FR1464889A - Roulement - Google Patents

Description

Roulement. La présente invention est relative aux roulements. On sait que la durée de vie d'un roulement est fortement influencée par la valeur de la charge qu'il supporte. Plus cette charge (ou effort) P est élevée, plus la durée de vie, exprimée en millions de tours, est faible.

Si on appelle: L la durée de vie en millions de tours du roule ment considéré; C la capacité de base dynamique de ce roulement; P la charge ou effort équivalent appliqué à ce roulement; On a: En d'autres termes, et ceci est très important, la

où n est très peu différent de 3. durée de vue d'un roulement est, d'une part, inver sement proportionnelle à la puissance troisième de la charge; ainsi, un roulement devant supporter une charge de 250 kg a une durée de vie, toutes conditions égales par ailleurs, huit fois plus grande approximativement (8 = 23) que celle qu'il aurait s'il devait supporter une charge de 500 kg et, d'au tre part, d'autant plus grande que la vitesse est plus faible.

On sait, par ailleurs, qu'il existe des paliers dits a hydrodynamiques qui sont caractérisés par l'appa rition d'un film fluide entre la partie mobile du palier, arbre par exemple, et la partie fixe de ce palier, coussinet, et cela à partir d'une certaine vitesse de rotation. En-dessous de cette vitesse, le frottement se fait métal sur métal et se traduit par une usure des surfaces. Au-delà de cette vitesse, il y a apparition du film fluide entre les deux surfaces et l'effet porteur dudit film croît avec la vitesse. Dès l'apparition de ce film, c'est-à-dire en régime hydro dynamique, l'usure est pratiquement nulle. Pour améliorer la portance, due à la formation de coins fluides sustentateurs, il est connu de prévoir, sur l'une des faces du palier hydrodynamique, des rampes, des escaliers et plus généralement des dis continuités de surface.

En bref, un roulement classique supporte bien les fortes charges à faible vitesse, tandis qu'un palier hydrodynamique supporte bien de fortes charges à grande vitesse.

Pour soulager un roulement, on a déjà réalisé l'association à un roulement classique d'un roule ment hydrodynamique, ce dernier soulageant le roulement de tout ou partie de sa charge à partir d'un certain régime; mais une telle association, dans laquelle le roulement, d'une part, et le palier, d'autre part, sont juxtaposés purement et simple ment et constituent des dispositifs complets en eux- mêmes et autonomes, présente de sérieux incon vénients et, en en particulier, les suivants Encombrement important; Difficultés d'exécution et de montage des pièces pour obtenir la concentricité voulue; Difficultés dues aux dilatations différentielles qui apparaissent du fait de la distance séparant le rou lement du palier hydrodynamique et qui peuvent modifier de façon incontrôlée le jeu au palier hydro dynamique; or, ce jeu a une importance capitale ainsi qu'on le verra plus loin; Nécessité d'une alimentation en fluide séparée, dans le cas<B>le</B> plus générai, pour la lubrification du roulement et pour réaliser le palier hydrodynamique.

L'invention a pour but de remédier à ces incon vénients.

Elle a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un roulement remarquable notamment en ce qu'il est autocompensé en soi du fait qu'il comporte en combinaison avec des bagues inté rieure et extérieure et ses éléments de roulement logés entre ces bagues, des moyens pour créer une force hydrodynamique interne s'opposant à la charge qui lui est appliquée, de manière à soulager ses bagues et éléments.

Grâce à cette caractéristique, le roulement est non seulement auto-compensé, mais constitue, en outre, un ensemble cohérent, de dimensions réduites, très aisé à monter et ayant dans certains cas une véritable autonomie de lubrification.

Selon des modes d'exécution préférés, lesdits moyens sont constitués par des surfaces, au moins à peu près de révolution, des bagues extérieure et intérieure, ces surfaces étant agencées pour créer ladite forme hydrodynamique et former ainsi, à i'intérieur du roulement, un véritable palier hydro dynamique.

Les surfaces cylindriques ou coniques peuvent être lisses et sont au moins à peu près concentriques et coaxiales ou non aux bagues.

De préférence, l'une au moins de ces surfaces est pourvue de rampes, escaliers ou décrochements connus en soi, leur mouvement relatif engendrant la force hydrodynamique.

- D'autres caractéristiques et avantages résulteront de la description qui va suivre.

Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples: La figure 1 est une demi-coupe et un demi-profil d'un roulement à auto-compensation axiale, selon l'invention; La figure 2 en est une vue de face; La figure 3 en est une coupe déroulée faisant appa raître les rampes sustentatrices et compensatrices, cette coupe étant faite suivant la ligne 3-3 de la figure 1, mais à plus grande échelle; La figure 4 représente une demi-coupe et un demi-profil d'un autre roulement à auto-compensa tion axiale; La figure 5 est une demi-coupe et un demi-profil d'une autre variante de roulement à auto-compen sation axiale, dans lequel la bague intérieure est en deux parties; La figure 6 en est une vue de face; Les figures 7 et 8 représentent, en coupe et en vue de face un roulement à galets à auto-compen sation radiale; La figure 9 est une coupe d'un roulement à billes à auto-compensation radiale; Les figures 10 et 11 sont respectivement la coupe et la vue de face d'un roulement à galets à auto- compensation radiale orientée; La figure 12 représente, en coupe, une variante de ce dernier roulement.

Suivant l'exemple d'exécution représenté aux figures 1 à 3, le roumement RI est destiné à assurer la rotation d'un arbre A et à supporter, au moins en partie, un effort axial P, dirigé vers la gauche sur la figure 1.

Ce roulement auto-compensé comprend, à la manière usuelle, une bague intérieure 1, une bague extérieure 2 et, entre ces bagues, des billes 3 main tenues par une cage 4.

La bague inférieure 1, mobile dans l'exemple, est destinée à être montée ajustée sur l'arbre A; elle comporte une partie cylindrique avec chemin de roulement externe 5 pour les billes 3 et une colle rette externe 6 avec face latérale 7 placée en face du flanc 8 de la bague extérieure 2. Celle-ci possède une piste circulaire 9 pour le chemin de roulement et, sur son flanc 8, une série de rampes 10 schéma tisées sur la figure 3. Un jeu minimal j1 (fig. 1) est ménagé entre les surfaces 7 et 8.

Ce jeu minimal j1 désigne le jeu mesuré lorsque la bague 1 subit l'effort P qui tend à l'appliquer contre la bague 2, la résistance à l'effort P étant assurée par les billes sur les chemins de roulement 5 et 9. Ce jeu minimal j1 ne doit jamais pouvoir s'annuler.

Le fonctionnement est le suivant. Au démarrage, c'est-à-dire au début de la rotation de l'arbre, seul le roulement à billes intervient et assure à la fois les fonctions de support, de centrage et de roule ment. Le fluide de lubrification qui, par exemple et de préférence, est amené entre la cage 4 et la bague intérieure 1, est aspiré par la pompe naturelle que constituent les faces en regard 7 et 8 entre lesquelles est ménagé le jeu minimal j1. Au fur et à mesure que la vitesse de rotation augmente, la force compensa trice Pl, due au film de fluide présent dans ce jeu, augmente, ce qui se traduit par une diminution de l'effort P supporté parles chemins de roulement et par les billes.

Le jeu minimal j1 entre les parties mobile et fige de ce palier hydrodynamique doit être calibré minutieusement, comme il ressort des calculs ci- après.

Si l'on appelle: j1 la valeur du jeu minimal entre les deux faces 7 et 8 du palier hydrodynamique; Z la longueur circonférentielie moyenne d'une rampe 10; V la vitesse circonférentieüe au rayon moyen de la partie portante de la collerette 6; n le nombre de rampes 10 réparties sur la circon férence; b. La largeur radiale de la surface de glissement; v la viscosité absolue du fluide de lubrification; Pl l'effort hydrodynamique compensateur engen dré; on a

où k est une constante, d'où

La valeur de la force compensatrice Pi varie donc en première approximation comme la vitesse cir- conférentielie au rayon moyen et comme l'inverse du carré du jeu. Par ailleurs, les rampes 10 peuvent être calculées pour déterminer l'effort Pl désiré, par des méthodes connues pour les paliers hydrody- namiques. Cet effort Pl est à déduire de la charge P appliquée contre les billes pour le calcul de la durée de vie du roulement.

Suivant l'exemple d'exécution représenté à la figure 4, le roulement auto-compensé R2 est un roulement à contacts obliques du fait du chemin de roulement dissymétrique 5a de la bague inté rieure la; par ailleurs, la bague extérieure 2a comporte une collerette latérale et externe 11, de telle sorte qu'elle présente, face à la collerette 6a de la bague la, une face radiale 8a à rampes 10 de lar geur plus grande que celle de la surface 8 du rou lement Ri. On y retrouve le jeu minimal j1.

Le fonctionnement du roulement R2 est identique à celui exposé ci-dessus, du roulement RI.

Le roulement R3, représenté aux figures 5 et 6, est une variante du roulement R2; il en diffère par les points suivants La bague intérieur lb, destinée à être ajustée sur l'arbre A, est doublée d'une douille folle 12 com portant les chemins de roulement 5b pour les billes; Deux surfaces coniques 13 et 14 assurent la butée de la bague lb sur le manchon 12 et deux autres surfaces coniques 7b et 8b dont l'une est munie de rampes 10, sont portées par la collerette 6b et la bague extérieure 2b; entre deux doit exister un jeu oblique minimal j1 lorsque l'effort P appuie, par les cônes 13 et 14 en contact, le chemin de roulement de la bague 2, par les billes 3 et leurs portées obliques sur le chemin de roulement 9b de la bague exté rieure 2b.

Le jeu radial j2 entre le manchon 12 et la bague lb doit être suffisant pour présenter un frottement nul entre ces deux pièces.

Le jeu oblique j3 entre cette bague lb et le manchon 12 doit être obligatoirement plus petit que le jeu minimal j1.

Le fonctionnement du roulement auto-compensé R3 est le suivant et convient plus particulièrement à un montage à axe vertical.

A l'arrêt, le jeu j3 est nul, la bague lb à collerette étant en appui contre le manchon 12 qui, à son tour, s'appuie sur la bague fixe extérieure 2b par l'intermédiaire des billes 3. Le jeu minimal j1 ne doit pas être nul.

Lorsque l'arbre A tourne, l'huile de lubrification des chemins de roulement est aspirée par la pompe centrifuge conique, constituée par les faces 7b et 8b et la rotation de la bague lb à collerette.

Au fur et à mesure que la vitesse de rotation augmente, le jeu j3 restant nul, la force hydrodyna mique Pl créée dans le jeu j1 augmente et diminue d'autant la valeur de la force P appliquée sur les billes 3 et les chemins de roulement des bagues extérieure 2b et intérieure lb.

A parttir d'une certaine vitesse de rotation, la force hydrodynamique peut devenir prépondérante et, alors, le jeu j3 apparaît du fait d'un léger dépla cement axial de la bague lb par rapport au manchon 12. Dans ces conditions, ce manchon 12 n'est pra tiquement plus entraîné en rotation et la force hydrodynamique créée dans le jeu j1 assure, à elle seule, la portance et le centrage de l'arbre A, réalisant alors un véritable palier hydrodynamique conique.

Les figures 7 et 8 représentent un roulement R4 à galets, compensé radialement. Ce roulement auto- compensé comporte une bague intérieure le à piste cylindrique 5c sur laquelle roulent sans glisser les galets 3 séparés par la cage 4. Ces galets, cylindriques dans l'exemple choisi, roulent égaiement sur la piste 9c de la bague extérieure 20. Cette dernière possède un épaulement tel qu'il ménage un jeu minimal j4 entre les surfaces en regard 7e et 8e des bagues intérieure le et extérieure 2c.

De même, la bague itérieure le possède un épau lement qui laisse un jeu minimal j5 entre les surfaces 130 et 14e des bagues intérieure le et extérieure 20.

De plus, afin, d'une part, d'alléger le roulement compensé et, d'autre part, d'augmenter sa perméa bilité, les bagues intérieure le et extérieure 20 peuvent comporter des dégagements 15e en nombre variable.

Enfin, les surfaces 7c, 8e, 13e et 14e peuvent être simplement cylindriques et lisses comme représenté ou comporter des rampes ou décochements favori sant la formation de coins fluides sustentateurs.

Dans le cas où les surfaces précitées sont cylin driques, le jeu minimal j4, comme le jeu minimal j5 qui peuvent être identiques ou non - sont obtenus par le rattrappage du jeu normal, radiai, existant entre galets et pistes correspondantes. En effet, dès qu'une charge radiale est appliquée au roule ment sur la bague intérieure 1e, par exemple, la bague 2c étant fixe, on constate le déplacement relatif de la bague la par rapport à la bague 2d. Dans ces conditions, les deux surfaces cylindriques 7e et 8c, comme les deux surfaces sylindriques 130 et 140, viennent dans des positions excentrées l'une par rapport à l'autre. L'excentricité obtenue suffit à elle seule à provoquer le coin fluide susten- tateur et compensateur.

Le fonctionnement du roulement est le suivant au démarrage, la bague intérieure 1e roule sur la bague extérieure 2c par l'intermédiaire des galets 3. Ces éléments de roulement supportent en totalité la charge extérieure P.

Lorsque la vitesse augmente, la formation des coins fluides entre les surfaces ayant des jeux mini- mals j4 et j5 provoque l'apparition des forces Pl et P2 qui peuvent être d'égale valeur et qui équi librent partiellement la force P supportée par les éléments de roulement.

La figure 9 représente un roulement analogue R5 mais à billes, à auto-compensation radiale. Il comporte, comme le roulement R4, une bague intérieure Id qui roule sur la bague extérieure 2d par l'intermédiaire des billes 3 séparées par la cage 4. Ce roulement R5 diffère du roulement R4 en ce que l'on a ménagé sur un jeu j6 entre les deux sur faces coniques 13d et 14a. Le fonctionnement du roulement auto-compensé est le suivant: La fonction roulement est assurée par les billes 3 intercalées entre les bagues intérieure 1d et exté rieure 2d; L'auto-compensation est assurée par la formation du ou des coins fluides entre les surfaces ayant un jeu minimal j4; Enfin, les deux surfaces coniques de jeu js assurent le pompage du fluide lubrifiant.

Les figures 10 et 11 représentent un roulement R6 à galets, auto-compensé radialement. Il comporte une bague intérieure le, une bague extérieure 2e, sur lesquelles roulent les galets 3 séparés par la cage 4. La bague extérieure 2e comprend deux épau lement 6e dont les surfaces intérieures 8e présentent un jeu minimal j4 avec la surface extérieure corres pondante 7e de la bague intérieure le. Ces épaule ment 6e intéressent un secteur de 90 seulement dans le cas de la figure 11 et la surface interne 8e de cet épaulement peut être cylindrique, lisse comme représenté et coaxiale ou non aux bagues le, 2e, ou comporter des rampes ou décrochements favorables à la formation de coins fluides sustentateurs et compensateurs.

Le fonctionnement du roulement R6 est analogue à ceux exposés plus haut. Toutefois, il faut remar quer que la force compensatrice Pl à, de préférence, une direction inclinée par rapport à celle de la force extérieure P appliquée au roulement, de manière que les forces P et Pl aient une résultante R qui ne peut être nulle et qui intervient seule dans le fonc tionnement du roulement. Ceci est important car s'il était possible d'avoir une résultante R nulle, ce serait très préjudiciable au bon fonctionnement et à la longévité des éléments de roulement.

Enfin, la figure 12 représente un roulement à billes R7 à auto-compensation radiale qui comprend une bague intérieure 1f, une bague extérieure 2f, séparées par des billes 3 maintenues écartées par une cage 4. L'auto-compensation radiale est assurée par le ou les coins fluides formés entre les surfaces 7f et 8f des bagues intérieure 1f et extérieure 2f à épaulement partiel 6f. Il reste un jeu minimal j4 entre les deux surfaces 7f et 8f.

Les deux surfaces coniques 13f et 14f des bagues If et 2f, avec leur jeu j6, assurent en rotation la fonction de pompage du fluide lubrifiant.

Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples; notam ment, un roulement à un ou deux paliers internes hydrodynamiques peut être réalisé avec tous types de roulements, à billes, à galets ou à aiguilles. La ou les paires de surfaces conjuguées donnant l'effet hydrodynamique peuvent être cylindriques, tron coniques, lisses ou à saillies, au moins à peu près concentriques à l'axe du roulement ou excentrées par rapport à lui, leurs ages pouvant être confondus, parallèles ou légèrement obliques audit axe.

Enfin, l'effet hydrodynamique peut être obtenu par tous moyens internes autres que de telles sur faces.

Claims (1)

1. RÉSUMÉ L'invention a pour objet, à titre de produit indus triel nouveau, un roulement remarquable notam ment par les caractéristiques suivantes, considérées séparément ou en combinaisons: la Il est auto-compensé en soi du fait qu'il com porte en combinaison avec ses bagues intérieure et extérieure et ses éléments de roulement logés entre ces bagues, des moyens pour créer une force hydro dynamique interne s'opposant à la charge externe qui lui est appliquée, de manière à soulager ses bagues et éléments; 2 Selon des modes d'exécution préférés, lesdits moyens sont constitués par des surfaces au moins à peu près de révolution des bagues extérieure et intérieure, ces surfaces étant agencées pour créer ladite force hydrodynamique et former ainsi, à l'intérieur du roulement, un véritable palier hydro dynamique 3 L'une au moins des surfaces du palier hydro dynamique est une surface de révolution pourvue de saillies telles que rampes, escaliers, et autres déni vellations, de nature à accentuer l'effet sustentateur; 40 Les surfaces du palier hydrodynamique sont des surfaces à peu près parallèles et concentriques; 50 L'axe des surfaces de révolution est confondu avec celui du roulement; 60 L'axe des surfaces de révolution est différent de celui <B>du</B> roulement, mais parallèle à lui; 7) Les surfaces de révolution sont constituées par la face latérale plate d'une collerette de la bague intérieure du roulement et par la tranche adjacente plate de la bague extérieure; 80 Les surfaces de révolution sont constituées par la face latérale plate d'une collerette de la bague intérieure du roulement et par la tranche adjacente plate de<B>la</B> bague extérieure prolongée par une col- lerette de cette bague extérieure; 9 Ii est prévu des surfaces de révolution coni- ques, combinées ou non avec des surfaces cylin- driques; 100 Les surfaces de révolution sont constituées paria surface externe cylindrique d'une collerette de la bague intérieure disposée d'un côté du roulement et la surface interne cylindrique de la bague exté rieure disposée du même côté; 11 L'autre côté du roulement comporte égale ment deux surfaces de révolution, l'une cylindrique étant ménagée par la face interne d'une collerette solidaire de la bague extérieure, l'autre égaiement cylindrique étant portée par l'extérieur de la bague intérieure; 12 L'une au moins des surfaces de révolution est limitée à un secteur; 13 L'une au moins des surfaces de révolution porteuses est orientée de manière à obtenir un effet sustentateur orienté obliquement par rapport à la charge; 14 La bague interne porte la collerette sur la quelle est disposée la surface de révolution mobile, est pourvue d'un manchon fou sur elle et portant le chemin de roulement intérieur, ce manchon étant monté avec un jeu radiai sur la bague et ces deux pièces comportant, chacune, une autre surface de révolution qui ont, entre elles, un jeu nul lorsque les surfaces de révolution du palier hydrodyna mique ont entre elles leur jeu minimal; 150 La collerette portée par l'une des bagues possède une ou plusieurs ouvertures; 160 Le palier hydrodynamique interne est adapté pour former une pompe centriguge pour le liquide de lubrification assurant ainsi un refroidissement meilleur du roulement et du palier hydrodynamique.