FR3046640A1 - Unite de roulement - Google Patents

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Abstract

L'unité (1) de roulement est spécialement destinée à être montée sur un arbre d'entraînement de roue de véhicule contre une pièce fonctionnelle adjacente également montée sur l'arbre d'entraînement, l'unité (1) comprenant une bague (3) extérieure, une bague (4) intérieure, l'une des bagues (3, 4) extérieure et intérieure étant dite mobile et l'autre des bagues (3, 4) extérieure et intérieure étant dite fixe, des corps roulants agencés dans un espace (5) interne constitué entre la bague (4) intérieure et la bague (3) extérieure, un déflecteur (8) capable de limiter les échanges entre l'espace (5) interne et l'extérieur de l'unité (1) de roulement. L'unité (1) de roulement comprend une entretoise (9), s'étendant radialement et qui est positionnée contre une face (4a) axiale de la bague (4) mobile de manière à se retrouver, en position d'utilisation, entre la face (4a) axiale de la bague (4) mobile et une face (2b) axiale d'une pièce (2) fonctionnelle adjacente. L'entretoise (9) est disjointe du déflecteur (8) et se présente sous la forme d'une plaque plane s'étendant entre deux extrémités (9c, 9d) radiales libres.

Description

UNITE DE ROULEMENT L’invention concerne le domaine des roulements mécaniques disposant d’un système de protection contre l’usure par friction. Elle a plus particulièrement pour objet une unité de roulement comprenant un système de protection contre l’usure par friction ainsi qu’un assemblage d’une telle unité de roulement montée sur un arbre d’entraînement. L’invention s’applique tout spécialement, mais de manière non restrictive, à une unité de roulement destinée à être montée sur des roues de véhicule ferroviaire car de tels roulements sont soumis à d’importantes contraintes de flexion, ce qui génère des problématiques d’usure par friction vis-à-vis de pièces fonctionnelles qui leur sont adjacentes. Ainsi, les contraintes imposées à l’unité de roulement la font travailler contre la pièce fonctionnelle adjacente, ce qui provoque une corrosion des pièces et peut, à terme, être néfaste au fonctionnement de l’unité de roulement et limiter sa durée de vie. L’invention peut aussi trouver des applications également dans le domaine de l’automobile ou de l’aérospatial ou dans tout autre domaine technique soumis à des problématiques d’usure des unités de roulement par friction contre les pièces fonctionnelles qui leur sont adjacentes.
Il est connu de l’art antérieur différentes solutions visant à répondre aux problématiques générales de la corrosion et de l’usure par friction.
Par exemple, le document JPH11-336774 se rapporte à une unité de roulement spécialement destinée à être montée sur un arbre d’entraînement d’un véhicule, comprenant une bague intérieure fixée sur l’arbre, une bague extérieure, des corps roulants agencés dans l’espace entre la bague intérieure et la bague extérieure et des collerettes fermant radialement l’espace entre les deux bagues. A cause des flexions de l’arbre, de l’usure de contact peut se produire entre une des collerettes et la bague intérieure, générant des particules polluantes entrant dans l’espace entre les bagues qui abîmeront les corps roulants et diminueront les performances de l’unité de roulement. Le document JPH11-336774 propose donc d’installer un corps élastique enserrant la jonction entre la collerette en question et la bague intérieure, de manière à former un joint empêchant les particules polluantes de rentrer dans l’espace entre les deux bagues. Le corps élastique est placé dans une gorge, formée à cheval entre la bague intérieure et la collerette. Un lubrifiant peut également être injecté entre les collerettes et la bague intérieure.
Dans cet exemple, les frottements entre la bague intérieure et les collerettes sont atténués par la présence de lubrifiant. Toutefois, la gestion d’un tel lubrifiant peut poser problème. Notamment, ce dernier peut fuir vers l’intérieur de l’espace entre la bague intérieure et la bague extérieure et polluer les corps roulants. Par ailleurs, des particules venant d’autres sources peuvent entrer dans l’espace entre les deux bagues.
Le document US 8,790,014 propose un autre exemple d’unité de roulement spécialement destinée à être montée sur un arbre d’entraînement d’un véhicule. L’unité comprend comme précédemment une bague intérieure fixée sur l’arbre, une bague extérieure, des corps roulants agencés dans l’espace entre la bague intérieure et la bague extérieure et des collerettes fermant radialement l’espace entre les deux bagues. Afin de diminuer les frottements augmentant la température et la résistance de couple de l’unité de roulement, le document US 8,790,014 propose de former une chicane pour empêcher du lubrifiant de s’échapper de l’espace entre les bagues, la chicane étant formée d’éléments fixes par rapport à la bague extérieure qui ne sont pas en contact avec des éléments fixes par rapport à la bague intérieure. Une partie de la chicane est formée par l’extrémité radiale d’un membre intermédiaire interposé entre une surface radiale de la bague intérieure et une surface radiale d’une collerette. Une pièce en élastomère peut être moulée avec le membre intermédiaire ou être une pièce indépendante.
Dans ce deuxième exemple, l’usure entre la bague intérieure et les collerettes est limitée par le membre intermédiaire interposé. En outre, la chicane limite à la fois l’intrusion de particules polluantes dans l’espace entre les bagues, mais limite également les fuites du lubrifiant placé entre les bagues vers l’extérieur. Cependant, le membre intermédiaire couplé à la pièce en élastomère présente une conception complexe, augmentant les coûts de fabrication.
En outre, dans les deux exemples présentés, la collerette supportant en partie les moyens anti-usures et les moyens de lubrification doit présenter une forme particulière, adaptée au montage de ces moyens. Or, la collerette peut avoir par ailleurs des caractéristiques structurelles imposées incompatibles avec d’autres contraintes de forme.
Il existe donc un besoin pour une nouvelle unité de roulement qui, tout en limitant l’usure par friction, surmonte les inconvénients précités.
Selon un premier aspect, l’invention propose une unité de roulement spécialement destinée à être montée sur un arbre d’entraînement de roue de véhicule contre une pièce fonctionnelle adjacente également montée sur l’arbre d’entraînement, l’unité comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, l’une des bagues extérieure et intérieure étant dite mobile et l’autre des bagues extérieure et intérieure étant dite fixe, des corps roulants agencés dans un espace interne constitué entre la bague intérieure et la bague extérieure, un déflecteur capable de limiter les échanges entre l’espace interne et l’extérieur de l’unité de roulement, l’unité de roulement comprenant de plus une entretoise, s’étendant radialement et qui est positionnée contre une face axiale de la bague mobile de manière à se retrouver, en position d’utilisation, entre la face axiale de la bague mobile et une face axiale d’une pièce fonctionnelle adjacente, caractérisée en ce que l’entretoise est disjointe du déflecteur et se présente sous la forme d’une plaque plane s’étendant entre deux extrémités radiales libres.
Selon une réalisation, l’entretoise est réalisée dans un matériau résistant à l’usure par friction, en particulier un alliage de cuivre tel que le laiton ou un plastique.
Selon une réalisation, le déflecteur comprend une pièce fixe fixée sur la bague fixe et une pièce mobile fixée sur la bague mobile, la pièce fixe et la pièce mobile du déflecteur formant une chicane.
Selon une réalisation, la face axiale de la bague mobile comprend une encoche axiale formant logement pour l’entretoise, au moins une extrémité radiale libre de l’entretoise étant en appui radial dans l’encoche.
Selon une réalisation, l’entretoise est à l’écart de tout contact avec le déflecteur.
Selon une réalisation, l’entretoise est centrée radialement sur le déflecteur, une extrémité radiale de l’entretoise étant en appui sur le déflecteur.
Selon une réalisation, une face axiale de l’entretoise est en appui contre le déflecteur.
Selon une réalisation, le déflecteur comprend une gorge de centrage radial en appui d’une part sur une face axiale de l’entretoise et d’autre part sur une extrémité radiale libre de l’entretoise.
Selon une réalisation, l’entretoise est déposée sur la face axiale de la bague mobile par la technique de la projection à froid.
Selon un autre aspect, l’invention se rapporte à un assemblage comprenant une unité de roulement montée sur un arbre d’entraînement et comprenant une pièce fonctionnelle adjacente à l’unité de roulement et également montée sur l’arbre d’entraînement.
On décrit maintenant brièvement les figures des dessins.
La figure 1 est une vue de détail en coupe d’un assemblage comprenant un premier exemple de réalisation de l’unité de roulement selon l’invention et une pièce fonctionnelle adjacente, dans lequel l’entretoise est centrée sur le déflecteur.
La figure 2 est une vue de détail de la figure 1 au niveau de l’entretoise.
La figure 3 est une vue de détail en coupe d’un assemblage comprenant un deuxième exemple de réalisation de l’unité de roulement selon l’invention et une pièce fonctionnelle adjacente, dans lequel l’entretoise est centrée dans une encoche sur le déflecteur.
La figure 4 est une vue de détail de la figure 3.
La figure 5 est une vue de détail en coupe d’un assemblage comprenant un troisième exemple de réalisation de l’unité de roulement selon l’invention et une pièce fonctionnelle adjacente, dans lequel l’entretoise est centrée sur le déflecteur et est en contact axial avec le déflecteur.
La figure 6 est une vue de détail en coupe d’un assemblage comprenant un quatrième exemple de réalisation de l’unité de roulement selon l’invention et une pièce fonctionnelle adjacente, dans lequel l’entretoise est centrée sur la bague intérieure de l’unité de roulement.
La figure 7 est une vue de détail tridimensionnelle d’une unité de roulement selon le deuxième exemple, illustrant l’intégration de l’entretoise sur la bague intérieure.
Ci-après un exposé détaillé de plusieurs modes de réalisation de l’invention assorti d’exemples et de référence aux dessins.
La présente invention se rapporte aux roulements de tout type, mais trouve une application particulière dans le domaine du ferroviaire. En particulier, l’invention se rapporte aux roulements destinés à être placé sur un essieu ferroviaire, sur lequel les contraintes exercées sont importantes. Les roulements sont alors de préférence de type conique.
Une unité 1 de roulement selon l’invention est destinée à faire partie d’un assemblage ayant un axe principal A-A et comprenant non seulement l’unité 1 de roulement mais également une pièce 2 fonctionnelle adjacente. A titre d’exemple non limitatif, l’unité 1 de roulement peut être montée sur un arbre d’entraînement tel que celui d’une roue de véhicule ferroviaire.
Dans ce qui suit, le terme « axial », et ses dérivés se réfère conventionnellement à ce qui est sensiblement orienté dans la direction de l’axe principal A-A, tandis que le terme « radial » et ses dérivés, se réfère conventionnellement à ce qui est sensiblement perpendiculaire à l’axe principal A-A.
Par ailleurs, dans ce qui suit, les termes « intérieur », « interne », « extérieur » et « externe » ont des sens relatifs se rapportant à leur positionnement radial vis-à-vis de l’axe principal A-A ; la position « intérieure » ou « interne » désignant conventionnement une position radiale proche de ou orientée vers l’axe principal A-A tandis que la position « extérieure » ou « externe » désignant une position radiale éloignée de ou orientée à l’opposée de l’axe principal A-A. L’unité 1 de roulement comprend une bague 3 extérieure et une bague 4 intérieure formant entre elles un espace 5 interne. La bague 3 extérieure et la bague 4 intérieure sont généralement mobile l’une par rapport à l’autre autour d’un axe de rotation confondu avec l’axe principal A-A. A des fins de simplification, l’une de la bague 3 extérieure et de la bague 4 intérieure est dite fixe, tandis que l’autre de la bague 3 extérieure et de la bague 4 intérieure est dite mobile. Selon un exemple, qui est celui exposé ici de manière non limitative dans les modes de réalisation décrits ci-après, la bague 4 intérieure est fixée à un arbre en rotation par rapport à un bâti, la bague 3 extérieure étant fixe par rapport audit bâti. Par conséquent, selon l’exemple présenté ici, la bague 3 extérieure est dite fixe et la bague 4 intérieure est dite mobile. L’unité 1 de roulement comprend également des corps 6 roulants, agencés dans l’espace 5 interne. Chacun de ces corps roulants est mobile en rotation autour d’un axe de rotation B-B qui peut être parallèle à l’axe principal A-A, ou incliné comme présenté sur les figures. Le nombre de corps 6 roulants peut être pair ou impair, et les corps 6 roulants peuvent présenter plusieurs formes : cylindriques, coniques, etc. Une cage 7 formant des logements pour les corps roulants et aidant à leur maintien peut être installée entre la bague 3 extérieure et la bague 4 intérieure. L’unité 1 de roulement peut comporter en outre une matière lubrifiante (non représentée) dans l’espace 5 interne afin de diminuer les frottements des corps 6 roulants sur la bague 3 extérieure et la bague 4 intérieure. L’unité 1 de roulement comprend par ailleurs un déflecteur 8, formant moyens d’étanchéité, destinés à limiter, d’une part, les fuites de l’éventuelles matière lubrifiante vers l’extérieure de l’unité 1 de roulement et, d’autre part, les pénétrations de matière étrangère vers l’espace 5 interne de l’unité 1 de roulement qui détérioreraient les corps 6 roulants. L’unité 1 de roulement comprend également une entretoise 9 disjointe du déflecteur 8 et se présentant sous la forme d’une plaque plane, annulaire. Plus précisément, l’entretoise 9 comprend deux faces axiales opposées, une première face 9a étant en contact avec une face 4a axiale de la bague 4 mobile et une deuxième face 9b axiale étant en contact avec une face 2b axiale de la pièce 2 fonctionnelle adjacente. L’entretoise 9 s’étend radialement entre deux extrémités 9c, 9d radiales libres, une première extrémité 9c étant dite extérieure étant de diamètre supérieur à la deuxième extrémité 9d dite intérieure. Ainsi, l’extrémité 9c extérieure est tournée vers la bague 3 fixe et l’extrémité 9d intérieure est tournée vers l’axe A-A principal. L’entretoise 9 est réalisée dans un matériau résistant à l’usure par friction, en particulier un alliage de cuivre tel que le laiton ou un plastique.
Le déflecteur 8 est formé de deux éléments. Un premier élément 10 est dit fixe et est rigidement fixé à la bague 3 fixe. L’élément 10 fixe du déflecteur 8 comprend une première portion 10a axiale, fixée sur la bague 3 fixe dans l’espace 5 interne, une deuxième portion 10b radiale, s’étendant de la première portion 10a axiale vers la bague 4 mobile, et une troisième portion 10c radiale, prolongeant la deuxième portion 10b vers l’espace 5 interne. Avantageusement, la troisième portion 10c radiale comprend une extrémité 11 libre, faisant face à la face 4a axiale de la bague 4 mobile. Un deuxième élément 12 du déflecteur est dit mobile, et est fixé rigidement à la bague 4 mobile. L’élément 12 mobile comprend une première portion 12a axiale, fixée rigidement sur la bague 4 mobile, une deuxième portion 12b radiale s’étendant de la première portion 12a axiale vers l’axe A-A principal, et une troisième portion 12c axiale s’étendant de la deuxième portion 12b radiale jusqu’à une extrémité 13 libre, faisant face à la deuxième portion 10b radiale du premier élément 10 du déflecteur 8. Ainsi, la troisième portion 10c axiale du premier élément 10 se trouve entre une surface 2a radiale de la pièce 2 fonctionnelle adjacente et la troisième portion 12c axiale du deuxième élément 12 du déflecteur 8. Un premier jeu fonctionnel, radial, est formé entre la troisième portion 10c axiale du premier élément 10 et la troisième portion 12c axiale du deuxième élément 12 ; un deuxième jeu fonctionnel, radial, est formé entre la troisième portion 10c axiale du premier élément 10 et la surface 2a radiale de la pièce 2 fonctionnelle adjacente.
Les deux éléments 10, 12 du déflecteur 8 forment ainsi une chicane, les deux jeux fonctionnels étant adaptés aux particules à bloquer et/ou à laisser passer. Ainsi, le déflecteur 8 permet de limiter l’intrusion de particules polluantes dans l’espace 5 interne et/ou permettre la rétention de graisse dans le roulement (notamment un lubrifiant), entre l’espace 5 interne et l’extérieur de l’unité 1 de roulement.
Un premier mode de réalisation de l’unité 1 de roulement selon l’invention est illustré sur les figures 1 et 2.
Selon le premier mode de réalisation, la deuxième portion 12b du deuxième élément 12 du déflecteur 8 est en contact avec la face 4a axiale de la bague 4 mobile. L’entretoise 9 est à l’écart de tout contact avec le déflecteur 8. Plus précisément, la première extrémité 9c de l’entretoise 9 fait face à et est à distance de la troisième portion 12c du deuxième élément 12 du déflecteur 8. Ainsi, l’entretoise 9 est enserrée entre la face 4a axiale de la bague 4 mobile et la face 2b axiale de la pièce 2 fonctionnelle adjacente, et n’est en contact avec aucun autre élément.
Un deuxième mode de réalisation est illustré sur les figures 3 et 4, dans lequel l’entretoise 9 est centrée radialement sur le déflecteur 8. A cet effet, le deuxième élément 12 du déflecteur 8 est muni d’une gorge 14 sur la face de la deuxième portion 12b en vis-à-vis de l’extrémité 9c extérieure de l’entretoise 9. La gorge 14 s’étend radialement, de sorte que l’extrémité 9c extérieure de l’entretoise pénètre dans l’encoche. L’entretoise 9 est alors en contact avec le deuxième élément 12 du déflecteur 8 par son extrémité 9c extérieure et par sa deuxième face 9b axiale. Le déflecteur 8 permet ainsi de centrer radialement l’entretoise 9 par contact avec l’extrémité 9c extérieure, et participe également au blocage axial de l’entretoise 9 par contact avec la deuxième face 9b axiale.
Il devra être compris que l’invention n’est pas spécifiquement limitée qu mode de réalisation qui vient d’être décrit : en effet, il peut être envisagé des modes de réalisation avec et sans contact sur les faces 9b et/ou 9c. La présence d’un léger jeu peut même être préférable pour éviter toute déformation de l’entretoise 9.
Le jeu serait réalisé suffisamment faible pour que même dans les cas les plus défavorables (présentant tous les jeux concernés dans leurs positions extrêmes), le léger décentrage de l’entretoise assure quand même son maintien dans les gorges ou entre les pièces concernées.
Un léger jeu est d’ailleurs illustré en figure 4.
Un troisième mode de réalisation est illustré sur la figure 5, dans lequel l’entretoise 9 est également centrée radialement sur le déflecteur 8. Toutefois, à la différence du deuxième mode de réalisation, le déflecteur 8 ne comprend pas de gorge 14.
Ainsi, l’extrémité 9c extérieure de l’entretoise 9 est en contact avec la première portion 12a axiale du deuxième élément 12 du déflecteur 8, et la deuxième face 9b radiale de l’entretoise 9 est en contact avec la deuxième portion 12b radiale du deuxième élément 12 du déflecteur 8.
Selon ces trois modes de réalisation, l’entretoise 9 est montée sur l’unité 1 de roulement en fixant rigidement la première face 9a axiale de l’entretoise 9 sur la face 4a axiale de la bague mobile. La fixation peut être réalisée par soudage, par surmoulage ou par collage. Selon une réalisation préférée, l’entretoise 9 est formée sur la face 4a axiale de la bague par la technique de la projection à froid (connue aussi sous son nom anglais de Cold spray), dans laquelle le matériau de l’entretoise 9, sous forme de poudre, est chauffé, par exemple jusqu’à 1100¾ dans le cas d’une poudre métallique, mais sans fondre la poudre, et est projeté sous pression, par exemple environ 50 bars. La poudre se dépose alors que la face 4a axiale de la bague 4 mobile et y adhère sous l’effet de l’impact, formant une couche d’épaisseur et de localisation maîtrisées. La couche formant l’entretoise 9 ainsi obtenue présente des propriétés particulièrement adaptées à la résistance à l’usure par friction, parmi lesquelles on peut citer une faible porosité, une adhésion élevée, une faible rugosité.
Un quatrième mode de réalisation est présenté sur les figures 6 et 7, dans lequel l’entretoise 9 est centrée radialement sur la bague 4 mobile. Avantageusement, l’entretoise 9 est intégrée à la bague 4 mobile. A cet effet, la face 4a axiale de la bague 4 mobile comprend une encoche 15 formant un logement pour l’entretoise 9, c'est-à-dire que les extrémités 9c, 9d de l’entretoise 9 sont en appui contre les bords de l’encoche 15. De préférence, l’épaisseur de l’entretoise 9, c'est-à-dire sa dimension axiale, correspond à la profondeur de l’encoche 15. L’entretoise 9 est encastrée dans la bague 4 mobile. L’entretoise 9 de ce quatrième mode de réalisation est d’abord insérée à force dans l’encoche 15 (elle pourrait également être assemblée et maintenue par frettage, serrage ou dilatation thermique) de la bague 4 et se maintient en place lors des opérations ultérieures de montage de l’unité de roulement.
Ainsi, l’entretoise 9 se présente sous une forme très simple, et est fonctionnellement et physiquement indépendante du déflecteur 8. Le montage de l’unité 1 de roulement ainsi que la fabrication des éléments la composant sont simplifiés.
Aucune forme particulière de la pièce 2 fonctionnelle adjacente n’est requise, de sorte que l’unité 1 de roulement peut être adaptée à tout type d’assemblage.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Unité (1) de roulement spécialement destinée à être montée sur un arbre d’entraînement de roue de véhicule contre une pièce fonctionnelle adjacente également montée sur l’arbre d’entraînement, l’unité (1) comprenant une bague (3) extérieure, une bague (4) intérieure, l’une des bagues (3, 4) extérieure et intérieure étant dite mobile et l’autre des bagues (3, 4) extérieure et intérieure étant dite fixe, des corps roulants agencés dans un espace (5) interne constitué entre la bague (4) intérieure et la bague (3) extérieure, un déflecteur (8) capable de limiter les échanges entre l’espace (5) interne et l’extérieur de l’unité (1) de roulement, l’unité (1) de roulement comprenant de plus une entretoise (9), s’étendant radialement et qui est positionnée contre une face axiale de la bague mobile de manière à se retrouver, en position d’utilisation, entre la face axiale de la bague mobile et une face (2b) axiale d’une pièce (2) fonctionnelle adjacente, caractérisée en ce que l’entretoise (9) est disjointe du déflecteur (8) et se présente sous la forme d’une plaque plane s’étendant entre deux extrémités (9c, 9d) radiales libres.
  2. 2. Unité (1) de roulement selon la revendication 1, dans laquelle l’entretoise (9) est réalisée dans un matériau résistant à l’usure par friction, en particulier un alliage de cuivre tel que le laiton ou un plastique.
  3. 3. Unité (1) de roulement selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le déflecteur (8) comprend une pièce (10) fixe fixée sur la bague (3) fixe et une pièce (12) mobile fixée sur la bague (4) mobile, la pièce (10) fixe et la pièce (12) mobile du déflecteur (8) formant une chicane.
  4. 4. Unité (1) de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la face (4a) axiale de la bague (4) mobile comprend une encoche (15) axiale formant logement pour l’entretoise (9), au moins une extrémité (9c, 9d) radiale libre de l’entretoise (9) étant en appui radial dans l’encoche (15).
  5. 5. Unité (1) de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’entretoise (9) est à l’écart de tout contact avec le déflecteur (8).
  6. 6. Unité (1) de roulement selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle l’entretoise (9) est centrée radialement sur le déflecteur (8), une extrémité (9c) radiale de l’entretoise (9) étant en appui sur le déflecteur (8).
  7. 7. Unité (1) de roulement selon la revendication 6, dans laquelle une face (9b) axiale de l’entretoise (9) est en appui contre le déflecteur (8).
  8. 8. Unité (1) de roulement selon la revendication 7, dans laquelle le déflecteur (8) comprend une gorge (14) de centrage radial en appui d’une part sur une face (9b) axiale de l’entretoise (9) et d’autre part sur une extrémité (9c) radiale libre de l’entretoise (9).
  9. 9. Unité (1) de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’entretoise (9) est déposée sur la face (4a) axiale de la bague (4) mobile par la technique de la projection à froid.
  10. 10. Assemblage comprenant une unité (1) de roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes montée sur un arbre d’entraînement et comprenant une pièce (2) fonctionnelle adjacente à l’unité (1) de roulement et également montée sur l’arbre d’entraînement.
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