Brevet FR2526099A1 — publié le 19831104

La présente invention se rapporte aux roulements à rouleaux coniques, dont on sait qu'ils comprennent une bague extérieure et une bague intérieure coaxiales, présentant chacune une piste de roulement tronconique, coaxiale aux bagues, et aménagée respectivement sur la face interne de la bague -exté rieure et sur la face externe de la bague intérieure, ainsi que plusieurs éléments roulants, constitués chacun par un rou leau tronconique, d'axe incliné sur l'axe des bagues, roulant par sa surface latérale tronconique sur les pistes des bagues, et retenu axialement entre ces pistes par la venue en appui de sa grande base contre au moins une collerette solidaire de l'une des bagues. Ces roulements à rouleaux coniques, bien connus, sont utilisés et très appréciés dans un grand nombre d'applications, en raison de l'avantage qu'ils présentent de pouvoir simultanément supporter des charges axiales et des charges radiales. Cependant une limitation importante à leurs applications découle de ce qu'en raison de leur conception et structure actuelles, ils ne peuvent etre utilisé sans inconvénients et difficultés à de grandes vitesses de rotation. Ces inconvénients et difficultés consistent en une élévation plus ou moins importante de la température en service, en fonction du mode de lubrification des roulements. Cette élévation genante de température peut etre attribuée à deux causes principales, dont l'une est les frottements internes du roulement. En effet, les rouleaux coniques sont amenés à frotter par leur grande base contre la collerette solidaire de 11 une des deux bagues, qui les maintient axialement, et ce frottement est plus ou moins intense, selon l'importance des charges auxquelles le roulement est soumis. Par la réduction de l'angle du conte des rou leaux de tels roulements, il est connu de diminuer cet effort de friction de la grande base des rouleaux contre la collerette. -Mais il est bien évident que l'on ne peut annuler la conicité des rouleaux, afin d'annulér cet effort de friction, car alors le roulement à rouleaux coniques devient un roulement à rouleaux cylindriques, incapable de supporter des charges axiales. La réduction de l'angle de conicité doit donc être limitée, et ce d'autant plus qu'elle entrante, simultanément à la réduction de la capacité de charges axiales, une réduc tion de la rigidité du roulement. Une valeur de compromis ayant été choisie pour cet angle, il n'en reste pas moins qu'en roulant par leur surface latérale tronconique sur les pistes de roulement également tronconiques des bagues, les rouleaux sont également soumis à un effort de frottement au roulement.Mais effet de ce frottement au roulement sur l'élévation de température esc moindre que celui--du frottement de glissement de la grande base des rouleaux coniques sur la collerette. La seconde cause à l'élévation gênante de la température en service de tels roulements peut être reconnue dans un effet hydrodynamique lié à des mesures techniques adoptées pour remédier à la première cause d'élévation de la température. En effet, puisqu'il y a frottement, il apparaît nécessaire d'éviter le grippage des rouleaux dans les bagues en lubrifiant les différentes surfaces soumises au frottement. Les produits utilisés pour assurer la lubrification sont, le plus généralement, des liquides, par exemple des huiles, ou des produits pateux, tels que des graisses car les lubrifiants, solides, dont la longévité est courte et le renouvellement difficile, voire impossible à assurer en service, sont peu utilisés En conséquence, dans la plupart des cas, le lubrifiant plus ou moins visqueux utilisé est continuellement comprimé et écrasé entre la surface latérale tronconique, des rouleaux et les surfaces tronconiques de forme correspondante des pistes de roulement des bagues. I1 en résulte localement, des élévations très importantes de la pression du lubrifiant, par l'effet du phénomène physique dit "du coin d'huile", qui ont pour conséquence de libérer une importante quantité de chaleur, ce qui augmente la température de servIce du roulement Par la présente invention, on se propose de perfectionner les roulements à rouleaux coniques connus, de sorte que ces roulements puissent être utilisés dans des appli cations à haute vitesse de rotation. Selon 11 invention, ceci est obtenu en tendant à réduire l'élévatlon de température résultant du phénomène de "coin d'huile", par la diminution de la largeur du film du coin de lubrifiant laminé et écrasé entre les rouleaux et les pistes de roulement des bagues. Selon l'invention cette diminution de la largeur du coin de lubrifiant est obtenue par la réduction de la dimension axiale (ou longueur) du contact entre les rou leaux et les bagues, sans réduction de la qualité du guidage des rouleaux. A cet effet, un roulement à rouleaux coniques selon l'invention se caractérise en ce qu'au moins une gorge circulaire est prévue dans au moins une partie de la surface latérale, qui n'est pas une partie d'extrémité axiale, de chaque rouleau, de sorte que la longueur de la génératrice de contact de chaque rouleau avec les pistes de roulement soit diminuée, alors que la longueur de guidage, délimitée par les génératrices du rouleau est conservée. Selon un premier mode de réalisation, chaque rouleau conique présente une unique gorge circulaire, s'étendant axialement sur des distances égales de part et d'autre du mi lieu de sa génératrice. Selon un second mode de réalisation, chaque rou leau conique présente plusieurs gorges circulaires étroites, ré gulièrement ou irrégulièrement espacées axialement, selon une distribution prédéterminée, sur la surface latérale du rouleau, en fonction de la taille du roulement, de sa vitesse de rota tion nominale et des charges en service. De préférence dans ce dernier cas afin d'assurer un bon écoulement du lubrifiant, chaque portée de contact située entre deux gorges circulaires d'un rouleau est d'une dimension axiale (ou largeur) inférieure à celle(s) des deux gorges délimitant cette portée. Afin d'assurer une réserve sensiblement uniforme des pistes de roulement des bagues, les gorges, de préférence identiques sur chaque rouleau, sont décalées axialement d'un rouleau aux rouleaux adjacents, de sorte qu'à une gorge de ce rouleau succède une portée de contact du rouleau adjacent suivant, pendant la rotation. Comme la réduction de la longueur de contact, due à la présence des gorges, diminue la rigidité du roulement et sa capacité à supporter les charges, un compromis doit être trouvé entre la largeur ou la somme des largeurs des gorges et la longueur de la génératrice du rouleau. I1 semble que le rapport d'un tiers soit convenable pour la réalisation de roulements destinés à équiper des broches de machines-outils par exemple. lia présente invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples particuliers de réalisation décrits ci-après, à titre non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles la figure 1 est une demi-coupe, par un plan dia métral, d'un roulement à rouleaux coniques de laétat de la technique et les figures 2 et 3 sont des vues analogues respectivement d'un premier et d'un second exemple de roulement selon l'invention. Sur la figure 1, le roulement comprend une bague extérieure 1 et une bague intérieure 2, coaxiales, et présentant respectivement une piste de roulement tronconique 3 sur sa face interne et une piste de roulement tronconique 4 sur sa face externe. Ces pistes 3 et 4 sont coaxiales aux bagues 1 et 2, et des éléments roulants 5, constitués par des rouleaux tronconiques d'axe incliné sur l'axe des pistes 3 et 4 et de conicité correspondante, sont reçus entre les pistes 3 et 4 et maintenus en position les uns par rapport aux autres par une cage schématisée en 6. Lorsque le roulement est en service les rouleaux 5 frottent par leur grande base (à gauche sur les figures) contre une collerette 7, solidaire de la bague intérieure 2, et destinée à les maintenir axialement. Le phénomène du "coin d'huile11, du S la présence d'un lubrifiant non solide dans le roulement, pour?évi- ter tout grippage susceptible d'être causé par le frottement des rouleaux 5 par leur surface latérale tronconique contre les pistes de roulement 3 et 4 mais lui-même à l'origine d'un dégagemment important de chaleur, provoquant une élévation inadmissible de la température de service, car susceptible de provoquer une dilatation radiale des rouleaux 5 pouvant conduire au grippage de ces derniers entre les pistes 3 et 4, se développe le long de la génératrice de contact de chaque rouleau conique 5 avec l'une des pistes 1 et 2. Pour ces raisons, la vitesse maximale de rotation d'un tel roulement est limitée à une valeur qui rend llutilisa- tion de ce roulement impossible pour certaines applications q Le roulement selon l'invention, représenté sur la figure 2, et dont les composants identiques à ceux précédemment décrits sont repérés par les mêmes références, est tel qu'une gorge circulaire 16 est usinée dans la surface latérale de chaque rouleau 15, qui ne présente que deux parties dlextrémités axiales 17 et 18. La gorge circulaire 16, coaxiale au rouleau 15, s'étend axialement sur des distances égales de part et d'autre du milieu de la génératrice de ce rouleau 15.La longueur de la génératricfie de contact est diminuée de l'ordre d'un tiers, de par la présence de la gorge 16, mais la longueur de guidage est conservée, du fait des portées d'extrémités axiales 17 et la. la gorge 16 divise le "coin d'huile" en deux parties, et permet l'écoulement du lubrifiant de ce coin, ce qui, pour une vitesse de rotation donnée, permet de diminuer l'échauffement, et donc la température de service, ou, pour une température de service limitée à une valeur maximale admissible, permet d'augmenter notablement la vitesse de rotation du roulement. Par contre, comme la partie centrale, en regard de la gorge 16, des pistes de roulement 3 et 4 des bagues 1 et 2 ne se trouve jamais en contact avec les rouleaux 15, il en résulte une usure non uniforme des pistes 3 et 4. Pour remédier à cet inconvénient, on peut uti liser un roulement selon la figure 3, dans lequel chaque rou leau conique 25 présente cinq gorges circulaires 26, identiques, coaxiales au rouleau 25, groupées dans la partie centrale de la surface latérale du rouleau 25, entre les deux parties d'extrémités axiales 27 et 28, nécessaires à la conservation de la longueur de guidage maximale. Ces gorges 26 relativement étroites, sont régulièrement espacées axialement, et chaque portée de contact 29, délimitée sur le rouleau 25 entre deux gorges 26 voisines, est d'une largeur (ou dimension axiale) inférieure à celle des gorges 26. Dans cet exemple le "coin d'huile" est divisé en six partiels, et le lubrifiant peut s'écouler par les cinq gorges 26. Afin d'obtenir une usure sensiblement uniforme des pistes de roulement des bagues 1 et 2, la position de l'en- semble des gorges 26 peut être répartie de façon non ident:iq sur l'ensemble des rouleaux 25, de sorte que, pendant la rosa tion, à une gorge 26 d'un rouleau 25 succède une portée de contact telle que 29 ou l'une des parties de contact d'extré- mités 27 et 28 du rouleau suivant, et ainsi de suite pour tout point des pistes de roulement susceptible de se trouver en regard de l'une des gorges 26 des rouleaux 25 du roulement La longévité du roulement n'est ainsi pratiquement pas réduite par rapport à celle d'un roulement selon la figure 1. Cependant, comme la rigidité et la capacité des roulements à supporter les charges sont affectées par la réduction de la longueur de la génératrice de contact, les roulements selon l'invention sont plus particulièrement destinés aux applications nécessitant des roulements de grandes dime7g- sions et devant tourner à vitesse élevée, comme cela est, par exemple, le cas des broches de machines outils, En effet pour laisser un grand passage dans la broche, les roulements de ces dispositif se trouvent surdimensionnés par rapport aux charges qu'ils doivent supporter, mais il est indispensable que ces roulements autorisent des vitesses de rotation élevées, ce qui est obtenu au moyen de roulement selon l'invention. REVENDICATIONS 1.- Roulement à rouleaux coniques, comprenant une bague extérieure (1) et une bague intérieure (2) coaxiales, présentant chacune une piste de roulement tronconique (3 et 4) coaxiale aux bagues (1 et 2) et aménagée respectivement sur la face interne de la bague extérieure (1) et sur la face externe de la bague intérieure (2), ainsi que plusieurs éléments roulants constitués chacun par un rouleau tronconique (15, 25) d'axe incliné sur l'axe des bagues (1 et 2), roulant par sa surface latérale tronconique sur les pistes (3 et 4) et retenu axialement entre ces dernières par l'appui de sa grande base contre au moins une collerette (7) solidaire de l'une des bagues (1 et 2) caractérisé en ce qu'au moins une gorge (16, 26) circulaire est prévue dans une partie de la surface latérale du rouleau (15, 25), qui n'est pas une partie d'extrémité axiale (17, 18, 27, 28), de sorte que la longueur de la génératrice de contact de chaque rouleau (15, 25) avec une piste (3,4) soit diminuée, alors que la longueur de guidage, délimitée par la longueur de la génératrice du rouleau (15, 25 soit conservée. 2.- Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rouleau (15) présente une unique gorge circulaire (16) s'étendant axialement sur des distances égales de part et dLautre du milieu de sa génératrice. 3.- Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rouleau (25) présente plusieurs gorges circulaires (26) étroites et régulièrement espacées axialement sur la surface latérale du rouleau (25). 4.- Roulement selon la revendication 3, caractérisé eh ce que chaque portée de contact (29) du, rouleau (25) délimitée entre deux gorges (26) voisines, est d'une dimension axiale inférieure à celle(s) de ces deux gorges (26), 5.- Roulement selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les gorges (26) sont identiques sur chaque rouleau (25) mais décalées axialement d'un rouleau (25) aux rouleaux adjacents de sorte qu'à une gorge (26) dudit rouleau (25) succède uneportée de contact (29) du rouleau adja cent suivant et ainsi de suite, au cours de la rotation, 6.- Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à- 5, caractérisé en ce que la ou les gorges (16, 26) s'étendent axialement sur un tiers de la longueur de la génératrice du rouleau (15, 25).