Brevet FR2601733A1 — publié le 19880122

Dispositif pour la réduction de la friction dans des roulements La présente invention concerne le domaine de la réduction des frottements dans les composants mécaniques ro5 tatifs, et elle se rapporte, plus particulièrement à un dispositif pour la réduction de la friction dans des roulements, avec éléments roulants tels que rouleaux, qui sont disposés entre deux organes tournant en sens inverse l'un par rapport à l'autre. Dans les moteurs à turbine à gaz, il est souvent nécessaire de disposer des roulements entre deux ou plusieurs arbres rotatifs, qui tournent dans des sens inverse avec des vitesses relatives très élevées. En raison des vitesses élevées auxquelles les roulements doivent alors 15 fonctionner, des frottements considérables sont engendrés dans ces roulements. ainsi que des échauffements résultant des frottements. La friction et l'échauffement pénalisent à la fois les performances et la longévité de ce genre de roulements. Il a été découvert que. sous certaines conditions, les vitesses de rotations élevées peuvent être utilisées, en association avec les éléments roulants des roulements disposés entre des organes tournant en sens inverse, pour comprimer l'air dans la région des éléments roulants d'une 25 manière suffisante pour créer un "coussin d'air" assurant une sustentation de ces éléments roulants. Le but de la présente invention est de mettre à profit la découverte indiquée ci-dessus, en fournissant des moyens de sustentation d'un élément roulant qui permettent de réduire considérablement la friction à laquelle sont sujets les roulements classiques. A cet effet, l'invention a pour objet un roulement disposé entre un premier organe à disposition intérieure et un second organe à disposition extérieure, qui décrivent 35 un mouvement de rotation l'un par rapport à l'autre, ce roulement comprenant une pluralité d'éléments roulants ayant un axe de rotation, qui sont disposés suivant une circonférence à distance les uns des autres, tout autour du premier organe, et une pluralité de segments de maintien disposés entre lesdits éléments roulants, chaque segment de maintien comportant une face d'extrémité possédant un bord "amont" et un bord "aval", le roulement étant caractérisé en ce que la face d'extrémité de chaque segment de maintien est située en regard d'un élément roulant et est séparée de cet élément par une distance qui va en diminuant depuis le bord amont jusqu'au bord aval, de manière à délimiter un interstice dans lequel un "coussin d'air" est formé lors de la rotation de l'élément roulant. En résumé, l'invention fournit donc un roulement dans 15 lequel les éléments roulants sont séparés de leurs organes de maintien par un "coussin d'air" créé par la rotation de ces éléments eux-mêmes. le "coussin d'air" ainsi obtenu assurant la sustentation des éléments roulants. Cet effet peut être renforcé par des "coussins d'air" 20 additionnels créés. selon le même principe, dans d'autres parties du roulement. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non li25 mitatif, une forme d'exécution de ce dispositif pour la réduction de la friction dans des roulements. Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un roulement à rouleaux pourvu du dispositif selon la préssente invention; Figure 2 est une vue partielle en bout du roulement montré à la figure 1, dans la direction des flèches A-A; Figure 3 est une vue partielle en coupe de ce roulement, suivant la direction des flèches B-B de figure 2; Figure 4 est une vue partielle en coupe du dispositif 35 objet de l'invention suivant la direction des flèches C-C de figure 1; Figure 5 est une vue en coupe suivant la direction des flèches D-D de figure 4; Figure 6 est une vue en coupe suivant la direction des flèches E-E de figure 2. La figure 1 représente partiellement un roulement, comportant une pluralité d'éléments roulants dont l'un est représenté et identifié dans son ensemble par le repère 10. ces éléments roulants en forme de rouleaux étant disposés entre une bague intérieure 12 et une bague extérieure 14, qui forment respectivement un chemin de roulement intérieur et un chemin de roulement extérieur pour les éléments roulants 10. La bague intérieure 12 est montée fixe sur le diamètre extérieur d d'un arbre o intérieur 16. cette bague intérieure 12 étant retenue sur l'arbre 16 au moyen d'une bague de serrage 18, tandis que la bague extérieure 14 est montée fixe sur le diamètre intérieur di d'un arbre extérieur 20, en étant retenue sur cet arbre 20 au moyen d'une bague de serrage 22. Deux 20 éléments latéraux de forme annulaire 24 et 26 sont placés en regard des extrémités respectives des éléments roulants , et servent à la retenue de ces éléments 10 dans la direction axiale. En se référant momentanément à la figure 2, on note25 ra que chaque élément roulant 10 est maintenu à distance des éléments roulants voisins par des segments intercalaires de maintien 28. Chaque segment 28 comporte une face d'extrémité incurvée 30 possédant un bord "amont" 32 et un bord "aval" 34, et située en regard d'un élément roulant 30 10, la distance ?séparant la face 30 de l'élément 10 étant variable et décroissante depuis une valeur maximale WMAX, au bord amont 32. jusqu'à une valeur minimale MIN, au bord aval 34. En se référant de nouveau à la figure 1, deux organes 35 de positionnement de forme annulaire 36 et 38 sont disposés au voisinage respectivement de chaque élément latéral annulaire 24, 26, ces organes 36 et 38 assurant la retenue des éléments latéraux 24 et 26 dans la direction axiale. Les deux organes de positionnement 36 et 38 sont ici re5 présentés comme étant fixés, l'un et l'autre, à la bague intérieure 12. et bloqués de part et d'autre de cette bague 12 par l'action de la bague de serrage 18. Toutefois, il est à noter que ces organes de positionnement 36 et 38 pourraient aussi, selon une variante non représentée, être 10 solidaires de la bague extérieure 14. En revenant à la figure 2. chaque segment 28 est positionné de telle manière que l'interstice 40. de largeur variable j, présent entre la face d'extrémité 30 de ce segment et l'élément roulant 10. va en décroissant dans le 15 sens de rotation dudit élément roulant 10. Dans l'exemple représenté, la bague extérieure 14 tourne dans la direction de la flèche Y et la bague intérieure 12 tourne en direction inverse, selon-la flèche Z, ce qui provoque la rotation de l'élément roulant 10 dans le sens indiqué par 20 la flèche W. Ainsi, l'air qui se trouve entraîné par la rotation de l'élément roulant 10 dans l'interstice 40 existant entre le segment 28 et cet élément 10, est progressivement comprimé. en fonction de la diminution de la section de passage de cet air dans l'interstice 40, qui 25 décroît depuis le bord amont 32 jusqu'au bord aval 34. L'air qui se trouve comprimé de cette manière, forme dans la région du bord aval 34, un "coussin d'air" qui agit sur l'élément roulant 10. lorsque cet élément tourne pour assurer la sustentation. On comprendra facilement que la pression de l'air formant-ce "coussin d'air" est croissante avec la vitesse de rotation de l'élément roulant 10. L'élément roulant 10 est pourvu de deux faces terminales. désignées de façon générale par 42, qui sont divisées en un certain nombre de secteurs alternativement 35 inclinés et plats. respectivement 44 et 46, et qui présentent chacune une partie centrale évidée 48. Chaque secteur 44. 46 comporte un bord postérieur 49 et un bord antérieur 50. par référence au sens de rotation (flèche W) de l'élément roulant 10. Le bord postérieur 49 de chaque secteur incliné 44 est situé en renfoncement dans la face terminale 42 de l'élément roulant 10, et la profondeur de l'évidement 52 correspond au secteur incliné 44 diminue progressivement en direction du bord antérieur 50 de ce secteur, o le fond de l'évidement 52 parvient au niveau 10 du secteur adjacent qui est un secteur plat 46, le bord antérieur 50 du secteur incliné 44 considéré coïncidant avec le bord postérieur 49 du secteur plat 46 suivant, chaque secteur plat 46 définit l'une des surfaces limites d'un interstice G qui est ménagé entre chaque partie terminale 42 de l'élément 15 roulante3.0 et la surface 54, située en regard, qui appartient à l'un ou l'autre des deux éléments latéraux 24 et 26. En cours de fonctionnement, la rotation de l'élément roulant 10 autour de son axe longitudinal T, dans le sens indiqué par la flèche W. provoque une compression de l'air 20 présent dans l'interstice G. au moment o cet air passe sur la surface de chaque élément incliné 44, de telle sorte qu'un "coussin d'air" est aussi obtenu dans la région de chaque secteur plat 46, ce "coussin d'air" additionnel contribuant à la sustentation de l'organe roulant 10. En se référant aux figures 1, 4 et 5, chaque organe de positionnement 36, 38 est pourvu d'une face latérale 56 tournée vers l'intérieur du roulement, et située à une certaine distance axiale d.'une autre face latérale 58 tournée vers 1' extérieur du roulement et appartenant à 30 l'un ou l'autre des deux éléments latéraux 24 et 26. La face latérale 56 de chaque organe de positionnement 36, 38 est divisée en un certain nombre de secteurs alt rnativement inclinés et plats, respectivement 60 et 62; qui agissent de la même manière que les secteurs déjà mention35 nés précédemment, pour comprimer l'air présent entre les faces latérales 56 et 58 situées en vis-à-vis et pour assurer ainsi une sustentation des éléments latéraux 24 et 26, lorsque ces derniers tournent, relativement aux organes de positionnement voisins 36 ou 38, dans le sens indiqué par une flèche S. La figure 6 illustre une solution applicable pour la liaison entre les éléments latéraux 24, 26 et les segments de maintien 28. Le moyen utilisé est ici un boulon 64 qui traverse les trois pièces, avec un écrou 66 dont le ser10 rage solidarise ces pièces. Une rondelle similaire, peut encore être placée sous l'écrou 66. On notera que l'invention n'est pas applicable seulement au cas o la bague intérieure 12 et la bague extérieure 14 tourneraient simultanément et en sens inverse 15 suivant les flèches Y et Z. Cette invention s'applique dans tous les cas o existe une différence entre les vitesses de rotation de deux arbres'16 et 20, donc des deux bagues 12 et 14. Il convient de noter également, que le roulement peut 20 être refroidi par une circulation d'air à température relativement basse, traversant axialement ce roulement dans la direction.des flèches P ou Q (voir figure 1). L'invention n'est donc pas limitée à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour la réduction de la fric25 tion dans des roulements,.qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple- elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. - REVENDICATIONS 1 - Roulement disposé entre un premier organe (16) à disposition intérieure et un second organe (20) à disposition extérieure, qui décrivent un mouvement de rotation l'un par rapport à l'autre, ce roulement comprenant une pluralité d'éléments roulants (10) ayant un axe de rotation (T). qui sont disposés suivant une circonférence à distance les uns des autres, tout autour du premier organe (16)., et une pluralité de segments de maintien (28) dis10 posés entre lesdits éléments roulants (10), chaque segment de maintien (28) comportant une face d'extrémité (30) possédant un bord "amont" (32) et un bord "aval" (34), caractérisé en ce que la face d'extrémité (30) de chaque segment de maintien (28) est située en regard d'un élément roulant 15 (10) et est séparée de cet élément (10) par une distance (?t) qui va en diminuant depuis le bord amont (32) jusqu'au bord aval (34), de manière à délimiter un interstice (40) dans lequel un "coussin d'air" est formé lors de la rotation de l'élément roulant (10). 2 - Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément roulant (10) est retenu axialement par des éléments latéraux (24. 26), chaque élément latéral (24,26) possédant une face (54) qui est tournée vers l'intérieur et une face (58) qui est tournée vers l'extérieur 25 du roulement, la face (54) tournée vers l'intérieur étant située en regard des éléments roulants (10), à une distance prédéterminée de ceux-ci, de manière à délimiter un interstice (G) dans lequel un "coussin d'air" peut être obtenu. 3 - Roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément roulant (10) est pourvu de deux faces terminales (42) situées en regard des faces tournées vers l'intérieur (54) appartenant à l'un ou l'autre des deux éléments latéraux (24, 26). chaque face terminale (42) 35 étant divisée en un certain nombre de secteurs (44, 46) alternativement inclinés et plats, chaque secteur (44, 46) comportant un bord postérieur (49) et un bord antérieur (50), le bord postérieur (49) de chaque secteur incliné (44) étant situé en renfoncement dans la face terminale 5 (42), et la profondeur de l'évidement (52) correspondant au secteur incliné (44) diminuant en direction du bord antérieur (50) de ce secteur. tandis que les secteurs plats (46) sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation (T) de l'élément tournant (10). 4 - Roulement selon la revendication 2. caractérisé en ce que les éléments latéraux (24. 26) sont solidarisés (en 64) avec les segments de maintien (28). - Roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément latéral (24. 26) est retenu en direction axiale par un organe de positionnement (36. 38), lequel possède une face latérale (56) tournée vers une autre face latérale (58) qui est tournée vers l'extérieur du roulement et qui appartient à l'un des.éléments latéraux (24, 26), ladite face latérale (56) de chaque organe de positionnement (36.38) étant divisée en un certain nombre de secteurs (60, 62), alternativement inclinés et plats. 6 - Roulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des organes de positionnement (36, 38) est fixé sur l'organe à disposition intérieure (16), ou sur 25 l'organe à disposition extérieure (20).