Dispositif de roulement antifriction pour le centrage précis d'un arbre L'invention est relative à un dispositif de roule ment antifriction pour le centrage précis d'un arbre.
Pour certaines applications industrielles des rou lements antifriction comprenant des éléments de rou lement sphériques, coniques ou cylindriques inter posés entre deux chemins de roulement, et plus par ticulièrement des roulements à aiguilles, il importe d'assurer un centrage extrêmement précis d'un arbre rotatif dans un palier, sans imposer pour autant des contraintes excessives aux organes assurant ce cen trage.
Le centrage extrêmement précis d'un arbre, par exemple une broche de machine-outil, nécessite la suppression du jeu radial, sinon sur toute la périphé rie, du moins en un ou plusieurs points judicieuse ment choisis de celle-ci, compte tenu de la direction de la charge si cette direction est invariable ou de l'étendue du secteur à l'intérieur duquel cette direc tion peut varier.
Les solutions adoptées jusqu'ici consistent soit à provoquer une précontrainte générale des éléments de roulement, par exemple par un gonflement con centrique de la bague intérieure du roulement, soit à diminuer localement le jeu radial en réalisant, sur l'un ou l'autre des chemins de roulement, des protu bérances provoquant à leur niveau un pincement, c'est-à-dire une réduction locale, voire la suppression totale, du jeu radial.
Dans ces dispositifs connus à chemin de roulement non circulaire, des mesures sont prises pour empêcher le chemin de roulement de tendre à reprendre élastiquement une forme cir culaire (la suppression ou la réduction de la saillie des protubérances faisant réapparaître les jeux que l'on veut supprimer ou limiter à une valeur maxi mum), en disposant vis-à-vis desdites protubérances des points d'appui rigides ou élastiques s'opposant à ce retour à la concentricité du chemin de roulement.
La solution de la contrainte générale ou de l'appui rigide présente dans certaines applications l'inconvénient que les contraintes peuvent croître de façon incontrôlable et dangereuse, par exemple en cas d'élévation inégale des températures des bagues intérieure et extérieure, du fait d'une augmentation de la charge ou de la vitesse de rotation, par exem ple, ou d'un apport extérieur de calories.
La solution de l'appui élastique, si celui-ci est suffisamment souple pour limiter la contrainte, n'est pas satisfaisante puisqu'elle ne permet pas d'assurer un centrage vraiment précis de l'arbre, lorsque la charge vient à varier en intensité ou en direction, ou lorsqu'interviennent des forces d'inertie transversales ou des vibrations.
L'invention a pour but de remédier à ces diffi- cultés en combinant la solution de l'appui rigide et celle de l'appui élastique, de telle sorte que, compte tenu de la direction principale de la charge, les for ces élastiques extérieures maintiennent sensiblement constante la forme prévue par le constructeur.
Les réactions des appuis rigides, et par conséquent les contraintes, peuvent ainsi être maintenues constan- tes ou tout au moins toujours largement inférieures à celles qui risqueraient de provoquer la destruction des parties en contact.
En d'autres termes, -on réalise ainsi un appui constant de l'arbre sur les appuis rigi des et une précontrainte tarée des éléments., choisie de telle sorte qu'elle équilibre la composante maxi mum des efforts antagonistes normaux ou accidentels et dus, par exemple, à la charge ou à des vibrations ou à des efforts d'inertie.
Le dispositif de roulement antifriction pour le centrage précis d'un arbre, qui fait l'objet de la pré sente invention, est caractérisé en ce que l'une des bagues du roulement prend appui sur au plus deux surfaces d'appui rigides écartées d'un angle corres pondant approximativement à l'amplitude maximum des variations de direction de la charge principale de travail, les deux appuis étant confondus quand la direction de la charge varie très peu,
et en ce qu'il comprend des moyens pour exercer une force élasti que déterminant la déformation de cette bague et la suppression du jeu radial, au droit des appuis rigides et du point d'application de la force élastique, la contrainte en service étant limitée à une valeur dépen dant de cette force élastique et de l'intensité maxi mum de la charge.
Dans une forme d'exécution particulière du dis positif, le roulement est disposé à l'intérieur d'une boîte possédant deux saillies internes destinées à servir de zones d'appui rigides pour la bague exté rieure du roulement et un presseur élastique s'ap puyant sur une troisième partie de la bague exté rieure, la force élastique exercée par ce presseur étant suffisante pour déformer ladite bague exté rieure et provoquer la suppression du jeu radial au droit des deux zones d'appui rigides et du presseur,
voire pour y soumettre les éléments du roulement à une précontrainte d'intensité prédéterminée, l'empla cement des zones d'appui rigides étant tel que la direction de la charge soit, et reste constamment, si elle est variable, comprise dans l'angle au centre de ces deux points d'appui rigides ou ne s'en écarte que très peu, la force élastique du presseur s'exerçant dans la direction de la charge ou dans une direction voisine de celle-ci. On conçoit que, grâce à cette disposition, le cen trage reste toujours parfaitement précis puisque, en aucun cas,
le roulement ne risque de reprendre du jeu au droit des zones d'appui rigides du fait que la charge et la force élastique du presseur s'y opposent et que, d'autre part, une dilatation qui pourrait avoir tendance à accroître la contrainte des éléments du roulement si toutes les zones d'appui étaient rigides reste, avec la disposition suivant cette forme d'exé cution, dans les limites prévues quant à l'intensité de cette contrainte, laquelle ne dépend que de l'in tensité de la force élastique, ou de la faible variation éventuelle de celle-ci,
et de celle de la charge (le roulement étant bien entendu calculé pour résister à la contrainte totale correspondant au maximum de la charge, si celle-ci est variable).
Dans une autre forme d'exécution, dérivant de celle qui vient d'être indiquée, le presseur élastique peut être supprimé si l'un des chemins de roulement comporte par construction une protubérance à l'en droit où doit s'exercer la force élastique de rattra page des jeux ou de précontrainte,
et si la bague présentant cette protubérance est montée de façon à posséder dans cette zone une liberté de déforma tion élastique lui permettant de jouer le rôle d'appui élastique et de provoquer la précontrainte tarée des éléments mobiles à l'endroit des appuis rigides. D'autre part, sans changer le système prévu, l'angle au centre séparant les deux points d'appui rigides peut être rendu égal à zéro, la zone d'appui unique se trouvant sur le rayon suivant lequel s'exerce la charge.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre schématiquement le principe du dispositif objet de l'invention ; la fig. 2 montre en élévation une première forme d'exécution du dispositif ; la fig. 3 montre une variante dans laquelle la force élastique est engendrée par l'effet de ressort d'une partie de la bague extérieure, pourvue d'une protubérance interne ; la fig. 4 montre une variante dans laquelle les deux appuis rigides sont réduits à un seul ;
la fig. 5 est une vue d'une seconde forme d'exé cution du dispositif dans lequel la bague extérieure, comportant des saillies extérieures, est disposée dans un alésage circulaire du bâti, le presseur élastique possédant des butées s'opposant au cheminement de ladite bague extérieure ; la fig. 6 est une coupe transversale partielle sui vant la ligne 6-6 de la fig. 5 ; la fig. 7 montre une variante de réalisation d'un ressort destiné à exercer une pression élastique sur la bague extérieure ;
la fig. 8 est une vue analogue à la fig. 7 montrant une variante ; les fig. 9 et 10 sont des vues analogues à la fi-. 7 montrant deux variantes de réalisation empê chant le cheminement de la bague extérieure; la fig. 11 est une vue analogue à la fig. 7 mon trant une autre variante, ainsi qu'un organe pour soustraire temporairement la bague extérieure à la pression élastique du ressort, dans la position de déformation de la bague; la fig. 12 représente l'organe de la fig. 11 dans la position de non-déformation de la bague.
En se référant à la fig. 1, on a représenté en 1 la bague extérieure, en 2 la bague intérieure, et en 3 les éléments de roulement d'un roulement anti friction, par exemple un roulement à aiguilles de type connu.
Ce roulement est disposé à l'intérieur d'un bâti possédant deux saillies internes 4 et 5 destinées à servir de zones d'appui -rigides pour la bague exté rieure 1, tandis qu'on exerce en une troisième zone de cette bague une force élastique F, suffisante pour déformer la bague 1. Pour permettre le montage facile et la lubrification, les chemins de roulement du roulement antifriction à l'état libre sont écartés d'une distance radiale<I>d</I> supérieure au diamètre<I>2r</I> des éléments de roulement 3 d'une quantité<I>e = d</I> -2r représentant le jeu normal. Ce jeu s'oppose au centrage précis de l'arbre sur lequel est emmanchée la bague 2.
Après montage dans le bâti, la bague 2 s'appuie sur les saillies 4 et 5 et la force F déforme élastiquement cette bague en provoquant un pince ment ou réduction de la distance entre les chemins de roulement au droit des appuis et du point d'ap plication de la force F. Cette réduction peut être telle que cette distance soit égale au diamètre 2r, ou inférieure à celui-ci d'une quantité correspondant à la compression élastique maximum tolérée pour les éléments de roulement 3 et/ou les bagues de roule ment, compression à laquelle correspond une cer taine contrainte c prédéterminée, fonction de la force F.
En service, à cette contrainte c s'ajoute celle c' due à la charge C, celle-ci s'exerçant à l'intérieur de l'angle au centre a des appuis rigides 4 et 5, judi cieusement orientés par rapport à la direction de la charge. Si la charge C peut varier entre un minimum Cl et un maximum C. (imposant respectivement des contraintes cl et c_,) la force F est choisie de façon que la contrainte totale c, <I>= c +</I> c, soit inférieure à un maximum c", .
Le constructeur ayant calculé le roulement pour qu'il tolère la contrainte c,,Z , il réglera la force élastique F compte tenu de la charge, et l'utilisateur aura la certitude que cette contrainte ne sera jamais dépassée, tout en obtenant le centrage précis et désiré de l'arbre.
La fig. 2 montre une première forme d'exécution du dispositif dans lequel les saillies 4 et 5 sont cons tituées par des portées cylindriques d'un bâti 6 sépa rées par des chambres 7 et 8. Un presseu.r 9 est soli daire d'une tige radiale 10 entourée d'un ressort 11 s'appuyant d'un côté par l'intermédiaire d'une ron delle 12 sur la face externe du presseur et de l'autre sur un écrou 13, vissé dans une partie taraudée 14 du logement du bâti 6, entourant le ressort 11. L'écrou peut être vissé ou dévissé par engagement d'une clé dans les trous 15.
La force F du ressort détermine comme dit ci-dessus une déformation de la bague 1, supprimant le jeu radial du roulement au droit des appuis rigides 4 et 5 et du presseur 9, voire même une certaine précontrainte, tandis que la bague fléchit et prend un rayon de courbure plus petit grâce à la liberté de déformation dont elle béné ficie au droit des chambrages 7 et 8, comme repré senté à une échelle exagérée en 16 et 17, cette flexion augmentant à ces endroits le jeu radial. L'écrou 13 permet de régler la tension du ressort 11.
La fig. 3 montre une variante dans laquelle la force F, au lieu d'être exercée par un presseur à res sort, est produite par un effet de ressort de la bague elle-même. A cet effet, la bague 1 est usinée de façon à présenter une protubérance 18 sur son che min de roulement intérieur et elle est montée dans un bâti possédant des appuis rigides 19 et 20, de façon que ceux-ci se trouvent de part et d'autre de la protubérance et que la partie de la bague com portant celle-ci soit libre de se déformer élastique- ment. La force F, dans cette variante, ne peut être réglée qu'en faisant varier la distance angulaire des appuis 19, 20, ce qui est mécaniquement réalisable.
On a représenté en 19 et 20 deux vis de butée destinées, par leur vissage vers l'intérieur, à défor mer temporairement la bague extérieure pour facili ter le cas échéant l'assemblage du roulement, ces vis étant ensuite dévissées ou enlevées. D'autres moyens peuvent, si nécessaire, être utilisés dans le même but. Cette déformation temporaire du chemin de roule ment comportant des dénivellations, en vue de per mettre l'assemblage du roulement avec son chemin de roulement opposé, peut évidemment être appliqué d'une façon générale et notamment à toutes les for mes d'exécution décrites.
Dans la variante de la fig. 4, où la charge C est supposée de direction pratiquement invariable, l'angle au centre des appuis rigides est réduit à zéro, c'est-à-dire qu'il n'existe qu'un seul appui rigide 2 situé dans la direction commune de la charge et de la force F.
On pourrait, bien entendu, prévoir plusieurs pres seurs élastiques tels que 9, ou leurs équivalents, la force élastique à envisager étant alors la résultante des forces élastiques des press:eurs élémentaires. Bien que, en général, il soit beaucoup plus pra tique de déformer la bague extérieure 1, on pourrait envisager de déformer la bague intérieure 2 en dis posant les appuis rigides tels que 4 et 5 et le pres seur ou les appuis 4, 5, 19, 20 (la protubérance se trouvant sur le chemin de roulement de la bague intérieure) entre 1a bague intérieure et l'arbre à centrer.
La force élastique F peut être réalisée par d'au tres types de ressorts mécaniques (tels que rondel les Belleville, ressort en forme de segment annulaire, blocs de caoutchouc) hydrauliques ou pneumatiques.
Pour certaines applications, on peut faire agir la force élastique F en sens inverse de la charge, de façon qu'elle détermine à elle seule la contrainte maximum primaire, correspondant à un fonctionne ment sous charge normale, et que cette contrainte diminue lorsque la charge augmente, sans cependant tomber à zéro et laisser réapparaitre des jeux radiaux au droit des appuis lorsque la charge est maximum (comme représenté en C' à la fig. 4).
La force élastique F peut être rendue variable en fonction de la charge C en asservissant le réglage de l'écrou 13 ou -son équivalent à la flexion de la bague 1 à l'intérieur des chambrages 7 et 8, de façon à diminuer F lorsque C augmente, pour que la con trainte maximum soit inférieure à une limite donnée, par une liaison mécanique ou hydraulique facile à concevoir, ou en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre en asservissant le réglage de l'écrou 13 ou son équivalent à un régulateur centrifuge ou au refoulement d'une pompe hydraulique ou de grais sage, ou en fonction de la température atteinte,
par exemple la dilatation thermique de l'huile de grais sage.
D'une façon générale, on peut apporter aux dispo sitifs ci-dessus décrits de nombreuses modifications. Au lieu de munir la paroi de l'alésage du bâti 6 de bossages 4 et 5 séparés par des chambrages 7 et 8 comme à la fig. 2, la bague extérieure 1 peut comporter à sa périphérie des bossages 24, 25 et 26 (fig. 5), les bossages 24 et 25 s'appuyant contre la paroi circulaire<B>26,1</B> de l'alésage du bâti 6, tandis que le bossage 26 s'appuie sur le presseur 9, sollicité par le ressort 11. Pour contrôler plus efficacement les déformations de la bague extérieure, on peut avan tageusement prévoir l'une ou l'autre des dispositions décrites ci-après.
A la fig. 5, le presseur 29 est guidé avec un jeu minimum dans son guidage du bâti 6 et il comporte des épaulements de butée 30, 31 s'en gageant de pari et d'autre du bossage 26 dans le sens circonférentiel, et des épaulements de butée 32, 33 s'engageant de part et d'autre dudit bissage, dans le sens axial (fig. 6).
En fonctionnement, la bague extérieure 1 a ten dance à être entraînée par les aiguilles 3 dans le sens de la rotation de la bague intérieure 2. Ce phé nomène n'a pas d'inconvénient appréciable lorsque, comme à la fig. 2, la bague extérieure est circulaire et coopère avec des bossages fixes et est parfaitement élastique, mais il doit être évité lorsque, comme à la fig. 5, les bossages sont portés par la bague, puis qu'ils participent alors au cheminement de celle-ci, ce qui modifie l'emplacement prévu par le construc teur pour les zones de jeu réduit et risque même d'entraîner le bossage 26 hors de contact avec le presseur 9. Les butées 30, 31 s'opposent à ce che minement.
D'autre part, il importe que la répartition des pressions exercées par le presseur 9 sur la bague 1 soit symétrique par rapport au plan de la fig. 5, car une répartition dissymétrique produirait un certain gauchissement de la bague extérieure et les aiguilles 3 supporteraient dans la zone de jeu réduit des pres sions variant de l'une de leurs extrémités à l'autre, ce qui s'opposerait à leur fonctionnement correct, parallèlement aux génératrices d'un cylindre.
Il importe donc que le presseur 9 reste constam ment orienté, autour de l'axe 6-6 de sa tige 10, dans la position correspondant au contact désiré entre sa face inférieure et la périphérie du bossage 26, ce qui est assuré par les butées latérales 32, 33 (fia. 6) pre nant appui sur les flancs du bossage 26.
Bien entendu, ces butées 32, 33 peuvent égale ment être prévues dans le cas de la fig. 2 lorsque la bague extérieure 1 a une surface extérieure cylin drique.
On pourrait, évidemment, ne prévoir une butée 32 ou 33 que d'un seul côté. D'ailleurs, au lieu de guider le presseur par les butées latérales 32, 33 par rapport à la bague 1, on pourrait le guider par rap port au bâti, par exemple en donnant aux surfaces de guidage une section non circulaire, à l'aide d'une clavette longue, ou par tout autre moyen.
Ainsi, les butées 30, 31, 32, 33 ou leurs équiva lents, le guidage précis du presseur 9 dans son gui dage et la forme et les dimensions de la surface de contact du presseur avec la bague 1 ou son bossage 26, permettent le contrôle précis de la déformation de la bague, aussi bien à l'état statique qu'en ser vice.
Cette surface de contact peut être usinée de telle sorte que le contact se produise sur toute son éten due, quelle que soit la déformation de la bague 1, ce qui est plus facilement réalisable lorsque cette bague possède un bossage 26, ou seulement aux deux extrémités du presseur, suivant deux génératrices parallèles, lorsque le rayon de courbure de la péri phérie de la bague 1 varie en fonction de la défor mation, alors que celui de la face interne du pres- seur reste constant.
Pour équilibrer les pressions sur ces deux géné ratrices et assurer le contrôle précis de la déforma- tion de la bague 1, lorsque le rayon de courbure à sa périphérie est affecté par la déformation, on peut utiliser avantageusement un presseur constitué par une lame de ressort de forme convenable pour agir à la façon d'un fléau de balance.
La fig. 7 montre une lame de ressort de ce genre, comprenant une partie convexe 35, déprimée en son milieu en 36 pour recevoir l'extrémité d'une vis 37 de mise en tension réglable et repliée à ses extrémités en 38 et 39.
La variante de la fig. 7 convient pour des roule ments de petite dimension.
Pour des roulements destinés à subir des char ges plus importantes, il ne serait pas pratique de réaliser un ressort de rigidité suffisante pour exercer la pression voulue par simple flexion de la partie 35.
Pour augmenter cette rigidité, on peut, comme représenté à la fig. 8, disposer les extrémités 38 et 39 et le logement 40 du ressort de telle sorte que ces extrémités s'arc-boutent contre la paroi dudit loge ment.
Si l'angle au centre de la zone de contact entre le patin et la bague déformable ou la distance angu laire entre les coudes du ressort tels que 41, 42 ou 44, 45 est trop petit, la bague risque de se déformer, par son élasticité naturelle et sous l'effet de la charge et de la rotation, de façon. dissymétrique, et de pro voquer une suppression des jeux là où ceux-ci doi vent subsister entre les points d'appui fixes et le patin ou ressort, avec augmentation corrélative des jeux du côté opposé. On contrôle la déformation de la bague en vue de la rendre sensiblement symétri que en augmentant l'angle au centre ou la distance angulaire précités.
Pour empêcher le cheminement de la bague 1, lorsque la périphérie de celle-ci est pourvue de bos sages 24, 25, 26 on peut utiliser les coudes 41, 42 du ressort pour former des butées circonférentielles de part et d'autre du bossage 26 (fig. 9). Lorsque la périphérie de la bague 1 est cylindrique (fig. 10), lesdits coudes 41, 42 peuvent s'engager dans des encoches 43, 44 de la périphérie de la bague. Ces encoches peuvent contribuer d'ailleurs à rendre la bague plus facilement déformable. Pour le montage et le démontage du roulement, on a prévu ci-dessus des moyens pour supprimer temporairement la déformation de la bague 1, par exemple les vis 19, 20 de la fig. 3.
La fig. 5 montre un autre moyen, consistant à écarter le presseur 9 en antagonisme au ressort 11 et à le maintenir écarté à l'aide d'un verrou, qui peut être réalisé de multiples. façons, par exemple en intro duisant entre la face extérieure du bâti 6 et un épau lement 45 de la tige 10 une cale telle que 46, en forme d'épingle à cheveux, par exemple, comme représenté en pointillé.
Les fig. 11 et 12 montrent un autre organe de décompression, applicable au ressort de la fig. 10 et constitué par une came rotative non circulaire 47 s'appuyant dans la dépression 36 du ressort com presseur. Dans la position de la fig. 11, la grande dimension de la came est orientée radialement, et le ressort est mis sous tension. Dans celle de la fig. 12, c'est la petite dimension de la came qui se trouve orientée radialement et la tension du ressort est réduite ou supprimée.