Oui, ce doit être 22000 t/mn maxi, vitesse élevée mais assez courante pour de petits roulements.
En ce qui concerne les calculs des roulements, il convient d'en avoir au moins des notions si on fait de la conception mécanique.
Je pense qu'on trouvera sur le net toutes les infos requises. Je donne ici seulement quelques indications de principe, qui me semblent utiles dans le cas présent. Attention, c'est ultra simplifié et évidemment très parcellaire.
On doit disposer d'un catalogue de roulements avec les dimensions et les charges de base statique et dynamique. Tout est normalisé, du moins pour les roulements courants: dimensions, charges statique et dynamique. Donc n'importe quel catalogue fabricant convient.
-on calcule la charge équivalente qui s'exercera en service sur chaque roulement.
-on choisit un roulement, dans le type qui correspond à la fonction, et dans une taille qui soit cohérente avec les efforts, c'est à dire que les charges indiquées dans le catalogue doivent être nettement supérieures aux réelles.
-on vérifie par calcul la durée de vie prévisible de ce roulement.
Détail du calcul:
1) Calcul des efforts axiaux et radiaux sur un roulement (Fa et Fr).
On doit en principe connaitre les efforts exercés sur chaque roulement du fait de l'utilisation. Dans le doute on prévoit large, on tient compte d'une moyenne la plus représentative au cours du temps de marche. On distingue les efforts axiaux et les efforts radiaux. Dans le cas d'une broche de tour il y a un peu des deux, on ne les connait pas avec précision, on les évalue et essayant d'être cohérent avec ce que l'on va usiner. Pour cette étape on raisonne avec un petit plan (de principe) du montage, à l'échelle, on place les flèches correspondant aux forces et on en déduit par des calcul assez simples (notion de bras de levier pour les efforts radiaux) comment ces forces vont être reprises par les deux roulements. Les calculs se limitent en général à des "règles de trois", c'est de la STATIQUE.
Evidemment c'est approximatif. En général on ne tient pas compte du poids des pièces et on n'est pas au millimètre près dans les distances.....Par contre il faut tenir compte de la précharge (nos fameux ressorts....), au besoin on en suppose une.
2)Calcul de la charge équivalente.
A partir des efforts Fr et Fa (efforts radial axial) calculés, on détermine la charge "F" équivalente avec une formule du genre P= xFr + yFa, les coefficients x et y sont fonction du type de roulement et sont indiqués par le fabricant.
Dans notre cas de roulements à contact oblique, ils sont respectivement de 1 et 0.52.
3)
Calcul de la durée de vie.
Le catalogue indique une charge nominale C(dynamique), qui correspond à une durée de vie de 1 million de tours. La durée de vie "réelle" attendue sera directement fonction du rapport entre la charge équivalente P et la charge nominale C. La formule est simple mais différente selon billes ou rouleaux. Pour les billes, la durée en millions de tours est (C/P)^3 (puissance 3); pour les rouleaux, c'est puissance 10/3. Bon, à notre niveau de précision, on ne fera pas forcément la différence....
Pour une rotation à 1500 t/mn, une durée de vie de 1 million de tours correspond à 10 heures de fonctionnement. On peut en déduire qu'un roulement qui supporterait effectivement la charge de base indiquée ne tiendrait qu'une dizaine d'heures. Mais s'il ne supporte que 50% de la charge de base, il tient déjà 8 fois plus.....ouf !
Note:
-les charges de base résultent d'essais statistiques réalisés sur des roulements en service réel. On a considéré comme charge de base la charge telle que 10% des roulements testés étaient morts après 1 million de tours. Mais pour cela ils sont supposés montés et graissés correctement. En effet, la plupart des roulements meurent avant terme pour cause de mauvais montage: le roulement "force", et donc il y a des efforts qui n'étaient pas prévus, ou il est mal lubrifié, donc.....ou pas protégé des poussières....etc.
-rôle des ressorts de précontrainte.
On veut un montage rigide (pour la précision de la machine). Donc pas de jeu. S'il n'y a pas les ressorts, il sera difficile au montage de savoir quelle est la précontrainte subie par les roulements, puisque un pouième de serrage en plus en mm fera monter en flèche la précontrainte. De même en cas de différence de température entre la broche et le palier, la précontrainte risque de monter en flèche (danger pour les roulements) ou il y aura du jeu. Le fait d'insérer les ressorts donne une certaine souplesse bénéfique. La précontrainte doit donc être supérieure à la force axiale que verra la broche, pas trop grande cependant par rapport à la charge des roulements. La souplesse (relative) des ressorts facilite le montage/réglage.
En fait, si l'effort axial (pendant l'usinage) ne s'exerce que dans le sens des ressorts, si la broche ne risque pas d'être "tirée vers l'avant", la précontrainte a moins d'importance, sa valeur peut être plus faible. Dans le doute, et si c'est possible de régler après montage, faire un test avec précontrainte assez faible, l'augmenter ensuite si nécessaire....
