Les roulements à billes, également appelés roulements antifriction, sont de petites sphères métalliques ou céramiques utilisées pour réduire la friction entre les arbres et les essieux dans un certain nombre d’applications. Ils sont souvent utilisés en série pour absorber le poids placé sur une pièce mobile, ou dans des cages individuelles pour réduire la friction dans les essieux. La plupart sont fabriqués pour répondre à des normes de rondeur très strictes, car toute déformation peut entraîner une défaillance inattendue des pièces mobiles.
Le concept des roulements à billes remonte à l’Empire romain, mais de nombreuses sources attribuent à Léonard de Vinci les premières conceptions pratiques. Ce n’est qu’en 1791, cependant, qu’un constructeur et inventeur de voitures gallois nommé Philip Vaughan a breveté le premier ensemble d’essieux pour les utiliser. Les essieux des chariots précédents finiraient par s’user sous l’effet du frottement, mais l’utilisation de roulements à billes par Vaughan a éliminé le contact direct entre l’arbre de transmission et l’essieu.
Suite à leur utilisation précoce dans les arbres de transmission, les ingénieurs d’usine ont trouvé d’autres applications dans le domaine de la fabrication. Les pièces individuelles pouvaient être déplacées facilement sur des rampes équipées de ces roulements. Les machines à moteur sont devenues plus efficaces car elles ont réduit la friction entre les pièces. Contrairement à d’autres types de roulements, les roulements à billes permettent un mouvement rotatif et axial, ce qui ajoute de la polyvalence à la conception de la machine.
L’un des exemples les plus courants de roulements à billes en action est le patin à roulettes. Quatre roues sont fixées à deux essieux au bas d’une botte. Une inspection plus approfondie de ces roues révèle une collection de petites billes métalliques qui entourent l’essieu. Lorsque le patineur place tout son poids sur les roues, chaque balle absorbe temporairement la charge. Lorsque le patineur pousse vers l’avant, ils roulent dans une piste autour de l’essieu. Parce que les roulements à billes sont parfaitement ronds et lisses, il y a très peu de friction générée entre eux. Ils permettent au patineur de se déplacer en ligne droite avec peu de résistance.
La fabrication de roulements à billes est étonnamment similaire à la formation de boules de pâte. Une réserve de fil métallique approximativement du même diamètre que les roulements est placée dans une machine à deux plaques conçues comme des hémisphères. Lorsque les deux moitiés sont rapprochées avec force, une boule de métal rugueux se forme. Le problème est qu’il reste encore des fragments de métal supplémentaires appelés clignotants. Les billes sont ensuite placées dans une autre machine qui enlève le solin pour créer un parfait état de rondeur.
Cette seconde machine est constituée de deux plaques rainurées dont une avec une encoche ouverte pour recevoir les roulements à billes. Au fur et à mesure que cette machine se remplit de billes non finies, la plaque rainurée supérieure commence à se tordre dans différentes directions sur la plaque inférieure immobile. Cette action est similaire à celle d’un cuisinier utilisant ses mains pour former des boules de pâte. Le premier passage dans cette machine enlève le solin et aide les roulements à devenir de taille assez uniforme.
Un deuxième passage dans la même machine ajoute un liquide lubrifiant et des abrasifs au mélange. Les roulements à billes sont broyés à une dimension précise par l’action des abrasifs. Une fois que les billes ont atteint une taille et une uniformité acceptables, une troisième passe utilise un agent de polissage pour leur donner un éclat réduisant le frottement. Tous les roulements sont soumis à une inspection finale pour vérifier les imperfections avant d’être approuvés pour une utilisation dans d’autres applications.