Brevet FR2493433A1 — publié le 19820507

Palier à roulement destiné au guidage longitudinal d'un arbre ou analogue. La présente invention concerne un palier à roulement destiné au guidage longitudinal d'un arbre ou analogue et composé d'une douille extérieure comportant des chemins de roulement disposés axialement dans son alésage pour les éléments roulants chargés et des chemins de recirculation pour les éléments roulants non chargés, d'au moins une ran- gée sans fin d'éléments roulants disposés dans ces chemins et de bagues d'étanchéité disposées à chaque extrémité de la douille extérieure et glissant sur l'arbre par leur surface d'alésage. On connatt un palier à roulement de la catégorie in- diquée, sur lequel l'alésage de la bague d'étanchéité glisse, de toute sa largeur, sur l'arbre se déplaçant dans le sens de la longueur (demande de brevet allemand 2 814 917). Le frot- tement de déplacement et spécialement le frottement de dé- marrage ou de décollement de la bague d'étanchéité sont grands sur ce roulement, parce qu'ils doivent être surmontés en même temps que le frottement de démarrage et les forces massi- ques des éléments roulants dans les chemins de roulement et de recirculation du roulement. La conséquence est que, surtout au commencement du mouvement longitudinal mais aussi. à l'lnver- sion du mouvement longitudinal de l'arbre d'un sens dans l'au- tre, il se produit dans le roulement des pointes de frotte- ment et des forces massiques importantes qui causent des bruits et des mouvements irréguliers du roulement, ce qui n'est pas souhaité pour les roulements de préecision, tels qu'ils exis- tent dans la mécanique de précision. Sur un autre roulement connu, une bague d'étanchéité est insérée élastiquement dans l'alésage de chaque bague d'extrémité; la lèvre de la bague d'étanchéité est dirigée obliquement vers l'extérieur et elle glisse sur l'arbre (demande de brevet allemand 2 557 351). Dans un sens longi- tudinal de l'arbre dirigé vers l'intérieur, la bague d'étan- chéité peut alors causer un frottement de glissement assez important si, par suite de surépaisseurs, les forces de frot- tement attaquent la lèvre d'étanchéité et dirigées axialement vers l'intérieur déplacent la lèvre vers l'intérieur et la coincent ainsi radialement entre la bague extérieure ou carter et l'arbre. Ainsi ce roulement connu peut, dans cer- taines conditions, produire aussi une résistance de fonction- nement irrégulière et relativement grande, qui n'est pas admise dans beaucoup d'applications de la mécanique de pré- cision. Le but de l'invention est de créer un palier à roule- ment destiné au guidage longitudinal d'un arbre ou analogue conforme au type indiqué et qui, même en cas d'une surépais- seur importante de la bague d'étanchéité glissant sur l'ar- bre, offre une excellente étanchéité en même temps qu'un frot- tement de déplacement faible et régulier. En particulier la résistance créée dans le roulement au commencement et à l'inversion du mouvement longitudinal de l'arbre doit être relativement petite, pour permettre la mise en oeuvre également dans la mécanique de précision et la construction mécanique de précision. On obtient ce résultat par le fait que, selon l'inven- tion, le palier à roulement destiné au guidage longitudinal d'un arbre ou analogue et composé d'une douille extérieure comportant des chemins de roulement disposés axialement dans son alésage pour les éléments roulants chargés et des chemins de recirculation pour les éléments roulants non chargés, d'au moins une rangée sans fin d'éléments roulants disposés dans ces chemins et de bagues d'étanchéité disposées à chaque extrémité de la douille extérieure et glissant sur l'arbre par leurs surfaces d'alésage, caractérisé par le fait que chaque bague d'étanchéité comporte, pour le 0o raccordement à la section de fixation, au moins une lèvre d'étanché mince, élastique et dirigée radialement vers l'in- térieur, cette lèvre délimitant sur ses deux c8tés un espace libre, et présentant un diamètre d'alésage plus petit, à l'état démonté, que le diamètre de l'arbre, afin de former un renflement en forme de bourrelet sur la lèvre d'étanchéité suivant le sens du mouvement longitudinal de l'arbre dans l'un ou l'autre des espaces libres. Avec la disposition suivant l'invention, on obtient qu'aussi bien au commencement du mouvement longitudinal de l'arbre qu'au moment de l'inversion de ce mouvement, tout d'abord seuls le frottement de démarrage et les forces massl- ques des éléments roulants produites par l'accélération dans les chemins de roulement et de recirculation doivent être sur- montés. C'est seulement après la mise en mouvement des élé- ments roulants, qui présentent donc un faible frottement de roulement, que la lèvre d'étanchéité, qui a parcouru, plaquée sur l'arbre, unecourse longitudinale prédéterminée, commence à glisser sur lui. Le frottement d'adhérence ou de décollement *de la lèvre d'étanchéité sur l'arbre commence alors à être surmonté. Comme ce frottement d'adhérence de la lèvre d'étan- chéité se produit à un moment o les éléments roulants ont déjà un faible frottement de roulement, le frottement de dé- placement du roulement est réduit de la meilleure façon possl- ble pour les changements de direction des mouvements longitu- dinaux. On garantit en même temps d'une manière économique une étanchéité efficace de l'espace de roulement au moyen des bagues d'étanchéité glissant sur l'arbre. Dans un mode de réalisation préféré, le roulement comporte dans la douille extérieure, une cage avec des glis- sières pour les éléments roulants et des bagues d'extrémité fixées aux extrémités de la douille extérieure et recouvrant la face frontale correspondante de la cage, caractérisé par le fait que la bague d'étanchéité est coincée entre la cage et la bague d'extrémité et est fabriquée en une matière com- pressible élastiquement pour compenser les tolérances de fa- brication. Cette disposition offre l'avantage que la bague d'extrémité peut être fixée sur la douille extérieure même avec des tolérances de fabrication économiques peu serrées. La bague d'étanchéité est alors coincée entre la bague d'ex- trémité et la cage d'une manière étanche. La fixation élas- tique axiale de la cage dans la douille extérieure permet parailleurs d'amortir avantageusement le bruit dans l'atelier. Une fabrication spécialement économique da la bague d'étanchéité est obtenue lorsque la bague d'étanchéité est en forme de rondelle. Dans un mode de réalisation avantageux, la lèvre d'étanchéité présente des orifices susceptibles de purger/e 'espace de roulement, de sorte que le renflement des lèvres d'étanchéité en forme de bourrelet puisse se faire, pour les changements de direction du mouvement longitudinal de l'arbre, sans dérangement et sans une pression dynamique à l'intérieur du roulement qui puisse gêner le renflement de la lèvre d'étanchéité. Cela est le cas spécialement quand il existe un espace libre entre deux lèvres d'une bague d'étanchéité placées l'une à côté de l'autre et que les deux lèvres forment en fonctionnement des renflements de grandeurs différentes. Si on utilise des bagues d'étanchéité relativement minces en forme de rondelles, le roulement peut être équipé pour différentes applications, sans qu'on soit obligé de changer les pièces qui s'y raccordent, comme la bague-d'extré- mité, la bague extérieure et la cage. L'étroit espace qui reste, quand on a enlevé la mince bague d'étanchéité, par exemple entre la bague d'extrémité et la cage, est en effet dans bien des cas suffisamment petit pour le positionnement des éléments dans le roulement; il est donc admissible. Le roulement conforme à l'invention va maintenant être expliqué plus en détail à l'aide de deux exemples d'exécution représentés au dessin indiqué. Dans ce dessin: la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un roulement; les figures 2a, 2b et 2c représentent un détail agrandi de la coupe longitudinale de la figure 1, au poins de contact d'une bague d'étanchéité, en différentes étapes du mouvement longitudinal de l'arbre et la figure 3 représente une coupe longitudinale partiel- le agrandie d'un roulement modifié. Il est représenté sur la figure 1 la douille extérieure 1 d'un roulement de guidage longitudinal de l'arbre 2. L'alé- sage de la douille extérieure 1 contient des chemins de roule- ment axiaux 3 pour les éléments roulants chargés 4 et des chemins de recIrculation 5 pour les éléments roulants non char- gés 6. La douille extérieure I contient la cage 7; cette dernière comporte, sur son pourtour, des glissières 8, qui reçoivent chacune une rangée d'éléments roulants 4, 6 circu- lant sans fin dans la cage. Dans le cas présent les éléments roulants 4, 6 sont sphériques. Les deux extrémités de la cage 7 sont axialement en saillie et elles portent chacune, sur leur génératrice, une bague 9, qui, avec son collet 10 formant vers l'intérieur une saillie radiale, recouvre la face frontale correspondante de la cage 7. Entre chacune des deux bagues d'extrémité 9 et la cage 7 est coincaune bague d'étanchéité l, dont la surface d'alésage glisse sur l'arbre 2. Cette bague d'étanchéité est, dans le cas présent, une mince rondelle. Elle possède une lè- vre d'étanchéité 12 mince, élastique et tournée radialement vers l'intérieur. Comme on le voit d'une manière particulièrement claire sur la figure 2a, la lèvre d'étanchéité 12 est des deux estés voisine d'espaces libres 13, 14. Quand l'arbre 2 est déposé, la surface d'alésage de la lèvre d'étanchéité 12 de la bague d'étanchéité l 'voir la représentation en pointillés sur la figure 2a) a un diamètre 15 plus petit que la diamètre 16 de l'arbre 2. Dès que l'arbre 2, partant de la position représentée sur la figure 2a, exécute dane le roulement un mouvement longi- tudinal dans le sens de la flèche 18, cela erée sur la lèvre d'étanchéité 12 un renflement 17, en forme de bourrelet qui pénètre dans l'espace libre 14, qui est à droite sur le dessin. La lèvre d'étanchéité 12 ne produit pas alors de frottement par glissement, parce qu'elle se plaque sur l'arbre 2, qui l'entratne dans le sens de la longueur. Quand le mouvement longitudinal de l'arbre 2 continue dans le sens de la flèche 18, la lèvre d'étanchéité 12 atteint finalement la position indiquée sur la figure 2c, dans laquelle elle est courbée dans le sens de la flèche 18. En surmontant le frottement d'adhérence ou de décollement, la lèvre d'étanchéi- té 12 commence alors à glisser sur l'arbre 2. Pendant le ehrrAgement de position de la lèvre d'étanchéi- té 12 sur la figure 2a tendant à la position de la figure 2c, aussi bien les forces de frottement élevées au démarrage que les forces massiques de l'accélération des éléments roulants 4, 6 sont surmontées. A l'instant du commencement du glisse- ment et du décollement de la lèvre d'étanchéité 12 dans la position de la lèvre représentée sur la figure 2c, il existe déjà un frottement relativement faible dI au roulement des éléments roulants. Le frottement de déplacement du roulement qui en résulte est donc faible, parce que le frottement élevé de démarrage du roulement ne se produit jamais en même temps que le frottement de décollement (frottement d'adhérence) de la lèvre d'étanchéité 12. Les conditions du frottement par roulement et du frottement de la lèvre d'étanehéité sont analogues quand le mouvement longitudinal de l'arbre 2 dans le sens de la flèche 18 cesse et que l'arbre 2 exécute dans le roulement un mouve- ment longitudinal opposé à cette direction, quand donell y a une inversion du mouvement longitudinal de l'arbre 2o Dans ce cas, au moment du changement de la position de la lèvre d'étan- chéité représentée sur la figure 2e et se transformant en celle de la figure 2a, il se produit, sur la lèvre d'étanchéité 12, un autre renflement 6n foruie de bourrelet, qui est courbé dans l'autre espace libre 13 et représenté en pointillés sur la fi- gure 2b. û Dans le cas présent, la bague d'étanchéité il est fa- briquée dans une matière compressible élastiquement, par exem- ple un élastomère. De eette façon la cage 7 est maintenue dans la douille extérieure par les bagues d'étanchéité 11l avec une précharge élastique axiale; les tolérancede montage qui découlent par exemple de variations de largeur de la bague extérieure 1 sont alors compensées par une compression axiale plus ou moins grande des bagues d'étanchéité 11 coincées entre la cage 7 et la bague d'étanchéité 9. La figure 3 représente une coupe longitudinale par- tielle d'un roulemet modifié, destiné au guidage longitudinal de l'arbre 2; comme pour le roulement représenté sur la figure 1, il comporte une bague extérieure, une cage 7 et des bagues d'extrémité 9 fixées aux extrémités de la douille extérieure et reposant sur la cage 7. Les bagues d'extrémité 9 recouvrent de nouveau chacune une face frontale de la cage 7. Sur ce roulement modifié, il y a pourtant une bague d'étanchéité 19 qui est coincée entre la cage 7 et la bague d'extrémité 9 et qui comporte deux lèvres d'étanchéité voisines 20, 21. Entre ces deux lèvres se trouve l'espace libre 22. Sur l'extrémité radiale extérieure de chaque lèvre d'étanchéité 20, 21 il est prévu une ouverture traversante axiale 23, 24 pour la purge d'air. Pendant les mouvements longitudinaux de l'arbre 3 dans le sens de la flèche 25 sur la figure 3, les deux lèvres d'étanchéité 20, 21, se renflent en forme de bourrelet dans le même sens, dans les espaces libres 20 et 14. La lèvre d'étan- chéIté 20 se décolle alors de la face frontale 26 de la bague d'extrémité 9, cette face frontale étant dirigée obliquement vers l'intérieur, de sorte qu'il peut se produire une purge de l'air de l'espace libre 22 par l'ouverture de purge 23 de la lèvre d'étanchéité 20 en direction de l'extérieur. En même temps l'ouverture de purge 24 de la lèvre d'étanchéité 21 est fermée par l'apposition de cette lèvre contre la face frontale 27 de la cage 5, cette face étant dirigée obliquement vers l'intérieur, de sorte qu'on obtient une fermeture hermétique de l'espace de roulement 28. Pendant les mouvements longitudinaux de l'arbre 2 dans le roulement dans un sens opposé à celui de la flèche 25, le renflement 17 (non représenté) pénètre axialement dans l'espace libre 13. Dans ce cas l'ouverture de purge d'air 23 de la lè- vre d'étanchéité 20 vient d'une manière jointive contre la surface frontale 26 de la bague d'extrémité 9. En mbie temps la lèvre d'étanchéité 21 se décolle de la face frontale 27 de la cage 7, de sorte qu'il se produit une purge de l'air de l'espace libre 22 vers l'espace de roulement 28. Pendant les mouvements longitudinaux décrits de l'ar- bre 2 dans les deux sens, une des deux ouvertures de purge d'air 23, 24 est donc toujours fermée, de sorte que l'espace de roulement 28 est toujours bien fermé d'une manière étanche vers l'extérieur par les lèvres 20, 21 de la bague d'étanchéi- té 19. Dans le cadre de l'invention, on peut faire varier les exemples d'exécution décrits ci-dessus. C'est ainsi qu'il peut y avoir par exemple plus de deux lèvres d'étanchéité dirigées radialement vers l'intérieur et glissant sur l'arbre, ces lè- vres étant disposées sur la même bague d'étanchéité ou sur des bagues d'étanchéité placées les unes à coté des autres. De plus il n'est pas nécessaire que les éléments roulants du roulement soient sphériques; au contaire ils peuvent être des rouleaux avec des génératrices cylindriques ou bombées, du moment que les chemins de roulement et les chemins de recircu- lation de la douille extérieure du roulement sont prévus en conséquence. REVENDICATIONS 1. Palier à roulement destiné au guidage longitudinal d'un arbre ou analogue et composé d'une douille extérieure comportant des chemins de roulement disposés axialement dans son alésage pour les éléments roulants chargés et des chemins de recirculation pour les éléments roulants non chargés, d'au moins une rangée sans fin d'éléments roulants disposés dans ces chemins et de bagues d'étanchéité disposées à chaque extrémité de la douille extérieure et glissant sur l'arbre par leurs surfaces d'alésage, caractérisé par le fait que chaque bague d'étanchéité (11, 19) comporte, pour le raccordement à la section de fixation, au moins une lèvre d'étanchéité mince, élastique et dirigée radlalement vers l'intérieur, cette lè- vre délimitant sur ses deux cotés un espace libre (13, 14, 22), et présentant un diamètre (15) d'alésage plus petit, à l'état démonté, que le diamètre (16) de l'arbre (2) afin de former un renflement (17) en forme de bourrelet sur la lèvre d'étan- chéité (12, 20, 21),suivant le sens du mouvement longitudinal de l'arbre (2) dans l'un ou l'autre des espaces libres (13, 14, 22). 2. Paller à roulement suivant la revendication 1, comportant, dans la douille extérieure, une cage avec des glissières pour les éléments roulants et des bagues d'extré- mité fixées aux extrémités de la douille extérieure et recou- vrant la face frontale correspondante de la cage, caractérisé par le fait que la bague d'étanchéité (11, 19) est coincée entre la cage (7) et la bague d'extrémité (9) et est fabri- quée en une matière compressible élastiquement pour compenser les tolérances de fabrication. 3. Palier à roulement suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la bague d'étanchéité (11, 19) est en forme de rondelle. 4. Palier à roulement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la lèvre d'étanchéité (11, 20, 21), présente des ouvertures de purge d'air traversantes (23, 24).