FR3134860A1 - Élément de palier pour une unité de palier, et unité de palier avec une durée de vie accrue. - Google Patents

Élément de palier pour une unité de palier, et unité de palier avec une durée de vie accrue. Download PDF

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Abstract

Élément de palier (10) d’une unité de palier (1), comprenant : - une surface (11) destinée à entrer en contact avec un autre élément de palier, - un substrat (6), et - un premier revêtement (8) pour augmenter la résistance à l’usure du substrat, le premier revêtement étant appliqué sur le substrat et comprenant un lubrifiant solide, caractérisé en ce que l’élément de palier comprend un second revêtement (9) qui est plus mou que le premier revêtement, le second revêtement étant appliqué sur le premier revêtement et comprenant un lubrifiant solide. Figure: 2

Description

Élément de palier pour une unité de palier, et unité de palier avec une durée de vie accrue. Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un élément de palier d’une unité de palier.
L’invention concerne également une unité de palier comprenant au moins un élément de palier. L’invention concerne en particulier un palier à éléments roulants.
 État de la technique antérieur
Dans certaines applications, par exemple dans le vide, il n’est pas possible ou souhaité d’utiliser une graisse ou une huile pour lubrifier une zone de contact d’une unité de palier, par exemple un contact entre un élément roulant et un chemin de roulement ou une cage.
Il est connu d’utiliser un lubrifiant solide tel que le graphite ou le disulfure de molybdène MoS2afin de lubrifier une zone de contact.
Afin de réduire la résistance à l’usure d’une zone de contact tout en fournissant un lubrifiant solide dans la zone de contact, il est connu du brevet EP 1 470 343 B1 de revêtir un élément d’une unité de palier avec un lubrifiant solide dur comprenant du MoS2dopé au métal.
Des améliorations supplémentaires sont encore possibles.
Un objet de l’invention est de fournir un élément de palier d’une unité de palier capable de durer plus longtemps, grâce à la combinaison d’une résistance accrue à l’usure et d’une capacité accrue à lubrifier une surface de contact entre l’élément de palier et un autre élément de palier.
L’élément de palier comprend un substrat et un premier revêtement pour augmenter la résistance à l’usure du substrat. Le premier revêtement est appliqué sur le substrat et comprend un lubrifiant solide.
L’élément de palier comprend un second revêtement qui est plus mou que le premier revêtement. Le second revêtement est appliqué sur le premier revêtement et comprend un lubrifiant solide.
Selon d’autres aspects de l’invention, avantageux mais non obligatoires, un tel élément de palier peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le lubrifiant solide du premier et du second revêtement est du MoS2;
- le premier revêtement comprend du Ti, dont la teneur est comprise entre 3 et 30 % at ;
- le premier revêtement a une dureté comprise entre 750 et 2500 HV ;
- le premier revêtement a une épaisseur comprise entre 0,2 et 4 microns ;
- le lubrifiant solide du second revêtement a une teneur comprise entre 20 et 60 % at ;
- le second revêtement comprend en outre un adhésif ou un liant tel que l’époxy ;
- la dureté du second revêtement est inférieure à 150 HV ;
- le premier revêtement comprend une couche de liaison (7) qui est d’abord appliquée sur le substrat.
Un autre objet de l’invention est une unité de palier comprenant un élément de palier selon l’invention. L’élément de palier peut être par exemple une bague, un élément roulant, une cage, un séparateur ou une entretoise.
Grâce à l’invention, la durée de vie de l’unité de palier est accrue, notamment lorsque l’unité de palier fonctionne dans des conditions sévères ou extrêmes en termes d’accélération, de vitesse, de charge ou de température.
Brève description des figures
L’invention va maintenant être expliquée en correspondance avec les figures annexées, à titre d’exemples illustratifs, sans restreindre l’objet de l’invention. Dans les figures annexées :
- La illustre une section transversale longitudinale d’une unité de palier selon l’invention ;
- La illustre schématiquement en vue partielle un détail d’un élément de palier d’une unité de palier selon l’invention.
 Description détaillée de l’invention
L’unité de palier selon l’invention comprend une bague intérieure et une bague extérieure. Les bagues intérieure et extérieure peuvent tourner l’une par rapport à l’autre le long d’un axe de rotation commun.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de palier est un palier lisse, de sorte que les bagues intérieure et extérieure sont en contact glissant direct l’une avec l’autre lorsqu’elles sont en rotation l’une par rapport à l’autre.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de palier comprend en outre des éléments roulants entre les bagues intérieure et extérieure.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de palier comprend en outre une cage (dans une ou plusieurs parties adjacentes) pour maintenir les éléments roulants dans une position relative prédéterminée les uns par rapport aux autres.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de palier comprend en outre une pluralité d’entretoises, chaque entretoise séparant deux éléments roulants adjacents.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, l’unité de palier est un roulement à éléments roulants jointifs, avec des éléments roulants entre les bagues intérieure et extérieure, mais sans cage ni entretoise pour séparer les éléments roulants.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, les éléments roulants sont des billes.
En variante, les éléments roulants sont des rouleaux, tels que des rouleaux cylindriques, des rouleaux coniques, des rouleaux toroïdaux ou des rouleaux sphériques.
La illustre une unité de palier 1 comprenant une bague intérieure 2, une bague extérieure 3, des éléments roulants sous forme de billes 4 situées entre les bagues intérieure et extérieure, et une cage 5 pour maintenir les billes en position, à une distance uniforme dans la direction circonférentielle.
La illustre une vue partielle d’un élément de palier 10. L’élément de palier 10 présente une surface 11 destinée à entrer en contact avec un autre élément de palier.
L’élément de palier selon l’invention comprend un substrat 6 et un premier revêtement 8 qui augmente la résistance à l’usure du substrat. Le premier revêtement est appliqué sur le substrat et comprend un lubrifiant solide.
Afin d’augmenter la résistance à l’usure de l’élément de palier dans la zone où le premier revêtement est appliqué, la dureté du premier revêtement est supérieure à la dureté du substrat dans cette zone.
L’élément de palier selon l’invention est par exemple une bague, telle qu’une bague intérieure ou une bague extérieure, ou une douille.
L’élément de palier peut également être un élément roulant tel qu’une bille ou un rouleau.
L’élément de palier peut également être une cage pour maintenir une pluralité d’éléments roulants à une distance prédéterminée les uns des autres, ou une entretoise à positionner entre deux éléments roulants consécutifs.
Dans un mode de réalisation préféré de l’unité de palier, celle-ci comprend une pluralité d’éléments de palier selon l’invention.
Dans un mode de réalisation préféré de l’unité de palier, celle-ci comprend une bague intérieure, une bague extérieure et des éléments roulants en matériau céramique, et l’élément de palier selon l’invention est la bague intérieure, et le double revêtement est appliqué sur le chemin de roulement de la bague intérieure où les éléments roulants peuvent se déplacer.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’unité de palier, celle-ci comprend une bague intérieure, une bague extérieure et des éléments roulants constitués de matériau métallique, le double revêtement est appliqué sur le chemin de roulement de la bague intérieure et sur les éléments roulants.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le substrat est constitué d’un acier à roulement.
En variante, le substrat est constitué d’un matériau céramique tel que Si3N4, ou d’un matériau plastique tel que PEEK ou PA6.6.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le lubrifiant du premier revêtement comprend du MoS2.
Avantageusement, le lubrifiant du premier revêtement est uniquement constitué de MoS2. Dans ce cas, le MoS2est de préférence exempt d’antimoine.
En variante, ou en complément, le lubrifiant du premier revêtement comprend ou est exclusivement constitué de WS2ou de DLC.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le premier revêtement comprend un métal dopant tel que Ti ou Mo.
Avantageusement, le métal dopant est uniquement du Ti.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le premier revêtement est constitué de MoS2et de Ti, et la teneur en Ti est comprise entre 3 et 30 % at, et de préférence entre 5 et 15 % at.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, l’épaisseur du premier revêtement est comprise entre 0,2 et 4 microns, et de préférence entre 0,5 et 2 microns.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la dureté du premier revêtement est comprise entre 700 et 2500 HV, et de préférence entre 1000 et 1500 HV.
Avantageusement, la première couche est appliquée par dépôt plasma, de préférence par PVD (dépôt physique en phase vapeur). Le dépôt est réalisé sur l’élément de palier fini, et aucun usinage supplémentaire tel que meulage ou pierrage, ni traitement thermique n’est effectué sur l’élément de palier après le dépôt.
Si le premier revêtement comprend un métal dopant, le revêtement est réalisé en plusieurs couches. Certaines couches comprennent principalement le métal dopant (par exemple, Ti), et d’autres principalement le lubrifiant solide (par exemple, MoS2). Avantageusement, la dernière couche est constituée de lubrifiant solide pur.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le premier revêtement comprend en outre une couche de liaison 7 d’abord appliquée sur le substrat. La couche de liaison augmente l’ancrage du premier revêtement sur le substrat.
Avantageusement, la couche de liaison est constituée de Ti pur.
L’élément de palier 10 comprend en outre un second revêtement 9. Le second revêtement est appliqué sur le premier revêtement. Le second revêtement est plus mou que le premier revêtement, c’est-à-dire que la dureté du second revêtement est inférieure à la dureté du premier revêtement. Le second revêtement comprend un lubrifiant solide.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le lubrifiant du second revêtement comprend du MoS2.
Avantageusement, le lubrifiant du second revêtement est uniquement du MoS2.
En variante, le lubrifiant du second revêtement est du WS2ou du DLC.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le second revêtement consiste uniquement en un lubrifiant solide.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le second revêtement comprend également un adhésif ou un liant tel que l’époxy.
Avantageusement, le second revêtement a une dureté inférieure à 150 HV.
Comme le second revêtement est beaucoup plus mou que le premier, il se dépose par déformation plastique lors de l’opération (rotation) ; ce phénomène confère à l’élément de palier une propriété d’auto-réparation passive.
Avantageusement, la couche supérieure du premier revêtement est poreuse, ce qui augmente l’ancrage du second revêtement au premier revêtement. Des cavités de quelques microns suffisent pour assurer une préhension efficace.
De préférence, la deuxième couche est obtenue par application par peinture d’un mélange obtenu par mélange d’une poudre de lubrifiant solide et d’un solvant liquide qui s’évaporera de manière à laisser finalement du lubrifiant solide pur. Avantageusement, le mélange comprend en outre un adhésif ou un liant tel que l’époxy qui améliorera l’ancrage du second revêtement au premier revêtement.
En variante, le second revêtement est obtenu par pulvérisation d’un aérosol comprenant une poudre de lubrifiant solide, un solvant liquide et éventuellement un adhésif ou un liant.
Grâce à l’invention, la résistance à l’usure de l’élément de palier et de l’unité de palier est améliorée, et en même temps les conditions de lubrification sont améliorées.
De plus, grâce à l’invention, lorsque l’élément de palier ou l’unité de palier est utilisé dans des conditions extrêmes, par exemple lorsqu’il est soumis à des accélérations et/ou des vitesses de rotation très élevées, ou à des charges très élevées ou soudaines, la durée de vie du palier est accrue par rapport aux paliers traditionnels.
L’invention est donc bien adaptée aux roulements à billes utilisés comme coussinet de palier dans les systèmes de paliers magnétiques.
NOMENCLATURE
1 unité de palier
2 bague intérieure
3 bague extérieure
4 élément roulant
5 cage
6 substrat
7 couche de liaison
8 premier revêtement
9 second revêtement
10 élément de palier
11 surface

Claims (10)

  1. Élément de palier (10) d’une unité de palier (1), comprenant :
    - une surface (11) destinée à entrer en contact avec un autre élément de palier,
    - un substrat (6), et
    - un premier revêtement (8) pour augmenter la résistance à l’usure du substrat, le premier revêtement étant appliqué sur le substrat et comprenant un lubrifiant solide,
    caractérisé en ce quel’élément de palier comprend un second revêtement (9) qui est plus mou que le premier revêtement, le second revêtement étant appliqué sur le premier revêtement et comprenant un lubrifiant solide.
  2. Élément de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant solide du premier et du second revêtement est du MoS2.
  3. Élément de palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier revêtement comprend du Ti, dont la teneur est comprise entre 3 et 30 % at.
  4. Élément de palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier revêtement présente une dureté comprise entre 750 et 2500 HV.
  5. Élément de palier selon n’importe quelle revendication précédente, caractérisé en ce que le premier revêtement a une épaisseur comprise entre 0,2 et 4 microns.
  6. Élément de palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lubrifiant solide du second revêtement a une teneur comprise entre 20 et 60 % at.
  7. Élément de palier selon n’importe quelle revendication précédente, caractérisé en ce que le second revêtement comprend en outre un adhésif ou un liant tel que l’époxy.
  8. Élément de palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dureté du second revêtement est inférieure à 150 HV.
  9. Élément de palier selon n’importe quelle revendication précédente, caractérisé en ce que le premier revêtement comprend une couche de liaison (7) qui est d’abord appliquée sur le substrat.
  10. Unité de palier (1) comprenant au moins un élément de palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’élément de palier étant une bague, un élément roulant, une cage, un séparateur ou une entretoise.
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