FR3122228A1 - Roulement à durée de vie améliorée - Google Patents

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Abstract

Roulement comprenant une bague extérieure (3), une bague intérieure (4), au moins une rangée d’éléments roulants (2) disposés entre deux chemins de roulement (5a, 5b, 7a, 7b) desdites bagues extérieure et intérieure (3, 4). En outre, ledit chemin de roulement (5a, 5b) de la bague extérieure (3) et/ou ledit chemin de roulement (7a, 7b) de la bague intérieure (4) comprennent au moins partiellement un revêtement à base de nitrure de chrome, les éléments roulants (2) comprenant au moins partiellement un revêtement à base de carbone. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Roulement à durée de vie améliorée
La présente invention concerne, de manière générale, les roulements et notamment, l’usure de contact dont les roulements sont sujets, notamment les roulements stationnaires.
Plus précisément, l’invention se rapporte à un roulement à résistance améliorée face à l’usure de contact.
Typiquement, un roulement comprend une bague extérieure, une bague intérieure, au moins une rangée d’éléments roulants disposés entre des chemins de roulement des bagues extérieure et intérieure, et une cage destinée à maintenir les éléments roulants à intervalle régulier.
En fonction leur localisation et de leur fonction, certains roulements sont amenés à rester stationnaires. Leur fonctionnement est ponctuel, et ceux-ci ne doivent tourner qu’en cas d’urgence. On parle alors de roulement stationnaire.
Par exemple, le rotor arrière d’un hélicoptère comprend un roulement principal et un système d’urgence composé d’un roulement secondaire fixe dont le fonctionnement intervient en cas de blocage du roulement principal. Son fonctionnement au moment opportun est donc crucial.
Néanmoins, les roulements stationnaires sont particulièrement sujets à des dommages de surfaces, notamment à une usure de contact dite faux effet Brinell ou faux brinelling.
Le phénomène de faux brinelling désigne l'apparition de marques creuses irréversibles sur les chemins de roulement dues à une contrainte anormalement élevée exercée par les éléments roulants et causée par des mouvements de très faibles amplitudes tels que des vibrations et des oscillations.
Ceci entraîne la dégradation de la surface des chemins de roulement des bagues intérieure et extérieure du roulement, conduisant à une usure prématurée de l’ensemble du roulement.
Compte tenu de la fonction des roulements fixes, il est important de prévenir l’apparition de ces dommages qui altèrent leur fonctionnement.
Etat de la technique
Afin d’éviter le phénomène de faux brinelling, il est connu de soumettre les chemins de roulement à un traitement thermique, la nitruration, visant à effectuer un traitement de la surface de l’acier pour augmenter sa dureté superficielle.
Une solution alternative consiste à remplacer les éléments roulants en acier par des éléments roulants en céramique.
Cependant, le procédé de nitruration des bagues extérieure et intérieure et l’intégration d’éléments roulants en céramique sont des solutions complexes et coûteuses.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un roulement à durée de vie améliorée, plus résistant face à l’apparition de dommages causés par faux brinelling, simple à fabriquer et peu coûteux.
Il est donc proposé un roulement comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, au moins une rangée d’éléments roulants disposés entre des chemins de roulement desdites bagues extérieure et intérieure.
En outre, les chemins de roulement de la bague extérieure et/ou de la bague intérieure comprennent au moins partiellement un revêtement à base de nitrure de chrome et les éléments roulants comprenant au moins partiellement un revêtement à base de carbone.
L’association du revêtement à base de carbone et du revêtement à base de nitrure de carbone permet d’améliorer considérablement l’apparition d’usure de contact, en particulier faux brinelling, par rapport avec un roulement non revêtu et par rapport à un roulement comprenant uniquement un revêtement à base de carbone ou uniquement un revêtement à base de nitrure de chrome.
Avantageusement, le roulement comprend au moins deux joints d’étanchéité disposés entre les bagues extérieure et intérieure et délimitant entre lesdites bagues un espace étanche à l’intérieur duquel est logée ladite rangée d’éléments roulants, l’espace étanche étant rempli de graisse comportant du bisulfure de molybdène.
De préférence, uniquement la totalité dudit chemin de roulement de la bague extérieure est revêtue par le revêtement à base de nitrure de chrome.
De préférence, les éléments roulants peuvent être des rouleaux comprenant une première face d’extrémité, une deuxième face d’extrémité opposée à la première face d’extrémité, et une surface de roulement extérieure s’étendant entre les première et deuxième faces d’extrémité, le revêtement à base de carbone étant disposé uniquement sur l’une des faces d’extrémité et sur la surface de roulement extérieure de chaque rouleau.
Avantageusement, les éléments roulants peuvent être des rouleaux comprenant une première face d’extrémité, une deuxième face d’extrémité opposée à la première face d’extrémité, et une surface de roulement extérieure s’étendant entre les première et deuxième faces d’extrémité, le revêtement à base de nitrure de chrome est disposé uniquement sur la totalité dudit chemin de roulement et sur toute la surface de la bague intérieure disposée en regard des faces d’extrémités des rouleaux.
Avantageusement, la surface de la bague intérieure disposée en regard des faces d’extrémités des rouleaux et revêtue par un revêtement à base de nitrure de chrome peut comprendre un épaulement de retenue, un premier dégagement d’usinage, un deuxième dégagement d’usinage et un épaulement de guidage.
De préférence, l’épaisseur du revêtement à base de carbone est comprise entre 1 et 3 µm.
De préférence, l’épaisseur du revêtement à base de nitrure de chrome est comprise entre 3 et 5 µm.
Dans un mode de réalisation, lesdits chemins de roulement sont formés directement sur les bagues extérieure et intérieure. En variante, les chemins de roulements pourraient être formés par des pistes rapportées et fixées sur les bagues extérieure et intérieure.
Dans un mode de réalisation, le revêtement à base de carbone est un revêtement carbone de type diamant mélangé à un métal.
L’invention concerne également un rotor arrière d’hélicoptère comprenant un roulement comme décrit précédemment.
D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
illustre un palier à roulement selon un exemple de l’invention ;
est une vue en coupe de la bague extérieure du palier de la ;
est une vue en coupe de la bague intérieure du palier de la ; et
est une vue en coupe d’un élément roulant du palier de la .
Exposé détaillé de l’invention
Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans l’expression « compris entre ».
La illustre un palier à roulement qui peut être utilisé seul ou en tant que palier secondaire d’un palier à roulement combiné comprenant un roulement principal non représenté et ce roulement secondaire.
Selon le mode de réalisation illustré, le palier à roulement 1 comprend deux rangées d’éléments roulants qui, dans cet exemple sont des rouleaux coniques 2.
Le palier à roulement 1 illustré est un roulement de secours d’un palier à roulement de rotor arrière d’hélicoptère dont le fonctionnement est avantageusement déclenché en cas de blocage du roulement principal.
Le palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 3 et une bague intérieure 4. La rangée d’éléments roulants 2 du palier à roulement 1 est disposée entre les bagues extérieure 3 et intérieure 4.
Le palier à roulement 1 peut par exemple être en acier E M50®.
Selon un autre mode de réalisation, le palier à roulement 1 peut inclure qu’une seule rangée d’éléments roulants, de sorte que les bagues extérieure 3 et intérieure 4 comprennent chacune un seul chemin de roulement. Alternativement, le roulement secondaire 1 pourrait comprendre plus de deux rangées d’éléments roulants.
A la , on peut voir que la bague extérieure 3 comprend deux chemins de roulement 5a et 5b, formés chacun pour l’une des deux rangées de rouleaux coniques 2.
La bague intérieure 4 illustrée, visible à la , est formée par deux demi-bagues ou parties 6a et 6b, chaque partie 6a, 6b comprenant un chemin de roulement, respectivement 7a et 7b, pour une rangée de rouleaux coniques 2.
Les deux parties 6a et 6b de la bague intérieure 4 illustré forment deux pièces distinctes. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque la bague intérieure 4 est réalisée en une seule pièce.
La surface de chaque partie de la bague intérieure 4 qui est disposée en regard des éléments roulants 2 comprend un épaulement de retenue 8, le chemin de roulement 7a, 7b, un premier dégagement d’usinage 9 situé entre le chemin de roulement 7a, 7b et l’épaulement de retenue 8, un épaulement de guidage 10 situé du côté opposé à l’épaulement de retenue 8 par rapport au chemin de roulement 7a, 7b, et un deuxième dégagement d’usinage 11 situé entre le chemin de roulement 7a, 7b et l’épaulement de guidage 10.
Lorsqu’elles sont assemblées, les bagues extérieure 3 et intérieure 4 du palier à roulement 1 s’étendent autour d’un axe de rotation X commun.
Avantageusement, les chemins de roulement de la bague extérieure 3 comprennent au moins partiellement un revêtement à base de nitrure de chrome (CrN).
De manière encore plus avantageuse, les chemins de roulement de la bague intérieure 4 comprennent, également, au moins partiellement un revêtement à base de nitrure de chrome. Alternativement, il reste possible de prévoir le revêtement à base de nitrure de chrome sur les chemins de roulement de l’une seule des bagues extérieure 3 et intérieure 4.
Comme on peut le voir sur la , dans l’exemple illustré, le revêtement à base de nitrure de chrome, visualisable et schématisé par un trait fort, s’étend uniquement sur les chemins de roulement 5a, 5b, sur toute leur surface.
En revanche, comme on peut le voir sur la , concernant la bague intérieure 4 de l’exemple illustré, le revêtement à base de nitrure de chrome s’étend non seulement sur toute la surface des chemins de roulement 7a et 7b, mais également sur l’épaulement de retenue 8, le premier dégagement d’usinage 9, le deuxième dégagement d’usinage 11 et l’épaulement de guidage 10.
Lorsque les bagues extérieure 3 et intérieure 4 et les éléments roulants 2 sont assemblés, l’épaulement de retenue 8 et l’épaulement de guidage 10 sont en contact avec les éléments roulants de sorte que la présence du revêtement à base de nitrure de chrome est avantageuse.
Les éléments roulants 2 sont également susceptibles de rentrer en contact avec les premier et deuxième dégagement d’usinage 9 et 11 de sorte que la présence du revêtement à base de nitrure de chrome est avantageuse. De plus, le traitement de surface de l’ensemble des chemins de roulement 7a et 7b, de l’épaulement de retenue 8, du premier dégagement d’usinage 9, du deuxième dégagement d’usinage 11 et de l’épaulement de guidage 10 facilite l’étape de dépôt du revêtement.
Le revêtement à base de nitrure de chrome s’étend ainsi avantageusement sur toutes les surfaces en contact avec les éléments roulants 2.
Le revêtement à base de nitrure de chrome forme une première barrière de protection contre l’usure de contact.
Le revêtement à base de nitrure de chrome déposé peut être un revêtement Balinit CNI®. Alternativement, il est possible de prévoir un autre type de revêtement à base de nitrure de chrome.
De préférence, l’épaisseur du revêtement à base de nitrure de chrome sur les bagues intérieure 4 et extérieure 3 est comprise entre 3 et 5 µm, afin de garantir à la fois l’efficacité face au faux brinelling et l’adhérence du revêtement.
De préférence, la dureté du revêtement à base de nitrure de chrome obtenu est comprise entre 15 et 21 GPa.
La illustre un des éléments roulants 2 du palier à roulement 1 qui, dans cet exemple, sont des rouleaux coniques, tournant lors du fonctionnement du palier à roulement 1 autour d’un axe longitudinal propre Y.
Les rouleaux coniques comprennent une première face d’extrémité 12, une deuxième face d’extrémité 13 de diamètre supérieur et opposée à la première face d’extrémité 12, et une surface de roulement extérieure 14 s’étendant entre les première et deuxième faces d’extrémité 12, 13. La surface de roulement 14 de chaque rouleau vient en contact contre les chemins de roulement des bagues extérieure 3 et intérieure 4. La première face d’extrémité 12 de chaque rouleau vient en contact de l’épaulement de retenue 8, et est également susceptible de venir en contact du premier dégagement d’usinage 9. La deuxième face d’extrémité 13 de chaque rouleau vient en contact de l’épaulement de guidage 10, et est également susceptible de venir en contact du deuxième dégagement d’usinage 11.
Les rouleaux coniques 2 comprennent, avantageusement, au moins partiellement un revêtement à base de carbone. Dans l’exemple illustré, le revêtement à base de carbone est disposé uniquement sur l’une des première et deuxième faces d’extrémité 12, 13, dans cet exemple sur la deuxième face d’extrémité 13, et sur la surface de roulement extérieure 14 des rouleaux coniques 2.
Le revêtement à base de carbone forme une deuxième barrière de protection contre l’usure de contact.
Le revêtement à base de carbone peut être un revêtement carbone de type diamant mélangé à un métal. Dans l’exemple illustré, le revêtement à base de carbone déposé est un revêtement NoWear®, dont la composition est décrite dans le document WO99/14512.
Alternativement, il est possible de prévoir un autre type de revêtement à base de carbone, par exemple un revêtement Balinit C® ou Balinit C Star®. Selon une autre alternative, le revêtement à base de carbone peut aussi comprendre du disulfure de molybdène tel que, par exemple, le revêtement MoST®.
De préférence, l’épaisseur du revêtement à base de carbone est comprise entre 1 et 3 µm, afin de garantir à la fois l’efficacité face au faux brinelling et l’adhérence du revêtement.
De préférence, la dureté du revêtement à base de carbone obtenu est comprise entre 10 et 15 GPa.
Le revêtement à base de carbone et le revêtement à base de nitrure de chrome peuvent avantageusement être appliqués par un procédé de dépôt sous vide. Dans l’exemple illustré, le procédé de dépôt utilisé est un procédé de dépôt physique par phase vapeur ou procédé PVD de l’anglais « Physical Vapor Deposition ».
Alternativement, le revêtement à base de carbone et le revêtement à base de nitrure de chrome peuvent être appliqués par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma ou procédé PACVD de l’anglais « Plasma assisted chemical vapor deposition ».
Dans l’exemple illustré, le revêtement NoWear® est déposé par procédé PACVD et le revêtement à base de nitrure de chrome est déposé par procédé PVD.
Le revêtement à base de carbone sur les éléments roulants 2 et le revêtement à base de nitrure de chrome sur les bagues extérieure 3 et intérieure 4 forment deux barrières contre l’usure de contact des surfaces en frottement. Leur présence réduit notamment l’apparition de faux brinelling à la surface des chemins de roulement 5a, 5b, 7a et 7b.
Selon un mode de réalisation, le revêtement à base de nitrure de chrome peut être déposé sur toute la totalité de la surface de la bague extérieure 3 et/ou de la bague intérieure 4 comprenant les chemins de roulement 5a, 5b, 7a et 7b.
Selon un mode de réalisation, le palier à roulement 1 comprend en outre deux joints d’étanchéité (non représentés sur les figures) disposés entre les bagues et délimitant un espace étanche à l’intérieur duquel sont logées les rangées d’éléments roulants 2. Cet espace étanche comprend avantageusement de la graisse comportant du bisulfure de molybdène.
La graisse peut être appliquée au moins sur les chemins de roulement 5a, 5b, 7a, 7b des bagues extérieure 3 et intérieure 4 et sur les éléments roulants 2 du palier à roulement 1. De préférence, toute la surface des bagues intérieure 4 et extérieure 3 disposées en vis-à-vis l’une par rapport à l’autre lorsqu’elles sont assemblées sont avantageusement lubrifiée avec la graisse comportant du bisulfure de molybdène.
Le bisulfure de molybdène MoS2permet de réduire le frottement, notamment sur l’acier, et permet de réduire davantage l’usure des bagues extérieure et intérieure 3, 4 du palier à roulement 1, en particulier des chemins de roulement 5a, 5b, 7a et 7b.
Bien entendu, le traitement de surface comprenant l’application d’un revêtement à base de nitrure de carbone sur les chemins de roulement 5a, 5b, 7a et 7b et d’un revêtement à base de carbone sur les éléments roulants 5 pourra être réalisé sur tout type de roulement, autre qu’un roulement à rouleaux coniques. Par exemple, il pourra être réalisé sur tout type de roulement à billes, à rouleaux ou encore à aiguilles.
En outre, le traitement de surface pourra être réalisé sur un roulement associé à tout type d’application, autre qu’un rotor arrière d’hélicoptère.
Dans l’exemple de réalisation illustré, le palier à roulement comprend deux rangées d’éléments roulants réalisés sous la forme de rouleaux. On ne sort pas du cadre de l’invention lorsque le palier à roulement comprend une unique rangée ou plus de deux rangées d’éléments roulants, et/ou d’autres types d’éléments roulants, par exemple des billes.

Claims (10)

  1. Roulement comprenant une bague extérieure (3), une bague intérieure (4), au moins une rangée d’éléments roulants (2) disposés entre deux chemins de roulement (5a, 5b, 7a, 7b) desdites bagues extérieure et intérieure (3, 4), caractérisé en ce que ledit chemin de roulement (5a, 5b) de la bague extérieure (3) et/ou ledit chemin de roulement (7a, 7b) de la bague intérieure (4) comprennent au moins partiellement un revêtement à base de nitrure de chrome, les éléments roulants (2) comprenant au moins partiellement un revêtement à base de carbone.
  2. Roulement selon la revendication 1, comprenant en outre au moins deux joints d’étanchéité disposés entre les bagues extérieure et intérieure (3, 4) et délimitant entre lesdites bagues un espace étanche à l’intérieur duquel est logée ladite rangée d’éléments roulants (2), l’espace étanche étant rempli de graisse comportant du bisulfure de molybdène.
  3. Roulement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel uniquement la totalité dudit chemin de roulement (5a, 5b) de la bague extérieure (3) est revêtue par le revêtement à base de nitrure de chrome.
  4. Roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments roulants (2) sont des rouleaux comprenant une première face d’extrémité (12), une deuxième face d’extrémité (13) opposée à la première face d’extrémité (12), et une surface de roulement extérieure (14) s’étendant entre les première et deuxième faces d’extrémité (12, 13), le revêtement à base de carbone étant disposé uniquement sur l’une des faces d’extrémité (12, 13) et sur la surface de roulement extérieure (14) de chaque rouleau (2).
  5. Roulement selon l’un quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments roulants (2) sont des rouleaux comprenant une première face d’extrémité (12), une deuxième face d’extrémité (13) opposée à la première face d’extrémité (12), et une surface de roulement extérieure (14) s’étendant entre les première et deuxième faces d’extrémité (12, 13), le revêtement à base de nitrure de chrome étant disposé uniquement sur la totalité dudit chemin de roulement (7a, 7b) et sur toute la surface de la bague intérieure (4) disposée en regard des faces d’extrémités (12, 13) des rouleaux.
  6. Roulement selon la revendication 5, dans lequel ladite surface de la bague intérieure (4) disposée en regard des faces d’extrémités (12, 13) des rouleaux et revêtue par un revêtement à base de nitrure de chrome comprend un épaulement de retenue (8), un premier dégagement d’usinage (9), un deuxième dégagement d’usinage (11) et un épaulement de guidage (10).
  7. Roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur du revêtement à base de carbone est comprise entre 1 et 3 µm.
  8. Roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur du revêtement à base de nitrure de chrome est comprise entre 3 et 5 µm.
  9. Roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits chemins de roulement (5a, 5b, 7a, 7b) sont formés directement sur les bagues extérieure et intérieure (3, 4).
  10. Roulement selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le revêtement à base de carbone est un revêtement carbone de type diamant mélangé à un métal.
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