FR2635566A1 - Roulement en ceramique, en particulier roulement a billes - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un roulement comprenant des éléments roulants, par exemple des billes 24, en céramique et un ensemble de deux bagues également en céramique 26, 34 et présentant chacune des épaulements 28, 30, 36, 38 qui délimitent au moins un chemin de roulement 32, 40 pour les éléments roulants. Ce roulement est principalement caractérisé par le fait que pour une position au moins des bagues l'une par rapport à l'autre, l'ensemble de ces bagues présente une ouverture de remplissage 46 par laquelle les éléments roulants ont pu être introduits dans leurs chemins de roulement et par le fait qu'il comprend également des moyens de rétention 48, 50 pour obturer au moins partiellement cette ouverture et maintenir les éléments roulants dans leurs chemins de roulement après qu'ils y aient été introduits.

Description

La présente invention a pour objet un roulement qui comprend des éléments roulants en ceramique et un ensemble de deux bagues égale- ment en céramique et présentant chacune des épaulements qui délimitent au moins un chemin de roulement pour les éléments roulants.

Parmi les roulements métalliques qui existent actuellement il y a des roulements dits "séparables", dont les éléments roulants et les bagues peuvent être très facilement réunis ou séparés et ne sont véritablement liés ensemble que lors du montage de ces roulements dans des appareils ou des machines.

C'est le cas par exemple de certains roulements a une rangée de rouleaux cylindriques ou d'aiguilles dans lesquels la bague extérieure présente deux épaulements latéraux alors que la bague intérieure n'en a qu'un seul ou pas du tout.

A coté de ces roulements séparables, il y a les roulements "non séparables" dont les différentes parties sont assemblées par le fabricant et qui ne peuvent plus ensuite être démontés ou tout au moins qui ne sont pas prévus pour cela.

Les roulements les plus courants de ce type sont les roulements rigides à une ou deux rangées de billes.

Pour assembler les pièces de ces roulements non séparables on procède souvent de la manière suivante : on commence par placer convenablement les éléments roulants autour de la bague intérieure dans son ou ses chemins de roulements, après les avoir introduits dans leur cage si le roulement en comprend une. Ensuite, on chauffe la-bague extérieure afin qu'elle se dilate et on la positionne autour des éléments roulants de facon que ceux-ci soient emprisonnés entre la bague intérieure et elle après qu'elle ne soit refroidie.

Pour des roulements en céramique ceci n'est évidemment pas possible.

La figure 1 montre comment les roulements de ce genre qui existent actuellement sont réalisés pour pouvoir être assemblés. I1 s agit toujours de roulements rigides à une rangée de billes la plupart du temps jointives et quelquefois séparées par des pièces intermédiaires en matière plastique.

Comme on peut le voir ces roulements comportent une bague extérieure 2 tout a fait semblable à celle des roulements rigides à billes métalliques, avec deux épaulements latéraux 4 et 6 qui forment un chemin de roulement sphérique 8 pour les billes 10.

Par contre, leur bague intérieure 12 est constituée de deux pièces annulaires, l'une en forme de boulon creux 14 et l'autre en forme d'anneau 16, qui sont vissées l'une sur l'autre et qui forment chacune un épaulement 18, respectivement 20, et une partie du chemin de roulement sphérique 20 de cette bague.

L'assemblage de ces roulements peut donc se faire de façon très simple. Il suffit de mettre la bague extérieure autour de la pièce 14 sur un support, de placer les billes dans le chemin de roulement de la bague extérieure et dans la partie de celui de la bague interieure qui est formée par la pièce 14 et de visser l'anneau taraudé 16 sur cette dernière.

Malheureusement, cette solution n'est pas très satisfaisante pour deux raisons.

La première c'est qu'elle nécessite des opérations de filetage et de taraudage qui sont délicates dans le cas de la céramique et que l'on cherche en général a éviter.

La deuxième, c'est qu'il est difficile de réaliser les deux pièces de la bague intérieure de façon à ce qu'elles s'accordent pour former un chemin de roulement parfaitement sphérique pour les billes, ce qui est nécessaire pour que l'on n'ait pas de problèmes de frottement et d'usure qui nuiraient au bon fonctionnement du roulement.

Le but de l'invention est de fournir un roulement en céramique qui ne présente pas ces inconvénients et ce but est atteint grâce au fait que, dans le roulement selon l'invention et pour une position au moins des bagues l'une par rapport à l'autre, l'ensemble de ces bagues présente une ouverture de remplissage par laquelle les éléments roulants ont pu être introduits dans leurs chemins de roulements et que ce roulement comprend également des moyens de rétention pour obturer au moins partiellement l'ouverture en question et maintenir les éléments roulants dans les chemins de roulement des bagues après qu'il y aient été introduits.

D'autre part, dans un mode préféré de réalisation du roulement selon l'invention deux épaulements des bagues qui sont situés d'un même côté de leurs chemins de roulement présentent deux encoches respectives qui permettent de constituer l'ouverture de remplissage, lorsqu'elles se trouvent l'une en face de l'autre, et dans ce cas les moyens de rétention comprennent un trou percé dans l'une des bagues, qui déouche dans l'encoche de cette bague et une goupille en céramique chassée dans ce trou, qui s'étend à l'intérieur de cette encoche.

A ce propos il faut noter que les bagues de certains roulements métalliques non séparables qui existent actuellement présentent elles aussi des épaulements avec des encoches qui forment des orifices de remplissage pour permettre de placer facilement entre elles des billes ou d'autres éléments roulants comme des aiguilles ou des rouleaux. Toutefois, pour éviter que ces éléments roulants viennent buter contre les encoches et puissent s'engager dans les orifices de remplissage ou même s'échapper par ceux-ci, les roulements de ce type comportent toujours une cage.

Or, très souvent on fait appel a des roulements en céramique parce qu'ils seront soumis à des températures élevées ou a l'action de produits très corrosifs ou abrasifs et il est exclu qué ces roulements comportent des cages car les matériaux qui pourraient être employés pour réaliser celles-ci, comme par exemple l'acier, le laiton ou le plastique, sont loin d'être aussi insensibles à la température, à la corrosion ou à l'abrasion qu'une céramique.

Grâce à l'invention on résout egalement ce problème car on ne prévoit pas seulement des encoches dans les épaulements des bagues, ce qui ne s'était encore jamais fait pour des roulements en céramique, mais aussi une pièce en céramique qui permet aussi bien qu'une cage de maintenir les éléments roulants dans leurs chemins de roulement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront a la lecture de la description qui suit et qui se réfère au dessin annexé sur lequel
- la figure 1 est une vue en coupe diamétrale d'un roulement à billes en céramique comme il en existe déjà et dont on a parlé précédemment;
- la figure 2 est une vue de côté d'une première forme possible d'exécution du roulement selon l'invention;
- la figure 3 est vue en coupe diamétrale de cette même forme d'exécution, selon le plan III-III de la figure 2;
- la figure 4 est une vue en coupe diametrale d'une deuxieme forme possible d'exécution du roulement selon l'invention; et
- la figure 5 est une vue toujours en coupe diamètrale d'une troisième forme possible d'exécution.

Comme le roulement connu de la figure 1 le roulement selon l'invention qui est représenté sur les figures 2 et 3 est un roulement rigide à une rangée de billes jointives 24 et qui comprend lui aussi une bague extérieure 26 en une seule piece avec deux épaulements internes 28 et 30 qui forment entre eux un premier chemin de roulement sphérique 32 pour les billes.

Par contre la bague intérieure 34 de ce roulement des figures 2 et 3, qui présentent deux épaulements périphériques 36 et 38 pour constituer un second chemin de roulement sphérique 40 pour les billes, n'est plus réalisé en deux pieces mais en une seule.

D'autre part, comme on le voit mieux sur la figure 2 les épaule- ments 30 et 38, respectivement de la bague extérieure 26 et de la bague intérieure 34, qui sont situés d'un même côté du roulement présentent des encoches 42 et 44 qui sont à peine plus profondes pue les chemins de roulement 32 et 40 et qui, lorsqu'elles se trouvent exactement l'une en face de l'autre, forment avec une partie de l'espace compris entre les deux épaulements une ouverture circulaire 46 de diamètre très légèrement supérieure a celui des billes 24.

Enfin, comme on le voit mieux cette fois sur la figure 3, la bague extérieure 26 comporte un trou radial 48 qui débouche au fond de l'encoche 42 et dans lequel est chassée une goupille 50 qui d'un côté ne dépasse pas la surface périphérique de cette bague mais qui, par contre, de l'autre côté, traverse l'encoche pour pénétrer dans l'espace séparant les deux bagues et être pratiquement en contact tangentiel avec les billes, au moins au niveau de son extréniité.

Le trou 48 et la goupille 50 sont de préférence légèrement tronconique, avec un angle d'environ 2 à 103, mais ils peuvent être également simplement cylindriques.

L'essentiel est qu'ils permettent de maintenir correctement les billes dans leurs chemins de roulement, sans que celles-ci risquent de venir heurter le bord intérieur des encoches et tout en laissant au roulement la possibilité d'avoir le jeu avant montage et le jeu de fonctionnement voulus. Autrement dit le roulement doit pouvoir fonctionner comme si les encoches 42 et 44 et la goupille 50 n'existaient pas.

Comme pour les roulements en ceramique connus dont on a parlé l'assemblage des pièces de ce roulement que l'on vient de décrire est très simple et très rapide.

Il suffit de mettre la bague intérieure à peu près au milieu de la bague extérieure, sur un support de façon que leurs encoches soient en face l'une de l'autre, de placer ensuite les billes entre les bagues en les introduisant par l'ouverture formée par les encoches, ce qui amène automatiquement les bagues à se positionner pour devenir coaxiales, si elles ne l'étaient pas vraiment au départ, et de chasser la goupille dans le trou qui lui est destiné.

Si l'on s'est arrangé pour que, à ce moment-la, l'extrémité de cette goupille soit un peu en retrait par rapport à la périphérie de la bague extérieure, il n'a rien d'autre a'faire et cette solution est évidemment la meilleure. Sinon, il faut encore meuler la partie de la goupile qui dépasse.

Quant aux céramiques qui peuvent être utilisées pour réaliser les bagues, les billes et la goupille, ce sont les mêmes que celles qui peuvent servir à fabriquer les pieces des roulements qui existent déjà. Il peut s'agir par exemple de céramiques constituees uniquement ou principalement d'alumine (Al203), d'oxyde de zirconium (ZrO2), de nitrure de silicium (Si3N4) ou de carbure de silicium (sic).

Le roulement qui est représenté sur la figure 4 est exactement du même type que celui des figures 2 et 3.

Il comprend lui aussi une bague extérieure 52 avec deux épaulement 54 et 56 et un premier chemin de roulement sphérique 58, une bague intérieure 6Q avec deux autres épaulements 62 et 64 et un second chemin de roulement sphérique 66, et une rangée unique de billes jointives 68.

Par contre, l'ouverture de remplissage pour l'insertion des billes entre les bagues n'est plus formée ici grâce à des encoches prévues dans des épaulements de ces dernières mais par un trou radial 70 qui traverse la bague extérieure 52 pour déboucher dans le chemin de roulement 58. D'autre part, cette ouverture n'est plus obturée seulement partiellement mais complètement par une goupille 72 qui est chassée à l'intérieur.

Comme précédemment, le trou radial 70 et la goupille 72 sont de préférence légèrement tronconiques plutôt que cylindriques mais ce qui importe surtout ici, pour que le roulement fonctionne correctement, avec les jeux avant et après montage souhaités, c'est que la face plane intérieure 74 de la goupille 72 soit pratiquement tangente à la surface dans laquelle est situé le chemin de roulement 58, au point d'intersection entre cette surface et l'axe du trou 70.

En ce qui concerne l'assemblage des pièces de ce roulement de la figure 4, il est encore plus simple que celui des pièces du roulement des figures 2 et 3 car il n'est plus nécessaire de positionner les bagues au départ pour que leurs encoches coincident, et il y a évidemment là aussi intérêt à ce que la goupille 72 soit totalement engagée dans le trou 70 après qu'elle y ait été chassée, pour éviter une operation de meulage supplémentaire.

Il en serait de même si le trou de remplissage se trouvait non pas dans la bague extérieure mais dans la bague intérieure, ce qui serait une autre possibilité.

Cela dit, il est bien clair que l'invention n'est pas limitée à des roulements rigides à une seule rangée de billes jointives comme ceux que l'on vient de decrire.

Par exemple, elle peut aussi convenir pour les autres roulements en céramiques existants, auxquels on a déjà fait-allusion et dans lesquels les billes sont séparées par des pieces en matiere plasti què, à condition que les dimensions de ces pièces soient plus faibles ou à peine plus grandes que le diametre des billes. Dans ce cas la solution des bagues avec des encoches de forme appropriée pour permettre à-la fois la mise en place des billes et des pièces intermédiaires serait préférable à celle des trous.

L'invention pourrait également s'appliquer à des roulements rigides à deux rangées de billes ainsi qu'à des roulements à une ou deux rangées de rouleaux ou d'aiguilles et, d'une façon plus générale, à pratiquement n'importe quel roulement en céramique dont la structure serait calquée plus ou moins fidèlement sur celle d'un roulement métallique de type non séparable existant actuellement.

La figure 5 montre comment on pourrait réaliser par exemple un roulement à billes à contact oblique, à deux rangées, conforme à l'invention.

La bague extérieure 76 du roulement qui est représenté sur cette figure présente à l'intérieur deux premiers chemins de roulement sphériques 78 et 80 pour les rangées de billes 88 et 90, qui sont formés par un épaulement central commun 82 et deux épaulements latéraux moins proéminents 84 et 86, de façon a etre symétriques par rapport à un plan P perpendiculaire à l'axe du roulement et orientes dans des directions divergentes qui forment chacune avec ce plan un angle qui correspond à l'angle de contact a que ce roulement doit avoir.

Face à ces deux chemins de roulement 78 et 80 se trouvent les deux chemins de roulement également spheriques 94 et 96 de la bague intérieure 92, qui sont situes chacun entre deux épaulements 98 et 100, respectivement 102 et 104. Plus précisément, cette bague intérieure 92 comprend une partie cylindrique 106 et deux rebords 108 et 110, de façon que son profil ait la forme d'un U à branches latérales courtes et larges, et les chemins de roulement 94 et 96 sont constitués par des gorges annulaires creusées dans les coins intérieurs des rebords.

La solution qui est utilisée ici pour pouvoir placer les billes de chaque rangée dans leurs chemins de roulement et les y maintenir ensuite est la même que celle du roulement des figures 2 et 3.

Autrement dit, les epaulements 84 et 86 de la bague exterieure et les épaulements 98 et 102 de la bague interieure présentent des encoches respectives 112, 114, 116 et 118 qui permettent de former deux ouvertures latérales circulaires 120 et 122, et ces deux ouvertures sont obturées partiellement par des goupilles 124 et 126 chassées dans des trous 128 et 130 de 1a bague extérieure.

Tels qu'ils sont représentés sur le dessin ces trous 128 et 130 sont radiaux mais ils pourraient être aussi obliques et avoir leurs axes qui font avec le plan médian P du roulement un angle sensiblement égal à l'ange de contact a de celui-ci.

Par ailleurs, il n'est pas nécessaire que les encoches soient situées comme sur le dessin, c'est-à-dire de façon que celles de la bague intérieure se trouvent en face de celles de la bague exterieure en même temps ni, par conséquent, que les trous et les goupilles soient symétriques par rapport au plan P.

Enfin, il va de soi que l'on pourrait aussi réaliser un roulement du même type que celui que l'on vient de décrire non pas avec des encoches dans les épaulements mais avec des trous de remplissage comme celui du roulement de la figure 4. Une telle réalisation serait cependant un peu plus délicate car les goupilles devraient alors présenter des faces intérieures ou des parties de faces intérieures obliques avec des angles d'inclinaison assez précis.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Roulement comprenant des éléments roulants en céramique (24; 68; 88, 90) et un ensemble de deux bagues également en .céramique (26, 34; 52, 60; 76, 92) présentant chacune des épaulements (28, 30, 36, 38; 54, 56, 62, 64; 82, 84, 98, 100) qui délimitent au moins un.

chemin de roulement (32, 40; 58, 66; 78, 94) pour les éléments roulants, caractérisé par le fait que, pour une position au moins des bagues l'une par rapport à l'autre, l'ensemble de ces bagues présente une ouverture de remplissage (46; -70; 120) par laquelle les éléments roulants ont pu être introduits dans leurs chemins de roulement et par le fait qu'il comprend également des moyens de rétention (48, 50; 72; 124, 128) pour obturer au moins partiellement ladite ouverture et maintenir les éléments roulants dans lesdits chemins de roulement après qu'ils y aient été introduits.

2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que deux épaulements (30, 38; 84, 98) des bagues (26, 34; 76, 92) situés d'un même côté de leurs chemins de roulement (32, 40; 78, 94) présentent deux encoches respectives (42, 44; 112, 116) qui permettent de constituer ladite ouverture de remplissage (46; 120), lorsqu'elles se trouvent l'une en face de l'autre, et que lesdits moyens de rétention comprennent un trou (48; 128) percé dans l'une des bagues (26; 76), qui débouche dans l'encoche de cette bague, et une goupille en céramique (50; 124) chassée dans ce trou; qui s'étend à l'intérieur de ladite encoche.

3. Roulement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite ouverture de remplissage est constituée par un trou (70) percé dans l'une (52) des bagues (52, 60), qui débouche dans le chemin de roulement (58) de cette bague et que lesdits moyens de rétention sont constitués par une goupille en céramique (72) chassée dans ce trou.

4. Roulement selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé par le fait que les éléments roulants sont des billes (24; 68; 88, 90).