FR3072741A1 - Rotule - Google Patents

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Abstract

Rotule (10) comprenant une bague intérieure (20) et une bague extérieure (30) d'axe longitudinal (A1), de largeur (L) et réalisée en matériau céramique, la bague intérieure (20) comprenant une surface extérieure (21) sphérique tronquée, la bague extérieure (30) comprenant une surface intérieure (32) concave et en regard de la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20), ainsi qu'une surface extérieure (31) et deux parois latérales (33) reliant les surfaces intérieure (32) et extérieure (31), la bague extérieure (30) étant en outre symétrique par rapport à un plan médian (P) perpendiculaire à son axe longitudinal (A1). Au moins lorsque la rotule n'est soumise à aucune charge, il existe un espace libre entre la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20) et la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30), de sorte à définir une distance radiale (Y) entre un point de la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30) et la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20), ladite distance radiale (Y) étant mesurée suivant une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal (A1) de la bague extérieure (30).

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne une rotule, en particulier une rotule radiale.
ART ANTERIEUR
Traditionellement, une rotule est constituée d’une bague extérieure et d’une bague intérieure, les deux bagues étant aptes à rotuler l’une par rapport à l’autre, et ces bagues sont en matériaux métalliques. La rotule est installée dans un logement et est portée par un arbre.
Il est connu, toujours afin de réduire le poids des bagues, d’utiliser un matériau céramique pour constituer l’une au moins des deux bagues. C’est le cas par exemple dans JP H4-30541 1.
Cependant, les matériaux céramiques sont fragiles et beaucoup moins enclins que les matériaux métalliques aux déformations élastiques et plastiques.
Par conséquence, des améliorations sont possibles.
RESUME DE L’INVENTION
L’objet de l’invention est de fournir une rotule comprenant une bague intérieure et une bague extérieure en matériau céramique, d’une certaine largeur L et possédant un axe longitudinal. La bague intérieure comprend une surface extérieure sphérique tronquée de rayon R, et la bague extérieure comprend une surface intérieure concave et en regard de la surface extérieure de la bague intérieure. La bague extérieure comprend également une surface extérieure et deux parois latérales reliant ses surfaces intérieure et extérieure. La bague extérieure est symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à son axe longitudinal.
Selon l’invention, lorsque la rotule n’est soumise à aucune charge, il existe un espace libre entre la surface extérieure de la bague intérieure et la surface intérieure de la bague extérieure, de sorte à définir une distance radiale entre un point de la surface intérieure de la bague extérieure et la surface extérieure de la bague intérieure, ladite distance radiale étant mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal de la bague extérieure.
Grâce à l’invention, la capacité de charge de la rotule est augmentée par rapport à une rotule dont la surface intérieure de la bague extérieure est strictement sphérique et en conformité de forme avec la surface extérieure sphérique de la bague intérieure.
De plus, grâce à l’invention, en cas de fort chargement de la rotule ou en cas de flexion élevée de l’arbre sur lequel la rotule est destinée à être montée et/ou du logement dans lequel la rotule est destinée à être monté, le phénomène de concentration de contraintes de bord est évité au niveau des portions d’extrémités de la surface intérieure de la bague extérieure. Ceci permet d’éviter d’endommager la bague extérieure en matériau céramique.
Selon d’autres aspects de l’invention qui sont avantageux mais pas obligatoires, une telle rotule peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
- la distance radiale d’un point de la surface intérieure de la bague extérieure augmente de façon continue lorsque l’on s’éloigne du plan médian de la bague extérieure;
- pour tout point de la surface intérieure de la bague extérieure, sa distance axiale X et sa distance radiale Y sont reliées par l’équation suivante :
Y= - K x ln[ 1 -(2X/L)2] où K est une constante prédéterminée et où la distance axiale X est mesurée à partir du plan médian de la bague extérieure, et suivant une direction parallèle à l’axe longitudinal;
- la rotule comprend également un tissu autolubrifiant interposé entre la surface intérieure de la bague extérieure et la surface extérieure de la bague intérieure;
- le tissu autolubrifiant est fixé sur la surface intérieure de la bague extérieure par collage ou polymérisation ou surmoulage ;
- la bague intérieure est réalisée en matériau céramique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L’invention va maintenant être expliquée à l’aide des dessins annexés, à titre d’exemple, sans aucune restriction quant à l’objet de l’invention. Dans les dessins annexés:
- Figure 1 est une vue en perspective d’un premier mode de réalisation d’une rotule selon l’invention ;
- Figure 2 est une vue en section longitudinale de la rotule de la figure 1 suivant l’axe A1 de sa bague intérieure, en service;
- Figure 3 est une vue agrandie d’une partie de la rotule des figures 1 et 2 ;
- Figure 4 est une vue détaillée de la géométrie des bagues intérieure extérieure de la rotule des figures 1 à 3;
- Figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation d’une rotule selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION
Dans la présente demande, les termes intérieur, intérieure, extérieur et extérieure sont associés à des éléments suivant une direction radiale. Par exemple, une surface intérieure signifie une surface radialement intérieure.
Les figures 1 à 4 illustrent une rotule 10 comprenant une bague intérieure 20 et une bague extérieure 30.
La bague extérieure 30, d’axe longitudinal A1, présente une surface extérieure 31 cylindrique et une surface intérieure 32 concave se raccordant à la surface extérieure 31 par deux parois latérales 33. La bague extérieure 30 est monobloc. La bague extérieure 30 est disposée en service, au niveau de sa surface extérieure 31, contre la périphérie intérieure cylindrique d’un logement 50.
La bague extérieure 30 est monobloc est possède une largeur L, mesurée suivant son axe longitudinal A1.
La bague extérieure 30 est réalisée en matériau céramique, par exemple en nitrure de silicium. La bague extérieure 30 est avantageusement obtenue par un procédé de frittage de poudre céramique, ce qui permet de minimiser la quantité de matière céramique employée.
La bague intérieure 20 est monobloc et présente une surface extérieure 21 sphérique tronquée de rayon R. La bague intérieure 20 présente également une surface intérieure 22 reliée à la surface extérieure 21 par deux parois latérales 23. La bague intérieure 20 est disposée en service, au niveau de sa surface intérieure 22, contre une périphérie extérieure cylindrique d’un arbre 60.
La bague intérieure 20 possède une largeur, mesurée suivant son axe longitudinal, supérieure à la largeur L de la bague extérieure 30. Cela permet d’utiliser toute la surface intérieure 32 concave de la bague extérieure 30 lorsque la bague intérieure 20 rotule par rapport à la bague extérieure 30.
La bague intérieure 20 est réalisée en un matériau choisi suivant les besoins de l’application. Ce matériau peut être métallique, par exemple en acier, bronze, alliage de titane, ou alliage de nickel. Dans le cas où l’on cherche à encore réduire la masse de la rotule, la bague intérieure 20 est elle aussi réalisée en matériau céramique, par exemple également en nitrure de silicium.
La bague extérieure 30 est symétrique par rapport à son axe longitudinal A1. La bague extérieure 30 est également symétrique par rapport à un plan médian P qui est perpendiculaire à l’axe A1.
La surface intérieure 32 de la bague extérieure 30 est concave et est située en regard de la surface extérieure 21 de la bague intérieure 20.
Au moins lorsque la rotule n’est soumise à aucune charge, il existe un espace libre entre la surface extérieure 21 de la bague intérieure 20 et la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30.
Lorsque la rotule est fortement chargée, l’arbre 60 fléchit et la bague intérieure 20 se déforme, de sorte que l’espace libre entre les bagues intérieure 20 et extérieure 30 se réduit, pouvant même aller jusqu’à s’annuler.
On définit par Y la distance radiale entre la surface extérieure 21 de la bague intérieure et la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30. Cette distance radiale Y est mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe A1 de la bague extérieure 30.
La distance radiale Y augmente de façon continue lorsque l’on s’éloigne du plan médian P, autrement dit lorsque l’on se rapproche des faces latérales 33 de la bague extérieure 30.
La distance radiale Y peut donc également être définie comme la distance radiale entre un point de la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30 et la surface extérieure 21 de la bague intérieure 20.
On définit par X la distance axiale d’un point situé sur la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30, mesurée à partir du plan médian P de la bague extérieure 30 et suivant une direction parallèle à l’axe longitudinal A1 de la bague extérieure 30.
Avantageusement, pour tout point de la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30, sa distance axiale X et sa distance radiale Y sont reliées par l’équation suivante :
Y = - K x ln[ 1 -(2X/L)2] où K est une constante prédéterminée.
La constante K est un nombre traduisant directement l’espacement entre l’arbre 60 et la bague intérieure 20. De plus, la constante K est liée à la flèche de l’arbre sous chargement, de sorte que plus il est prévu une flexion de l’arbre 60 importante, plus la valeur de K doit être choisie élevée, afin de garantir une répartition la plus uniforme possible des pressions de contact au niveau de la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30.
De plus, plus la valeur de R est grande, plus la valeur de K doit l’être également.
Egalement, plus la largeur L de la bague extérieure 30 se rapproche de la largeur de la bague intérieure 20, plus la valeur de K doit être faible.
La valeur de la constante K est choisie entre 0.5 et 0.001.
A titre d’exemple, pour une rotule 10 dont la bague intérieure 20 présente une largeur de 30 mm et un diamètre d’alésage dans la partie centrale 24 de 20 mm, et dont la largeur L de la bague extérieure 30 est de 20 mm, il a été déterminée que la valeur K=0.01 est pleinement satisfaisante et permet de garantir l’intégrité physique de la rotule soumise à une charge radiale dont l’amplitude est du même ordre de grandeur que la valeur de la charge de base dynamique (valeur catalogue) de la rotule.
Par ailleurs, la valeur maximale de Y est atteinte lorsque X= L/2, c’est-à-dire pour tout point situé à la jonction entre la surface intérieure 32 et chacune des deux faces latérales 23. La distance radiale Y est supérieure au rayon R d’une valeur comprise entre 10 microns et 1 mm.
Grâce à l’invention, la capacité de charge de la rotule est augmentée par rapport à une rotule dont la surface intérieure de la bague extérieure est strictement sphérique.
De plus, grâce à l’invention, en cas de fort chargement de la rotule ou en cas de flexion de l’arbre et/ou du logement, le phénomène de concentration de contraintes de bord est évité au niveau de la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30. Ceci permet d’éviter la rupture partielle ou totale de la bague extérieure 30 en matériau céramique.
La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation de l’invention, les éléments identiques à ceux du premier mode de réalisation des figures 1 à 4 précédemment décrit portant les mêmes références. Ce deuxième mode diffère du premier mode de réalisation de la figure 1 en ce qu’un tissu autolubrifiant 40 est interposé entre la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30 et la surface extérieure 21 de la bague intérieure 20. Un tel tissu autolubrifiant est connu de l’art antérieur, par exemple par EP-A-2 955 400.
Le tissu autolubrifiant 40 est annulaire et comprend une surface extérieure 41 en contact avec toute la surface intérieure 22 de la bague intérieure 20.
Le tissu autolubrifiant 40 comprend également une surface intérieure 42 conçue pour être en contact en service avec tout ou partie de la surface extérieure 21 tronquée sphérique de la bague intérieure 20.
Le tissu autolubrifiant 40 permet d’assurer un rotulage efficace de la bague intérieure 20 par rapport à la bague extérieure 30, en minimisant les forces de frottement.
De préférence, le tissu autolubrifiant est fixé sur la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30, par exemple par collage ou polymérisation ou surmoulage.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention (non illustré), la bague intérieure 20 est constituée de deux éléments, tel qu’il est connu de l’art antérieur par exemple par FR-A-2 770 597.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention (non illustré), la bague intérieure 20 est constituée de trois éléments, tel qu’il est connu de l’art antérieur par exemple par EP-A-2 963 304.
De plus, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation de l’invention peuvent, entièrement ou en partie, être combinées entre elles. Ainsi, la rotule peut être adaptée aux besoins spécifiques de l’application pour laquelle elle est destiné à être utilisée.
NOMENCLATURE
A1 axe
L largeur
P plan médian
R rayon
Y distance radiale
X distance axiale
K constante prédéterminée
0 rotule bague intérieure surface extérieure surface intérieure paroi latérale bague extérieure surface extérieure surface intérieure paroi latérale tissu autolubrifiant surface extérieure surface intérieure logement arbre

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Rotule (10) comprenant une bague intérieure (20) et une bague extérieure (30) d’axe longitudinal (A1), de largeur (L) et réalisée en matériau céramique, la bague intérieure (20) comprenant une surface extérieure (21) sphérique tronquée, la bague extérieure (30) comprenant une surface intérieure (32) concave et en regard de la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20), ainsi qu’une surface extérieure (31) et deux parois latérales (33) reliant les surfaces intérieure (32) et extérieure (31), la bague extérieure (30) étant en outre symétrique par rapport à un plan médian (P) perpendiculaire à son axe longitudinal (A1), caractérisée en ce que au moins lorsque la rotule n’est soumise à aucune charge, il existe un espace libre entre la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20) et la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30), de sorte à définir une distance radiale (Y) entre un point de la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30) et la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20), ladite distance radiale (Y) étant mesurée suivant une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal (A1) de la bague extérieure (30).
  2. 2. Rotule (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance radiale (Y) d’un point de la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30) augmente de façon continue lorsque l’on s’éloigne du plan médian (P) de la bague extérieure (30).
  3. 3. Rotule (10) suivant l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que pour tout point de la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30), sa distance axiale (X) et sa distance radiale (Y) sont reliées par l’équation suivante :
    Y= - Kx ln[ 1 -(2X/L)2] où K est une constante prédéterminée et où la distance axiale (X) est mesurée à partir du plan médian (P) de la bague extérieure (30) et suivant une direction parallèle à l’axe (A1) de la bague extérieure (30).
  4. 4. Rotule (10) suivant l’une de revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend également un palier autolubrifiant (40) interposé entre la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30) et la surface extérieure (21) de la bague intérieure (20).
  5. 5. Rotule (10) suivant l’une de revendications précédentes, caractérisée en ce que le tissu autolubrifiant (40) est fixé sur la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30), par collage ou polymérisation ou surmoulage.
  6. 10 6. Rotule (10) suivant l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague intérieure (20) est réalisée en matériau céramique.
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