilleur exemple car la force que nous y mettons est rarement linéaire à 100%.

Oui, nous concevons nos roulements BB avec une conception de contact angulaire de 15º avec des billes de 4 mm et des rainures très profondes. Puisqu'un roulement à contact oblique doit être préchargé contre un autre, tout le jeu est supprimé et il est garanti que toutes les billes sont engagées en partageant la charge tout le temps. Ce n'est pas toujours vrai dans un roulement radial où certaines billes sont sous charge tandis que d'autres flottent. Lorsque des charges axiales ou multi-forces sont appliquées à nos roulements BB, toutes les forces sont partagées via l'angle de contact par toutes les billes. Cela permet un roulement plus fluide sans déraper ou pincer les balles où vous perdez de l'énergie ou usez le roulement.

Quelle est la particularité des roulements céramiques et hybrides céramiques ? Est-ce qu'ils durent vraiment plus longtemps et/ou roulent plus facilement ?

Lorsqu'ils sont conçus et fabriqués correctement avec les bons matériaux, les roulements hybrides en céramique peuvent durer plus longtemps et rouler plus facilement. Les roulements entièrement en céramique ne peuvent pas résister à l'impact ou aux forces importantes pour la plupart des fonctions des composants, nous ne les proposons donc pas. D'autre part, les roulements en céramique XD-15 dureront plus longtemps que n'importe quel roulement en acier ou autre céramique sur le marché. Pour les raisons mentionnées ci-dessus concernant le matériau XD-15, ils sont garantis à vie, même contre la corrosion. Dans nos autres roulements en céramique, ABEC 5 et Zero, nous traitons en outre les courses en acier au chrome avec des étapes d'oxyde noir et cryogénique qui normalisent davantage l'acier, et non seulement elles durent plus longtemps, mais elles roulent plus facilement plus longtemps. Les billes en céramique sont sept fois plus dures que les billes en acier, vous devez donc en tenir compte dans la conception d'un roulement hybride en céramique. Une bille d'acier en comparaison est "molle" et fléchira ou s'écrasera sous la pression, alors qu'une bille en céramique pourrait être comparée à un morceau de granit qui ne cédera pas. Il est très difficile de mesurer la différence de résistance au roulement d'un roulement à billes tout acier par rapport à un hybride en céramique, cependant, certains tests en cours que nous effectuons dans notre laboratoire montrent des résultats positifs avec les roulements en céramique XD-15.

Vous fabriquez tous des outils pour faire face à de nombreuses normes de vélo. Que pensez-vous du manque de cohérence avec des choses comme les boîtiers de pédalier et les roulements de pivot ?

L'industrie du vélo regorge d'inventeurs et de non-conformistes, ce n'est donc pas nouveau pour notre industrie. Avec plus de 40 ou 50 conceptions de BB "standard" dont nous devons tenir compte, et plus de 300 tailles et spécifications de roulements de pivot différentes, il y a beaucoup à suivre. Nous avons commencé à fabriquer des outils il y a de nombreuses années maintenant pour aider à installer et à retirer nos roulements car les gens utilisaient des marteaux et des tournevis sur les roulements. Nous fabriquons les outils ici aux États-Unis, de très haute qualité dans nos propres installations. Nous n'aurions jamais pensé en vendre autant car ils sont chers aussi, cependant, nous sommes toujours mis au défi de suivre le rythme. C'est juste ce que nous faisons; résoudre tous ces problèmes.

Est-ce une bonne idée de laver sous pression un vélo tout-suspendu ? Comment cela affectera-t-il les roulements?

Ce n'est pas une bonne idée, mais je suis paresseux et je le fais tout le temps pour le mien. Bien sûr, je suis toujours intéressé par le pire scénario, et cela m'aide à réfléchir à une nouvelle façon de résoudre les problèmes. Nous avons maintenant des joints de couverture mécaniques métalliques en acier inoxydable "MAX Shields" qui résistent au lavage sous pression des roulements de type MAX. Nous avons également des roulements Solid Lubricant MAX qui est une "graisse" solide à l'intérieur du roulement qui résiste également à ce traitement. Je pense qu'il faut compter sur les gens qui font du lavage à pression, c'est donc à nous de trouver les meilleures réponses.

Quelles sont les tolérances sur les sièges de roulement de cadre de vélo de montagne? Enduro doit-il faire quelque chose pour s'adapter aux tolérances du cadre ?

Cela peut varier d'un fabricant à l'autre, parfois considérablement. Nous avons des roulements C3 et CN généralement disponibles. Il s'agit du jeu ou de la tolérance interne du roulement. CN est plus serré que C3. Si l'ajustement serré à la presse est serré, un roulement C3 aide. Vous ne voulez pas que le roulement soit trop serré là où il semble indexé ou rugueux, il s'usera très rapidement dans ce cas. S'il y a un jeu supplémentaire, ce n'est généralement pas un problème à moins qu'il ne s'agisse d'une roue avant que vous remarquez immédiatement. Ensuite, vous avez probablement besoin de roulements CN.

Certains vélos ont des problèmes avec les inserts de pivot qui se détachent, provoquant des grincements et une liaison lâche. Des fabricants de cadres ont-ils travaillé avec vous pour résoudre ce problème ? À quelle fréquence les marques de vélos vous contactent-elles pour résoudre des problèmes ou développer de nouveaux produits ?

Celui-ci, je n'ai jamais été contacté pour le résoudre, bien que nous soyons fréquemment contactés pour résoudre des problèmes similaires. Parfois nous recevons des dessins, parfois des échantillons. Si le siège du roulement s'est incliné sur une tringlerie et que le roulement n'a plus d'ajustement serré, je recommanderais le composé de retenue Loctite 638, il peut couvrir même de grands espaces.En se basant uniquement sur la durée de vie des roulements, quel vélo tout suspendu recommanderiez-vous à quelqu'un qui roule régulièrement dans un climat humide ?

Il y en a tellement de bons maintenant, c'est difficile à dire. Bien sûr, j'ai mes partis pris, mais nous fournissons plus de 70 marques donc je reste neutre ! Vraiment cependant, presque tous les vélos à suspension intégrale sont si bons maintenant.

Pouvez-vous partager certaines erreurs courantes que vous voyez lors du retrait et de l'installation des roulements ?

Dans les liaisons fragiles, comme vous l'avez mentionné ci-dessus, il est facile de les endommager si vous n'utilisez pas un outil d'extraction de store de descente comme le nôtre ou quelque chose de similaire. Appuyer contre la tringlerie avec un outil à effet de levier peut souvent marquer ou endommager la tringlerie. C'est particulièrement vrai s'ils utilisent un composé de siège pour maintenir les roulements. Un extracteur aveugle est le seul moyen de garantir l'absence de marques, aucun dommage à votre pièce de liaison coûteuse.

Quels sont les conseils pour retirer et installer correctement les roulements ?

Quelques choses dont les gens ne se souviennent pas : retirez d'abord ces circlips ! Parfois, ils sont difficiles à voir, mais vérifiez d'abord le manuel avant de mutiler la pièce en essayant de retirer le roulement. Utilisez de préférence de la Loctite ou des composés pour roulements avec un "coup" net plutôt qu'une traction progressive. Encore une fois, l'extracteur aveugle avec marteau coulissant fonctionne le mieux. Utilisez le congélateur lorsque vous installez des broches à travers des roulements ou installez des roulements. Non seulement il contient votre bière, mais il facilite beaucoup la mise en place des pièces si vous vous en souvenez.

En dehors d'un toucher croustillant et/ou sec, comment les lecteurs peuvent-ils savoir si leurs roulements doivent être remplacés ?

Une sensation croustillante ou sèche signifie souvent qu'il vous suffit de nettoyer le roulement et de mettre de la graisse. Retirez les joints, dégraissez et nettoyez les roulements et séchez-les. Une fois propre et sec, mettez de la graisse neuve et replacez les joints. Vous pouvez encore sentir un peu de saleté là-dedans, mais ils peuvent être à nouveau fins et lisses. Un bon test pour voir si votre roulement est simplement sale ou s'il a un grippage consiste à tourner lentement le roulement dans votre main. Si les points rugueux bougent, c'est de la saleté. Si c'est toujours le même endroit, c'est un trou dans le roulement.

Tous les roulements peuvent-ils être nettoyés et remballés, ou y en a-t-il qui doivent simplement être remplacés une fois qu'ils sont usés ?

Oh oui, nous le faisons tout le temps pour les gens et les renvoyons. Vous devez éventuellement entretenir vos roulements s'il n'y a plus de graisse et juste de la saleté à l'intérieur. La seule exception concerne les roulements XD-15, vous n'avez pas besoin de faire d'entretien si vous ne le souhaitez pas.

Quelles sont les principales différences entre les roulements de vélo et ceux utilisés dans les motos et autres applications ?

Les roulements de moto et presque toutes les autres machines comme un chariot élévateur sont sur-conçus car le poids n'est pas un facteur. Un chariot élévateur a des roulements qui supporteront 10 ou 20 fois la force de charge qu'ils verront jamais. Ils ne se soucient pas du poids. Ce n'est pas non plus un facteur énorme dans une moto, elle a un moteur beaucoup plus gros que celui de l'homme. Donc, dans les vélos, nous utilisons toujours des tailles de roulements qui sont sur le point de ne pas fonctionner, car nous essayons de fabriquer un vélo de 12 livres.