En mécanique, un roulement est un dispositif destiné à guider un assemblage en rotation, c'est-à-dire à permettre à une pièce de tourner par rapport à une autre selon un axe de rotation défini. Le roulement est donc un palier. Par rapport aux paliers lisses, le roulement permet d'avoir une très faible résistance au pivotement tout en supportant des efforts importants. Nous pouvons en trouver dans les machines à café, les skateboards, les trottinettes, les voitures…
Le premier roulement mécanique connu date du . Il servait au fonctionnement de la cenatio rotunda.http://www.lyc-vernant-sevres.ac-versailles.fr/wp-content/uploads/sites/382/2020/07/La-salle-a%CC%80-manger-tournante-de-la-Domus-Aurea-Copie-copie.pdf.
Histoire et usages dans l'histoire Le premier roulement naturel observable et pouvant donner des idées est celui de rochers et pierres, le plus flagrant est celui des boules de neige dans les avalanches.
Les premiers roulements mécaniques avec des boules roulantes connus datent du . Un roulement servait à la relation cosmique du lieu de vie de la cenatio rotunda. D'autres roulements constitués de sphères percées d'un axe tenu par des équerres, ont été retrouvés sur les Navires de Nemi.
Le roulement mécanique va de pair avec l'engrenage au moment de la créativité ingénieuse de la Renaissance. Ainsi Léonard de Vinci est réputé pour ses inventions sur le papier, et d'autres inventeurs sont plus pragmatiques pour la mise en place de systèmes à roulement pour des machines servant à bâtir, à remonter un escalier-levis assurant la sécurité des habitants au premier étage, à meuler, etc. thumb|Jules-Pierre Suriray dépose en 1869 un brevet de roulement mécanique pour vélocipède.
La bicyclette a été à partir de 1870 l'engin mobile le plus répandu utilisant des roulements pour les roues, le pédalier, le guidon avec fourche, il fut en bonne partie développé en Angleterre où apparurent les outils de montage démontage tels que les clés standardisées. Un bon nombre de constructeurs de bicyclettes se tournèrent vers la motorisation : motocyclette et automobile.
Dans la période 1900 avec l'ancêtre « plateforme-mobile » les tapis et trottoirs roulants sont devenus utilisables après leur utilisation qui fait force de démonstration dans les expositions universelles. Ils constituent un moyen de transport horizontal désormais prévu et seront mis dans les métros à l'air libre et ensuite dans les souterrains, puis les aéroports selon la distribution architecturale des locaux. Il s'agit du même esprit de flux de circulation des piétons que les escalators des magasins et ascenseurs de bureaux et habitation utilisant eux aussi des roulements.
Les tourelles de défense dans les ports ou embarquées sur des navires de guerre ou des véhicules blindés ont utilisé un roulement constitué de billes avec une cage logée dans une gorge sur le châssis après 1915.
Les écoles d'ingénieurs (l'Institut industriel du Nord en France par exemple) spécialisées en mécanique délivrent des formations sur les roulements dès les années 1930. Ils intègrent des usines qui à leur origine traitent de l'acier.
L'industrie du roulement pendant l'entre-deux-guerres fit l'objet d'accords commerciaux entre entreprises correspondant à la mise en place de normes (ASME, DIN, AFNOR) correspondant au système de mesure employé dans la zone en question (Gnome et Rhône et Bristol Aeroplane Company par exemple) ou bien elle fut déstabilisée par le lobbying (États-Unis pour le secteur de la construction automobile…) des constructeurs de véhicules motorisés. Il exista aussi l'interdiction totale de commercer suivant la zone géographique mise en place par les États dès avant-guerre. Les usines fabriquant des roulements ont été la cible des bombardiers pendant la Deuxième Guerre mondiale.
Les usines de roulement détruites pendant cette deuxième guerre ont été immédiatement reconstruites pour fournir les besoins de fabrication des automobiles pendant la période des « trente glorieuses » selon l'expression du moment.
Les pignons de grue à tour du bâtiment, début de conception avant-guerre, sont industrialisées avec des roulements depuis 1960 et la période de la reconstruction massive de l'habitat. L'ensemble des pelles mécaniques hydrauliques du secteur pivotent en pied dans le même changement de technologie.
À partir de 1990 les disques durs les plus rapides de l'informatique sont équipés de micro-roulements, de même que les petits ventilateurs refroidissant des systèmes électroniques.
En 2000 et après, les roulements sont équipés de capteurs magnétiques donnant la vitesse de rotation, (licence de Active Sensor Bearing de SNR Roulements de 1997), cela sert aussi bien aux automobiles et leurs roues, qu'aux réacteurs d'avion sur lesquels les corps roulants sont en céramique.
Avant que l'on invente dans les années 2000 les chaussures jouets avec un rouleau à une pointe et l'autre au talon en s'inspirant des premiers patins à roulettes du , on a utilisé pour « faire les pointes » dans la danse burlesque de 1930 une bille intégrée.
Principes de conception d'une liaison pivot avec roulements
thumb|500px|Assemblage d'une liaison pivot assurée par des roulements à billes et vocabulaire associé.
Le mécanisme considéré comporte deux sous-ensembles devant tourner, l'un par rapport à l'autre ; nous sommes donc en présence d'une liaison pivot. La liaison se fait entre deux pièces cylindriques : une pièce mâle appelée « arbre » ; un alésage appelé « moyeu ». Les roulements s'interposent entre l'arbre et le moyeu.
Les efforts du mécanisme ont tendance à faire bouger l'arbre par rapport au moyeu. On distingue : les charges radiales : ce sont des forces perpendiculaires à l'axe de rotation, donc orientées selon les rayons des cylindres ; les charges axiales : ce sont des forces parallèles à l'axe de rotation. Les roulements sont faits pour s'opposer aux forces radiales, à l'exception des butées à billes. Pour que les roulements ne glissent pas sous l'effet des forces axiales, ils doivent être bloqués par des obstacles comme des épaulements ou des entretoises.
Les différents types de roulement se distinguent par leurs capacités à : résister aux efforts radiaux ; résister aux efforts axiaux ; accepter un débattement angulaire appelé « rotulage » ou « déversement », c'est-à-dire le fait que l'axe de l'arbre fasse un certain angle avec l'axe du moyeu ; résister à l'environnement (poussière, corrosion) ; ainsi que par leur rendement, leur compacité et bien sûr le coût total de mise en œuvre (coût des roulements, coût de l'usinage de pièces, coût de montage, facilité de remplacement).
Roulement à billes
Présentation concrète Un roulement à billes se présente sous la forme de deux bagues coaxiales entre lesquelles sont placées des billes, légèrement lubrifiées, et maintenues espacées par une cage.
Les matériaux employés dépendent de l'application pour laquelle est conçu le roulement, mais il doit être généralement très résistant à la compression. C'est pourquoi on choisit souvent l'acier ou la céramique (, ou ).
Contrairement à une idée reçue, la lubrification n'a pas pour but principal de réduire les frottements entre les billes et les bagues ; le lubrifiant sert ici, avant tout, à éviter le grippage des divers éléments. D'ailleurs, un excès de lubrifiant rend le mouvement plus difficile et provoque un échauffement très préjudiciable à la durée de vie du composantVoir le Wikilivre consacré à la tribologie, qui traite notamment des modes d'endommagement des roulements..
Le roulement n'étant par principe pas étanche, il faut veiller à le protéger des poussières et autres corps étrangers qui pourraient s'y loger, accélérant son usure et diminuant son rendement. Les roulements sont néanmoins souvent équipés de flasques permettant d'éviter d'avoir à effectuer l'étanchéité. Pour un roulement de type classique, l'étanchéité est réalisée par des joints à lèvres.
Il existe une norme ABEC populaire pour mesurer la qualité des roulements, elle est progressivement remplacée par une norme ISO.
La liaison mécanique équivalente entre les deux bagues d'un roulement dépend du type d'éléments roulants et de la disposition des contacts de ces éléments avec les bagues. La liaison locale obtenue entre l'arbre et son logement est de plus tributaire de la manière dont le roulement est fixé à l'arbre et à l'alésage. Il est souvent nécessaire, pour réaliser une liaison pivot, d'utiliser deux roulements, une des solutions isostatiques étant l'association d'une liaison rotule et d'une linéaire annulaire.
Les éléments roulants
Par abus de langage on utilise la même désignation, « roulement à billes » pour nommer toute sorte de roulements. On doit cependant les distinguer par la forme des éléments roulants : la bille est le cas le plus connu, mais les rouleaux cylindriques ou coniques sont aussi très employés dans les montages nécessitant une plus grande rigidité ; certains roulements à rotule sont munis de rouleaux en forme de barillet ; enfin lorsqu'il s'agit de rouleaux cylindriques très longs devant leur diamètre on parle d'« aiguilles » ; il existe également des roulements combinant deux types d'éléments roulants, par exemple : Série NKXR : Aiguilles + Rouleaux, Série NKX : Aiguilles + Billes.
Assemblage d'un roulement à billes L'assemblage des éléments d'un roulement à billes ne semble pas évident à la vue de l'objet. C'est une opération délicate (il ne faut pas endommager les pièces) mais guère difficile. En outre un roulement est un composant sur lequel on ne peut pas effectuer de maintenance. Les éléments sont appairés (sélectionnés pour s'assembler au mieux). Le tableau ci-dessous décrit donc l'opération de montage en fabrication de ce composant, ce qui ne correspond en aucun cas à une aide à la mise en œuvre de ce composant.
Pour les roulements à rouleaux coniques et les butées, il est possible de séparer les bagues et la cage. De ce fait, ce problème de montage ne se pose pas. Étapes Illustration Description upright=.4|sans_cadre|centre Les billes sont disposées jointives sur le chemin de roulement de la bague extérieure. Leur espacement final sera garanti par la cage (demi-cage en arrière-plan) upright=.4|sans_cadre|centre On peut alors engager la bague intérieure. Le nombre d'éléments roulants est en partie limité par cette contrainte de montage. Trop nombreux la bague ne peut pas entrer, le montage n'est donc pas possible, même si en position théorique finale les pièces semblent avoir assez de place ! upright=.4|sans_cadre|centre La bague intérieure se centre naturellement par appui sur les billes en s'engageant radialement dans l'arc qu'elles forment. Celui-ci ne doit donc pas excéder 180° (limitation encore une fois du nombre de billes). upright=.4|sans_cadre|centre Les billes sont enfin écartées pour prendre la répartition circulaire finale correspondant à la cage de roulement. upright=.4|sans_cadre|centre Les deux parties de la cage sont rapportées de part et d'autre puis assemblées par rivetage, collage, ou soudage suivant les tailles, les qualités, ou les constructeurs.
Familles de roulements
Les roulements se distinguent par la forme et la disposition des éléments roulants. À chaque modèle correspondent des performances particulières et donc un usage spécifique.
Par exemple, les roulements à rouleaux supportent des charges supérieures par rapport aux roulements à billes (de taille équivalente), car le contact des éléments roulants avec les bagues est linéaire. Cependant, ils acceptent des fréquences de rotation moins élevées. Les cages à aiguilles sont moins encombrantes mais exigent une préparation des portées (trempe).
Roulement à billes à contact radial (ou contacts droits)