FR2791102A1 - Roulement de butee a billes - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un roulement de butée à billes comprenant une paire de bagues (1, 2) effectuant un mouvement de rotation excentrique l'une par rapport à l'autre. Les bagues (1, 2) sont pourvues d'une pluralité de rainures (13) formant des chemins de roulement annulaires opposés (3, 4) définies par un bord extérieur (14) et un bord intérieur (14'). Des billes (5) sont reçues dans les paires opposées respectives de rainures (13) formant des chemins de roulement (3, 4). Chacune des rainures (13) formant des chemins de roulement (3, 4) a un pas diamétral de fond de rainure (d) inférieur à la quantité de décalage (e). La hauteur dudit bord intérieur (14') à partir du fond de ladite rainure (13) est fixée à une valeur prédéterminée et la hauteur dudit bord extérieur (14) à partir du fond de ladite rainure (13) est fixée à une valeur supérieure à la hauteur dudit bord intérieur (14') à partir du fond de ladite rainure (13).
Description
I
ROULEMENT DE BUTEE A BILLES
La présente invention concerne un roulement de butée à billes monté entre deux éléments qui effectuent un mouvement de rotation excentrique l'un par rapport à l'autre, tels qu'une volute stationnaire et une volute rotative d'un compresseur à volutes. Un roulement de butée à billes utilisé dans un compresseur à volutes est présenté dans la publication de brevet japonais 10-89350. Comme représenté sur les figures 4A, 4B, le roulement de butée comprend une paire opposée de bagues annulaires 1 et 2 ayant une pluralité de paires opposées de chemins de roulement annulaires 3 et 4 agencés à intervalles angulaires prédéterminés, et des billes 5 ayant un diamètre dw (Fig. 4A) et disposées chacune entre une des paires de chemins de roulement 3 et 4. Les billes 5 sont
fabriquées en acier à roulements.
La bague 1 est montée sur un cadre 8 fixé à une volute stationnaire 7 et la bague 2 est montée sur une
volute rotative 6.
Les volutes 6 et 7 ont des parois de séparation en spirale 9 et 10 respectivement, reçues chacune dans l'espace défini par les parois 10 et 9 de la volute correspondante. Une chambre de compression 11 est définie entre chaque paire des parois de séparation
adjacentes 9, 10.
La volute rotative 6 est supportée par l'intermédiaire d'un roulement sur un arbre rotatif excentrique 12 au niveau de sa partie décalée par rapport à son centre de rotation d'une distance e de telle façon que la volute 6 tourne autour du centre de rotation de l'arbre 12 sans tourner autour de son propre axe central. Chaque chemin de roulement 3, 4 a un pas diamétral de fond de rainure d qui est fixé pour être sensiblement égal à la quantité de décalage e pour obtenir un rapport de compression prédéterminé dans la chambre de compression 11. Les bagues 1, 2 sont
habituellement formées par pressage.
Le roulement de butée à billes supporte une poussée axiale accompagnant la compression et empêche aussi la volute rotative 6 de tourner autour de son
propre axe.
La figure 5 est une vue agrandie de la bague 1. Le chemin de roulement annulaire 3 comprend une rainure annulaire 13 ayant un bord extérieur 14 et un bord intérieur 14', un épaulement extérieur 15 et une partie plate 17 formée à l'extérieur du bord extérieur 14, et une zone centrale 16 formée à l'intérieur du bord intérieur 14'. La zone centrale 16 comprend un sommet et un épaulement intérieur 18 disposé entre le sommet et le bord intérieur 14'. La zone centrale 16 est symétrique en coupe transversale par rapport à son sommet et son sommet est sensiblement au même niveau que la partie plate 17. Les bords extérieur et intérieur 14 et 14' sont également au même niveau a par
rapport au fond de rainure.
Le pas diamétral du fond de rainure d d'un roulement de ce type est habituellement fixé pour être inférieur au diamètre des billes dw. Pour favoriser la compacité et la durée de vie du roulement, le rapport dw/d doit être aussi grand que possible. Le diamètre des billes dw est déterminé en fonction de la durabilité des billes. Ainsi est-il nécessaire de réduire la valeur d autant que possible tout en gardant
le rapport de compression à une valeur prédéterminée.
Si la valeur d est trop réduite, la zone centrale 16 sera trop basse sur le plan de la conception et de la fabrication. Si la zone centrale 16 est trop basse, l'ellipse de contact A ou l'impression de contact peut déborder sur l'épaulement 18 de la zone centrale 16 comme représenté en B sur la figure 5. Ceci accroît la pression superficielle et réduit la durée de vie du roulement. Le pas diamétral du fond de rainure d est fixé à une valeur aussi réduite que possible pour autant qu'elle n'entraîne pas une diminution de la durée de vie due à une faible précision de la formation de la rainure. Sur la base du diamètre d ainsi déterminé, on peut alors définir la hauteur a du bord intérieur à une
valeur appropriée.
L'ellipse de contact est une impression de contact ayant une forme elliptique et qui est formée par le
contact de la bille 5 avec le chemin de roulement 3, 4.
Pour assurer une plus grande durée de vie au roulement, il faut concevoir le chemin de roulement 3 de telle façon que l'impression de contact elliptique ne s'étende pas vers l'épaulement 15 ou 18 ou ne déborde
pas sur ceux-ci.
Une façon de résoudre ce problème tout en gardant le diamètre d à une valeur réduite est de fixer le diamètre d à une valeur inférieure à la quantité de décalage e. Ceci ferait rouler la bille 5 près de l'épaulement extérieur 15 dans la direction opposée à
l'épaulement intérieur 18.
Mais cette solution présente un inconvénient en ce sens que l'impression de contact elliptique peut s'étendre vers l'épaulement extérieur 15 ou déborder
sur celui-ci (comme représenté en C sur la figure 5).
Ceci entraîne également une pression de contact accrue
et réduit la durée de vie du roulement.
Il en va de même pour le chemin de roulement 2.
Un objet de la présente invention est de proposer une conception de chemin de roulement qui empêche l'impression elliptique de s'étendre vers l'épaulement extérieur de la rainure tout en conservant le diamètre
d à une valeur inférieure à la quantité de décalage e.
D'après l'invention, il est proposé un roulement de butée à billes comprenant une paire de bagues qui effectuent un mouvement de rotation excentrique l'une par rapport à l'autre, les bagues étant pourvues d'une pluralité de paires opposées de chemins de roulement annulaires, des billes étant chacune reçues dans une paire opposée des chemins de roulement, chacun des chemins de roulement comprenant une rainure ayant un pas diamétral de fond de rainure qui est inférieur à la quantité de décalage du mouvement de rotation excentrique, la rainure ayant un bord intérieur et un bord extérieur, la hauteur du bord intérieur à partir du fond de la rainure étant fixée à une valeur prédéterminée, la hauteur du bord extérieur à partir du fond de la rainure étant supérieure à la hauteur du
bord intérieur à partir du fond de la rainure.
Avec cet agencement, puisque la hauteur du bord extérieur à partir du fond de la rainure est fixée pour être supérieure à la hauteur du bord intérieur à partir du fond de la rainure, on peut supprimer la tendance de
l'ellipse de contact à se déplacer vers l'extérieur au-
delà du bord extérieur sous l'effet de charges même si la bille tend à rouler à l'extérieur du pas diamétral
du fond de rainure.
D'après la présente invention, la hauteur du bord extérieur est fixée à une valeur telle que l'ellipse de
contact de la bille ne sortira pas de la rainure au-
delà du bord extérieur.
D'après la présente invention, chacun des chemins de roulement comprend en outre une zone centrale formée à l'intérieur du bord intérieur et ayant un sommet et un épaulement intérieur ménagé à l'intérieur du bord intérieur et reliant le bord intérieur au sommet, un épaulement extérieur ménagé à l'extérieur du bord extérieur et une surface plate ménagée à l'extérieur de l'épaulement extérieur, les chemins de roulement étant chacun symétriques en coupe transversale par rapport à la zone centrale, la surface plate étant à un niveau
plus élevé que le sommet de la zone centrale.
D'après la présente invention, les bords intérieur et extérieur sont des points d'inflexion entre la rainure et l'épaulement intérieur et entre la rainure
et l'épaulement extérieur, respectivement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture
de la description ci-après, faite en référence aux
dessins annexés, dans lesquels: la figure 1A est une vue en coupe partielle agrandie d'un roulement de butée à billes mettant en oeuvre l'invention; la figure lB est une vue en plan de la bague stationnaire du roulement de la figure lA; la figure 2 est une vue partielle agrandie en coupe et en plan de la bague stationnaire du roulement de la figure 1A; les figures 3A et 3B sont des vues en coupe schématiques de la bague stationnaire, montrant différentes géométries de rainure; la figure 4A est une vue en coupe d'un compresseur à volutes ayant un roulement de butée à billes; la figure 4B est une vue en plan de la bague stationnaire du roulement de la figure 4A; et la figure 5 est une vue partielle agrandie en coupe et en plan de la bague stationnaire d'un
roulement de butée à billes conventionnel.
En se référant à présent aux figures 1 à 3, le roulement de butée à billes d'après l'invention comprend, comme leurs homologues conventionnels, une paire de bagues 1, 2 pourvues d'une pluralité de chemins de roulement annulaires opposés 3, 4 agencés à intervalles angulaires prédéterminés, et des billes 5 reçues chacune entre une paire opposée de chemins de roulement 3, 4. Comme les roulements conventionnels, le roulement de butée à billes de la présente invention est utilisé dans un compresseur à volutes comme représenté sur la figure 4A. Ainsi, sa bague 2 est montée sur la volute rotative et sa bague 1 sur un composant faisant partie intégrante de la volute stationnaire de telle sorte que la bague 2 tourne avec une quantité de décalage e par rapport à la bague 1. Chaque chemin de roulement 3, 4 présente un pas diamétral de fond de rainure d qui est inférieur à la quantité de décalage e (par exemple 5%
ou moins).
La figure 2 est une coupe agrandie d'un chemin de roulement 3 de la bague 1. Le chemin de roulement 3 a dans les grandes lignes la même configuration que le chemin de roulement de la figure 5 et la hauteur a du bord intérieur 14' à partir du fond de rainure et la hauteur et la forme de la zone centrale 16 sont les mêmes que sur le chemin de roulement conventionnel de la figure 5. Cependant, la hauteur b du bord extérieur 14 à partir du fond de rainure est supérieure à la hauteur a et la hauteur de la zone plate 17 est supérieure d'une quantité c à la hauteur de la zone centrale 16. La hauteur b à partir du fond de rainure jusqu'au bord extérieur 14 est fixée pour être supérieure à la hauteur a à partir du fond de rainure jusqu'au bord intérieur 14'. En d'autres termes, elle est fixée à une valeur telle que l'ellipse de contact A
de la bille 5 ne se déplace pas vers l'extérieur au-
delà du bord extérieur 14 de la rainure 13.
Les bords extérieur et intérieur 14 et 14' sont sur des points d'inflexion entre la rainure 13 et l'épaulement extérieur 15 et entre la rainure 13 et
l'épaulement intérieur 18, respectivement.
La rainure 13 est de forme telle que représentée sur la figure 3A ou la figure 3B au niveau d'une partie entre le bord extérieur 14 et le bord intérieur 14' La forme représentée sur la figure 3A est formée par une courbe ayant un rayon de courbure constant. En d'autres termes, chaque rainure 13 présente en coupe une forme telle que les rayons de courbure mesurés en deux points quelconques de la rainure espacés angulairement par le même angle O de part et d'autre de la ligne L perpendiculaire à la tangente du point le plus profond C de la rainure 13 sont égaux l'un à l'autre. Le rayon de courbure est constant, quel que soit l'angle S. La rainure de la figure 3A est une partie de cercle. La rainure de la figure 3B est une partie d'une ellipse agencée de telle façon que son petit axe se trouve sur la ligne L perpendiculaire à la tangente du point le plus profond C de la rainure 13. Dans cet agencement également, les rayons de courbure mesurés en deux points quelconques de la rainure espacés angulairement par le même angle O de part et d'autre de la ligne L perpendiculaire à la tangente du point le
plus profond C de la rainure sont égaux l'un à l'autre.
Mais le rayon de courbure n'est pas constant et varie
avec l'angle 0.
Les chemins de roulement 4 de la bague 2 présentent la même structure que les chemins de
roulement 3 de la bague 1.
Avec cet agencement, bien que la bille 5 tende à rouler sous l'effet des charges vers l'extérieur du cercle primitif du fond de rainure du fait que la quantité de décalage e est supérieure au pas diamétral du fond de rainure d, l'ellipse de contact A ne sortira pas de la rainure vers l'extérieur au-delà du bord extérieur 14 parce que la hauteur b du bord extérieur 14 à partir du fond de rainure est suffisamment grande. Les bagues 1 et 2 sont réalisées à partir d'une plaque d'acier et les chemins de roulement 3, 4 sont formés par étirage. Les surfaces de chemin de roulement sont durcies superficiellement par trempe à coeur, par carburation ou par trempe à induction. Les billes 5 sont de préférence réalisées en acier inoxydable ou en
un matériau céramique pour éviter un écaillage fragile.
Comme décrit ci-avant, si le pas diamétral du fond de rainure est fixé pour être inférieur à la quantité de décalage du mouvement de rotation excentrique pour accroître la durée de vie du roulement, l'ellipse de contact de la bille peut sortir de la rainure. D'après la présente invention, ce problème peut être résolu en fixant la hauteur du bord extérieur de rainure à partir du fond de rainure à une valeur supérieure à la hauteur
du bord intérieur à partir du fond de rainure.
D'après la présente invention, on peut obtenir ainsi une réduction de la taille et une prolongation de
la durée de vie du roulement de butée à billes.
De même, puisque les chemins de roulement pourvus de rainures annulaires difficiles à usiner sont formés
par étirage, on peut atteindre une réduction de coûts.
En outre, comme les bagues pourvues des chemins de roulement subissent un durcissement superficiel, on
peut atteindre une meilleure résistance à l'usure.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus et l'on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour autant sortir de la portée de
l'invention.
Claims (8)
1. Roulement de butée à billes comprenant une paire de bagues (1, 2) effectuant un mouvement de rotation excentrique l'une par rapport à l'autre, lesdites bagues (1, 2) étant pourvues d'une pluralité de paires opposées de chemins de roulement annulaires (3, 4), des billes (5) étant chacune reçues dans une paire opposée desdits chemins de roulement (3, 4), chacun desdits chemins de roulement (3, 4) comprenant une rainure (13) ayant un pas diamétral du fond de rainure (d) qui est inférieur à la quantité de décalage (e) dudit mouvement de rotation excentrique, ladite rainure (13) ayant un bord intérieur (14') et un bord extérieur (14), la hauteur dudit bord intérieur (14') à partir du fond de ladite rainure (13) étant fixée à une valeur prédéterminée, la hauteur dudit bord extérieur (14) à partir du fond de ladite rainure (13) étant supérieure à la hauteur dudit bord intérieur (14') à
partir du fond de ladite rainure (13).
2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite hauteur dudit bord extérieur (14) est fixée à une valeur telle que l'ellipse de contact de la bille (5) ne sort pas de la rainure (13) audelà dudit
bord extérieur (14).
3. Roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun desdits chemins de roulement (3, 4) comprend en outre une zone centrale (16) formée à l'intérieur dudit bord intérieur (14') et ayant un sommet et un épaulement intérieur (18) ménagé à l'intérieur dudit bord intérieur (14') et reliant ledit bord intérieur (14') audit sommet, un épaulement extérieur (15) ménagé à l'extérieur dudit bord extérieur (14), et une surface plate (17) ménagée à l'extérieur dudit épaulement extérieur (15), lesdits chemins de roulement (3, 4) étant chacun symétriques en coupe transversale par rapport à ladite zone centrale (16), ladite surface plate (17) étant à un niveau plus
élevé que ledit sommet de ladite zone centrale (16).
4. Roulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits bords intérieur et extérieur (14' et 14) sont des points d'inflexion entre ladite rainure (13) et ledit épaulement intérieur (18) et entre ladite rainure (13) et ledit épaulement extérieur (15),
respectivement.
5. Roulement selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que chacune desdites rainures (13) a une forme en section transversale telle que les rayons de courbure mesurés en deux points quelconques de la rainure espacés angulairement du même angle 8 de part et d'autre de la ligne L perpendiculaire à la tangente du point le plus
profond C de la rainure (13) sont égaux l'un à l'autre.
6. Roulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite rainure (13) a une forme en section transversale qui est une partie d'un cercle ou d'une ellipse.
7. Roulement selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites
bagues (1, 2) sont formées en étirant une plaque d'acier inoxydable et en ce que leur surface pourvue
dudit chemin de roulement (3, 4) est trempée.
8. Roulement selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites
billes (5) sont réalisées en acier inoxydable ou en un
matériau céramique.
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