FR3129997A1 - Palier de roulement mécanique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un palier (12) de roulement mécanique comprenant des éléments de roulement (14), une demi-bague (26,28) ayant un axe (A-A), la demi-bague comprenant un évidement (22) formant une piste de roulement (24) sur laquelle les éléments de roulement sont en appui, la demi-bague (26,28) présentant une section dans un plan transversal au palier, ladite section comprenant une première zone (Z1) en arc de cercle ayant un premier centre (C1) et un premier rayon (R1) de courbure et une deuxième zone (Z2) en arc de cercle ayant un deuxième centre (C2) et un deuxième rayon (R2) de courbure; le premier centre (C1) étant différent du deuxième centre (C2) ; le premier rayon (R1) de courbure ayant une longueur différente du deuxième (R2) rayon de courbure. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2
Description
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un palier de roulement mécanique.
Etat de la technique antérieure
Dans les machines mécaniques telles les pompes et les turbines de turbomachines, les liaisons pivots entre des éléments tournants et des éléments fixes sont assurées par des paliers de roulement mécanique. Les paliers de roulement mécanique sont utilisés pour assurer la mise en position axiale et radiale et la transmission des efforts des arbres de turbomachines ou autres machines tournantes, entre eux ou par rapport à un stator. Ces efforts peuvent être purement axiaux, radiaux ou résulter d’une combinaison de composantes axiales, radiales et de moments orthogonaux à l’axe de rotation.
Dans les machines mécaniques telles les pompes et les turbines de turbomachines, les liaisons pivots entre des éléments tournants et des éléments fixes sont assurées par des paliers de roulement mécanique. Les paliers de roulement mécanique sont utilisés pour assurer la mise en position axiale et radiale et la transmission des efforts des arbres de turbomachines ou autres machines tournantes, entre eux ou par rapport à un stator. Ces efforts peuvent être purement axiaux, radiaux ou résulter d’une combinaison de composantes axiales, radiales et de moments orthogonaux à l’axe de rotation.
Un palier 10 classique est représenté sur la , lequel est agencé pour assurer la rotation d’un arbre 1 ayant un axe de rotation par exemple un arbre d’une turbine par rapport à un carter 2 fixe de la turbine. Le palier 10 comprend une bague externe 3 formée par deux demi-bagues et agencée serrée contre le carter 2. Le palier 10 comprend aussi une bague interne 4 formée par deux demi-bagues et agencée serrée contre l’arbre 1. Une pluralité d’éléments de roulement 6 tels des billes sont agencés entre la bague externe et la bague interne distribués circonférentiellement autour de l’axe de rotation A-A du palier. Cette distribution des éléments roulants peut être assurée par contact direct des éléments roulants ou à l’aide de dispositifs dédiés tels une cage séparatrice ou des pièces intercalaires séparées. Chacune de la bague interne et de la bague externe est maintenue fixe en translation dans la direction de l’axe de rotation par des écrous 5 vissés respectivement sur l’arbre 1 et le carter 2. La bague interne 4 et la bague externe 3 présentent une piste de roulement contre laquelle les éléments de roulement 6 sont en appui. La géométrie des pistes est généralement en portions de tore, avec une section en arc de cercle dont la courbure, la position et la longueur sont déterminés selon divers paramètres tels que la conformité à l’élément de roulement, les angles de contact liés aux efforts, les vitesses internes, les températures, les jeux, etc…
Pour des conditions de fonctionnement données, le dimensionnement d’un élément de roulement est un compromis entre un grand nombre de paramètres influant sur son taux de fiabilité en fonction du nombre de cycles prévus. Parmi ces paramètres, le paramètre de conformité du rayon de courbure des pistes vis-à-vis du diamètre de bille, et la position du centre de la section circulaire jouent un rôle prépondérant, en interaction avec les résultantes sur chaque élément de roulement des efforts extérieurs et centrifuges sur la taille, la position de chaque ellipse de contact ainsi que sur la cartographie des pressions et des vitesses de glissement au sein du contact.
Les caractéristiques des contacts entre les éléments de roulement et les pistes, associés au nombre de cycles de contact, déterminent les sollicitations subies par les matériaux du roulement et à travers cela, la fiabilité et la durée de vie du palier de roulement.
Dans certains cas, des forces ou moments très importants, des survitesses ou des ratios entre efforts axiaux et radiaux vus par le roulement peuvent déplacer les ellipses de contact vers les fonds de gorge. Dans le cas de paliers en ogives, cela peut occasionner l’apparition d’un troisième, voire d’un quatrième point de contact pour chaque élément roulant sur toute ou partie d’une révolution d’un palier. Dans ces conditions, l’élément de roulement tourne selon un axe qui ajoute au glissement normal dans un contact hertzien, un glissement rotatif de patinage. L’excès de glissement dans une ellipse de contact occasionne des contraintes dans la matière en surface et subsurface des éléments de roulement et des pistes qui peuvent conduire à une dégradation précoce des surfaces de contact.
Dans certains cas de fonctionnement avec chargement axial quasi nul et faible chargement radial, le contact lubrifié des éléments de roulement sur les pistes peut adopter un fonctionnement partiellement glissant. Ce glissement peut lui aussi, aboutir à une dégradation des surfaces et une réduction de la durée de vie du roulement et pouvant mener à sa défaillance.
Présentation de l’invention
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
En particulier, un premier but de la présente invention est de limiter les sur-glissements dans les surfaces de contact élément de roulement-pistes lorsque le ratio de la force axiale par la force radiale est faible.
Un deuxième but de la présente invention est de diminuer l’impact du glissement lors du fonctionnement en trois ou quatre points de contact ou lors de faibles chargements, tout en garantissant une grande durée de vie dans une large gamme de conditions de fonctionnement.
La présente invention a pour objet un palier de roulement mécanique comprenant des éléments de roulement, au moins une demi-bague ayant un axe, ladite au moins une demi-bague comprenant un évidement formant une piste de roulement sur laquelle les éléments de roulement sont en appui, la au moins une demi-bague présentant une section dans un plan transversal au palier, ladite section comprenant au moins une première zone en arc de cercle ayant un premier centre et un premier rayon de courbure et au moins une deuxième zone en arc de cercle ayant un deuxième centre et un deuxième rayon de courbure; le premier centre étant différent du deuxième centre; le premier rayon de courbure ayant une longueur différente du deuxième rayon de courbure.
Avantageusement, la présente invention permet un moindre glissement lors de fonctionnement en trois ou quatre points de contact.
Avantageusement, la présente invention permet un moindre glissement lors de fonctionnement en trois ou quatre points de contact.
Avantageusement, la présente invention permet un moindre glissement lors de fonctionnement en faible charge.
Avantageusement, la présente invention permet une meilleure maitrise de la fiabilité dans les conditions occasionnant des modes de contacts internes.
Avantageusement, la présente invention permet une plus grande liberté de dimensionnement pour l’ensemble du cycle de vie du roulement.
Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- La longueur du premier rayon de courbure et la longueur du deuxième rayon de courbure sont fonction de la position de la première zone et respectivement de la position de la deuxième zone.
La distance entre la deuxième zone et un point de référence est supérieure à la distance entre la première zone et ledit point de référence, et le deuxième rayon de courbure est supérieure au premier rayon de courbure ; le point de référence étant situé entre l’évidement de la demi-bague et un épaulement adjacent audit évidement.
Le premier rayon de courbure est fonction d’un premier angle défini entre un premier vecteur normal à la première zone et un vecteur de référence ; le deuxième rayon de courbure est en fonction d’un deuxième angle défini entre un deuxième vecteur normal à la deuxième zone et ledit vecteur de référence.
Le vecteur de référence est parallèle à l’axe de la demi- bague.
La section présente une variation continue de la courbure selon une fonction mathématiquement définie d’un angle de coordonnée polaire, d’abscisse curviligne ou d’un angle par rapport à un vecteur référence.
Les éléments de roulement présentent une forme sphérique.
Le palier comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement.
- La longueur du premier rayon de courbure et la longueur du deuxième rayon de courbure sont fonction de la position de la première zone et respectivement de la position de la deuxième zone.
La distance entre la deuxième zone et un point de référence est supérieure à la distance entre la première zone et ledit point de référence, et le deuxième rayon de courbure est supérieure au premier rayon de courbure ; le point de référence étant situé entre l’évidement de la demi-bague et un épaulement adjacent audit évidement.
Le premier rayon de courbure est fonction d’un premier angle défini entre un premier vecteur normal à la première zone et un vecteur de référence ; le deuxième rayon de courbure est en fonction d’un deuxième angle défini entre un deuxième vecteur normal à la deuxième zone et ledit vecteur de référence.
Le vecteur de référence est parallèle à l’axe de la demi- bague.
La section présente une variation continue de la courbure selon une fonction mathématiquement définie d’un angle de coordonnée polaire, d’abscisse curviligne ou d’un angle par rapport à un vecteur référence.
Les éléments de roulement présentent une forme sphérique.
Le palier comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
Une partie d’un palier 12 selon un premier mode de réalisation de l’invention est représentée sur la .
Une partie d’un palier 12 selon un premier mode de réalisation de l’invention est représentée sur la
En référence à la , la partie d’un palier 12 représentée comporte un élément de roulement 14 et une bague intérieure 16.
L’élément de roulement 14 présente une forme sphérique.
L’élément de roulement 14 présente une forme sphérique.
La bague intérieure 16 présente une face intérieure 18, une face extérieure 20 et un axe central A-A confondu avec l’axe de rotation du palier. La face extérieure 20 est pourvue d’un évidement 22 formant une piste de roulement 24 sur laquelle les éléments de roulement 14 sont en appui, et un épaulement 25 adjacent à l’évidement.
Sur le mode de réalisation représenté et nullement limitatif, la bague intérieure 16 est constituée par une première demi-bague 26 et une seconde demi-bague 28.
Seule la première demi-bague est décrite en détail. La seconde demi-bague est similaire à la première demi-bague.
Seule la première demi-bague est décrite en détail. La seconde demi-bague est similaire à la première demi-bague.
La première demi-bague 26 présente une section, dans un plan transversal au palier, comprenant une première zone Z1 en forme d’arc de cercle et au moins une deuxième zone Z2 en forme d’arc de cercle.
L’arc de cercle de la première zone Z1 présente un premier centre C1 et un premier rayon de courbure R1. L’arc de cercle de la deuxième zone Z2 présente un deuxième centre C2 et un deuxième rayon R2 de courbure. Comme visible sur la , le premier centre C1 est différent du deuxième centre C2. En particulier, le premier centre C1 est situé à une position différente du deuxième centre C2. Le premier rayon R1 de courbure a une longueur différente de la longueur du deuxième rayon R2 de courbure.
La section dans un plan transversal de la demi-bague présente une variation continue de la courbure selon une fonction mathématiquement définie d’un angle de coordonnée polaire, d’abscisse curviligne ou d’un angle par rapport à un vecteur référence.
Sur la , seules deux zones Z1, Z2 ont été illustrées à des fins de simplification de la figure, le palier selon l’invention peut comprendre un plus grand nombre de zones ayant chacune des centres différents, des rayons de courbure différents ou des variations continues.
La longueur du premier rayon R1 de courbure et la longueur du deuxième rayon R2 de courbure sont fonction de la position de la première zone Z1 et respectivement de la position de la deuxième zone Z2.
La position de la première zone et la position de la deuxième zone peuvent être définies par un angle dans un système de coordonnées polaire. Le centre C de ce système de coordonnées peut être situé à l’intersection d’une droite prolongeant l’épaulement 25 et d’une droite D1 perpendiculaire à l’axe A-A de la bague et traversant un point Pa situé dans le fond de gorge 30.
La position de la première zone Z1 et la position de la deuxième zone Z2 peuvent également être définies par rapport à leur abscisse curviligne ou leur distance par rapport à un point de référence. Par exemple, le point de référence peut être situé sur l’arête formée entre l’épaulement 25 et l’évidement 22 de la demi-bague. Ce point est référencé Pr sur la .
Plus particulièrement, dans le mode de réalisation représenté sur la , la première zone Z1 est située à plus faible distance du point de référence Pr que la deuxième zone Z2. Et, la longueur du premier rayon de courbure R1 est inférieure à la longueur du deuxième rayon de courbure R2.
Avantageusement, la géométrie de la piste de roulement 24 est modifiée localement. En conséquence, l’étendue et la répartition des efforts des ellipses de contact sont modifiées en tenant compte des conditions de fonctionnement attendues pour chaque angle de contact.
Avantageusement, la géométrie de la piste de roulement 24 est modifiée localement. En conséquence, l’étendue et la répartition des efforts des ellipses de contact sont modifiées en tenant compte des conditions de fonctionnement attendues pour chaque angle de contact.
Avantageusement, le palier 12 selon le premier mode de réalisation limite l’impact délétère du glissement à faible effort axial sur les paliers de roulement à contact oblique. Ainsi, la courbure de la piste de roulement 24 est modifiée dans une zone avoisinant le fond de gorge 30. Un exemple de deuxième zone Z2 est illustré sur la . La forme de la deuxième zone Z2 est moins conforme à la courbure de l’élément de roulement 14 réduisant ainsi la surface de l’ellipse et augmentant la pression de Hertz et réduisant le glissement.
Avantageusement, la modification de la courbure de la piste de roulement 24 réduit le glissement dans les ellipses de contact lors des fonctionnements à faible effort axial sur les paliers de roulement à contact oblique. Ainsi, au lieu d’une courbure ayant un rayon de courbure constant, le rayon de courbure augmente vers le fond de gorge.
Les autres éléments du palier selon l’invention sont identiques ou similaires aux éléments décrits en liaison avec la . Ils ne seront pas décrits à nouveau.
De même, la bague extérieure est similaire à la bague intérieure. Elle ne sera pas décrite en détail.
De même, la bague extérieure est similaire à la bague intérieure. Elle ne sera pas décrite en détail.
Alternativement, l’invention peut être appliquée uniquement sur une, deux ou trois des quatre demi-pistes, intérieures et extérieures, les autres présentant chacune une courbure constante.
Alternativement, l’invention peut être appliquée sur une ou deux des pistes d’un palier à bille à contact oblique.
En variante, la bague intérieure est formée d’un seul tenant.
En variante, la bague intérieure est formée d’un seul tenant.
En variante, la bague extérieure présente un dispositif de drainage.
Selon une variante non représentée, le palier de roulement comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement.
Selon une variante non représentée, le palier de roulement comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement.
Sur la , seules deux zones Z1, Z2 ont été illustrées à des fins de simplification de la figure, le palier selon l’invention peut comprend un plus grand nombre de zones ayant chacune des centres différents et des rayons de courbure différents.
La illustre une première demi-bague 32 et une seconde demi-bague 34 d’un palier 36 selon un deuxième mode de réalisation.
Dans ce deuxième mode de réalisation, la deuxième zone Z2 n’est pas située au même endroit que la deuxième zone du palier selon le premier mode de réalisation. De plus, dans ce mode de réalisation, la deuxième zone Z2 s’étend sur une plage angulaire différente. Enfin, la piste de roulement 24 présente une troisième zone Z3 avoisinant le fond de gorge, le rayon de courbure de cette troisième zone Z3 est sensiblement égal au premier rayon de courbure R1, et le centre de courbure est situé à la même position que le premier centre C1 ou à une position très proche.
Dans ce deuxième mode de réalisation, la courbure de la piste de roulement 24 est différente dans les zones des pistes où se trouvent les contacts avec les éléments de roulement (non représentés) et les pistes dans un mode de fonctionnement en trois points ou en quatre points. Ces zones de contact se trouvent par exemple dans la deuxième zone Z2 illustrée sur la .
Dans ce deuxième mode de réalisation, la deuxième zone Z2 est située dans un secteur angulaire qui peut par exemple être défini par rapport à une droite D1 perpendiculaire à l’axe A-A de la demi-bague et passant par un point Pa de la section de la demi-bague. Le point Pa de la section de la demi-bague est le point le plus proche de l’axe de la demi-bague.
Avantageusement, ce deuxième mode de réalisation limite l’impact délétère dû au patinage lors de fonctionnement en trois ou quatre points de contact par faible charge axiale ou forte charge radiale.
En variante, la bague intérieure 36 est formée d’un seul tenant.
Selon une variante non représentée, le palier de roulement comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement.
La illustre une première demi-bague 38 et une seconde demi-bague 40 d’un palier 42 selon un troisième mode de réalisation.
Dans ce troisième mode de réalisation, le premier rayon R1 de courbure est fonction d’un premier angle α1 défini entre un premier vecteur V1 normal à la première zone Z1 et un vecteur de référence Vr. Le deuxième rayon R2 de courbure est en fonction d’un deuxième angle α2 défini entre un deuxième vecteur V2 normal à la deuxième zone Z2 et le vecteur de référence Vr.
Le vecteur de référence Vr est par exemple parallèle à l’axe A-A de la demi- bague.
Selon un mode de réalisation non représenté, la courbure de la piste est une fonction mathématique continue de l’angle ou de l’abscisse curviligne plutôt qu’une fonction discontinue par zones telle qu’évoquée plus haut par une succession de courbures fixes. Le choix de cette fonction se fera en selon les divers modes de fonctionnement attendus et les angles de contact qu’ils favoriseront chacun.
Claims (8)
- Palier (12, 36, 42) de roulement mécanique comprenant :
- des éléments de roulement (14) ,
- au moins une demi-bague (26,28 ; 32,34, 38, 40) ayant un axe (A-A), ladite au moins une demi-bague comprenant un évidement (22) formant une piste de roulement (24) sur laquelle les éléments de roulement sont en appui, la au moins une demi-bague (26,28 ;32,34, 38, 40) présentant une section dans un plan transversal au palier, ladite section comprenant au moins une première zone (Z1) en arc de cercle ayant un premier centre (C1) et un premier rayon (R1) de courbure et au moins une deuxième zone (Z2) en arc de cercle ayant un deuxième centre (C2) et un deuxième rayon (R2) de courbure; le premier centre (C1) étant différent du deuxième centre (C2) ; le premier rayon (R1) de courbure ayant une longueur différente du deuxième (R2) rayon de courbure. - Palier (12, 36) de roulement mécanique selon la revendication 1, dans lequel la longueur du premier rayon (R1) de courbure et la longueur du deuxième rayon (R2) de courbure sont fonction de la position de la première zone (Z1) et respectivement de la position de la deuxième zone (Z2).
- Palier (12, 36) de roulement mécanique selon la revendication 2, dans lequel la distance entre la deuxième zone (Z2) et un point de référence (Pr) est supérieure à la distance entre la première zone (Z1) et ledit point de référence (Pr), et dans lequel le deuxième rayon (R2) de courbure est supérieure au premier rayon (R1) de courbure ; le point de référence étant situé entre l’évidement (22) de la demi-bague et un épaulement (25) adjacent audit évidement.
- Palier (42) de roulement mécanique selon la revendication 1, dans lequel le premier rayon (R1) de courbure est fonction d’un premier angle (α1) défini entre un premier vecteur (V1) normal à la première zone (Z1) et un vecteur de référence (Vr); le deuxième rayon (R2) de courbure est en fonction d’un deuxième angle (α2) défini entre un deuxième vecteur (V2) normal à la deuxième zone (Z2) et ledit vecteur de référence (Vr).
- Palier (42) de roulement mécanique selon la revendication 4, dans lequel ledit vecteur de référence (Vr) est parallèle à l’axe (A-A) de la demi- bague.
- Palier (42) de roulement selon la revendication 1, dans lequel ladite section présente une variation continue de la courbure selon une fonction mathématiquement définie d’un angle de coordonnée polaire, d’abscisse curviligne ou d’un angle par rapport à un vecteur référence.
- Palier (12, 36, 42) de roulement mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments de roulement (14) présentent une forme sphérique.
- Palier (12, 36, 42) de roulement mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, qui comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement.
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|---|---|---|---|
| FR2112998A Pending FR3129997A1 (fr) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | Palier de roulement mécanique |
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Citations (3)
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| EP2952763B1 (fr) * | 2013-01-30 | 2019-03-20 | NSK Ltd. | Roulement à billes à contact multipoint |
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2021
- 2021-12-06 FR FR2112998A patent/FR3129997A1/fr active Pending
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| Date | Code | Title | Description |
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