TITRE : Ensemble pour roulement

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne les ensembles pour roulement. En particulier, l’invention concerne les paliers à roulement et plus particulièrement les paliers à roulement tournant à faible vitesse amenés à subir des charges occasionnelles extrêmes.

Etat de la technique antérieure

Les paliers à roulement sont généralement utilisés pour assurer la mise en position axiale et radiale précises d’arbres solidaires de pièces devant être orientées ou mis en rotation lente.

Ces paliers à roulement sont constitués d’une bague de roulement interne présentant une piste de roulement, pouvant ou non être divisée en deux demi-bagues portant chacune une demi-piste ; d’une bague de roulement externe présentant une piste de roulement, pouvant être ou non divisée en deux demi-bagues portant chacune une demi-piste; d’éléments roulants pouvant être des billes ou des rouleaux et éventuellement d’un ou plusieurs dispositifs séparateurs d’éléments roulants visant à assurer la bonne répartition circonférentielle de ces derniers dans le roulement. Les éléments roulants peuvent être des billes, des rouleaux cylindriques, coniques ou en tonneaux.

Les paliers à roulement mettent en jeu des géométries de contacts hertziens de type bille/pistes en portions de tores, rouleau cylindrique/ pistes cylindriques, rouleau conique / pistes coniques ou rouleau tonneau / pistes sphérique et torique. Ces géométries ont tendance à concentrer les efforts de contact sur des surfaces très réduites.

Lors de chargement très important à une position donnée ou à très faible vitesse, les pressions de contact entre les éléments roulants et les pistes pourraient dépasser la limite élastique des matériaux des pistes ou des éléments roulants, altérant leurs géométries par matage. Ce matage détériore le bon roulement en créant des points durs voire un jeu. On appelle cela l’effet de Brinell ou brinell ing.

Afin d’éviter ce type de détérioration, les paliers à roulement sont dimensionnés pour tenir compte des chargements extrêmes, même si ceux-ci sont rares. De nombreux paliers à roulements sont donc surdimensionnés dans la très grande majorité de leur cycle de vie.

Ces paliers à roulement surdimensionnés sont lourds, encombrants et coûteux.

Présentation de l’invention

Un but de la présente invention est de proposer un ensemble pour un roulement résistant mieux à des surcharges occasionnelles.

Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble pour un roulement ne présentant pas de point dur ou de jeu après un évènement occasionnel de chargement extrême.

Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble pour un roulement moins lourd tout en étant capable de supporter des charges importantes. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble pour un roulement moins encombrant et capable de supporter des charges importantes.

Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble pour un roulement moins coûteux.

Résumé de l’invention

La présente invention a pour objet un ensemble pour roulement comprenant :

- un arbre ayant un axe de rotation s’étendant selon une direction axiale,

- un moyeu monté autour de l’arbre,

- un palier comportant une bague de roulement interne fixée à l’arbre, une bague de roulement externe fixée au moyeu, des éléments roulants agencés entre la bague de roulement interne et la bague de roulement externe,

- un dispositif de protection propre à protéger le palier contre les surcharges, le dispositif de protection comprenant au moins une première bague et une deuxième bague portées par au moins un support parmi l’arbre et le moyeu, la première bague étant agencée à distance de la deuxième bague, lorsque l’ensemble de roulement subit une charge inférieure à une charge seuil ; au moins une partie de la première bague étant en contact d’au moins une partie de la deuxième bague, lorsque l’ensemble de roulement subit une charge supérieure à ladite charge seuil. Avantageusement, l’invention permet de limiter les surdimensionnements ou les endommagements de palier d’orientation ou de butée dus aux chargements extrêmes vus lors d’évènements rares dans le cycle de vie du palier. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

- La première bague comprend une bague interne fixée à l’arbre, la deuxième bague comprenant une bague intermédiaire, et dans lequel l’ensemble comprend en outre une bague externe portée par le moyeu, la bague intermédiaire étant disposée entre et à distance de la bague interne et de la bague externe, lorsque l’ensemble de roulement subit une charge inférieure à la charge seuil ;la bague intermédiaire étant en contact d’au moins une partie d’au moins une bague parmi la bague interne et la bague externe lorsque l’ensemble de roulement subit une charge supérieure à ladite charge seuil.

- - La bague de roulement interne, la bague de roulement externe et les éléments roulants sont réalisés dans un premier matériau ayant une première raideur, et la bague interne, la bague externe et la bague intermédiaire sont réalisées dans un deuxième matériau différent du premier matériau, le deuxième matériau présentant une deuxième raideur supérieure à la première raideur du premier matériau au moins selon la direction radiale, la direction radiale étant perpendiculaire à la direction axiale.

- La première raideur du premier matériau autorise la déformation des éléments roulants et/ ou de au moins une bague parmi la bague de roulement interne et la bague de roulement externe, dans leur domaine de déformation élastique au moins jusqu’à ce que au moins une partie de la bague intermédiaire soit en contact de l’une parmi la bague interne et la bague externe.

- La bague intermédiaire présente au moins une face circulaire en forme de tronc de cône, et dans lequel la bague interne et la bague externe présentent une face d’appui en regard de la bague intermédiaire, ladite face d’appui ayant une forme complémentaire à la forme de la bague intermédiaire.

- La bague intermédiaire est constituée de plusieurs segments de bague en forme d’arc de cercle séparés les uns des autres par des interstices. De préférence, des ressorts ou des inserts en un matériau élastique maintiennent un écart régulier entre ces segments.

- L’ensemble comporte au moins un support propre à porter la bague intermédiaire, le support étant fixé à l’un parmi l’arbre et le moyeu, et un élément élastique propre à agir entre le support et la bague intermédiaire, l’élément élastique étant configuré pour maintenir la bague intermédiaire à une position définie selon la direction axiale. Avantageusement, le support et l’élément élastique permettent de maintenir le jeu entre la bague intermédiaire et la bague interne et le jeu entre la bague intermédiaire et la bague externe.

- La bague intermédiaire comporte des arêtes arrondies, par exemple, des arêtes présentant la forme d’un profil logarithmique ou d’un profil clothoïque.

Avantageusement, ces arrondies permettent de limiter les surpressions de bord.

- La bague intermédiaire comporte au moins une gorge située sur au moins une face parmi une face en regard de la bague interne et une face en regard de la bague externe, la gorge s’étendant dans un plan perpendiculaire à la direction axiale.

- La gorge comporte un troisième matériau ayant une troisième raideur inférieure à la deuxième raideur du deuxième matériau, ledit troisième matériau étant par exemple du polytétrafluoroéthylène.

- La gorge comporte une lame ressort.

- La bague de roulement interne, la bague de roulement externe et les éléments roulants sont réalisés dans un alliage super élastique, et dans lequel la bague interne, la bague externe et la bague intermédiaire sont réalisées dans un matériau parmi un acier et une céramique.

- La bague de roulement interne, la bague de roulement externe et les éléments roulants sont réalisés dans un acier et la bague interne, la bague externe et la bague intermédiaire sont réalisées en céramique.

- La bague de roulement interne et respectivement la bague de roulement externe du palier sont contigües selon la direction axiale à la bague interne et respectivement à la bague externe du dispositif de protection.

- Le support comprend un écrou muni d’une collerette s’étendant en porte à faux entre l’arbre et le moyeu, l’écrou étant propre à fixer une bague parmi la bague externe et la bague interne en butée contre une bague de roulement parmi la bague de roulement externe et la bague de roulement interne.

Brève description des figures

[Fig. 1] est une vue en coupe d’un exemple d’ensemble pour roulement selon un premier mode de réalisation de l’invention, la coupe étant réalisée dans un plan radial à l’axe de rotation du palier.

[Fig. 2] est une vue en perspective d’une bague intermédiaire. [Fig. 3] est une vue en coupe d’un deuxième exemple d’ensemble pour roulement selon le premier mode de réalisation, la coupe étant réalisée dans un plan radial à l’axe de rotation du palier.

[Fig. 4] est une vue en coupe d’un ensemble pour roulement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, la coupe étant réalisée dans un plan radial à l’axe de rotation du palier.

Description détaillée de l’invention

En référence à la figure 1 , l’ensemble pour roulement 2 comprend un arbre 4 ayant un axe de rotation X-X s’étendant selon une direction axiale A, un moyeu 6 agencé autour de l’arbre, un palier 8 monté entre l’arbre et le moyeu.

Le palier 8 comprend une bague de roulement externe 10 serrée contre le moyeu, une bague de roulement interne 12 serrée contre l’arbre, des éléments roulants 14 agencés entre la bague de roulement externe et la bague de roulement interne.

La bague de roulement externe 10 est en butée contre un épaulement 16 prévu dans le moyeu. La bague de roulement interne 12 est en butée contre un épaulement 18 prévu dans l’arbre. La bague de roulement externe et la bague de roulement interne sont positionnées décalées selon la direction axiale A d’une distance fonction de la taille des éléments roulants et du positionnement axial souhaité de l’arbre par rapport au moyeu.

La bague de roulement externe 10 et la bague de roulement interne 12 présentent chacune une face dirigée vers les éléments roulants. Cette face est appelée piste de roulement. Les éléments roulants 14 sont distribués circulairement autour de l’axe de rotation X-X. Ils sont propres à rouler contre les pistes de roulement. Les pistes de roulement présentent une forme facilitant le déplacement des éléments roulants autour de l’axe de rotation X-X et selon les directions axiale A et radiale R. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , les éléments roulants 14 présentent une forme sphérique. Les pistes de roulement présentent une forme de portion de tore.

L’ensemble comprend en outre un dispositif de protection 20 propre à protéger le palier 8 contre les surcharges, un écrou externe 21 et un écrou interne 22 radialement configurés pour fixer le palier et le dispositif de protection contre l’arbre et le moyeu selon la direction axiale. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1 , le dispositif de protection 20 comprend une bague externe 24 serrée contre le moyeu, une bague interne 26 serrée contre l’arbre, et une bague intermédiaire 28 située entre la bague interne et la bague externe. La bague externe 24 ou la bague interne 28 peuvent être appelée première bague dans la présente demande de brevet. La bague intermédiaire 28 est aussi appelée deuxième bague.

Avantageusement, la bague de roulement externe 10, la bague de roulement interne 12 et les éléments roulants 14 sont réalisés dans un premier matériau ayant une raideur R1. Cette raideur R1 autorise la déformation des éléments roulants 14 et/ou la déformation de la bague de roulement externe 10 ou de la bague de roulement interne 12 dans leur domaine de déformation élastique au moins jusqu’à ce que au moins une partie de la bague intermédiaire 28 soit en contact de la bague interne 26 ou de la bague externe 24.

Avantageusement également, la bague externe 24, la bague interne 26 et la bague intermédiaire 28 sont réalisées dans un deuxième matériau présentant une raideur R2 supérieure à la raideur R1 du premier matériau au moins selon la direction radiale R. La direction radiale R est perpendiculaire à la direction axiale A.

La bague de roulement externe 10, la bague de roulement interne 12 et les éléments roulants 14 sont par exemple réalisées dans un alliage super-élastique tel que par exemple un alliage de Nickel et de Titane ( N i 14Ti 11 ), et l’ensemble bague externe 24, bague interne 26 et bague intermédiaire 28 sont réalisées dans un acier ou une céramique.

En variante, la bague de roulement externe 10, la bague de roulement interne 12 et les éléments roulants 14 sont par exemple réalisées dans un acier, et l’ensemble bague externe 24, bague interne 26 et bague intermédiaire 28 sont réalisées en céramique.

En référence à la figure 1 , la bague externe 24 est montée en butée contre la bague de roulement externe 10. L’écrou externe 21 est vissé dans le moyeu contre la bague externe 24. De la même façon, la bague interne 26 est montée en butée contre la bague de roulement interne 12. L’écrou interne 22 est vissé dans l’arbre contre la bague interne 26.

La bague externe 24 et la bague interne 26 présentent chacune une face en regard de la bague intermédiaire 28. Cette face est appelée face d’appui 30, 32 dans la présente demande de brevet. La bague intermédiaire 28 présente au moins une face circulaire 34,36 ayant la forme d’un tronc de cône. Autrement dit, la bague intermédiaire 28 présente au moins une face circulaire inclinée par rapport à la direction axiale A (ou l’axe X-X). Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , seule la face circulaire extérieure 34 présente une forme de tronc de cône. La face circulaire intérieure 36 est cylindrique et axiale. Les faces d’appui 30, 32 de la bague interne et de la bague externe présentent une forme complémentaire à la forme de la face 34, 36 de la bague intermédiaire en regard de celles-ci. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, la face d’appui 30 de la bague externe présente une forme tronconique. La face d’appui 32 de la bague interne présente une forme cylindrique.

En variante, les deux faces circulaires 34, 36 de la bague intermédiaire présentent une forme tronconique. Selon une autre variante, seule la face circulaire intérieure 36 de la bague intermédiaire présente une forme tronconique.

De préférence, en référence à la figure 2, la bague intermédiaire 28 est constituée de plusieurs segments de bague 38 en forme d’arc de cercle séparés par des interstices 40 d’air. De préférence, des ressorts ou des inserts en un matériau élastique maintiennent un écart régulier entre ces segments. Avantageusement, cette segmentation permet d’éviter le coincement de la bague intermédiaire entre la bague interne et la bague externe.

En variante, la bague intermédiaire 28 peut être remplacée par une armature annulaire alvéolée maintenant une série de blocs courts de section similaire aux segments 38 de la figure 2.

De préférence, la bague intermédiaire 28 comporte des arêtes 42 dépouillées et arrondies selon un profil étudié pour limiter les surpressions de bords. Les arêtes 42 présentent par exemple, la forme d’un profil logarithmique ou d’un profil en clothoïde. De préférence également, la bague intermédiaire 28 comporte au moins une gorge 44 formée sur au moins une face parmi la face circulaire extérieure 34 et la face circulaire intérieure 36.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , deux gorges 44 sont formées sur la face circulaire extérieure 34 et deux gorges 44 sont formées sur la face circulaire intérieure 36. Ces gorges s’étendent dans un plan perpendiculaire à la direction axiale A. En particulier, une gorge est disposée dans la partie supérieure et une autre gorge est aménagée dans la partie inférieure de chaque face circulaire 34, 36 de la bague intermédiaire. Ces gorges permettent d’éviter le coincement de la bague intermédiaire contre la bague interne 26 ou contre la bague externe 24.

Avantageusement, les gorges 44 renferment un matériau ayant une raideur inférieure au matériau utilisé pour la fabrication de la bague intermédiaire. Par exemple, les gorges 44 contiennent du polytétrafluoroéthylène. Ce matériau permet également d’éviter les coincements de la bague intermédiaire contre la bague interne 26 ou contre la bague externe 24.

En variante, selon un mode de réalisation non représenté, les gorges 44 comportent des lames ressorts.

En référence à la figure 1 , l’ensemble pour roulement 2 comporte en outre un support 48 portant la bague intermédiaire 28 et un élément élastique 50 fixé entre le support et la bague intermédiaire. L’élément élastique est configuré pour maintenir la bague intermédiaire à une position définie selon la direction axiale A de manière que la bague intermédiaire soit disposée à distance de la bague interne 26 et de la bague externe 24. Ainsi, un jeu 46 est aménagé entre, d’une part, la bague intermédiaire 28 et la bague interne 26, et d’autre part, la bague intermédiaire 28 et la bague externe 24.

Le support 48 est fixé à l’arbre ou au moyeu. Le support 48 est par exemple constitué par un écrou muni d’une collerette 52 s’étendant en porte à faux entre l’arbre et le moyeu.

Avantageusement, dans le mode de réalisation représenté, l’écrou interne 22 est muni de la collerette. L’écrou interne 22 porte ainsi chaque segment de bague 38. L’écrou interne 22 assure à la fois la fixation de la bague interne et de la bague de roulement interne, et la fonction de support pour la collerette.

En variante, la collerette 52 est solidaire de l’écrou externe 21. Selon une autre variante, un élément différent de l’écrou interne ou de l’écrou externe assure la fonction de fixation de la collerette à l’arbre ou au moyeu.

L’élément élastique 50 est par exemple constitué par un ressort.

En fonctionnement, lorsqu’une charge inférieure à une charge seuil est appliquée à l’ensemble 2, la bague intermédiaire 28 est disposée entre et à distance de la bague interne 26 et de la bague externe 24. Il existe alors un jeu 46 entre la bague intermédiaire et la bague interne, et un jeu 46 entre la bague intermédiaire et la bague interne, comme représenté sur la figure 1 . Lorsque la charge appliquée à l’ensemble 2 augmente, les éléments roulants 14 ou les bagues de roulement interne et externe se déforment dans leur domaine de déformation élastique pour supporter la charge qui est appliquée à l’ensemble.

Si la charge appliquée est supérieure à la charge seuil, la bague intermédiaire 28 vient au contact d’au moins une partie de la bague interne 26 et/ou de la bague externe 24. Le dispositif de protection 20 supporte alors la charge appliquée à l’ensemble 2. Comme la bague externe 24, la bague interne 26 et la bague intermédiaire 28 sont réalisées dans un matériau ayant une raideur supérieure à la raideur de la bague externe 10, la bague interne 12 et des éléments roulants 14, ils supportent mieux la surcharge qui leur est appliquée ponctuellement.

En variante, les éléments roulants 14 peuvent présenter une forme différente. Ils peuvent par exemple être constitués par des rouleaux cylindriques, des rouleaux coniques ou en tonneaux. Ainsi, la figure 3 représente un ensemble pour roulement selon l’invention dans lequel le palier comporte des éléments roulants de type rouleaux coniques à la place des éléments roulant sphériques 14 représentés sur la figure 1 .

La figure 4 illustre un ensemble de roulement 52 selon un deuxième mode de réalisation. Cet ensemble de roulement 52 est similaire à l’ensemble de roulement 2 selon le premier mode de réalisation. Il ne sera pas décrit en détail. Les éléments techniques du deuxième mode de réalisation similaires ou identiques aux éléments techniques du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes références et ne seront pas décrits une seconde fois. Le dispositif de protection 200 illustré sur la figure 4 comporte une première bague 54 serrée contre le moyeu 6 et en butée contre l’épaulement 16, et une deuxième bague 56 serrée contre l’arbre 4 et en butée contre l’épaulement 18. La première bague 54 présente une face d’appui 58 en regard d’une face d’appui 60 de la deuxième bague. Un jeu 46 est aménagé entre la face d’appui 58 de la première et la face d’appui 60 de la deuxième bague. De préférence, au moins une face d’appui par les faces d’appui 58 et 60 est agencée en biais par rapport à un cylindre selon l’axe X-X. La face d’appui 58 de la première bague 54 est disposée à distance de la face d’appui 60 de la deuxième bague, lorsque l’ensemble de roulement subit une charge inférieure à une charge seuil. Avec une telle charge, le jeu 46 est présent entre la face d’appui 58 de la première bague 54 et la face d’appui 60 de la deuxième bague. Et, au moins une partie de la première bague 54 est au contact d’au moins une partie de la deuxième bague 56, lorsque l’ensemble de roulement 52 subit une charge supérieure à ladite charge seuil.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, la géométrie du dispositif de protection 200 contre la surcharge peut être orientée pour limiter les surcharges axiales.

En variante, l’invention décrite peut-être appliquée :

- à des paliers à rouleaux à pistes cylindriques ou sphérique et torique.

- à un roulement à bille à 3 ou 4 points de contact.

- à des paliers à roulement présentant un jeu interne ou un serrage interne des éléments roulants.

- à des paliers dont les efforts extrêmes n’ont pas la même direction que les efforts en fonctionnement normal.

Avantageusement, l’ensemble selon l’invention permet de combiner les avantages d’un palier à roulement et les avantages d’un palier lisse, le premier assurant la performance en fonctionnement normal tout en restant assez souple pour se déformer sans dommage jusqu’à mise en contact du second, plus raide et résistant à la surcharge.