FR3069293A1 - Palier a roulement - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un palier à roulement comprenant un organe intérieur (1) et un organe extérieur (2) formant entre eux un espace de roulement présentant une ouverture externe (9) et une ouverture interne (10) formant entre elles un chemin de circulation au travers dudit espace, au moins une desdites ouvertures étant équipée d'un dispositif d'étanchéité comprenant une armature (11) solidaire d'un organe (1, 2), ladite armature étant agencée pour former au moins un passage (12) dans lequel le chemin de circulation débouche, le dispositif d'étanchéité comprenant un élément d'étanchéité (14) qui est monté relativement à l'armature (11) entre un état d'occultation au moins partiel des passages (12) et un état d'ouverture desdits passages, ledit élément d'étanchéité étant agencé pour pouvoir passer réversiblement d'un état à l'autre en fonction du sens de circulation d'un flux de fluide dans le chemin.

Description

L’invention concerne un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur formant entre eux un espace de roulement dans lequel est disposée au moins une rangée de corps roulants de sorte à permettre la rotation relative desdits organes autour d’un axe. L’invention concerne également un système de transmission d’un couple mécanique comprenant un carter dans lequel au moins un arbre est monté en rotation au moyen d’un tel palier à roulement.
En particulier, l’invention concerne des paliers à roulement de type conique dans lesquels des rouleaux coniques sont utilisés en relation avec des pistes de roulement tronconiques équipant un organe extérieur appelé cuvette et une organe intérieur appelé cône.
Ce type de palier, de par son aptitude à supporter des efforts radiaux et axiaux importants, trouve particulièrement son application pour le guidage en rotation d’un arbre de transmission d’un couple mécanique, notamment dans les boîtes de vitesses de véhicule automobile.
De façon avantageuse, le palier à roulement peut être conique de type inversé, dans lequel l’organe extérieur est équipé d’un collet de maintien des rouleaux dans l’espace de roulement, afin notamment de réduire le couple de traînée par rapport à un palier conventionnel dans lequel le collet serait formé sur l’organe intérieur.
L’espace de roulement présente une ouverture externe et une ouverture interne formant entre elles un chemin de circulation au travers dudit espace, un flux de lubrifiant pouvant être crée pour alimenter ledit espace le long du chemin de circulation. En particulier, dans une boîte de vitesses, le palier à roulement baigne dans un lubrifiant contenu dans un carter, un flux étant créé par le pompage qui est induit par la rotation dudit palier.
Toutefois, le flux de lubrifiant dépend alors de la vitesse de rotation puisque, à faible vitesse, le lubrifiant s’écoule naturellement dans l’espace de roulement et, à vitesse importante, le lubrifiant est pompé dans ledit espace ce qui génère un couple de traînée important.
Ce problème de couple est d’autant plus critique lorsque le lubrifiant est brassé à proximité des corps roulants, comme cela est le cas à l’interface entre les rouleaux coniques et le collet dans les paliers à roulement conique notamment inversé.
Pour tenter de résoudre ce problème, au moins une des ouvertures de l’espace de roulement peut être équipée d’un dispositif d’étanchéité comprenant une armature solidaire d’un organe. En particulier, l’armature peut être agencée pour former un déflecteur dans le chemin de circulation.
Pour être efficace, le déflecteur doit laisser un passage de dimension réduite afin de limiter le flux de lubrifiant entrant par l’ouverture dans l’espace de roulement. Toutefois, lorsque la vitesse de rotation est insuffisante pour générer un pompage significatif, le déflecteur induit une stagnation du lubrifiant dans l’espace de roulement, ce qui n’est pas souhaitable pour le couple de traînée lors d’une accélération ultérieure.
L’invention vise à perfectionner l’art antérieur en proposant notamment un palier à roulement équipé d’un dispositif d’étanchéité qui, en relation avec un flux de lubrifiant traversant l’espace de roulement, combine une bonne lubrification avec un couple de traîné réduit, et ce en particulier pour un palier à roulement conique inversé.
A cet effet, selon un premier aspect, l’invention propose un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur formant entre eux un espace de roulement dans lequel est disposée au moins une rangée de corps roulants de sorte à permettre la rotation relative desdits organes autour d’un axe, ledit espace présentant une ouverture externe et une ouverture interne formant entre elles un chemin de circulation au travers dudit espace, au moins une desdites ouvertures étant équipée d’un dispositif d’étanchéité comprenant une armature solidaire d’un organe, ladite armature étant agencée pour former au moins un passage dans lequel le chemin de circulation débouche, ledit dispositif d’étanchéité comprenant un élément d’étanchéité qui est monté relativement à l’armature entre un état d’occultation au moins partiel des passages et un état d’ouverture desdits passages, ledit élément d’étanchéité étant agencé pour pouvoir passer réversiblement d’un état à l’autre en fonction du sens de circulation d’un flux de fluide dans le chemin.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose un système de transmission d’un couple mécanique comprenant un carter dans lequel au moins un arbre est monté en rotation au moyen d’un tel palier à roulement, dans lequel un flux de lubrifiant est destiné à être crée pour alimenter l’espace de roulement le long du chemin de circulation, ledit flux étant agencé pour, en fonction de son sens de circulation, faire passer réversiblement l’élément d’étanchéité d’un état à l’autre.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation partielle en perspective coupée longitudinalement et partiellement écorchée d’un palier à roulement selon un mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 2a et 2b représentent en perspective respectivement l’élément d’étanchéité (figure 2a) et l’armature (figure 2b) du dispositif d’étanchéité équipant le palier de la figure 1 ;
- les figures 3a et 3b représentent en perspective partiellement écorchée le dispositif d’étanchéité équipant le palier de la figure 1, respectivement en état d’occultation (figure 3a) et d’ouverture (figure 3b) des passages ;
- les figures 4a et 4b représentent en perspective partiellement écorchée un dispositif d’étanchéité en état d’occultation, selon respectivement une variante de réalisation.
En relation avec les figures, on décrit ci-dessous un palier à roulement comprenant un organe intérieur 1 et un organe extérieur 2 formant entre eux un espace de roulement dans lequel est disposée au moins une rangée de corps roulants de sorte à permettre la rotation relative desdits organes autour d’un axe.
Plus précisément, chacun des organes extérieur 2 et intérieur 1 présente une piste annulaire de roulement définissant entre elles l’espace de roulement, chacune desdites pistes présentant une portée respectivement extérieure 4 et intérieure 5 s’étendant chacune entre un bord externe 4a, 5a et un bord interne 4b, 5b.
Dans la description, les termes « extérieur >> et « intérieur >> sont définis par rapport à l’axe de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. Les termes « axial >> et « radial >> sont également définis par rapport à l’axe, respectivement pour une direction suivant cet axe et s’éloignant ou se rapprochant de lui. S’agissant des termes « externe >> et « interne », ils sont définis en relation avec le figure 1, à savoir respectivement à gauche et à droite.
Dans le mode de réalisation représenté, les portées 4, 5 de roulement présentent chacune une géométrie tronconique sur laquelle des rouleaux coniques 3 sont en appui par l’intermédiaire de leur périphérie tronconique. En particulier, les bords internes 4b - respectivement 5b - de chacune des portées 4, 5 de roulement présentent un diamètre qui est inférieur à celui du bord externe 4a respectivement 5a - de ladite portée.
En outre, le bord externe 4a de la portée extérieure 4 est équipé d’un collet 6 présentant une portée radiale 7 de roulement sur laquelle les rouleaux coniques 3 sont en appui par l’intermédiaire de leur grande face latérale 3a.
Bien que la description soit faite en relation avec un tel palier à roulement conique inversé, l’invention n’est pas limitée à ce type de palier, tant relativement au type inversé qu’à la géométrie des corps roulants, ni plus généralement à la structure mécanique du palier à roulement.
De façon avantageuse, les paliers selon l’invention, de par leur aptitude à supporter des efforts radiaux et axiaux importants, trouvent particulièrement leur application pour le guidage en rotation d’un arbre de transmission d’un couple mécanique, notamment dans les boîtes de vitesses de véhicule automobile.
Ainsi, l’invention concerne également un système de transmission d’un couple mécanique comprenant un carter dans lequel au moins un arbre est monté en rotation au moyen d’un palier à roulement, ledit arbre étant notamment associé à l’organe intérieur 1 tournant et l’organe extérieur 2 étant immobilisé dans le carter.
En relation avec la figure 1, le collet 6 est sous la forme d’un épaulement annulaire de matière qui est réalisé sur le côté externe de l’organe extérieur 2, l’organe intérieur 1 étant dépourvu de collet en ce que sa portée de roulement 5 débouche de part et d’autre dudit organe.
Le collet 6 permet notamment le maintien des rouleaux coniques 3 dans l’espace de roulement, en particulier lorsque le palier est soumis à des charges axiales et/ou radiales. De façon avantageuse, la présence du collet 6 sur l’organe extérieur 2 induit, par rapport à un collet solidaire de l’organe intérieur 1, une vitesse de glissement dudit rouleau et donc un couple de traînée qui sont réduits.
De façon conventionnelle, le palier comprend une cage de rétention 8 qui est agencée pour assurer le maintien des rouleaux 3 dans l’espace de roulement conique lors de la rotation du palier. Pour ce faire, la cage de rétention 8 est notamment pourvue de cadres périphériques sur lesquels respectivement un rouleau 3 est retenu en pouvant tourner autour de son axe propre, suivant un angle prédéterminé par rapport à l’axe de roulement du palier.
En relation avec la figure 1, l’espace de roulement présente une ouverture externe 9 et une ouverture interne 10 formant entre elles un chemin de circulation au travers dudit espace. En particulier, dans un système de transmission d’un couple mécanique, un flux de lubrifiant est destiné à être crée pour alimenter l’espace de roulement le long du chemin de circulation.
Pour limiter ce flux de lubrifiant, au moins une des ouvertures 9, 10 est équipée d’un dispositif d’étanchéité comprenant une armature 11 solidaire d’un organe 1, 2, ladite armature étant agencée pour former au moins un passage 12 dans lequel le chemin de circulation débouche.
Dans le mode de réalisation représenté, l’ouverture interne 10 est équipée d’un dispositif d’étanchéité, ladite ouverture interne étant formée entre les bords internes 4b, 5b des portées 4, 5 de roulement. Plus précisément, l’organe extérieur 2 présente une paroi latérale 13 qui entoure l’ouverture interne 10, l’armature 11 étant associée à ladite paroi, notamment en n’augmentant sensiblement pas la dimension axiale du palier.
En variante non représentée, l’ouverture externe 9 peut être également équipée d’un dispositif d’étanchéité, bien que la maîtrise de la circulation du flux de lubrifiant du même côté que le collet 6 apparaisse moins critique que celle du côté opposé.
Le dispositif d’étanchéité comprend un élément d’étanchéité 14 qui est monté relativement à l’armature 11 entre un état d’occultation au moins partiel des passages 12 et un état d’ouverture desdits passages. De façon avantageuse, l’armature 11 est rigide, par exemple réalisée à base de tôle métallique éventuellement surmoulée d’élastomère ou en plastique, l’élément d’étanchéité 14 étant associé à ladite armature en étant réalisé à base d’un matériau souple, notamment de nature élastomère.
L’élément d’étanchéité 14 est agencé pour pouvoir passer réversiblement d’un état à l’autre en fonction du sens de circulation d’un flux de fluide dans le chemin. En particulier, le flux de lubrifiant dans le carter est agencé pour, en fonction de son sens de circulation, faire passer réversiblement l’élément d’étanchéité 14 d’un état à l’autre.
Ainsi, lorsque le sens de circulation du flux de lubrifiant dépend de la vitesse de rotation de l’arbre, l’élément d’étanchéité 14 permet d’obtenir :
- à faible vitesse, un débit nominal de lubrifiant sortant de l’espace de roulement par écoulement naturel, pour limiter son accumulation dans ledit espace ; et
- à haute vitesse, un débit réduit de lubrifiant dans l’espace de roulement pour limiter le couple de traînée.
En relation avec la figure 1, la cinématique du palier à roulement fait que, à faible vitesse, le flux de lubrifiant va depuis l’espace de roulement vers l’ouverture interne 10 pour sortir dudit espace, la présence du dispositif d’étanchéité en état d’ouverture permettant donc au lubrifiant de ne pas stagner dans ledit espace de roulement.
En outre, la rotation du palier induit un pompage de lubrifiant qui créé un flux depuis l’ouverture interne 10 vers le collet 6, la présence du dispositif d’étanchéité en état d’occultation permettant de limiter ledit flux au niveau de l’ouverture interne 10 afin de réduire le couple de brassage à l’interface entre les rouleaux 3 et ledit collet.
De façon générale, le dispositif d’étanchéité peut être avantageusement utilisé dans un palier à roulement dans lequel le lubrifiant est brassé à proximité des corps roulants, notamment à l’interface avec un organe 1, 2 et/ou la cage 8, et ce quelque soit la géométrie des corps roulants.
Selon des réalisations avantageuses, l’élément d’étanchéité 14 est déplaçable et/ou déformable par action du flux de fluide sur lui. En particulier, l’élément d’étanchéité 14 est placé coté interne de l’armature 11 pour pouvoir être plaqué sur - respectivement éloigné de - ladite armature par circulation du flux de fluide dans un sens, à savoir vers l’externe - respectivement dans l’autre sens, à savoir vers l’interne -.
Dans les modes de réalisation représentés, l’armature 11 présente une paroi annulaire 15 dans laquelle au moins un évidement 16 est formé pour définir au moins un passage 12. En particulier, l’armature 11 présente une portée annulaire extérieure 17 de fixation dans une rainure 18 de la paroi 13 de l’organe extérieur 2, ladite portée entourant extérieurement la paroi annulaire 15.
L’élément d’étanchéité 14 présente un corps annulaire 19 de géométrie analogue à celle de la paroi 15 de l’armature 11, ledit corps étant disposé par rapport à ladite paroi pour pouvoir respectivement occulter au moins partiellement et ouvrir les évidements 16. En particulier, l’élément d’étanchéité 14 est associé à l’armature 11 en périphérie de la paroi annulaire 15, notamment au niveau de la portée 17, ledit élément se déplaçant en rotation ou en fléchissement autour de ladite périphérie entre ses états d’occultation (figures 3a) et d’ouverture (figure 3b).
De façon avantageuse relativement au déplacement de l’élément d’étanchéité 14, le corps annulaire 19 présente des encoches radiales 20 formant entre elles des volets 21 qui sont disposés chacun en regard d’un évidement 16. Ainsi, les volets 21 peuvent se soulever de façon indépendante en état d’ouverture par rotation ou fléchissement autour de leur bord extérieur 22.
En relation avec les figures 1 à 3, au moins un évidement 16 débouche dans un diamètre intérieur de la paroi annulaire 15. Plus précisément, le bord intérieur de l’armature 11 présente des évidements 16 en demi-cercle qui sont répartis angulairement autour de la paroi annulaire 15. En variante, au moins un évidement peut déboucher dans un diamètre extérieur de la paroi annulaire 15.
En variante représentée sur les figures 4, au moins un évidement 16 peut être inscrit dans la paroi annulaire 15. En particulier, des évidements 16 circulaires (figure 4a) ou oblongs (figures 4b) peuvent être répartis angulairement dans la paroi annulaire 15.
Dans toutes ces réalisations, le nombre, la géométrie et la répartition des évidements 16 sont agencés pour pouvoir maîtriser le flux de lubrifiant entre un débit nominal assurant une bonne lubrification, notamment à vitesse réduite, et un débit réduit limitant le couple de traînée, notamment à vitesse élevée.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS
    1. Palier à roulement comprenant un organe intérieur (1 ) et un organe extérieur (2) formant entre eux un espace de roulement dans lequel est disposée au moins une rangée de corps roulants de sorte à permettre la rotation relative desdits organes autour d’un axe, ledit espace présentant une ouverture externe (9) et une ouverture interne (10) formant entre elles un chemin de circulation au travers dudit espace, au moins une desdites ouvertures étant équipée d’un dispositif d’étanchéité comprenant une armature (11) solidaire d’un organe (1, 2), ladite armature étant agencée pour former au moins un passage (12) dans lequel le chemin de circulation débouche, ledit palier étant caractérisé en ce que le dispositif d’étanchéité comprend un élément d’étanchéité (14) qui est monté relativement à l’armature (11) entre un état d’occultation au moins partiel des passages (12) et un état d’ouverture desdits passages, ledit élément d’étanchéité étant agencé pour pouvoir passer réversiblement d’un état à l’autre en fonction du sens de circulation d’un flux de fluide dans le chemin.
  2. 2. Palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (14) est déplaçable et/ou déformable par action du flux de fluide sur lui.
  3. 3. Palier à roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (14) est plaqué sur - respectivement éloigné de - l’armature (11) par circulation du flux de fluide dans un sens - respectivement dans l’autre sens
  4. 4. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (14) est associé à l’armature (11).
  5. 5. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (14) est réalisé à base d’un matériau souple, notamment de nature élastomère.
  6. 6. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’armature (11) présente une paroi annulaire (15) dans laquelle au moins un évidement (16) est formé pour définir au moins un passage (12).
  7. 7. Palier à roulement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (14) présente un corps annulaire (19) de géométrie analogue à celle de la paroi (15) de l’armature (11), ledit corps étant disposé par rapport à ladite paroi pour pouvoir respectivement occulter et ouvrir les passages (12).
  8. 8. Palier à roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps annulaire (19) présente des encoches radiales (20) formant entre elles des volets (21 ) qui sont disposés chacun en regard d’un passage (12).
  9. 9. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (14) est associé à l’armature (11 ) en périphérie de la paroi annulaire (15).
  10. 10. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l’armature (11) présente une portée (17) de fixation à l’organe (1,2), ladite portée entourant la paroi annulaire (15).
  11. 11. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu’au moins un évidement (16) débouche dans un diamètre de la paroi annulaire (15).
  12. 12. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu’au moins un évidement (16) est inscrit dans la paroi annulaire (15).
  13. 13. Palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chacun des organes extérieur (2) et intérieur (1) présente une piste annulaire de roulement définissant entre elles l’espace de roulement, chacune desdites pistes présentant une portée respectivement extérieure (4) et intérieure (5) s’étendant chacune entre un bord externe (4a, 5a) et un bord interne (4b, 5b) en présentant une géométrie tronconique sur laquelle des rouleaux coniques (3) sont en appui par l’intermédiaire de leur périphérie tronconique, le bord externe (4a) de la portée extérieure (4) étant équipé d’un collet (6) présentant une portée radiale (7) de roulement sur laquelle les rouleaux coniques (3) sont en appui par l’intermédiaire d’une face latérale (3a).
  14. 14. Palier à roulement selon la revendication 13, caractérisé en ce que le bord interne (4b) de la portée extérieure (4) présente un diamètre qui est inférieur à celui du bord externe (4a) de ladite portée.
  15. 15. Palier à roulement selon l’une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l’ouverture interne (10) est équipée d’un dispositif d’étanchéité dont l’armature (11) est associée à l’organe extérieur (2).
  16. 16. Palier à roulement selon la revendication 15, caractérisé en ce que l’organe extérieur (2) présente une paroi latérale (13) qui entoure l’ouverture interne (10), l’armature (11) étant associée à ladite paroi.
  17. 17. Système de transmission d’un couple mécanique comprenant un carter dans lequel au moins un arbre est monté en rotation au moyen d’un palier à roulement selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel un flux de lubrifiant est destiné à être crée pour alimenter l’espace de roulement le long du chemin de circulation, ledit flux étant agencé pour, en fonction de son sens de circulation, faire passer réversiblement l’élément d’étanchéité (14) d’un état à l’autre.
  18. 18. Système de transmission selon la revendication 17, caractérisé en ce que le sens de circulation du flux de lubrifiant dépend de la vitesse de rotation de l’arbre.
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DE3236636A1 (de) * 1982-10-04 1984-04-05 FAG Kugelfischer Georg Schäfer KGaA, 8720 Schweinfurt Dichtung, insbesondere fuer waelzlager
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US20090084632A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Lubrication mechanism for bearing
DE102010010505A1 (de) * 2010-03-06 2011-09-08 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Radialwälzlager

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