FR3137730A1 - Palier pour moteur ou machine électrique - Google Patents

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Jean-Marie Gerard
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Nicolas ANDRE
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Abstract

[Palier pour moteur ou machine électrique] Le palier comprend une bague intérieure 12, une bague extérieure 14, une unique rangée d’éléments roulants 16 interposés radialement entre des chemins de roulement 24, 26 desdites bagues, et une cage 18 de maintien de l’espacement circonférentiel des d’éléments roulants pourvue d’un talon 30 annulaire. Le plan radial P2 de symétrie des chemins de roulement 24, 26 des bagues intérieure et extérieure est décalé axialement du côté opposé au talon 30 de la cage par rapport au plan radial médian P1 dudit palier, le décalage axial étant compris entre 2 % et 15 % de la largeur axiale dudit palier. Référence : Figure 1

Description

Palier pour moteur ou machine électrique Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le domaine des paliers utilisés en particulier dans les moteurs électriques, les machines électriques et équipements associés.
 Etat de la technique antérieure
Dans un moteur ou une machine électrique, au moins un palier est monté entre le carter du moteur ou de la machine électrique et l’arbre rotatif afin de supporter cet arbre.
Classiquement, un tel palier comprend une bague intérieure, une bague extérieure, une rangée de billes interposées entre lesdites bagues et une cage de maintien de l’espacement circonférentiel régulier des billes. Le palier peut également comprendre des flasques ou des joints d’étanchéité fixés sur l’une des bagues intérieure et extérieure pour fermer l’espace radial existant entre les bagues.
Dans une application moteur électrique, le coefficient de vitesse ndmqui est utilisé pour caractériser les conditions de vitesse du palier, et dans lequel n représente la vitesse de rotation et dmle diamètre moyen du palier, est généralement supérieur à 1 000 000 mm/min.
Avec de telles vitesses de rotation élevées, la cage du palier a tendance à se déplacer dans le sens radial mais aussi dans le sens axial.
Lorsque le palier est équipé d’une étanchéité intégrée, ce déplacement dans le sens axial peut entrainer un contact du talon de la cage avec le flasque ou le joint d’étanchéité adjacent. Si le palier est dépourvu d’étanchéité intégrée et donc ouvert, la cage peut alors faire saillie axialement vers l’extérieur par rapport aux bagues intérieure et extérieure.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
L’invention concerne un palier comprenant une bague intérieure, une bague extérieure, une unique rangée d’éléments roulants interposés radialement entre des chemins de roulement desdites bagues, et une cage de maintien de l’espacement circonférentiel des éléments roulants pourvue d’un talon annulaire.
Selon une caractéristique générale, le plan radial de symétrie des chemins de roulement des bagues intérieure et extérieure est décalé axialement du côté opposé au talon de la cage par rapport au plan radial médian dudit palier.
Contrairement à un palier conventionnel, chaque chemin de roulement des bagues intérieure et extérieure n’est donc pas symétrique par rapport au plan radial médian du palier. Les éléments roulants sont donc décalés axialement par rapport au plan radial médian du palier.
Ainsi, avec le palier de l’invention, pour une dimension axiale donnée de la cage, celle-ci est éloignée des faces frontales des bagues situées du côté du talon de la cage par rapport à sa position dans un palier à conventionnel.
Selon une autre caractéristique générale, le décalage axial entre le plan radial de symétrie des chemins de roulement et le plan radial médian dudit palier est compris entre 2 % et 15 % de la largeur axiale du palier.
La demanderesse a déterminé que, lorsque le palier est équipé d’un organe d’étanchéité, avec un tel ratio, le risque de contact axial entre le talon de la cage et cet organe d’étanchéité est fortement réduit lors du fonctionnement du palier à des vitesses de rotation élevées avec un coefficient de vitesse ndmde l’ordre de 1 000 000 mm/min.
Avec un tel ratio, lorsque le palier est ouvert, le risque que le talon de la cage s’étende en saillie axiale par rapport aux faces frontales des bagues est aussi fortement réduit en fonctionnement à ces vitesses de rotation élevées.
Préférentiellement, le décalage axial entre le plan radial de symétrie des chemins de roulement et le plan radial médian dudit palier est compris entre 3,5 % et 7 % de la largeur axiale du palier.
Comme indiqué précédemment, le palier peut être équipé d’une étanchéité intégrée.
Dans ce cas, le palier peut comprendre au moins un premier organe d’étanchéité qui est fixé sur l’une des bagues intérieure et extérieure et coopère avec l’autre bague, et qui est disposé axialement en regard du talon de la cage. Le palier peut aussi comprendre en outre un deuxième organe d’étanchéité disposé du côté opposé au premier organe d’étanchéité, fixé sur l’une des bagues intérieure et extérieure et coopérant avec l’autre bague pour fermer l’espace radial existant entre lesdites bagues et à l’intérieur duquel sont logés les éléments roulants et la cage associée.
Le talon de la cage peut comprendre une pluralité d’alvéoles de réception des éléments roulants.
Dans un mode de réalisation, les éléments roulants peuvent être des billes. Dans ce cas, les alvéoles du talon de la cage peuvent être pourvues chacune de griffes de retenue axiale de la cage sur la bille associée s’étendant à partir du talon.
L’invention concerne également un moteur électrique comprenant un carter, un arbre et au moins un palier tel que défini précédemment et monté radialement entre le carter et l’arbre.
Brève description des figures
La présente invention sera mieux comprise à l’étude de la description détaillée d’un mode de réalisation, pris à titre d’exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
est une demi-vue en coupe d’un palier à billes selon un exemple de réalisation de l’invention, et
est une vue en coupe de la cage du palier de la .
 Description détaillée de l’invention
Sur la , le palier référencé 10 dans son ensemble comprend une bague intérieure 12, une bague 14 extérieure qui sont aptes à tourner l’une par rapport à l’autre autour de l’axe X-X’ du palier.
Le palier 10 comprend également une unique rangée de billes 16 interposées radialement entre les bagues intérieure 12 et extérieure 14. Les billes 16 sont par exemple réalisées en acier.
Le palier 10 comprend également une cage 18 de maintien de l’espacement circonférentiel des billes 16.
Le palier 10 comprend encore, axialement de chaque côté, un flasque d’étanchéité 20, 22 annulaire pour fermer l’espace radial existant entre les bagues intérieure et extérieure 12, 14 et à l’intérieur duquel sont logées les billes 16 et la cage 18 associée.
Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, le palier 10 est conçu de sorte à éviter en fonctionnement un contact axial entre la cage 18 et le flasque d’étanchéité 20.
Les bagues intérieure 12 et extérieure 14 du palier sont concentriques et s’étendent axialement le long de l’axe X-X’ du palier. Les bagues intérieure et extérieure 12, 14 sont réalisées en acier. Les bagues sont du type massive. On entend par « bague massive », une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d’ébauches forgées et/ou roulées.
La bague intérieure 12 comprend un alésage 12a cylindrique, une surface extérieure 12b axiale cylindrique opposée radialement à l’alésage, et deux faces frontales 12c, 12d radiales opposées délimitant axialement l’alésage et la surface extérieure. Les faces frontales 12c, 12d sont symétriques entre elles par rapport à un plan radial P1transversal passant par le centre du palier 10. Ce plan radial P1est le plan médian du palier 10. L’alésage 12a et la surface extérieure 12b délimitent l’épaisseur radiale de la bague intérieure 12.
La bague intérieure 12 comprend encore un chemin de roulement 24 intérieur pour les billes 16 qui est formé sur la surface extérieure 12b. Le chemin de roulement 24 est dirigé radialement vers l’extérieur. Le chemin de roulement 24 présente en section droite un profil interne concave adapté au diamètre des billes 16.
La bague extérieure 14 comprend une surface extérieure 14a axiale cylindrique, un alésage 14b cylindrique opposé radialement à la surface extérieure 14a, et deux faces frontales 14c, 14d radiales opposées délimitant axialement l’alésage et la surface extérieure. Les faces frontales 14c, 14d sont symétriques entre elles par rapport au plan radial P1médian du palier 10. La surface extérieure 14a et l’alésage 14b délimitent l’épaisseur radiale de la bague extérieure 14.
Dans l’exemple de réalisation illustré, les faces frontales 14c, 14d sont coplanaires avec les faces frontales 12c, 12d de la bague intérieure. La distance axiale séparant les faces frontales 12c, 14c des faces frontales 12d, 14d définit la largeur axiale du palier 10.
Alternativement, les faces frontales 12c, 14c et les faces frontales 14d pourraient être décalées axialement par rapport aux faces frontales 12c, 12d. Dans ce cas, la largeur axiale du palier 10 est définie par la distance séparant les faces frontales de la bague présentant la plus grande dimension axiale.
La bague extérieure 14 comprend encore un chemin de roulement 26 extérieur pour les billes 16 qui est formé sur l’alésage 14b. Le chemin de roulement 26 est dirigé radialement vers l’intérieur. Le chemin de roulement 26 présente en section droite un profil interne concave adapté au diamètre des billes 16.
Comme indiqué précédemment, le palier 10 comprend les flasques d’étanchéité 20, 22 pour fermer l’espace radial existant entre les bagues intérieure et extérieure 12, 14 et à l’intérieur duquel sont logées les billes 16 et la cage 18. Les flasques d’étanchéité 20, 22 sont symétriques entre eux par rapport au plan radial P1médian du palier 10.
Chaque flasque d’étanchéité 20, 22 est entièrement logé à l’intérieur de l’espace radial délimité par les bagues intérieure et extérieure 12, 14. Le flasque d’étanchéité 20, respectivement 22, est décalé axialement du côté intérieur du palier par rapport aux faces frontales 12c et 14c, respectivement 12d et 14d, des bagues intérieure et extérieure.
Chaque flasque d’étanchéité 20, 22 est fixé à la bague extérieure 14. Chaque flasque d’étanchéité 20, 22 est fixé à l’intérieur d’une rainure annulaire formée sur l’alésage 14b de la bague extérieure. Dans l’exemple de réalisation illustré, les flasques d’étanchéité 20, 22 coopèrent avec la bague intérieure 12 par passage étroit. En variante, il est également possible de prévoir une fixation des flasques d’étanchéité 20, 22 sur la bague intérieure 12 et une coopération avec la bague extérieure 14.
Alternativement, le palier 10 pourrait comprendre d’autres organes d’étanchéité, en remplacement des flasques 20 et 22, tels que des joints d’étanchéité. Dans ce cas, les joints d’étanchéité peuvent coopérer avec la bague intérieure 12 par passage étroit ou encore par friction.
La cage 18 est de forme annulaire. La cage 18 comprend un talon 30 annulaire axialement en regard du flasque 20. Le talon 30 comprend une face frontale 30a externe qui est orientée axialement en direction du flasque 20, i.e. vers l’extérieur. La face frontale 30a est axialement à distance du flasque 20. La face frontale 30a du talon est décalée axialement vers l’intérieur par rapport aux faces frontales 12c, 14c des bagues intérieure et extérieure. La face frontale 30a délimite axialement le talon 30 du côté externe.
Comme illustré plus visiblement à la , le talon 30 de la cage est pourvu d’une pluralité d’alvéoles 32 dans lesquelles sont logées les billes. Les alvéoles 32 sont identiques entre elles. Les alvéoles 32 sont espacées les unes par rapport aux autres dans le sens circonférentiel, ici de manière régulière. Les alvéoles 32 sont ouvertes axialement du côté des billes 16, i.e. axialement du côté opposé au flasque d’étanchéité 20 ( ).
Chaque alvéole 32 de la cage 18 enveloppe en partie la bille associée. Chaque alvéole 32 comprend deux griffes 34 pour assurer la retenue axiale de la cage 18 sur la bille 16 associée. Les griffes 34 de chaque alvéole 32 s’étendent à partir du talon 30. Les griffes 34 d’une alvéole s’étendent dans le sens circonférentiel l’une en direction de l’autre, leurs extrémités libres étant espacées d’une distance inférieure au diamètre de la bille associée. Les parois sphériques de chaque alvéole 32 de la cage 18 enveloppent en partie la bille associée et sont prolongées par les faces intérieures concaves des griffes 34. Les griffes 34 permettent d’assurer la retenue axiale de la cage par encliquetage sur les billes disposées à l’intérieur des alvéoles 32. La cage 18 peut être réalisée en matière synthétique ou en matière métallique.
En se référant de nouveau à la , le chemin de roulement 24 de la bague intérieure du palier est symétrique par rapport à un plan radial P2. Le chemin de roulement 26 de la bague extérieure est aussi symétrique par rapport au plan radial P2de symétrie. Le centre des billes 16 est situé dans le plan radial P2de symétrie.
Comme indiqué précédemment, le palier 10 est conçu de sorte à éviter en fonctionnement un contact axial entre la cage 18 et le flasque d’étanchéité 20.
Dans ce but, le plan radial P2de symétrie des chemins de roulement 24, 26 des bagues intérieure et extérieure est décalé axialement par rapport au plan radial P1médian du palier 10. Le plan radial P2de symétrie est décalé axialement du côté opposé au talon 30 de la cage et au premier organe d’étanchéité 20.
Le décalage axial entre les plans radiaux P2de symétrie et P1médian est compris entre 2 % et 15 % de la largeur axiale du palier 10, et encore plus préférentiellement entre 3,5 % et 7 %.
La demanderesse a déterminé qu’avec un tel ratio, on réduit fortement le risque de contact axial entre le talon 30 de la cage et le flasque d’étanchéité 20 lors du fonctionnement du palier à des vitesses de rotation élevées par rapport à un palier à billes conventionnel ayant une cage de même dimension axiale. La durée de vie du palier 10 est ainsi augmentée.
Dans l’exemple de réalisation décrit, le palier est pourvu de deux organes d’étanchéité pour fermer l’espace radial existant entre les bagues intérieure et extérieure. Le palier peut en variante être ouvert et dépourvu d’organes d’étanchéité.
Dans l’exemple de réalisation décrit, le palier est du type à billes. Alternativement, le palier à roulement peut comprendre d’autres types d’éléments roulants que des billes, par exemple des rouleaux.

Claims (9)

  1. Palier (10) comprenant une bague intérieure (12), une bague extérieure (14), une unique rangée d’éléments roulants (16) interposés radialement entre des chemins de roulement (24, 26) desdites bagues, et une cage (18) de maintien de l’espacement circonférentiel des éléments roulants pourvue d’un talon (30) annulaire, caractérisé en ce que le plan radial (P2) de symétrie des chemins de roulement (24, 26) des bagues intérieure et extérieure est décalé axialement du côté opposé au talon (30) de la cage par rapport au plan radial médian (P1) dudit palier, le décalage axial étant compris entre 2 % et 15 % de la largeur axiale dudit palier.
  2. Palier selon la revendication 1, dans lequel le décalage axial entre le plan radial (P2) de symétrie des chemins de roulement (24, 26) et le plan radial médian (P1) dudit palier est compris entre 3,5 % et 7 % de la largeur axiale dudit palier.
  3. Palier selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre au moins un premier organe d’étanchéité (20) qui est fixé sur l’une des bagues intérieure et extérieure et coopère avec l’autre bague, et qui est disposé axialement en regard du talon (30) de la cage.
  4. Palier selon la revendication 3, comprenant en outre un deuxième organe d’étanchéité (22) disposé du côté opposé au premier organe d’étanchéité (20), fixé sur l’une des bagues intérieure et extérieure (12, 14) et coopérant avec l’autre bague pour fermer l’espace radial existant entre lesdites bagues et à l’intérieur duquel sont logés les éléments roulants (16) et la cage (18) associée.
  5. Palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le talon (30) de la cage comprend une pluralité d’alvéoles (32) de réception des éléments roulants.
  6. Palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments roulants (16) sont des billes.
  7. Palier selon la revendication 6 dépendante de la revendication 5, dans lequel les alvéoles (32) du talon de la cage sont pourvues chacune de griffes de retenue (34) axiale de la cage sur la bille associée s’étendant à partir du talon.
  8. Palier selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les bagues intérieure et extérieure (12, 14) sont massives.
  9. Moteur électrique comprenant un carter, un arbre et au moins un palier (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes monté radialement entre le carter et l’arbre.
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