Brevet FR2028889A1 — publié le 19701016

la présente invention se rapport d'une manière générale à un roulement à aiguillas en acier du type protégé et plus particulièrement à un roulement à aiguilles en acier du type protégé, perfectionné qui peut supporter des charges excessivement élevées 5 en comparaison de celles que peuvent supporter des roulements classiques de même dimension. Pour aider à comprendre la présente invention, certains termes qui y sont utilisés sont définis comme suit : (1) La cémentation ou carburation se rapporte d'une manière générale 10 à un procédé de durcissement de surface ne faisant durcir qu'une couche de surface des éléments en acier par cémentation, carburation, nitruration, carbonitruration, suivi par une trempe et/ou un recuit. (2) Une couche carburée se rapporte à une couche effectivement durcie réalisée à l'aide d'un des procédés de durcissement indiqué 1 5 plus haut. Dans un palier anti-friction, les corps roulants sont pressés contre la surface du chemin de roulement et le métal fini par être arraché ou écaillé , du fait de la fatigue de surface sous l'action des efforts répétés et des empreintes et des creuz qui se forment 20 par suite de l'élasticité de la matière. De telles défaillances de fatigue sont également observées dans un roulement qui est carburé où la couche de surface carburée doit résister d'une façon satisfaisante aux efforts produits par le contact de 1'élément roulant avec la surface du chemin de roulement. 25 En conséquence, la présente invention se rapporte à un rou lement anti-friction à aiguilles du type protégé , perfectionné, dont la couronne extérieure du type coquille est suffisamment résistante pour subir de tels chocs sans se fissurer et pour pouvoir fonctionner sous des charges lourdes même avec une épaisseur limitée 30 de la couronne extérieure .. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, la couche carburée est formée sur le chemin de roulement ou surface intérieure de la couronne extérieure sur laquelle les rouleaux viennent en contact , tandis que la surface extérieure de la 35 couronne extérieure n'est pas carburée et reste une couche résistante La présente invention a également pour but de fournir un roulement à aiguilles perfectionné du type protégé dans lequel 70 02167 2 2028889 aucun-défaut ne se produit sur sa surface extérieure. Suivant la présente invention, une couche carburée mince est formée sur la surface extérieure de la couronne de type coquille du roulement de sorte qu'aucun défaut n'est produit sur cette surface extérieure 5 pendant le manutention et le montage du roulement. La présente invention se rapporte également à un roulement à aiguilles perfectionné du type protégé qui convient parfaitement pour être utilisé dans un assemblage par enfourchement ou dans un joint universel. Suivant la présente invention, la partie de 10 la surface extérieure de la couronne extérieure qui vient en contact avec le bord d'une partie découpée d'un alésage d'un étrier recevant le roulement»n'est pas carburé^de façon à former une couche ductile ou résistante, tandis que la surface intérieure ou au moins le chemin de roulement de la couronne extérieure est carburé dans 15 toute son épaisseur. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de 20 réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : La figure 1 sert à expliquer les relations qui existent entre l'épaisseur de matière carburée et l'effort qui est produit lorsqu'un élément roulant et une surface de contact sont pressés 25 l'un contre l'autre. La figure 2 sert à expliquer les relations qui existent entre les efforts de cisaillement et les épaisseurs, à partir de la surface de contact de la matière carburée, dans le cas d'une charge. La figure 3 est une coupe longitudinale partielle d'un rou-30 lement à aiguilles classique du type protégé,destiné à être comparé avec la présente invention. Les figures 4, 5, 6, 7 et 8 sont des coupes longitudinales partielles représentant des modes de réalisation de la présente invention. 35 La figure 9 sert à expliquer l'utilisation des roulements à aiguilles du type protégé fixés sur un joint universel réalisé • par enfourchement. 70 02167 3 , 2028889 Les figures 10, 11 et 12 sont des coupes longitudinales partielles de modesde réalisation de la présente invention qui conviennent particulièrement pour le joint universel par enfourchement qu'on voit sur la figure 9» et 5 la figure 13 est un diagramme des relations qui existent entre la dureté et l'épaisseur de la matière carburée. En se reportant à la figure 1 , on va décrire les relations qui existent entre l'épaisseur de la matière carburée et la charge dans le plan perpendiculaire à l'axe du roulement. Lorsque seule 10 une charge purement radiale F est appliquée au corps roulant 1, la courbe de répartition des efforts ou charges est semblable à une parabole et la charge devient maximale à la profondeur Z depuis le point de contact entre l'élément roulant 1 et la surface du chemin de roulement. Sur les deux côtés du point d'effort ou charge 15 maximale- , les efforts se réduisent progressivement. La figure 2 représente un graphique se rapportant aux relations qui existent entre l'effort de cisaillement et l'épaisseur de la matière carburée afin d'expliquer comment sont déterminées à la fois la , - _ , . ..le , basant ,sur rupture par fatigue ey dépassement de la limite elastique,eh' se/ 20 la théorie des efforts de cissailement. Comme on le voit sur la figure 2, les deux efforts de cisaillement qui déterminent la rupture à la fatige et le dépassement de la limite élastique Sevfennenb / sivement des maxima à une certaine profondeur par rapport à la surface. 25 On voit ainsi que l'épaisseur de matière carburée de la cou ronne extérieure du roulement doit présenter une épaisseur suffisante pour pouvoir résister suffisamment aux efforts de cisaillement qui déterminent la rupture à la fatigue et le dépassement de la limite élastique, comme décrit plus haut. 30 Dans un roulement à aiguilles classique de type protégé, la couronne extérieure est formée par emboutissage, comme on le voit sur la figure 3, d'une tôle d'acier relativement mince et elle est cémentée sur ses deux surfaces de façon à former les couches carburées 21' .11 convient de noter que l'âne (c'est-à-dire une 35 couche ductile résistante de faible teneur en carbone) 22'demeure de sorte que la couronne ou coquille extérieure elle-même peut présenter une ductilité et une résilience suffisantegpour éviter 70 02167 2028889 qu'elle ne se fissure sous les chocs. En conséquence, pour augmenter la charge qui peut être supportée par le roulement, il suffit d'augmenter l'épaisseur Z' de matière carburée de la couche 21', mais l'âme ou couche ductile résiliente 22' est inévitablement réduite 5 à une épaisseur ZQ , de sorte que la dureté moyenne dans le sens de l'épaisseur de la coquille extérieure est augmentée. En conséquence, la coquille extérieure ne peut absorber qu'une énergie de chocr moindre, et elle tend à se fissurer sous les chocs. Il existe par suite des problèmes sérieux de charges et de 10 montages pour les roulements qui sont utilisés comme roulements dans des assemblages par enfourchement auxquels sont appliquées des charges de choc relativement importantes; telles que des paliers de machines qui doivent supporter des charges lourdes ; des paliers auxquels sont appliqués des charges de poussée ; 15 des paliers dont les couronnes extérieures doivent s'allonger en partie hors de leurs supports ( éléments de support des paliers, par exemple lorsque l'alésage de l'étrier servant à monter le palier pour l'assemblage par enfourchement est découpé partiellement ) etc. Du fait de l'épaisseur limitée de la couronne extérieure 20 il est difficile d'augmenter l'épaisseur de la couche cémentée * afin d'améliorer à la fois la ductilité nécessaire de la couronne extérieure et la charge pouvant être supportée par le roulement. En se reportant à la figure 4, on voit un-; premier . mode de réalisation de l'invention appliqué à un roulement à 25 aiguilles du type protégé dont une face est fermée. Le palier à aiguilles du. type protégé 1 comporte une couronne ou coquille extérieure 2 et des corps roulants en forme d'aiguilles 3. La surface intérieure de la couronne extérieure 2 comporte une couche carburée 21 et une couche ductile et résiliente extérieure 22 qui 30 n'est pas carburée.La couche carburée 21 présente une épaisseur suffisante pour résister aux efforts de cisaillement sous charge , comme décrit plus haut,en liaison avec les figures 1 et 2. La couche ductile ou résiliente 22 présente une épaisseur ZQ qui est suffisante pour résister aux chocs brusques et empêcher d'une 35 façon efficace toute fissuration . La figure 5 représente un second mode de réalisation de l'invention appliqué également à un roulement à aiguilles du 70 02167 5 2028889 type protégé dont une face est fermée. La surface périphérique annulaire qui se trouve sur le côté de la face ouverte de la couronne extérieure 2 comporte une couche carburée 211 qui continue la couche carburée inférieure 21 ou en est solidaire. Ce second 5 mode de réalisation peut être utilisé d'une manière avantageuse lorsque la dureté d'un support ou boîte de palier dans lequel couche est montée la couronne extérieure 2 est plus élevée que cellede la/ ductile ou résiliente 22, du fait qu'on peut empêcher d'une manière efficace la couche 22 qui se trouve entre la surface inférieure de 10 la boîte ou support de palier et la couche 21 de la couronne extérieure 2,de se dilater. Dans le premier et le second modes de réalisation décrits ci-dessus, la face inférieure ou face fermée de la couronne extérieure 2 est montée dans un support ou boîte de palier et est 15 maintenue en position. Mais il convient de noter que lorsque les deux faces de la couronne extérieure 2 ne sont pas pressées contre un des éléments de retenue du roulement ou des éléments semblables, les couches 211 peuvent être formées sur les deux faces de la couronne extérieure, c'est-à-dire que suivant les types et les appli-20 cations des roulements, on peut faire varier d'une manière appropriée les emplacements et le nombre des couches 211. La figure 6 représente un troisième modéré réalisation de la présente invention appliqué à un roulement à aiguilles de type protégé dont les deux faces sont ouvertes. Dans ce cas, 25 une couche --cémentée inférieure. 31 et une couche ductile et résiliente 32 sont formées, comme représentées. Dans le premier, le second et le troisième mode de réalisation décrits ci-dessus, les couches 21 ou 211 présentent une épaisseur effective de matière carburée Z qui est suffisante pour permettre 30 au chemin de roulement de la couronne extérieure 2 de résister aux efforts de cisaillement sous charge et celle-ci n'est formée que sur la surface latérale intérieure ou surface de contact entre la couronne extérieure 2 et le rouleau 3, mais la couche de" surface extérieure de la couronne extérieure 2 n'est pas carburée, ce qui 35 laisse une couche ductile ou résiliente 22. Il s'ensuite que l'épaisseur effective de la matière carburée Z de la couche 21 peut être égale à environ le double de celle d'un roulement à aiguilles 70 02167 6 2028889 classique du type protégé de même épaisseur , tandis que la couche ductile ou résiliente 22 reste la même. En conséquence, la charge que peut supporter le roulement peut être augmentée d'une façon remarquable. Lorsque l'épaisseur effective Z est égale à celle 5 d'un roulement classique de même épaisseur de la couronne extérieure, la couche ductile ou résiliente peut présenter une plus grande épaisseur de sorte que l'énergie des chocs que subit le palier peut être absorbée d'une manière effective. 70 02167 -7- 2028889 Il est parfois souhaitable que la surface extérieure de la couronne extérieure 2 présente une certaine résistance à l'usure pour éviter que des défauts ne se produisent pendant la manipulation et le montage du roulement. En se reportant à la 5 figure 7 qui représente un quatrième mode de réalisation de l'invention, une couche .cémentée extérieure mince 423 est formée à la surface extérieure de la couronne extérieure 2 suivant une épaisseur Z^ de l'ordre de 5 à 20 microns. La couche ductile ou résiliente 422 reste "entre la couche carburée extérieure- 423 effec 10 et la couche carburee intérieure 421 qui possède uns épaisseur/ -tive suffisante pour résister aux efforts de cisaillement ou aux charges, comme décrit plus haut. La faible profondeur Z^ comprise entre 5 et 20 microns de la couche extérieure 423 peut être obtenue en appliquant sur la surface extérieure de la couronne exté-15 rieure un placage ou cache empêchant la carburation, lequel est plus mince qu'un placage ou cache ordinaire qui empêche complètement toute carburation. La profondeur ou épaisseur Z^q de la couche ductile ou résiliente- . 422 est bien entendu suffisante pour résister aux chocs brusques et éviter d'une manière efficace 20 toute fissuration. La figure 8 représente un cinquième mode de réalisation de la présente invention, appliquée à un roulement à aiguilles du type protégé dont les deux faces sont ouvertes et qui comportent des couches carburées intérieures et extérieures 521 et 523 entre 25 lesquelles est interposée une couche ductile ou résiliente 522'. Dans le quatrième et cinquième modes de réalisation de la présente invention qui ont été décrits plus haut, l'épaisseur de la couche extérieure 423 ou 523 est réduite en comparaison de celle d'un roulement classique de sorte que l'épaisseur de la couche 50 cémentée z^ ou Z^ de la couche intérieure 421 ou 521 peut être augmentée d'une manière correspondante, même lorsque l'épaisseur totale de la coquille ou couronne extérieure est limitée..De ce fait, la charge que peut supporter le roulement peut être augmentée en comparaison de celle d'un roulement classique dont la co-35 quille présente la même épaisseur. Du fait que la surface extérieure de la couronne extérieure 2 est carburée, aucun défaut de surface n'est produit sur la surface extérieure du roulement pendant qu'il est manipulé et monté, comme c'est le cas avec un rou 02167 -8- 2028889 lement classique. De plus, il convient de noter que la couche ductile ou résiliente • 422 ou 522 peut être décalée vers l'extérieur, à l'opposé de ce qui se passe dans un roulement classique ou la couche ductile ou résiliente est formée dans la partie cen-5 traie, l'épaisseur de la coquille ou couronne extérieure 2 peut être réduite même lorsque la couche intérieure 421 ou 521 présente la même épaisseur de couche cémentée Z^ ou Z^ que celle d'.un roulement classique. Lorsque l'épaisseur de la coquille ou couronne extérieure 2 reste inchangée par rapport à celle d'un roule-10 ment classique, l'épaisseur de la couche cémentée intérieure peut être augmentée d'une manière avantageuse. En cas de besoin, l'épaisseur de la couche ductile ou résiliente 422 ou 522 peut être augmentée du fait que l'épaisseur de la couche extérieure 423 ou 523 est réduite. On réalise de cette manière un roulement à ai-15 guilles protégé idéal qui peut supporter une charge très lourde, qui résiste suffisamment à l'usure pour empêcher des défauts de se former sur la surface extérieure de sa couronne extérieure lorsqu'il est manipulé ou monté et qui peut résister suffisamment aux chocs brusques. 20 En se reportant ensuite aux figures 9, 10, 11 et 12, on va décrire un sixième, un septième et un huitième modes de réalisation de l'invention qu'on peut utiliser dans un assemblage universel par enfourchement d'une automobile. Dans l'assemblage universel par enfourchement, des roulements à aiguilles 605 sont 25 montés d'habitude dans les alésages 602 d'un étrier 601 et sont maintenus rigidement en position au moyen d'éléments de fixation 606 de façon à recevoir les tourillons 604 d'un croisillon 603. Une partie de chacun des alésages 602 est en général découpée en oblique comme on le voit en 607, et la longueur 1 de la partie 30 découpée est en général plus courte que la largueur du roulement de sorte que ce dernier tend à se déformer entre le tourillon 604 et 1'étrier 601 pendant le fonctionnement,du fait de la charge excentrique appliquée au. joint et des déformations du tourillon 604 et de 1'étrier 601. Du fait que la partie du roulement 35 qui est à découvert à travers la partie découpée de l'alésage 602 ne reçoit pas de charge, la partie de la couronne extérieure du roulement qui est en contact avec le congé 607' de-la partie.découpée 70 02167 -9- 2028889 tend à se déformer vers l'extérieur. Dans un roulement à aiguilles ' classique de type protégé, cette partie de contact indiquée ci-dessus présente une dureté qui est à peu près égale à celle du chemin de roulement de la couronne extérieure, de sorte que des 5 fissures ont tendance à partir • àé la région de contact indiquée plus haut, ce qui se traduit par une rupture prématurée. Pour supprimer ce défaut décrit plus haut qu'on rencontre dans un roulement classique, la présente invention envisage de ne pas carburer ou de ne carburer que sur une profondeur très faible de cou-10 che cémentée la partie de la couronne extérieure qui vient en contact avec le çon^ 607' tout en augmentant l'épaisseur de la couche cémentée du chemin de roulement de la couronne extérieure dans une mesure telle que la couche cémentée ou carburée peut résister suffisamment aux efforts dé cisaillement qui déterminent la 15 limite d'élasticité et la rupture par fatigue de cette couche. On peut ainsi supprimer le défaut décrit plus haut et on peut augmenter la charge que peut supporter le palier à aiguilles du type protégé selon la présente invention dont les dimensions et l'épaisseur de la coquille ou couronne extérieure sont les mêmes que cel-20 les d'un roulement classique. Dans le sixième mode de réalisation de la présente invention qu'on voit sur la figure 10, le chemin de roulement ou gorge 609 sur lequel roule le rouleau 8 est carburé par une carburation "totale" qui sera décrite plus en détail ci-après, La face fermée 25 610 et le rebord 11 sont partiellement carburéç,comme on le voit. La partie 611 du rebord 11 vient en contact avec le congé 607* de la partie découpée. Dans le septième mode de réalisation de l'invention qu'on voit sur la figure 11, un côté seulement du rebord 611 n'est pas 30 carburé, comme on le voit, tandis que la partie restante de la ..couronne extérieure est carburée suivant une carburation "globale ou totale". Dans le huitième mode de réalisation de l'invention qu'on voit sur la figure 12, le chemin de roulement de la couronne ex-35 térieure est carburé suivant une carburation "globale ou totale" tandis que les deux surfaces de la partie restante de la couronne extérieure sont carburées comme on le voit. 70 02167 -10- 2028889 Dans le sixième, septième et huitième modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits plus haut, il convient de noter que le chemin de roulement de la couronne extérieure est totalement carburé dans toute son épaisseur de sorte qu'il peut résister 5 à une charge relativement lourde. Il convient également de noter qu'il est nécessaire de tenir compte de l'épaisseur de la couche cémentée quj/élétermine la charge que peut supporter le palier. D'autre part, la partie restante de la couronne extérieure est totalement carburée sur toute son épaisseur comme dans le cas du chemin 10 de roulement sauf la partie du rebord 611 qui vient en contact avec le congé 607' de la partie découpée de l'alésage 602. En variante, une surface ou les deux surfaces de la partie res-tai^be de la couronne extérieure,à l'exception de son chemin de roulement 609»peuvent être carburées partiellement- De cette manière, le re-15 bord 611 peut résister aux chocs et aux forces de flexion, et la face fermée peut empêcher les fissurations. En se reportant à la figure 13, on va expliquer la carburation "globale ou totale".En bref, une carburation "globale ou totale" signifie qu'un élément est carburé sur toute son épaisseur. 20 D'une manière générale, l'ébauche présente une dureté Rockwell comprise entre 020 et C30. lorsqu'une telle ébauche est carburée la dureté dans l'épaisseur carburée effective est d'environ Rockwell C50, mais lorsque l'ébauche est carburée d'une manière totale ou globale sur toute son épaisseur, la dureté peut être 25 .augmentée et prendre sur -t^ut.e sa; section une valeur supérieure à la dureté initiale de l'ébauche jusqu'à une valeur. d.e préférence égale -à une. dureté Rockwell C50. Il va de soi que la présente invention n'fc été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif 30 et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. IiEGEMPE DES DESSINS Figures Repères 2 A Efforts de cisaillement 35 B Epaisseur à partir de la surface 0 Effort de cisaillement déterminant -le clé- passement, de la limite d'élasticité. . D Effort de cisaillement déterminant la rup ture à- la fatigue 40 13 E Dureté E Section droite Q2167 -11- 2028889 BEVBHDICATIOUS 1. Palier à aiguilles caractérisé en ce qu'une couche carburée est formée sur la surface intérieure d'une couronne extérieure en forme de.coquille au moins certaines parties de 5 la surface extérieure de.cette couronne extérieure comportent des couches ductiles et résilientes, 2. Roulement à aiguilles suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche carburée dont l'épaisseur est moindre que celle de la couche- carburée intérieure est formée sur la 10 surface extérieure de ladite couronne extérieure. 3. Roulement à aiguilles^caractérisé en ce qu'une cougï^ç carburée est formée dans la couche'superficielle intérieur®/la surface d'une couronne extérieure sur laquelle vient en contact un\^ élement roulant,et dans la surface extérieure opposée à cette 15 couche carburée eot formée une couche ductile ou résiliente. , 4. Palier à aiguilles suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une couche carburée qui est solidaire de la première couche carburée intérieure est formée sur la surface périphérique annulaire et la surface d'extrémité de la face ouverte 20 de la couronne extérieure. 5. Palier à aiguilles du type protégé, caractérisé en ce qu'il est monté dans un alésage, destiné à le recevoir^ d'un étrier d'un j.oint universel en enfourchement, d'une manière telle qu'une partie du chemin de roulement extérieur du palier est à 25 dévouvert à travers une partie découpée de cet alésage, une partie de la surface périphérique extérieure d'une couronne extérieure qui vient en contact avec le bord de cette partie découpée /Par n'étant formée .que/ une couche ductile et résiliente, et a l'endroit du chemin de roulement de cette couronne extérieure est 30 formée une couche carburée dont l'épaisseur est accrue. 6. Roulement à aiguilles du type protégé, caractérisé en ce qu'il est monté dans un alésage destiné à le recevoir d'un étrier d'un joint. universel en enfourchement,de telle sorte qu'une partie du chemin de roulement extérieur du roulement est à décou- 35 vert à travers une partie découpée de cet alésage, une partie de la surface extérieure d'une couronne extérieure qui vient en con- 70 02167 -12- 2028889 tact avec le "bord de cette partie découpée emportant une couche carburée mince formée au-dessus d'une couche ductile et résiliente, et à l'endroit du chemin de roulement de la couronne extérieure est formée une couche carburée dont l'épaisseur est 5 accrue.