FR2645643A1

FR2645643A1 - Device for applying a load of determined and adjustable intensity and direction to at least one ball bearing associated with a rotating shaft

Info

Publication number: FR2645643A1
Application number: FR8904471A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1990-10-12
Anticipated expiration: 2009-04-05
Also published as: FR2645643B1

Abstract

The device according to the invention comprises a ring 6 mounted rotationally on a rotating shaft 2 to be studied, to which a force F is transmitted, the intensity and direction of which can be adjusted by virtue of the fact that the shaft 2 is held vertically on a framework 1 and that the load generating the force F is a weight system 10, 14 hitched to a clamp (yoke) 8 articulated to the ring 6 by a cable 9 whose direction is adjustable.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'essai pour éprouver des roulements à billes en charge
Le comportement en service d'un roulement à billes est très mal connu, si bien que dans l'ignorance des causes d'un mauvais fonctionnement on est incapable de Les prevenir. The present invention relates to a test device for testing loaded ball bearings
The behavior in service of a ball bearing is very poorly understood, so that in ignorance of the causes of a malfunction, we are unable to prevent them.

Ceci est particulièrement désavantageux lorsqu'il s'agit de roulements à billes utilisés dans des engins spatiaux, car il n'existe pas de reférences soit de construction, so"t d'essais permettant de prédire le comportement du roulement Lors de son unique usage, et ainsi d'en assurer la fiabilité.This is particularly disadvantageous when it comes to ball bearings used in spacecraft, because there are no references either of construction, so "t of tests allowing to predict the behavior of the bearing When it is used only , and thus ensure its reliability.

La présente invention entend remédier à cette situation en proposant un dispositif permettant de conduire des essais sur des roulements à billes dans des condit;ns de charge connues et répétitibles. The present invention intends to remedy this situation by proposing a device making it possible to conduct tests on ball bearings under known and repeatable load conditions;

A cet effet, elle a pour objet un dispositif pour appliquer à au moins un roulement à billes, associé à un arbre tournant, une charge d'intensité et d'orientation déterminées et réglabLes, qui comporte un bâti pour le maintien vertical de l'arbre tournant et une bague immobilisée axialement sur
L'arbre et libre en rotation par rapport à celui-ci, portant deux tourillons radiaux diamétralement opposés constituant
I'axe d'articulation d'un étrier attelé à un câble de traction s'appuyant sur un organe de réglage de son orieotation dans le plan vertical contenant l'axe de l'arbre et sensiblement perpendiculaire à l'axe d'articulation de l'étrier,
L'organe de réglage étant intercalé entre l'étrier et un dispositif pesant attelé à l'autre extrémité du câble.To this end, it relates to a device for applying to at least one ball bearing, associated with a rotating shaft, a load of determined and adjustable intensity and orientation, which comprises a frame for the vertical maintenance of the rotating shaft and a ring axially immobilized on
The shaft and free to rotate relative thereto, carrying two diametrically opposite radial journals constituting
The articulation axis of a stirrup coupled to a traction cable resting on a member for adjusting its oriotation in the vertical plane containing the axis of the shaft and substantially perpendicular to the articulation axis of stirrup,
The adjusting member being interposed between the caliper and a heavy device coupled to the other end of the cable.

On comprend que l'on peut ainsi charger 0un roulement soit axialement, soit axialement et radialement, soit enfin lui appliquer un couple autour d'un axe perpendiculaire au plan défini par l'axe de l'arbre et la direction radiale de l'effort. La variation des'efforts appliqués au roulement est très aisée et le fait d'utiliser la pesanteur comme "source" d'énergie présente l'avantage de conserver des conditions d'essai constantes et parfaitement répétitibles. It is understood that one can thus load a bearing either axially, axially and radially, or finally apply a torque to it around an axis perpendicular to the plane defined by the axis of the shaft and the radial direction of the force. . The variation of the forces applied to the bearing is very easy and the fact of using gravity as a "source" of energy has the advantage of maintaining constant and perfectly repeatable test conditions.

De manière préférée, le dispositif pesant comporte un levier articulé au bâti par L'une de ses extrémités, tandis qu a son autre extrémité est suspendue une masse le câble étant attelé au levier entre la masse et son articulation. Preferably, the weighing device comprises a lever articulated to the frame by one of its ends, while at its other end is suspended a mass, the cable being coupled to the lever between the mass and its articulation.

Le dispositif selon L'invention permet deux formes d'essais ou de mesures. Le premier est destiné à l'étude du comportement du roulement seul. Ainsi, la bague est rapportée sur un boitier monté tournant sur l'extrémité de l'arbre, par l'intermédiaire du roulement à étudier. The device according to the invention allows two forms of tests or measurements. The first is intended for studying the behavior of the bearing alone. Thus, the ring is attached to a housing mounted to rotate on the end of the shaft, by means of the bearing to be studied.

Dans ce cas on prévoira que la position de la bague par rapport au boîtier soit réglable le long de l'axe du boîtier. In this case, provision will be made for the position of the ring relative to the housing to be adjustable along the axis of the housing.

Afin de pouvoir créer ou non un couple de basculement sur le roulement à tester, le b8;tier comporte une collerette supérieure extérieure formant épaulement pour l'appui et la fixation de la bague sur le bottier, le moyen de réglage de la position axiale de la bague par rapport au boîtier étant constitué par une cale d'épaisseur intercalée entre cette bague et la collerette. In order to be able to create or not a tilting torque on the bearing to be tested, the b8; tier has an external upper flange forming a shoulder for the support and fixing of the ring on the case, the means for adjusting the axial position of the ring relative to the housing being constituted by a shim inserted between this ring and the collar.

Dans le cas où L'on veut étudier un arbre monté sur des roulements, chaque roulement est logé dans l'un de deux paliers solidaires du bâti, la bague d'articulation de l'étrier étant attelée à l'arbre entre les deux paliers dans une position axiale réglable. In the case where we want to study a shaft mounted on bearings, each bearing is housed in one of two bearings integral with the frame, the hinge ring of the stirrup being coupled to the shaft between the two bearings in an adjustable axial position.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-apres d'un exemple de réalisation qui, donné à titre non limitatif, permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. The invention will be better understood with the aid of the description below of an exemplary embodiment which, given without limitation, will make it possible to identify the advantages and the secondary characteristics thereof.

Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 7 est un schéma général du dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe du dispositif adapté au test d'un roulement,
- la figure 3 est un schéma illustrant le montage destiné à t'étude d'une Ligne d'arbre.Reference will be made to the accompanying drawings in which
FIG. 7 is a general diagram of the device according to the invention,
FIG. 2 is a sectional view of the device suitable for testing a bearing,
- Figure 3 is a diagram illustrating the assembly for the study of a shaft line.

La figure 1 est un schéma du dispositif selon l'in- vention sur Lequel on a représenté en 1, un bâti offrant une surface verticale la de référence pour la fixation des divers appareillages nécessaires à l'exécution des essais. Ce bâti sera soigneusement réalisé pour qu'il soit le mieux possible isolé du sol à l'égard de la transmission des vibrations et qu'il intègre toutes les arrivées d'énergies nécessaires à la réalisation des essais, ainsi que les moyens de fixation des divers équipements. La référence 2 désigne l'arbre équipé du ou des roulements à étudier. Cet arbre est accouplé à l'arbre de sortie 3 d'un moteur d'entraînement 4 fixé au bâti 1. On a représenté en 5 un palier de guidage de l'arbre 2 dans une position verticale, qui est également porté par le bâti 1. FIG. 1 is a diagram of the device according to the invention, which is shown in 1, a frame offering a vertical surface 1a for the fixing of the various apparatuses necessary for the execution of the tests. This frame will be carefully constructed so that it is as far as possible isolated from the ground with regard to the transmission of vibrations and that it integrates all the energy arrivals necessary for carrying out the tests, as well as the means of fixing the various equipment. Reference 2 designates the shaft fitted with the bearing or bearings to be studied. This shaft is coupled to the output shaft 3 of a drive motor 4 fixed to the frame 1. There is shown at 5 a guide bearing for the shaft 2 in a vertical position, which is also carried by the frame 1.

On verra dans Les figures suivantes que, selon la nature de l'essai réalisé, ce palier peut soit être supprimé, soit être
L'un des supports du ou des rouLements à étudier.It will be seen in the following figures that, depending on the nature of the test carried out, this level can either be eliminated or be
One of the supports of the bearing (s) to be studied.

L'arbre 2 porte une bague 6 qui est immobilisée axialement le long de L'arbre dans une position déterminée, mais qui est libre en rotation par rapport à cet arbre. Cette bague comporte deux tourillons 7 diamétralement opposés qui constituent l'axe d'articulation d'un étrier 8 par l'intermédiaire duquel ta charge est appliquée à l'arbre 2 donc aux roulements à étudier
Un câble 9 relie cet étrier 8 à un levier 10, le point d'attelage 11 du câble au levier étant de position réglable entre l'articulation 12 du levier sur le bâti d'axe horizontal et le point 13 d'application d'une masse 14 suspendue à l'autre extrémité du levier. Le câble s'étend dans un plan vertical contenant l'axe de l'arbre 2. Dans te cas repré senté, ce plan est en outre sensiblement perpendiculaire à la surface la du bâti 1, sans que cela soit une obligation.The shaft 2 carries a ring 6 which is immobilized axially along the shaft in a determined position, but which is free to rotate relative to this shaft. This ring comprises two diametrically opposite pins 7 which constitute the axis of articulation of a stirrup 8 by means of which your load is applied to the shaft 2 therefore to the bearings to be studied
A cable 9 connects this stirrup 8 to a lever 10, the coupling point 11 of the cable to the lever being of adjustable position between the articulation 12 of the lever on the frame of horizontal axis and the point 13 of application of a mass 14 suspended from the other end of the lever. The cable extends in a vertical plane containing the axis of the shaft 2. In the case shown, this plane is also substantially perpendicular to the surface of the frame 1, without this being an obligation.

On peut en effet prévoir que le levier 10 puisse débattre dans un plan parallèle à cette surface grâce à un socle d'attelage de l'articulation 12 au bâti prévu en conséquence. We can in fact provide that the lever 10 can debate in a plane parallel to this surface thanks to a base for coupling the joint 12 to the frame provided accordingly.

Le câble 9 passe, entre l'étrier 8 et le levier 10 sur un organe de renvoi 15 (une poulie, un galet ou un rouleau) dont L'axe est perpendiculaire au plan vertical contenant te câble et est réglable en position au moins le long d'une direction horizontale matérialisée par la coulisse 16
Cette coulisse 16 peut être attelée au bâti 1 dans plusieurs positions espacées verticalement les unes des autres, ce qui augmente les possibilités de réglage de L'orientation de l'étrier 8 autour de son articulation 7 sur la bague.The cable 9 passes, between the stirrup 8 and the lever 10 on a deflection member 15 (a pulley, a roller or a roller) whose axis is perpendicular to the vertical plane containing the cable and is adjustable in position at least the along a horizontal direction materialized by the slide 16
This slide 16 can be coupled to the frame 1 in several positions spaced vertically from each other, which increases the possibilities of adjusting the orientation of the stirrup 8 around its articulation 7 on the ring.

Ce descriptif général et schématique montre que l'on peut appliquer à un arbre 2 une charge F d'intensité et d'orien- tation régLables de manière précise et répétitible. En effet, l'intensité de La charge ne dépend que de grandeurs physiques qui sont invariables pour un réglage donné. Cette caractérustique avantageuse pour ce type de matériel d'essai résulte de son orientation verticale pour pouvoir utiliser la pesanteur. On s'affranchit ainsi de tout applicateur de force de fiabilité incertaine, tels que des vérins ou dispositifs à ressorts. This general and schematic description shows that one can apply to a tree 2 a load F of intensity and orientation adjustable in a precise and repeatable manner. Indeed, the intensity of the load depends only on physical quantities which are invariable for a given adjustment. This advantageous characteristic for this type of test material results from its vertical orientation in order to be able to use gravity. This eliminates any force applicator of uncertain reliability, such as cylinders or spring devices.

La disposition générale du dispositif permet d'envisager plusieurs types d'essais. The general arrangement of the device makes it possible to envisage several types of tests.

Une première configuration d'essai est illustrée par la figure 2. La bague 6 est dans ce cas montée à L'extré- mité de l'arbre 2 et constitue un boîtier pour le ou les roulements à étudier en charge. A first test configuration is illustrated in FIG. 2. The ring 6 is in this case mounted at the end of the shaft 2 and constitutes a housing for the bearing or bearings to be studied under load.

En se référant plus précisément à La figure 2, on voit que l'extrémité 2a de L'arbre 2 porte deux roulements 20 et 21 (par exemple à billes à contact oblique), la bague 6 comprenant ici un boîtier extérieur 22 monté sur les bagues extérieures des roulements 20 et 21. Le point 0 représente le centre des roulements. Le bottier 22 comporte une collerette supérieure 23 qui possède au moins deux orifices 24 d'axes parallèles à l'axe de L'arbre 2. Cette collerette 23 présente une surface de référence 25 sur laquelle une bague 26 peut prendre appui. Cette bague 26 est équipée de tourillons radiaux 27, 28 dont l'axe commun 29 est perpendiculaire à l'axe de l'arbre 22 quand la bague 26 est introduite sur- le boîtier 22. Referring more precisely to FIG. 2, it can be seen that the end 2a of the shaft 2 carries two bearings 20 and 21 (for example with angular contact balls), the ring 6 here comprising an external housing 22 mounted on the outer rings of bearings 20 and 21. Point 0 represents the center of the bearings. The case 22 has an upper flange 23 which has at least two orifices 24 with axes parallel to the axis of the shaft 2. This flange 23 has a reference surface 25 on which a ring 26 can bear. This ring 26 is fitted with radial pins 27, 28 whose common axis 29 is perpendicular to the axis of the shaft 22 when the ring 26 is introduced on the housing 22.

La bague 26 est maintenue appuyée contre la surface 25 de la collerette 23 au moyen, par exemple, de vis traversant les orifices 24. En interposant entre cette surface 25 et La bague 26 une cale d'épaisseur 30 on peut régler, selon l'épaisseur de la cale choisie, la position de l'axe 29 par rapport au centre O du ou des roulements. The ring 26 is kept pressed against the surface 25 of the flange 23 by means, for example, of screws passing through the orifices 24. By interposing between this surface 25 and the ring 26 a shim of thickness 30 one can adjust, according to the thickness of the selected shim, the position of the axis 29 relative to the center O of the bearing or bearings.

On retrouve, vu de face, l'étrier 8 de la figure 1 qui est articulé sur-les tourillons 28 et 29 et dont la traverse inférieure 8a comporte un moyen 31 d'attache du câble 9. Found, seen from the front, the stirrup 8 of FIG. 1 which is articulated on the pins 28 and 29 and whose lower cross member 8a comprises a means 31 for attaching the cable 9.

On comprend que cet appareillage d'essai permet d'appliquer aux roulements 20 et 21 une charge ajustable. En effet, comme l'extrémité 2a de L'arbre ne dépasse pas le boîtier 22, L'étrier peut être placé de manière que le câble 9 soit coaxial à l'arbre 2 (en modifiant la position de l'organe de renvoi 15 et celle du point d'attache 11 du câble 9 au Levier 10. On applique alors aux roulements 20 et 21 une charge purement axiale dont L'intensité dépendra de la valeur de la masse 14. It is understood that this test apparatus makes it possible to apply an adjustable load to the bearings 20 and 21. Indeed, as the end 2a of the shaft does not exceed the housing 22, the stirrup can be placed so that the cable 9 is coaxial with the shaft 2 (by modifying the position of the return member 15 and that of the point of attachment 11 of the cable 9 to the lever 10. A purely axial load is then applied to the bearings 20 and 21 whose intensity will depend on the value of the mass 14.

Pour ajouter à une charge axiale une charge radiale aux roulements, on placera L'appareillage dans la configuration de la figure 2, l'incLinaison de l'étrier 8 par rapport à l'axe de l'arbre 2 définissant la composante radiale de ta charge appliquée aux roulements. On aura pris auparavant la précaution de faire passer l'axe 29 par le point O en ayant placé entre la collerette 23 et la bague 26 ta cale 30 d'épaisseur adéquate. To add to an axial load a radial load to the bearings, the apparatus will be placed in the configuration of FIG. 2, the inclination of the stirrup 8 relative to the axis of the shaft 2 defining the radial component of ta load applied to bearings. We have previously taken the precaution of passing the axis 29 through the point O, having placed between the flange 23 and the ring 26 your wedge 30 of adequate thickness.

Enfin, le montage de la figure 2 permet d'appliquer un couple au roulement à étudier dans le cas de L'application d'une charge radiale. Il suffit pour cela de mettre en place une cale 30 d'épaisseur choisie en fonction de la distance souhaitée entre l'axe 29 et Le point 0, cette distance constituant le bras de levier à L'extrémité duquel s'applique la composante radiale de la charge, engendrant ainsi un couple de basculement des roulements dont le mouvement est perpendiculaire en O à l'axe de l'arbre 2 et à la direction de la composante radiale de la charge. Finally, the assembly of FIG. 2 makes it possible to apply a torque to the bearing to be studied in the case of the application of a radial load. To do this, it suffices to place a shim 30 of thickness chosen as a function of the desired distance between the axis 29 and point 0, this distance constituting the lever arm at the end of which the radial component of the load, thus generating a tilting torque of the bearings whose movement is perpendicular in O to the axis of the shaft 2 and to the direction of the radial component of the load.

On peut ainsi soumettre le ou les roulements à étudier aux principales conditions réelles de charge qu'ils peuvent subir. It is thus possible to subject the bearing or bearings to be studied to the main real load conditions that they may undergo.

La figure 3 est un schéma illustrant l'application du dispositif selon l'invention non plus à l'étude d'un roulement ou d'une paire de roulements particuliers, mais à l'étude du comportement des roulements mis en place dans des paliers 5a et 5b de soutien d'un arbre 2 solidaires du bâti 1. FIG. 3 is a diagram illustrating the application of the device according to the invention no longer to the study of a particular bearing or pair of bearings, but to the study of the behavior of the bearings put in place in bearings 5a and 5b for supporting a shaft 2 integral with the frame 1.

L'arbre est alors sollicité sous une force d'intensité et d'orientation déterminées qui lui est appliquée par le moyen du dispositif décrit en figure 1 dont, sur la figure 3, on n'a représenté que l'effort F qu'il engendre. Bien entendu, les éléments 10 et 16 sont prévus pour que l'arbre 2 puisse être logé sans gêne, et par exemple pourrait se présenter sous la forme de fourches et le dispositif (bague 6 de la figure 1) est réglable en position entre les deux paliers Sa et 5b. The shaft is then stressed under a force of determined intensity and orientation which is applied to it by means of the device described in FIG. 1 of which, in FIG. 3, only the force F has been shown. generates. Of course, the elements 10 and 16 are provided so that the shaft 2 can be accommodated without discomfort, and for example could be in the form of forks and the device (ring 6 of Figure 1) is adjustable in position between the two levels Sa and 5b.

Claims

1. Device for applying to at least one ball bearing (20, 21) associated with a rotating shaft (2), a load (F) of determined and adjustable intensity and orientation, characterized in that it comprises a frame (1) for the vertical maintenance of the rotating shaft (2) and a ring (6) immobilized axially on the shaft (2) and free to rotate relative to the latter, carrying two pins (7, 27, 28) diametrically opposed radials constituting the articulation axis of a stirrup (8) coupled to a traction cable (9) resting on a member (15) for adjusting its orientation in the vertical plane containing the axis of the shaft and substantially perpendicular to the axis of articulation of the stirrup, the adjustment member (15) being interposed between the stirrup and a heavy device (10,14) coupled to the other end of the cable ( 9).

2. Device according to claim 1 characterized in that the weighing device comprises a lever (10) articulated to the frame by one of its ends (12), while at its other end (13) is suspended a mass (14 ) the cable (9) being coupled to the lever (10) between the mass and its articulation.

3. Device according to claim 1 or claim 2 characterized in that the ring (26) is attached to a case (22) mounted rotating on the end (20) of the shaft (2) by means of the bearing (2O, 21) to study.

4. Device according to claim 3 characterized in that the position of the ring (26) relative to the housing (22) is adjustable along the axis of the housing.

5. Device according to claim 4 characterized in that the housing (22) comprises an outer flange (23) forming a shoulder for the support and the fixing of the ring (26) on the housing, the means for adjusting the position axial of the ring (26) relative to the housing (22) being constituted by a thickness shim (30) interposed between this ring and the flange.

6. Device according to claim 1 or claim 2 characterized in that the bearings to be studied are housed in each of the two bearings (5a, 5b) integral with the frame (1), the ring (6) of the caliper articulation (8) being coupled to the shaft (2) between the two bearings in an axially adjustable position.