Brevet FR2011962A1 — publié le 19700313

2047Q6. 1 2011962 - lia présente invention concerne un montage de palier sphérique, notamment de palier sphérique à auto-alignement dit ci-après palier à rotule, et son procédé d'assemblage. On peut procéder de diverses manières à l'assemblage de pa-5 liers sphériques. Suivant une méthode, dite d'étampage, le chemin de roulement extérieur du palier est en un matériau à faible limite- d'élasticité, qu'on rétreint à la presse autour d'une rotule en acier trempé. Ce type de montage de palier et de mode d'assemblage présente l'inconvénient de limiter le choix du matériau 10 formant le palier, dont l'organe intérieur doit être assez dur pour servir de poinçon et le chemin extérieur asses mou pour se déformer. Ce mode d'assemblage ne permet pas d'utiliser des rotules en matériaux relativement mous, par exemple poreux et imprégnés de lubrifiant, ni des chemins extérieurs très durs, qui ne 15 se prêteraient pas au travail de façonnage du chemin extérieur autour de la rotule. Une autre méthode connue de réalisation de montage de palier sphérique consiste à former le chemin de roulement extérieur en deux bagues, entre lesquelles on emboîte la rotule et qu'on main-20 tient dans une enveloppe. On maintient les bagues dans l'enveloppe en les emmanchant à force dans un évidement récepteur ménagé dans l'enveloppe ou en déformant l'enveloppe par étampage pour qu'elle les retienne. Qes paliers ont encore lsinconvénient que le chemin de roulement extérieur est en un matériau déformable et 25 qu'on ne saurait utiliser ni une enveloppe ni un chemin, de roulement extérieur en matériau trempé à coeur. De plus, la déformation à la presse réduit 18aptitude du palier à absorber des charges parallèles à l'axe eosumn des bagues et la rotule risque de jaillir hors du palier. 30 Un autre mode encore de construction de montage de palier ^consiste à former la rotule en y prévoyant des tronçons cylindriques opposés portant des secteurs sphériques séparés, dirigés à l'opposé. On insère latéralement la rotule dans un chemin de roulement et on la fait pivoter dans ce dernier pour l'immobiliser 25 axialement. Il faut déformer fortement la rotule pour pouvoir la placer dans le chemin de roulement annulaire. En conséquence, on réduit fortement son aptitude à supporter des charges axiales. Pour permettre d'obtenir une structure de palier sphérique présentant une aptitude maximale à supporter les charges pour des 40 dimensions physiques minimales, l'invention a pour objet un mon- ("3 r ; SiSAi - - *• BAD ORIGINAL > 69 20473 2 2011962 tage de.palier sphérique à rotule comprenant une enveloppe qui présente un alésage dans lequel est monté un moyen de portée annulaire présentant sur sa face intérieurs un cliemin de roulement sphérique destiné à recevoir sans jeu une rotule de palier, ce 5 montage étant caractérisé en ce que ledit moyen de portée est réuni par fusion sur une partie axiale notable de sa périphérie avec la paroi de l'alésage, pour former dans l'enveloppe une section de support de charges d'un seul tenant. les objets, caractéristiques et avantages de l'invention 10 ressortiront d'ailleurs de la description qu'on va maintenant donner en se référant au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue de face d'une extrémité de tige formant un palier suivant l'invention ; la figure 2 est une vue de profil éclatée de cette extrémité 15 de tige avant assemblage, avec arrachement' et coupe, suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; la figura 3 est une vue de profil de l'extrémité de tige assemblée, avec arrachement, et en coupe suivant la ligne 2-2 de là figure t % 20 la figure 4 est une vu® analogue à la figure 2 illustrant une variant© ; la figure 3 est «ne vu© analogue à la figure 3 montrant a-près assemblaga 1© pâlies? représenté etar la figure 4» et la figure 6 est, à plus grande échelle, une vue partielle en 25 coupe longitudinale d'una extrémité de tige suivant une autre variante » la fignx-© 1 représeate vas extrémité fis tige qui présente, à une Gxtréaibé. me douille 10 formant enveloppe et, è 1 'autre extrémité , tua. tronçon fileté 12 de raccordement à une pièce active 30 associée9 non représenté©» la douille formant enveloppe est de forme générale annulaire» Bile présente un alésage dans lequel os insère un coussinet formé de deux bagues 14, 16 dont une seule est visible en 14 sur la figure 1. Une rotule 18 en forme de ephè-• re tronquée ost emboîtée entre les bagues H et 16, comme repré-35 aenté sur la figure 3* Une zone annulaire de fusion 20 est ménagée à la périphérie de la bague H, dans la zone annulaire de jonction entre cette bague et la paroi de l'alésage. Les faces intérieures des. "bagues; 14 .et -16 ont - les formes et les dimensions voulues pour", défiais smseœbl'è r -lo^âqu* elles sont juxtaposées coa-40 xialement, une portée de rotule en forme de sphère tronquée, BAD ORIGINAL 69 20473 3 2011962 Pour former le palier sphérique montré sur la figure 1, on réalise l'enveloppe 10 en un matériau de préférence choisi pour son grain fin et sa haute résistance mécanique afin qu'il puisse supporter une majeure partie de la charge. La douille-enveloppe 5 10 a de préférence sensiblement la grosseur de grain ASÏM n° 5 (25 600 grains par mm. ) ou inférieure, pour ne pas se fissurer près de la zone de soudage, dans la région touchée par le chauffage. La douille 10 présente un alésage 11 de préférence centré sur son aie et qu'on peut ménager par simple forage. L'alésage 11 10 est ainsi en forme de cylindre droit. Les demi-coussinets ou bagues 14 et 16 représentés sur la figure 2 sont de préférence identiques et sont en un matériau, tel qu'acier inoxydable, choisi pour sa forte résistance à l'usure. Leurs faces intérieures 22, 24 ont les formes voulues pour 15 constituer après assemblage les deux moitiés d'un chemin de roulement en forme de sphère tronquée. Elles ont le rayon de courbure voulu pour épouser étroitement la rotule 18 après assemblage dans l'alésage 11. Les faces extérieures des coussinets sont en forme de cylindre droit et ont les dimensions voulues pour épou-20 ser étroitement la face intérieure annulaire de l'alésage 11 avec un jeu faible ; pour un alésage 11 d'un diamètre de 13 mm, ce jeu est de l'ordre de 2,5 microns. Après avoir formé les bagues rapportées, on leur confère finalement une dureté Rockwell de 30 à 36 par traitement thermique 25 voulu, par exemple passage au four maintenu à une température de durcissement ; en variante, lorsqu'on opère un durcissement superficiel, on ne durcit pratiquement que la face sphérique de la bague, par exemple par chauffage par induction, puis refroidissement rapide. 30 La rotule 18 présente un alésage central 26 destiné à rece voir un axe, goujon ou analogue, non représenté. Cette rotule est en matériau trempable et on lui confère par trempe, avant assemblage, une dureté Bockwell par exemple de 53 à 58. Pour monter le palier, on assemble d'avance les bagues 14 et 35 16 dans l'alésage 11 en forçant légèrement après avoir interposé entre elles la rotule 18. Il faut veiller à ce que les faces du joint soient exemptes d'impuretés et aient un bon fini de surface. On peut immobiliser les bagues par soudure par points pour les empêcher de se déformer pendant soudage en filet ultérieur. 40 On dirige axialement un faisceau actif de particules char 69 20473 4 2011962 gées, tel que faisceau électronique 28, sur le joint 30 formé suivant la ligne de contact entre la "bague 14 et 1* alésage 11. On concentre le faisceau 28 sur le joint 30 de manière à réunir par fusion les faces juxtaposées. On règle la puissance du faisceau 5 de manière à réunir par fusion les faces en regard sur une profondeur couvrant de préférence une partie notable de la largeur axiale d'une bague. Telle que représentée sur la figure 3» la zone 20 de fusion du métal s'étend sur 80 environ de la largeur de la bague 14. On réalise la soudure annulaire soit en déviant 10 le faisceau, soit en faisant pivoter l'enveloppe 10, et l'on règle la puissance du faisceau, compte tenu de la vitesse de souda^ ge, de manière à ce que la soudure pénètre à la profondeur désirée. Une fois la bague 14 complètement soudée à l'enveloppe 10, et après refroidissement de l'assemblage, on projette le faisceau 15 sur le côté 30' axialement opposé du joint, c'est-à-dire entre la bague 16 et l'alésage 11, pour former une zone annulaire de soudage 32 semblable à la zone 20. Une fois le soudage terminé, la rotule 18, jusque là étroite ment enserrée dans le chemin sphérique, acquiert automatiquement 20 un certain jeu par contraction résultant du refroidissement du métal fondu, de manière à pouvoir se mouvoir librement. On suppri me ainsi l'opération supplémentaire classique nécessaire pour imprimer du jeu à la rotule. On choisit le degré de concentration et la puissance du faisceau de manière à déterminer la largeur de 25 la zone de fusion et, ainsi, le degré de contraction qui intervient pour donner du jeu à la rotule. De plus, en limitant comme noté à 80 % environ la pénétration du faisceau, on maintient cons tamment l'effet de centrage assuré par l'emmanchement des bagues 14 et 16 dans l'alésage 11 ; cei effet subsiste pour faire appa-30 raître une zone médiane de support des charges radiales, non affectée par les soudures. On pourrait régler un faisceau électronique de manière à o-pérer les deux soudures 30 et 30' au cours d'un mime balayage cir - eulaire, mais le soudage préféré, plus facile à contrôler, s'opè-35 z*e en deux stades comme décrit ci-dessus, en ménageant «nu zone médiane non affectée par le soudage. On peut imprimer au faisceau un léger décalage radial par rapport au joint pour stimuler la fusion de la bague et limiter la fusion de l'enveloppe. On conçoit qu'en faisant varier légère-40 ment ce décalage radial, on détermine le degré de jeu acquis, par 69 20473 5 2011962 la rotule lors du refroidissement des soudures. La figure 4 illustre un type plus général de montage de palier sphérique. Sur cette figure, une enveloppe annulaire 34 présente un contre-alésage 36 et une portée intérieure 38» en forme 5 de sphère tronquée. On peut imprimer à la face sphérique 38 un durcissement superficiel soit au chalumeau, soit par application d'un revêtement dur. L'ensemble de l'enveloppe 34 est en un matériau à haute résistance mécanique. On forme un coussinet annulaire ou bague 40 ayant le diamè-10 tre extérieur voulu pour s'insérer sans jeu dans le contre-alésage 36 et qui présente sur sa face intérieure un chemin de roulement 42 en forme de sphère tronquée. Les faces intérieures 38 et 42 forment un chemin d'un seul tenant, en forme d© sphère tronquée, comme les faces intérieures 22 et 34 des bagues 14 et 16. 15 On peut durcir la bague 40 avant de l'insérer dans 1© contre-alésage 36. Une rotule trempée 44 présente le diamètre voulu pour s'emboîter sans jeu dans le chemin en sphère tronqués défini par les faces intérieures 42 de la bague et 38 de 15 enveloppe0 La figure 20 5 représente l'assemblage comportant la rotule inséré® entre 1' enveloppe 34 et la bague 40, Après avoir assemblé les éléments d© palier eotaae illustré par la figure 5» on projette un faisceau électronique 28 sur la joint 46 formé entre la bague et la face intérieur© du eôntre-alé-25 sage 36. On règle le degré de concentration et la puissance tu faisceau de manière à fondre et à souder ©nasable la "bague 40 et l'enveloppe 34. De.préférence, la zone soudée 50 pénètre axiale-ment sur toute la largeur axiale de la bague 40e ïïn® fois la soudure annulaire terminée, la rotule 44 peut se déplacer librement 30 dans le chemin en forme de sphère tronquée. On peut avantageusement revêtir le chemin de roulement du palier sphérique suivant l'invention d'un revêtement doté d'une caractéristique désirée et dans l'ensemble non déforsaable. La figure 6 représente un palier, formé à l'extrémité d5une tige, muni 35 d'un tel revêtement. La face de roulement intérieure, en forme de sphère tronquée, de chacune des bagues 14 et 16 porté un"revêtement de durcissement 52, 52'. On peut former ces revêtements par application d'un matériau réfraetaire fragile et durci, par exemple par projection au chalumeau de carbure de tungstène. Lorsqu' 40 on désire une surface glissante à faible coefficient de frotte- BAÙ original 69 20473 6 2011962 ment, on peut utiliser une pellicule de revêtement sèche, par exemple en tétrafluoréthylène ou "Nylon". On applique les revêtements après formation des bagues 14 et 16 et l'on tient compte de leurs épaisseurs pour déterminer le diamètre des faces de roule-5 ment des bagues. On ne risque pas d'endommager les revêtements pendant assemblage, car le soudage rapide au faisceau électronique évite une accumulation de chaleur excessive et supprime l'é-tampage à froid suivant la technique antérieure. Oh peut appliquer aux faces de roulement d'autres lubrifiants 10 réfractaires en pellicule sèche et/ou des couches résistant à la corrosion et à l'abrasion. Le palier suivant l'invention peut porter des pellicules d'oxyde d'aluminium, de carbure de chrome et analogues. le soudage au faisceau électronique permet d'utiliser des 15 chemins de roulement ayant tout fini de surface désiré, obtenu par usinage, meulage ou polissage, ainsi que de déterminer avec précision la géométrie du chemin de roulement, comportant ou non des gorges de graissage. TJn chemin, à surface lisse accroît l'aire" de contact effectif supportant les chaïgGS @t réduit l'usure ain-20 si que la tendance au rayage. Sn soudant les bagues rapportées à l'enveloppe, on accroît 1'aptitude que le palier présente, pour un poids donné, à soutenir des charges, du fait qu'on solidarise les" bagues d© la section d® support d® charges de l'enveloppe. Bien entendu, la description, ci-dessus n'a aucun caractère 25 limitatif. bad original 69 20473 7 2011962 REVENDICATIONS 1) Montage de palier sphérique à rotule comprenant une enveloppe qui présente un alésage dans lequel est monté un moyen de portée annulaire présentant sur sa face intérieure un chemin de roulement sphérique destiné à recevoir sans jeu xme rotule de pa- 5 lier, ce montage étant caractérisé en ce que ledit moyen de portée est réuni par fusion sur une partie axiale notable de sa périphérie avec la paroi de l'alésage, pour former dans l'enveloppe une section de support de charges d'un seul tenant. 2) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 10 au moins la partie formant chemin de roulement dudit moyen de portée est relativement dure et non ductible. 3) Montage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit moyen de portée comprend deux coussinets identiques offrant chacun sur sa face intérieure la moitié 15 d'un chemin de roulement, en forme de sphère tronquée, de dimensions voulues pour recevoir sans jeu ladite rotule, qui a le diamètre voulu pour ressortir axialement desdits coussinets. 4) Montage selon la revendication J>, caractérisé en ce que chacune desdites faces de roulement dudit moyen de portée est mu- 20 nie d'un revêtement. 5) Montage selon la revendication 3» caractérisé en ce que chacune desdites faces de roulement de coussinet est munie d'un matériau de surface durci et fragile,fcSfctemant réfractaire et non déformable. 25 6) Procédé de réalisation de palier sphérique à rotule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on forme une enveloppe de support de charges présentant un alésage, au moins un coussinet annulaire ou bague à- face de roulement intérieure en forme de sphère tronquée et à face périphéri- 30 que de diamètre voulu pour s'insérer sans jeu dans l'alésage, ladite face de roulement intérieure ayant les dimensions voulues pour recevoir sans jeu une rotule, en ce qu'on place le coussinet dans l'alésage en emboîtant la rotule dans sa face de roulement, la face périphérique du coussinet et la surface de l'alésage dé- 35 finissant un joint annulaire dirigé axialement et en ce qu'on projette vers ce joint, un faisceau actif destiné à en fondre ses faces en regard jusqu'à une profondeur axiale qui couvre une partie notable de la largeur axiale du coussinet, pour souder le coussinet à l'enveloppe de support de charges et l'«n solidariser. 69 20473 8 2011962 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dite opération de soudage implique la projection sur ledit joint d'un faisceau électronique concentré. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7» 5 caractérisé en ce que la formation dudit coussinet comporte l'application sur sa face intérieure sphérique d'un revêtement en matériau durci et fragile fortement réfractaire. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on forme à l'extrémité d'une tige une envèlop 10 pe de largeur déterminée, traversée suivant sa largeur par ledit alésage, en ce qu'on réalise deux coussinets identiques dont les faces intérieures annulaires forment les deux moitiés d'une surface de roulement durcie, en forme de sphère tronquée, de dimensions voulues pour recevoir sans jeu entre elles une rotule en sphère 15 tronquée, la largeur axiale des coussinets étant inférieure au dia mètre de la rotule et les faces extérieures des coussinets s*emboîtant sans jeu dans l'alésage, ledit faisceau aotif étant projeté sur le joint entre ces faces pour réunir par fusion les coussinets à l'extrémité de la tige. 20 io) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les faces de roulement sphériques des coussinets sont de diamètre légèrement inférieur à celui de la rotule pour porter à force contre celle-ci, et en ce qu'on imprime ensuite à la rotule un jeu ra dial déterminé dans le chemin de roulement sphérique en réglant la 25 largeur de la zone de fusion établie suivant lesdits joints. 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que ledit faisceau actif est un faisceau électro nique projeté dans un premier sens axial sur le joint formé entre un premier coussinet et la surface de l'alésage, pour réunir par 50 fusion à cette surface la face périphérique du premier coussinet sur une profondeur axiale notable, et en ce qu'on projette ensùite le faisceau électronique dans un second sens axial, opposé au premier, sur le joint formé entre le second desdits coussinets et la surface de l'alésage pour réunir par fusion à cette surface la fa- 55 ce périphérique du second coussinet sur une profondeur axiale nota ble. 12) Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit faisceau électronique assure au ni veau desdits joints une fusion sur une profondeur qui représente 40 environ 80j£ de la largeur axiale de chaque coussinet. 69 20473 9 2011962 13) Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que la formation du coussinet comporte 1* application d'un revêtement sur ladite face de roulement sphérique. 5 14) Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 1J, caractérisé en ce que le matériau de revêtement est du carbure de tungstène, du carbure de chrome ou de l'oxyde d'aluminium. 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