Brevet FR2369059A1 — publié le 19780526

La présente invention concerne une broche rotative pour machine à rectifier, composée d'une partie fixe et d'une partie mobile rotative, et comprenant tin palier à roulement à billes avant établi dans la partie fixe et supportant la partie mobile en un endroit de paliérage avant, un palier à roulement à billes arrière établi dans la partie fixe et supportant la partie mobile en un endroit de paliérage arrière, et des moyens de compensation de dilatation, montés en au moins un des dits endroits de paliérage pour donner au palier qui s'y trouve une certaine liberté de déplacement axial par rapport à la partie fixe, permettant une compensation des différences de dilatation thermique entre les parties fixe et mobile. L'invention concerne également l'utilisation de cette broche pour entrainer une meule de rectification des intérieurs. Dans les machines à rectifier, et tout particulièrement les machines a rectifier les intérieurs, on doit avoir des broches dont les rotors (ou parties rotatives) tournent à des vitesses extrêmement élevées, atteignant et même dépassant mille à deux mille tours par seconde. Les rotors des broches tournant à de telles vitesses s'échauffent généralement assez fortement. Il est donc nécessaire, afin d'éviter des surcharges inadmissibles sur les roulements à billes des paliers avant et arrière, de prévoir des moyens de compensation de dilatation thermique. Ces moyens doi vent pouvoir absorber des différences égales à une fraction de millimètre entre la dilatation thermique dans le sens axial de la partie rotative, ou rotor, et la dilatation thermique dans le sens axial de la partie fixe, ou stator. L'art antérieur connaissait différents systèmes pour absorber ces variations dues à la dilatation thermique. Ainsi, dans certaines broches rotatives antérieurement connues, la bague extérieure du ou des roulements à billes était apte à glisser à l'intérieur d'un logement ménagé dans la partie fixe. Toutefois, ceci impliquait la présence d'un certain jeu entre le roulement à billes et le logement, chose difficile à réaliser étant donné que ce jeu devait rester suffisamment faible pour ne pas donner d'ébat à la fixation du roulement, ce qui aux très hautes vitesses aurait rapidement c#onduit à la détérioration du roulement.D'autre part, certains dépôts d'oxyde entre la bague extérieure du roulement et le logement ménagé dans la partie fixe ou des phénomènes de dilatation radiale de cette bague en fonctionnement risquaient de pravqur le blocage du logement à l'é- gard de sa possibilité de d#p#Lacement axiale ou de créer des précharges préjudiciables aux roulements. Un autre systime, d'une construction générale analogue, consiste à fixer la bague extérieure des paliers dans une douille coulissant elle-même longitudinalement à l'aide de billes dans la partie fixe. Ce système a l'avantage d'avoir un frottement de glissement relativement faible et de permettre une absence de jeu néfaste, mais il nécessite que lespièces soient usinées avec des tolérances extrêmement serrées.En effet, on admet généralement une précharge de quelques microns pour les billes du palier axial, et si cette prêcharge est trop faible, voir inexistante, les vibrations engendres par le rotor amènent les billes a marquer leur place dans le logement et sur la douille (pièces pourtant traitées thermiquement) de sorte que la rigidité radiale s'en ressentira et que les roulements principaux seront #ux aussi plus vite détériorés; d'autre part, l'état de surface des pièces rectifiées s'en trouvera défavorablement influencé Les montages existants comprennent des paliers à un ou deux roulements à billes, lorqu'ils sont à deux roulements à billes, ces derniers peuvent être préchargés l'un contre l'autre pour établir la précharge axiale qui est nécessaire à leur fonctionnement correct. Dans le cas ou chaque palier ne comprend qu'un roulement à billes, ou comprend plusieurs roulements à billes dirigés dans le même sens, la précharge axiale des roulements à billes doit être faite entre les deux paliers et des moyens élastiques (ressorts hélicoïdaux ou joints 0-ring) sont encore associés au montage coulissant, direct ou à billes de roulement longitudinal, afin d'assurer la précharge axiale voulue.Ces ressorts compliquent naturellement encore la construction des moyens de compensation de dilatation thermique, ce qui complique encore la construction, déjà relativement compliquée, de l'ensemble de la broche rotative. Le but de la présente invention est de fournir une broche rotative pour machine à rectifier, notamment une broche rotative de ce type à très haute vitesse, qui ne présente pas les inconvé- nients susmentionnés, notamment ceux qui sont inhérents au coulis sement direct et ceux qui sont inhérents au coulissement à l'aide de billes à action longitudinale. Dans ce but et conformément à l'invention, la broche rotative pour machine à rectifier, du type générique précédemment défini, est caractérisée en ce que les dits moyens de compensation de dilatation comprennent au moins une membrane douée d'une certaine élasticité et présentant au moins une zone marginale par laquelle elle est fixée fermement à la dite partie fixe et une zone centrale à laquelle un dit palier à roulementàbilles est fixement lié. Dans une forme d'exécution particulièrement avantageuse, chaque palier comprend deux roulements à billes préchargés l'un contre l'autre par un montage en opposition, et les dits moyens de compensation de dilatation, montés à l'endroit de paliérage arrière, comprennent deux dites membranes aux zones centrales desquelles est liée une douille porte-roulement. Dans une autre forme d'exécution avantageuse, du type dans lequel la précharge axiale des roulements à billes est établie par les roulements des deux paliers travaillant l'un contre l'autre, la broche rotative comprend, à l'endroit de paliérage arrière, une seule membrane qui est déjà préchargée au montage afin de constituer en même temps les moyens à ressorts nécessaires à la précharge des roulements. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'objet de l'invention; dans ce dessin la fig. 1 est une vue en coupe d'une broche rotative-moteur du type particulier en question,constituant avantageusement une broche-moteur à haute vitesse pour machine à rectifier, la fig. 2 est une vue en plan d'une membrane comprise dans la broche rotative selon la fig. 1, et la fig. 3 représente une autre forme d'exécution d'un dispositif du type particulier en question, dans laquelle une seule membrane joue le double rôle de moyen de compensation de dilatation et de moyen de précharge des roulements d'un palier contre ceux de l'autre. La forme d'exécution de broche-moteur 1 selon la fig. 1 comprend principalement un manteau extérieur cylindrique 2 auquel une joue avant 3 et une joue arrière 4 sont fixées à l'aide de vis, seule une de ces vis, fixant la joue avant 3, étant visible à la fig. 1. La joue avant 3 comprend un nez dans un alésage intérieur duquel des roulements a billes 11 et 12 sont fixés de façon classique.Ces roulements à billes ll et 12 sont montés en configuration "dos à dos", c'est-a-dire une configuration qui permet une précharge d 7 un roulement contre 11 autre. A l'intérieur de ces roulements ll et 12 passe l'extrémité avant d'un arbre 5, qui porte une partie 6 qui sert au montage d'une meule (non représentée), de même qu'à la fixation des roulements 11 et 12. Cette disposition étant classique, ne nécessite pas d'autres explications. A l'intérieur du manteau 2, se trouve montée une armature de stator formée de pièces 9 et 10, dans laquelle circule un liquide de refroidissement amené par une tubulure 15.Cette armature de stator porte un enroulement de stator 8 destiné à être parcouru par un courant polyphasé à haute rrequencer qui induira dans les pôles de stator un champ magnptique tournant à haute vitesse (jusqu'à 1-'000 ou 2'000 tours par seconde, voire davantage). A cet effet, l'arbre 5 porte un rotor lisse 7 situé à l'intérieur du stator. L'arbre 6 ne sort de la broche que du côté avant, la joue arrière 4 étant utilisée pour différentes arrivées de fluide de refroidissement et de lubrification qui sont distribuées par des moyens adéquats 15 à 17. Des moyens de lubrification existent également pour le palier avant, mais ils ne sont pas représentés au dessin. Entre l'agencement-porte par la joue arrière 4 et 1' armature de stator 9, 1O, la broche-moteur 1 comprend un agencement de paliérage arrière de la partie rotative formée de l'arbre 5 et du rotor 7. Du fait du fonctionnement à haute vitesse du moteur, la partie rotative 5 peut en certains moments se trouver à une température notablement différente de celle de la partie fixe formée pri,ncipalement du manteau 2, de la joue avant 3 et de l'armature de stator 9, 10.Comme les roulements à billes avant 11 et 12 sont montés fixes en direction axiale aussi bien dans la partie fixe, c'est-à-dire dans la joue avant 3 que sur la partie mobile, c'est-à-dire l'arbre 5, des' différences de dilation thermique dans le sens axial se présentent à l'endroit de paliérage axial de l'arbre 5. Ces différences de dilatation sont surtout sensibles en régime transitoire, lorsque le moteur n'a pas encore atteint sa température de régime, mais elles peuvent subsister éga lement à la température de régime; en certains cas, ces différences de dilatation pourraient même subsister si toutes les parties sont approximativement à la même température, en supposant que la partie fixe et la partie mobile n'aient pas exactement le même coefficient de dilatation. Afin de supporter ces différences de dilatation axiale sans dommage, la broche moteur représentée à la fig. 1 comprend un agencement particulier qui est le suivant : Deux roulements à billes 13 et 14, sont fixement montés, en configuration dos à dos, avec précharge axiale, sur la partie arrière de l'arbre 5. Les bagues extérieures de ces roulements sont par ailleurs montées dans une douille porte-roulement 18, oh elles sont fixées à l'aide d'une douille de fixation 19 maintenue par des vis 20. Cette douille porte-roulement 18 est montée dans le perçage intérieur de deux membranes 21 et 22 configurées de la manière représentée à la fig. 2. La zone intérieure 32 de ces membranes 21 et 22 est serrée contre des épaulements adéquats de la douille 18, à l'aide de deux pièces annulaires 28 fixées par les vis 29 qui traversent des perçages 34 de la zone centrale 32 des membranes respectivement 21 et 22. Ces dernières comprennent par ailleurs trois portions marginales établies par la présence de trois échancrures 36 dans une forme primitive circulaire, des ouvertures de "flexi bilié" 52 sont de plus pratiquées à la base de ces portions.Ces trois portions marginales 31 de chacune des deux membranes 21 et 22 sont serrées entre les flancs de trois pièces annulaires 23, 24 et 25, lesquelles sont assemblées, en pinçant les portions marginales des membranes, à l'aide de vis de fixation 26 qui traversent des perçages 33 des portions marginales 31 des membranes.Il faut comprendre que les pièces annulaires 23 et 25 ont une configuration approximativement identique à celle de la membrane, représentée à la fig. 2, tandis que la pièce 24 est circulaire et comprend, en face des échancrures des membranes 21 et 22 et des pièces annulaires 23 et 25, simplement des perçages servant au passage de vis 27 par lesquelles l'ensemble des pièces 23 à 25 et des membranes 21 et 22 est fixé contre le flanc de l'armature de stator 9, ces perçages dans la pièce 24 étant également établis pour livrer passage à différents conduits tels que le conduit 15 qui amène l'eau de réfrigération à l'armature de stator 9, 10.A la fig. 1, on n'a représenté qu'une seule vis 27 qui fixe contre l'armature de stator l'ensemble des pièces 23 et 25, et encore la position dans laquelle cette vis 27 est dessinée procède d'une rotation virtuelle autour de l'axe de la broche, d'une façon qui améliore la compréhension de l'illustration. La position réelle d'une de ces vis 27 par rapport à la configuration des membranes est également représentée en traits pointillés à la fig. 2. On voit que, entre la zone centrale 32 qui est serrée entre les douilles 18 et 28 et les portions marginales 31 qui sont serrées respectivement entre les pièces annulaires 23 et 25 et entre les pièces annulaires 24 et 25, les deux membranes 21 et 22 présentent des parties libres qui sont susceptibles de se déformer pour permettre un déplacement axial de la douille 18 et des roulements à billes 13 et 14. Afin d'augmenter l'élasticité des membranes ces portions libres sont percées d'ouvertures 52 dont la forme et les dimensions établies par des essais, permettent d'obtenir l'élasticité voulue pour les membranes. Pour que les parties libres puissent fléchir, les pièces annulaires 23, 24 et 25 comprennent des dégagements qui créent des espaces vides 30 de cha que côté de la membrane, dans la zone médiane de celle-ci.Les membranes sont faites naturellement d'acier à ressort et elles ont une épaisseur d'une#fraction de millimètre. Ceci permet des déplacements axiaux de l'ordre de grandeur d'un dixième de millimètre sous l'effet de forces de quelques kilogrammes. En variant la configuration et l'épaisseur des membranes, et notamment sur les dimensions des ouvertures 52, on peut naturellement modifier les valeurs de déplacements et des forces qui entrent en jeu dans le fonctionnement de la membrane. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, les roulements à billes sont préchargés directement par le fait de leur disposition dos à dos dans chacun des paliers, avant et arrière de la broche, de sorte que les membranes 21 et 22 n'ont pas d'autre fonction que celle de permettre un déplacement axial du palier arrière. Dans ces conditions, si l'on admet qu'une différence de dilatation provoquera un déplacement par exemple d'un dixième de millimètre, il est possible de précharger les membranes dans un sens de façon à les déformer a froid Avec un agencement comme celui que représente la fig. 1, il n'y a plus aucune partie qui glisse ou qui roule contre une autre partie pour permettre la compensation des différences de dilatation axiale et le positionnement du palier arrière est toujours établi de façon parfaitement adéquate. La fig. 3 représente, schématiquement, une autre forme d'exécution 40 d'une broche-moteur pour machine à rectifier à hau- te vitesse, munie d'un dispositif à membrane du type particulier en question. La construction générale de la broche-moteur 40 de la fig. 3 est la même que celle de la broche-moteur 1 de la fig. 1 et un grand nombre d'éléments constructifs se retrouvent identiquement dans les deux formes d'exécution et sont désignés par les mêmes signes de référence. Il est donc superflu de les décrire une seconde fois et on se bornera à décrire ce qui, dans la forme d'exécution 40 de la fig. 3, diffère de la forme d'exécution 1 de la fig. 1. La broche-moteur 40 de la fig. 3 comprend un palier avant formé de deux roulements qui ne sont pas préchargés l'un contre l'autre mais qui sont disposés dans le même sens, leur précharge devant être établie par le ou les roulements de l'autre palier. Sur la fig. 3, on a deux roulements 41 et 42 de palier avant et un seul roulement, 43, de palier arrière, mais ceci est simplement une illustration du fait que l'on peut aussi bien avoir un roulement par palier que deux roulements par palier. Le plus souvent, si le palier avant comprend deux roulements, le palier arrière comprendra deux roulements, tandis que si le palier arrière ne comprend qu'un roulement, le palier avant n'en comprendra également qu'un. L'important dans cette seconde forme d'exécution est que le ou les roulements d'un palier sont préchargés par le ou les roulements de l'autre palier. Il est donc nécessaire que des moyens à ressort pressent le roulement 43 du palier arrière en direction axiale, et ceci est réalisé par l'agencement suivant : Le roulement 43 du palier arrière est porté par une douille porte-roulement 44 dans laquelle il est fixé par une douille de fixation de roulement 45 maintenue par des vis 51.La douille porte-roulement 44 est montée à l'intérieur d'une membrane 46, semblable à la membrane représentée à la fig. 2, la partie centrale de cette membrane étant pressée contre un épaulement de la douille 44 par une pièce de fixation annulaire 49, serrée à l'aide de vis 50 qui traversent les perçages 34 de la zone centrale 32 de la membrane 46 Les portions marginales 31 de cette membrane sont par ailleurs serrées- contre le flanc de l'armature de stator 9' (de forme analogue mais non tout à fait identique à l'armature de stator 9 de la forme d'exé- cution de la fig. 1), une pièce annulaire de serrage 47 étant à cet effet fixée contre l'armature de stator 9', avec interposition des portions extérieures 31 de la membrane, à l'aide de vis de serrage 48 qui traversent les perçages 33 des portions extérieures de la membrane, Le dim-#nsi-#nnement des éléments 3 et 9; de la partie fixe, de même que le dimensionnem#nt et la configuration de l'arbre 5 sont établis de façon que, lorsqu'elle est ainsi serrée en place, la membrane 45 subit déjà une déformation qui assure une force de précharge axiale des roulements. Cette déformation est rendue visible a la fis. 3 (d'une façon volontairement exagérée) par la forme non plane de la membrane 46. On comprend aisément que cette membrane 46 presse la douille 44 et le roulement 43 en direction de l'extérieur, c'est-à-dire en direction de la droite relativement à l'illustration de la fig. 3. La membrane doit subir à froid une déformation supérieure à la différence de dilatation qui interviendra à chaud, afin que la précharge qu'elle imprime aux roulements ne devienne jamais nulle sous l'effet de cette dilatation. Lorsque cette différence de dilatation axiale intervient, elle tend effectivement à réduire la précharge que la membrane 46 imprime aux roulements, mais en l'occurrence la diminution de la déformation de la membrane du fait des différences de dilatation thermiques n'amène jamais la membrane jusqu'à un état ou elle n'exercerait plus d'action de rappel élastique.La forme d'exécution de la fig. 4 convient particuliè- rement pour des broches de forme "ramassée", dans lesquelles la distance entre le palier avant et le palier arrière n'est pas très grande, ce qui fait que la diffdrence de dilatation axiale n'est jamais très importante. Si la déformation au repos de la membrane 46 est par exemple de 0,1 mm, une différence de dilatation n'excédant pas 0,03 mm ne fera jamais tomber la précharge des roulements en dessous 0,07 fois la valeur de cette précharge à froid. La membrane 46 de la forme d'exécution 40 de la fig. 3 joue donc le double rôle d'une part d'assurer la précharge des roulements et d'autre part d'assurer la possibilité de déplacement axial du roulement arrière par rapport à la carcasse fixe afin de prévenir les effets néfastes d'une différence de dilatation thermique entre la partie fixe et la partie mobile. On note que la construction "a précharge des roulements par l'intermédiaire de la membrane" pourrait également être réalisée de diverses autres manières. Il serait notamment possible d'avoir deux membranes pour tenir la douille porte-roulement 44, à l'instar de ce que l'on a dans la forme d'exécution de la fig. 1. Pour le palier arrière, toutes les combinaisons sont possibles, à savoir : une membrane et un roulement (exemple représenté), une membrane et deux roulements, deux membranes et un roulement, deux membranes et deux roulements. On note que l'utilisation de deux membranes, comme par exemple dans le cas de la fig. 1, assure un guidage complet de la douille porte-roulement, laquelle reste toujours disposée en direction rigoureusement axiale, et par là même augmente la rigidité de l'arbre, tandis que l'utilisation d'une seule membrane positionne tout à fait adéquatement la douille porte-roulement mais diminue la rigidité du palier (possibilité de pivotement), cette solution était applicable dans le cas où la ri gidité de l'arbre est suffisante. Des membranes de différentes configurations peuvent du reste être utilisées et il serait également possible d'avoir une membrane dont la portion extérieure ait la forme d'une serge; d'autre part, la membrane pourrait également comprendre plus de trois portions extérieures séparées par des échancrures. En jouant avec la forme de ces dernières, et l'épaisseur de la membrane, on arrive à donner à la membrane la constante de ressort voulue. D'autre part, selon la manière dont la ou les membranes sont disposées, dans le cas où la précharge est faite par un palier contre l'autre, et selon la manière dont les roulements sont orientés, on peut obtenir une précharge qui diminue lorsque le rotor s'échauffe ou qui augmente lorsque le rotor s'échauffe. On note encore que, bien que la conception ci-décrite s'applique d'une façon particulièrement adéquate aux broches-moteurs à vitesse élevée dans lesquelles des différences de dilatation axiale se produisent frequemment, cette manière de monter au moins un palier à l'aide de membranes convient aussi particulièrement bien aux broches (meilleur marche) qui ne comportent pas directement un organe-moteur mais qui sont entraînées par une courroie. REVENDICATIONS : 1. Broche rotative pour machine à rectifier, composée d'une partie fixe et d'une partie mobile rotative, et comprenant un palier à roulement à billes avant établi dans la partie fixe et supportant la partie mobile en un endroit de paliérage avant, un palier à roulement à billes arrière établi dans la partie fixe et supportant la partie mobile en un endroit de paliérage arrière, et des moyens de compensation de dilatation, montés en au moins un des dits endroits de paliérage, pour donner au palier qui s'y trou ve une certaine liberté de déplacement axial par rapport à la partie fixe, permettant une compensation des différences de dilatation thermique entre les parties fixe et mobile, caractérisée en ce que les dits moyens de compensation de dilatation comprennent au moins une membrane douée d'une certaine élasticité et présentant au moins une zone marginale par laquelle elle est fixée fermement à la dite partie fixe et une zone centrale à laquelle un dit palier à roulement à billes est fixement lié. 2. Broche rotative selon la revendication 1, dans laquelle chaque dit palier comprend deux roulements à billes préchargés l'un par rapport à 11 autre par un montage qui les oppose, caractérisée en ce que les dits moyens de compensation de dilatation comprennent deux dites membranes, les zones marginales de ces membranes étant fixées à la dite partie fixe par trois portions entre lesquelles subsistent des échancrures, et les zones centrales de ces membranes étant fixées à une même douille qui porte les roulements à billes formant le palier de cet endroit de paliérage. 3. Broche rotative selon la revendication 1, dans laquelle chaque dit palier ne comprend que des roulements à billes dirigés dans le même sens, les roulements à billes des deux paliers étant dirigés respectivement dans deux sens différents, et des moyens élastiques de précharge assurant une précharge des roulements d'un palier contre les roulements de l'autre palier, caractérisée en ce que les dits moyens de compensation de dilatation comprennent au moins une dite membrane sujette à une déformation élastique inhérente à sa position de montage, la zone centrale de cette membrane portant une douille porte-roulement et lui impartissant, du fait de la dite déformation élastique de la mem brane, une traction dirigée dans le sens axial pour établir la précharge des dits roulements, la dite membrane constituant à la fois les dits moyens de compensation de dilatation et les dits moyens de précharge des roulements. 4. Broche rotative selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les dits moyens de compensation de dilatation sont montés au dit endroit de paliérage arrière. 5. Broche rotative selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque dite membrane comprend trois portions marginales de fixation à la dite partie fixe entre lesquelles subsistent des échancrures qui, à la fois, augmentent la souplesse de la membrane et permettent le passage de composants constructifs de forme al- longée qui, depuis l'extérieur, gagnent ainsi l'espace situé de l'autre côté de la membrane; des ouvertures dont la forme et les dimensions conditionnent également l'élasticité de la membrane étant pratiquées dans les portions actives de membrane situées entre les portions marginales de fixation et la zone centrale. 6. Utilisation de la broche rotative selon la revendication 1 en tant que broche à haute vitesse pour entraîner une meule de rectification des intérieù:rs. 7. Utilisation selon la revendication 6 en tant que bro che#-moteur pour entraîner directement et à vitesse élevée une meule de rectification des intérieurs.