FR3104716A1 - Méthode de détection du décalage angulaire entre une bague de roulement et un corps creux tournant en prise l’un dans l’autre - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une méthode de détection du décalage angulaire entre une bague de roulement (16) et un corps creux (10) en prise l’un dans l’autre, ladite bague de roulement (16) étant adaptée à coopérer avec une autre bague de roulement (34) et des éléments roulants (32), ladite autre bague de roulement (34) coopérant avec un autre corps (36). La méthode comprend les étapes suivantes : on soumet localement ladite une bague de roulement (16) à un champ magnétique de façon à imprimer une aimantation rémanente dans une zone ponctuelle (24, 26) ; on porte un repère (30) sur ledit un corps creux (10) ; on enregistre la période de rotation de ladite zone ponctuelle (24, 26), et on enregistre simultanément, la période de rotation dudit repère (30), lorsque ledit un corps creux (10) est entraîné en rotation; et, on détecte un décalage angulaire lorsque lesdites périodes sont différentes. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention se rapporte à une méthode de détection du décalage angulaire entre une bague de roulement et un corps creux tournant en prise avec ladite bague de roulement.
Des assemblages connus comprennent un moyeu guidé en rotation à l’extérieur d’un arbre par l’intermédiaire de roulements. Un roulement comporte deux bagues concentriques, une bague extérieure adaptée à prendre appui dans le moyeu et une bague intérieure recevant l’arbre. Entre les deux bagues, des éléments roulants, par exemple des billes ou des rouleaux, sont maintenus par l’intermédiaire d’une cage et ils permettent le guidage en rotation d’une bague par rapport à l’autre, avec très peu de frottement.
Lorsque le moyeu est entraîné en rotation par rapport à l’arbre, alors, la bague extérieure est en prise à l’intérieur du moyeu, tandis que la bague intérieure est, usuellement, fixe par rapport à l’arbre. Pour ce faire, la bague extérieure est frettée à l’intérieur du moyeu. Autrement dit, elle est ajustée selon un procédé de frettage, ou le moyeu est par exemple préalablement chauffé pour pouvoir être monté à force sur la bague extérieure, puis ensuite refroidi de manière à ce que ladite bague soit enserrée à l’intérieur du moyeu pour y être en prise.
Ainsi, la pression de contact radial entre la bague extérieure et le moyeu est suffisante pour empêcher tout glissement de l’un par rapport à l’autre quelles que soient les conditions de charge.
Néanmoins, un tel ajustement requiert un parfait usinage du moyeu et de la bague ainsi qu’un protocole d’apport d’énergie thermique précis. Or, ces conditions ne sont pas toujours remplies et la conséquence en est parfois le glissement de la bague extérieure par rapport au moyeu. Partant, les conditions de fonctionnement du roulement sont défectueuses et conduisent à un abaissement de sa durée de vie.
Aussi, il est recherché des solutions pour mesurer ce possible glissement de la bague par rapport au moyeu. Or, dans les conditions de mise en œuvre de l’assemblage, si la rotation du moyeu est aisément contrôlable, cela n’est pas le cas de la bague extérieure du roulement qui, elle, est totalement masquée dans l’assemblage.
Partant, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une méthode de détection du décalage angulaire entre la bague de roulement et le moyeu. On observera que ce même problème se pose lorsque l’arbre est en prise avec la bague intérieure, tandis que la bague extérieure est libre en rotation vis-à-vis du moyeu, et que c’est l’arbre qui est entraîné en rotation par rapport au moyeu.
Dans ce but, il est proposé une méthode de détection du décalage angulaire entre une bague de roulement et un corps creux en prise avec ladite bague de roulement, ladite bague de roulement étant adaptée à coopérer avec une autre bague de roulement et des éléments roulants engagés entre les deux bagues de roulement montées l’une dans l’autre de manière concentrique, ladite autre bague de roulement coopérant avec un autre corps coaxial audit un corps creux, de manière à pouvoir entraîner ledit un corps creux en rotation par rapport audit autre corps. La méthode de détection comprend les étapes suivantes: on soumet localement ladite une bague de roulement à un champ magnétique de façon à imprimer une aimantation rémanente dans une zone ponctuelle de ladite bague de roulement; on porte un repère sur ledit un corps creux; on enregistre, à travers ledit un corps creux, un premier signal périodique de rotation de ladite zone ponctuelle, et on enregistre simultanément, un second signal périodique de rotation dudit repère, lorsque ledit un corps creux est entraîné en rotation par rapport audit autre corps; on mesure le déphasage entre lesdits premier et second signaux; et, on détecte un décalage angulaire lorsque ledit déphasage varie.
Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise en œuvre d’un repère magnétique sur la bague de roulement. Et ce repère magnétique est réalisé en soumettant localement la bague à un champ magnétique par l’intermédiaire d’un aimant permanent ou d’un électroaimant par exemple. De la sorte on obtient une aimantation rémanente dans une zone ponctuelle de la bague. Et cette aimantation rémanente est non seulement durable, mais aussi, elle est suffisamment importante pour pouvoir être détectée au moyen d’une sonde magnétique que l’on détaillera ci-après, à travers le corps creux. Plus précisément, l’aimantation rémanente est détectée par la sonde magnétique à travers la paroi du corps creux. On peut alors enregistrer un premier signal périodique de rotation de la bague de roulement dont on mesure les caractéristiques habituelles d’un signal périodique, et notamment, la période.
Le repère sur ledit corps creux permet également d’enregistrer un second signal périodique de rotation du corps creux dont on mesure également la période, et dont on peut également évaluer le déphasage par rapport au premier signal périodique, et ce, en fonction du temps. On comprend alors bien, que lorsque la valeur du déphasage évolue dans le temps, il y a bien décalage angulaire entre la bague et le corps creux.
Aussi, on fournit en outre, en tant que sonde magnétique, un magnétomètre pour pouvoir enregistrer ledit premier signal périodique de rotation de ladite zone ponctuelle à travers ledit un corps creux. Autrement dit, en portant le magnétomètre à l’opposé de la bague par rapport à la paroi du corps creux, on détecte un signal pour chaque tour complet de la bague de roulement, et ce premier signal périodique présente un extremum, correspondant à l’instant où la zone ponctuelle aimantée vient au droit du magnétomètre.
Préférentiellement, ladite une bague est réalisée dans un matériau ferromagnétique. De la sorte, l’aimantation rémanente est plus prononcée en comparaison avec d’autres matériaux.
En outre, ledit un corps creux est lui réalisé dans un matériau paramagnétique ou diamagnétique. Ainsi, l’aimantation de la bague peut être réalisée lorsque celle-ci est déjà montée sur le corps creux. Et surtout, le corps creux ne vient pas perturber la sensibilité de la sonde magnétique lorsque la zone ponctuelle aimantée de la bague vient à son droit à chaque tour.
Selon un autre mode de mise en œuvre de l’invention, on soumet localement ladite une bague de roulement à un champ magnétique orienté vers le centre de ladite bague de façon à imprimer une première aimantation rémanente dans une zone ponctuelle de ladite bague, et dans une position diamétralement opposée à ladite zone ponctuelle, on soumet localement ladite une bague de roulement à un champ magnétique orienté à l’opposé du centre de ladite bague. Autrement dit, à chaque demi-tour de bague de roulement, la sonde magnétique enregistrera un signal opposé. De la sorte, l’amplitude des signaux entre minimum et maximum sera amplifiée et, partant, les caractéristiques du premier signal périodique et en particulier le déphasage par rapport au second signal périodique, seront plus aisés à identifier et à mesurer.
Aussi, selon encore un autre mode de mise en œuvre de l’invention, on soumet la bague à des aimantations dans n zones, par exemple six zones, espacées successivement d’un angle de 360°/n, de manière à obtenir une aimantation rémanente dans ces n zones. De plus, les polarités d’aimantation des zones sont successivement alternées. Si on introduit une légère irrégularité, dans la position angulaire des zones d’aimantation, alors on peut ainsi caractériser le sens de rotation.
Selon une première variante de réalisation, ladite une bague de roulement est préférentiellement une bague extérieure, tandis que ladite autre bague est une bague intérieure. Partant, la bague extérieure est engagée à l’intérieur d’un moyeu formant corps creux et dans lequel elle vient en prise. Et la sonde magnétique est installée à l’extérieur du corps creux. C’est alors le corps creux qui est entraîné en rotation par rapport à l’arbre.
Selon une seconde variante de réalisation, ladite une bague de roulement est une bague intérieure, tandis que ladite autre bague est une bague extérieure. Ainsi, l’arbre est avantageusement monté en prise à l’intérieur de la bague intérieure. L’arbre est alors le corps creux et il reçoit à l’intérieur la sonde magnétique. Autrement dit, ladite bague intérieure est montée en prise à l’extérieure dudit un corps creux. C’est alors l’arbre qui est entraîné en rotation par rapport au moyeu.
Selon une caractéristique avantageuse, on porte un repère mécanique sur ledit corps creux. De la sorte, il est aisé par exemple d’enregistrer le second signal périodique de rotation du corps creux au moyen d’un dispositif mécanique, et partant, de mesurer le déphasage avec le premier signal.
Aussi, selon un mode préférentiel de mise en œuvre, le second signal de rotation du corps creux est enregistré au moyen d’un compte tour fonctionnant par contact. Selon un autre mode de mise en œuvre, ce second signal de rotation du corps creux est mesuré grâce à des moyens optiques. Il peut également l’être grâce à d’autres moyens mécaniques, magnétiques ou encore électromagnétiques.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
est une vue schématique en coupe axiale partielle d’un élément de mise en œuvre de l’invention;
est une vueschématique en coupe axiale des éléments de mise en œuvre de l’invention ;
est un graphique montrant les résultats de la méthode de détection selon l’invention; et,
est un organigramme des étapes de mise en œuvre de la méthode selon l’invention.
La Figure 1 montre schématiquement en coupe axiale et partiellement, un moyeu 10 d’axe de symétrie A et présentant une extrémité 12 à l’intérieur de laquelle un décolletage interne 13 a permis de faire apparaître un épaulement interne 14. Le moyeu 10 est, selon l’exemple décrit ici, réalisé en aluminium soit un matériau de faible susceptibilité magnétique, et plus précisément, paramagnétique. Le moyeu peut également être réalisé en titane. D’autres matériaux paramagnétiques peuvent être envisagés ou des matériaux diamagnétiques, comme le cuivre pour certaines applications. Ainsi, et selon une première étape 15 repérée sur l’organigramme de la figure , une bague de roulement extérieure 16 en acier a été insérée à l’intérieur de l’extrémité 12 du moyeu 10 jusqu’à venir en appui contre l’épaulement interne 14. Aussi, la bague de roulement extérieure 16 présente un chemin de roulement extérieur conique 18. On observera que l’acier est un matériau ferromagnétique.
Selon le mode de mise en œuvre décrit ici, et conformément à la première étape 15, la bague de roulement extérieure 16 a été insérée par frettage à l’intérieur du décolletage 13. Ce mode de liaison permet de lier en rotation la bague de roulement extérieure 16 et le moyeu 10, la bague de roulement extérieure venant à force en appui radial contre la paroi du décolletage 13.
Pour ce faire, on apporte de l’énergie thermique à l’extrémité 12 du moyeu 10 de manière à ce que l’extrémité 12 puisse se dilater radialement lorsque la bague de roulement extérieure 16 est engagée à force axialement à l’intérieur du décolletage 13 jusqu’à l’épaulement 14.
L’assemblage est ensuite refroidi et la face interne du moyeu 10 se contracte radialement et sa paroi cylindrique interne vient alors exercer des efforts radiaux sur l’extérieur de la bague de roulement extérieure 16.
Théoriquement, la bague de roulement extérieure 16 est totalement solidaire en rotation du moyeu 10. Mais comme on l’expliquera ci-après dans la suite de la description, cela n’est pas toujours le cas et le but de la méthode selon l’invention est de pouvoir détecter ces cas-là.
Aussi, selon le mode de mise en œuvre précité, et conformément à une deuxième étape 20, on met en œuvre un aimant puissant 22, de type Samarium-Cobalt par exemple et on approche tout d’abord son pôle Nord PN à l’intérieur de la bague de roulement extérieure 16 localement en regard de sa bande de roulement 18. La section de l’aimant 22 est faible, par exemple de 100 mm². Ainsi, le champ magnétique circonscrit de l’aimant 22 se propage dans l’épaisseur de la bague 16 et il induit une aimantation rémanente dans une première portion locale 24 de la bague de roulement 16.
Dans cette même deuxième étape 20, on porte le pôle sud PS de l’aimant 22 toujours en regard de sa bande de roulements 18 dans une portion diamétralement opposée. Le champ magnétique inverse de l’élément 22 induit alors l’aimantation rémanente dans une seconde portion locale 26 de la bague de roulement extérieure 16. Aussi, le champ magnétique induit dans cette seconde portion locale 26 est inverse de celui induit dans la première portion locale 24.
En outre, et selon une troisième étape 28, on porte une marque 30 sur la surface externe du moyeu 10 pour former un repère.
Ensuite, selon une quatrième étape de montage 35, on procède au montage d’un jeu de rouleaux coniques 32 contre la bague de roulement extérieure 16, et d’une bague de roulement intérieure 34 montée sur un arbre 36. On retrouve ces éléments sur la figure à laquelle on se référera à présent.
L’arbre 36 présente une extrémité d’arbre 38 présentant un décolletage externe 40 lequel définit un épaulement externe 42. L’extrémité d’arbre 38 est enfilée dans la bague de roulement intérieur 34 laquelle vient alors s’appuyer contre l’épaulement externe 42.
On observera que la bague de roulement intérieure 34 est, dans ce type de montage, montée libre en rotation par rapport à l’extrémité 38 de l’arbre 36, contrairement à la bague de roulement extérieure 16 vis-à-vis du moyeu.
La bague de roulement intérieure 34 présente un chemin de roulement intérieur conique 44, lequel vient s’étendre en regard du chemin de roulement extérieur conique 18. Ainsi, le jeu de rouleaux coniques 32 emprisonnés dans une cage non représentée qui les maintient circonférentiellement à distance les uns des autres, est en prise entre le chemin de roulement intérieur conique 44 et le chemin de roulement extérieur conique 18, tandis que l’extrémité 38 de l’arbre 36 est engagée coaxialement à l’intérieur de l’extrémité 12 du moyeu 10. La bague de roulement extérieure 16, le jeu de rouleaux coniques 32 et la bague de roulement intérieure 34 constituent un roulement à rouleaux coniques.
Aussi, l’arbre 36 est par exemple maintenu guidé en rotation et en position axiale fixe au moyen d’un autre roulement conique opposé non représenté.
Après que le montage décrit ci-dessus, de l’arbre 36 dans le moyeu 10 a été réalisé, la bague de roulement extérieure 16 n’est plus visible ni accessible, en revanche, le champ magnétique généré par l’aimantation rémanente des portions locales 24, 26 s’étend à travers la paroi du moyeu 10 vers l’extérieur.
Partant, au cours de cette quatrième étape de montage 35, on installe en position fixe par rapport à l’arbre 36, un magnétomètre 46, ou Gaussmètre, qui vient s’étendre à l’extérieur du moyeu 10 au droit de la bague de roulement extérieure 16.
Toujours au cours de cette quatrième étape de montage 35, on installe un compte-tour 48 optique par exemple, à l’extérieur du moyeu 10 et au droit de la marque 30. Aussi, on peut mettre en œuvre un compte-tour mécanique, magnétique ou encore électromagnétique.
Aussi, conformément à l’invention et selon une cinquième étape 50, on entraîne en rotation le moyeu 10, tandis qu’on enregistre simultanément le signal de variation du champ magnétique grâce au magnétomètre 46 et le signal du nombre de tours du moyeu 10 grâce au compte-tour 48 et à la marque 30.
On se reportera à présent sur le graphique de la figure montrant un premier signal périodique de rotation 52 enregistré, fourni par le magnétomètre et un second signal périodique de rotation 54 enregistré, fourni par le compte-tour. L’axe des abscisses 56 est une échelle de temps, tandis que l’axe des ordonnées 58 est une échelle d’amplitude des signaux.
Ainsi, on observera que le second signal périodique 54 présente des pics 60 régulièrement espacés les uns des autres d’une première période dont la valeur correspond à 30 ms. Partant, la fréquence de rotation du moyeu est de 2000 tr/s.
De surcroît, le premier signal périodique 52 fait apparaître des minimums 62 correspondant au passage de l’une des portions locales 24, 26 dont l’aimantation est rémanente selon une première polarité, et des maximums 64 correspondant au passage de l’autre des portions locales aimantée. Les minimums 62, ou bien les maximums 64 sont respectivement espacés les uns des autres d’une seconde période correspondant au passage de l’une des portions locales 24, 26 au regard du magnétomètre. On comprend alors que, tant que la bague de roulement extérieur 16 demeure en prise avec le moyeu 10, les première et seconde périodes sont identiques. Et au surplus, comme on va l’expliquer ci-après, le déphasage entre les deux signaux demeure constant.
Ainsi, selon une sixième étape 66, on enregistre à intervalles réguliers le déphasage, ou décalage temporelle e1, e2, ei… entre les maximums 64 du premier signal 52 et les pics 60 du second signal 54, et si le déphasage est constant dans le temps, alors la bague de roulement extérieure 16 est parfaitement solidaire en rotation du moyeu 10. Il n’y a alors pas de défrettage. Sur la figure on observera que les valeurs e1 et e2 des déphasages, espacées de trois périodes, sont sensiblement égales et partant, que la bague de roulement extérieur 16 et le moyeu 10 ne se sont pas décalées angulairement durant ces trois périodes.
En revanche, si le déphasage ei n’est pas constant et qu’il décroît par exemple, alors, la bague de roulement extérieure 16 tend à se décaler angulairement par rapport au moyeu 10. Autrement dit, la bague de roulement tend à glisser dans le moyeu 10.
Ainsi, lorsque le déphasage ei ne varie pas et demeure constant, la bague est bien en prise dans le moyeu 10. En revanche, lorsque le déphasage diminue, ou augmente au fil du temps, et par conséquent au fil des tours de moyeu 10, alors la bague de roulement extérieure 16 se désolidarise du moyeu 10.
Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, on peut dresser la courbe de l’évolution du déphasage ei en fonction du nombre de tours du moyeu 10. On obtient alors une droite horizontale lorsque la bague de roulement extérieure 16 est parfaitement solidaire du moyeu. En revanche, on obtient une droite décroissante lorsque la bague de roulement extérieure 16 tend à glisser par rapport au moyeu 10.
En outre, et selon un autre mode de mise en œuvre non représenté, la bague de roulement intérieure est montée solidaire de l’arbre, et c’est elle qui est soumise à deux aimantations locales diamétralement opposées. Partant, le magnétomètre est maintenu à l’intérieur de l’arbre creux et on mesure le signal périodique de rotation au moyen d’un compte-tour du type précité. Aussi, c’est alors l’arbre qui est entraîné en rotation.
On mesure de la sorte, le décalage angulaire entre l’arbre et la bague de roulement intérieure.
Claims (10)
- Méthode de détection du décalage angulaire entre une bague de roulement (16) et un corps creux (10) en prise avec ladite bague de roulement, ladite bague de roulement (16) étant adaptée à coopérer avec une autre bague de roulement (34) et des éléments roulants (32) engagés entre les deux bagues de roulement (16, 34) montées l’une dans l’autre de manière concentrique, ladite autre bague de roulement (34) coopérant avec un autre corps (36) coaxial audit un corps creux (10), de manière à pouvoir entraîner ledit un corps creux (10) en rotation par rapport audit autre corps (36);
caractérisée en ce qu’elle comprend les étapes suivantes:
- on soumet localement ladite une bague de roulement (16) à un champ magnétique de façon à imprimer une aimantation rémanente dans une zone ponctuelle (24, 26) de ladite bague de roulement(16);
- on porte un repère (30) sur ledit un corps creux (10);
- on enregistre, à travers ledit un corps creux (10), un premier signal périodique de rotation de ladite zone ponctuelle (24, 26), et on enregistre simultanément, un second signal périodique de rotation dudit repère (30), lorsque ledit un corps creux (10) est entraîné en rotation par rapport audit autre corps (36);
- on mesure le déphasage entre lesdits premier et second signaux; et,
- on détecte un décalage angulaire lorsque ledit déphasage varie. - Méthode de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’on fournit en outre un magnétomètre (46) pour pouvoir enregistrer ledit premier signal périodique de rotation de ladite zone ponctuelle (24, 26) à travers ledit un corps creux (10).
- Méthode de détection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite une bague de roulement (16) est réalisée dans un matériau ferromagnétique.
- Méthode de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit un corps creux (10) est réalisé dans un matériau paramagnétique ou diamagnétique.
- Méthode de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’on soumet localement ladite une bague de roulement (16) à un champ magnétique orienté vers le centre de ladite bague de façon à imprimer une première aimantation rémanente dans une zone ponctuelle (24) de ladite bague de roulement (16), et en ce que dans une position diamétralement opposée (26) à ladite zone ponctuelle, on soumet localement ladite une bague de roulement (16) à un champ magnétique orienté à l’opposé du centre de ladite bague de roulement (16).
- Méthode de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite une bague de roulement (16) est une bague extérieure, tandis que ladite autre bague (34) est une bague intérieure.
- Méthode de détection selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite bague extérieure (16) est montée en prise à l’intérieure dudit un corps creux (10).
- Méthode de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite une bague de roulement (34) est une bague intérieure, tandis que ladite autre bague (16) est une bague extérieure.
- Méthode de détection selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite bague intérieure (34) est montée en prise à l’extérieure dudit un corps creux (36).
- Méthode de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu’on porte un repère mécanique (30) sur ledit corps creux.
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| FR1914378A FR3104716B1 (fr) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Méthode de détection du décalage angulaire entre une bague de roulement et un corps creux tournant en prise l’un dans l’autre |
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| FR3104716B1 FR3104716B1 (fr) | 2021-12-17 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| FR2626368A1 (fr) * | 1988-01-22 | 1989-07-28 | Roulements Soc Nouvelle | Dispositif de mesure d'un couple sur un arbre tournant |
| FR2808056A1 (fr) * | 2000-04-19 | 2001-10-26 | Roulements Soc Nouvelle | Palier a roulement, notamment pour roues de vehicule automobile |
| US20050259900A1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-11-24 | Bianco Carlo R | Wheel bearing assemblies incorporating sensing arrangements |
| FR2998019A1 (fr) * | 2012-11-12 | 2014-05-16 | Skf Aerospace France | Roulement, boitier comprenant un ensemble de roulement(s), procede et programme d'ordinateur associes |
-
2019
- 2019-12-13 FR FR1914378A patent/FR3104716B1/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
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