Brevet FR2635286A1 — publié le 19900216

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR MODIFIER LE JEU OU LE SERRAGE PREALABLE DE PALIERS A ROULEMENTS L'invention se rapporte à un procédé pour adapter le jeu ou le serrage préalable des paliers à roulements supportant des broches de travail aux différentes conditions de fonctionnement par l'emploi de réfrigérants dont le débit est contrôlé par des valves commandées par des signaux de mesure. Les paliers à roulements des broches de travail, en particu- lier des broches des machines-outils, sous l'effet du frottement se produisant pendant leur fonctionement, subissent un réchauffement qui dépend de la vitesse de rotation de la broche et des forces agissant sur les paliers. Aux grandes vitesses de rotation des broches, les va- riations normales de la température se produisant dans les paliers non refroidis provoquent une diminution du jeu des paliers qui limite la valeur des vitesses de rotation supérieures admissibles ou qui oblige à utilirer des paliers qui présentent un grand jeu aux basses vitesses de rotation. Les effets de ces variations normales de la température sont donc opposés aux exigences pratiques, car c'est précisément lorsqu'il intervient des efforts d'usinage importants - par exemple en cas d'usi- nage de matériaux avec enlèvement de copeaux - qui exigent une grande rigidité des paliers, que l'on opère avec de faibles vitesses de ro- tation, alors que c'est au contraire aux vitesses de rotation élevées que l'on exige une moins grande rigidité des paliers. Si, par contre, on utilise des paliers qui pour des raisons de rigidité, présentent déjà un serrage préalable aux faibles vitesses de rotation, la vitesse de rotation maximale admissible se trouve encore réduite. Pour remédier à ces inconvénients, il est usuel de refroi- dir les paliers et/ou leurs éléments annexes comme les arbres, les carters, les boites de refroidissement, etc... pour empêcher autant que possible une variation du jeu des paliers due à l'échauffement. Par le brevet américain 27 47 945, il est connu par exemple, de mesu- rer continuellement la température des baguesintérieures des paliers au moyen d'un capteur pyrométrique et d'envoyer individuellement du réfrigérant aux différentes zones du palier à roulement sur la base des signaux de mesure. A cet effet, les signaux de mesure sont appli- qués à un montage dont les signaux de sortie commandent des électro- valves installées dans les conduites de réfrigérant. Si, par exemple, les signaux de mesure du capteur pyrométrique indiquent une tempéra- ture de la bague intérieure du palier en dessous d'une valeur limite inférieure, une petite partie du réfrigérant, débité par une pompe et servant en même temps de lubrifiant, est amené aux éléments roulants par des perçages de la bague extérieure, tandis que le flux de réfri- gérant proprement dit passe devant le palier et revient au circuit de réfrigérant. Si, par contre, la température de la bague intérieure dépasse une valeur limite supérieure, la totalité du flux de réfrigé- rantest envoyée aux paliers sur les deux faces frontales. Un inconvénient de l'emploi des capteurs pyrométriques rési- de cependant dans le fait que l'échauffement des paliers ne peut être constaté que lorsqu'il s'est déjà produit. La diminution du jeu des paliers ou l'augmentation de leur serrage préalable, et par conséquent la contrainte accrue, est donc déjà installée avant que des mesures puissent être prises pour le refroidissement. Dans de nombreux cas d'utilisation, en particulier dans le cas des broches de machines-ou- tils, les exigences concernant un montage si possible sans jeu ne sont pas satisfaites par le simple fait d'éliminer les variations de température des paliers, mais il faut de surcroît adapter le jeu ou le serrage préalable des palier aux différents paramètres de fonctionnement - comme l'effort d'usinage et la vitesse de rotation de la broche- L'invention a donc pour objet de mettre au point un montage pour broches de travail qui convienne pour une grande plage de vitesses de rotation sans pour autant avoir une trop faibe rigidité en cas de basses vitesses de rotation et d'efforts importants exercés sur le pa- lier. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que l'on mesure les forces agissant sur le palier pendant le fonctionnement et que l'on transforme les signaux de mesure des forces en signaux de commande pour les valves. Les avantages de l'invention résident en particulier dans le fait que pour le montage des broches de travail, on peut utiliser des paliers présentant un jeu optimal (ou un serrage préalable optimal sui- vant le type du palier ou le cas d'utilisation), si bien que la broche se trouve montée avec une rigidité déjà suffisarment élevée pour les basses vitesses de rotation. Comme en cas d'efforts d'usinage importants et de lourdes pièces à usiner, on choisit des vitesses de rotation plus basses, on tient ainsi compte de l'exigence imposant un montage stable aux vibrations. Si, par contre, les efforts d'usinage sont peu impor- tants et que l'on choisit donc des vitesses de rotation élevées de la broche d'usinage, on empêche ainsi un fort échauffement des paliers causé par la vitesse de rotation et un serrage souvent exagérément éle- vé en résultant et ce, en temps voulu, c'est-à-dire avant que l'échauf- fement ne se produise. Conformément à une extension avantageuse, il est possible, par ailleurs, de délivrer du réfrigérant de différentes températures aux paliers ou à leurs pièces annexes de manière à obtenir aussi éven- tuellement un échauffement adéquat d'une bague de palier. Dans un tel mode de réalisation, le jeu des paliers non chargés pourrait être ajus- té de façon optimal pour une vitesse de rotation moyenne et la commande des valves (de même que d'un dispositif de chauffage éventuellement prévu) pourrait s'effectuer de manière qu'en cas d'efforts d'usinage importants, correspondants aux basses vitesses de rotation, les bagues extérieures des paliers soient refroidis et/ou les bagues intérieures réchauffées pour diminuer le jeu des paliers, tandis qu'en cas d'effort d'usinage peu importants, les bagues intérieures des paliers soient refroidies et/ou les bagues extérieures réchauffées pour éviter un trop grand serrage préalable dans la plage des vitesses supérieures. Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, pour le montage des broches d'usinages, on prévoit des paliers dynamomé- triques en soi connus qui contiennent, par exemple, des extensomêtres à fil d'acier intégrés. L'emploi de tels paliers de série évite d'avoir à recourir des montages complémentaires compliqués et coûteux. Si on utilise le montage selon l'invention avec des broches de travail directement entraînées par un moteur électrique (dites moto- le réfrigérant, broches), dont le stator est refroidi par un réfrigérant, /rechauffe par le refroidissement du stator, peut, selon une autre particularité avan- tageuse de l'invention, soit être ajouté, en quantité déterminée sur la base des signaux de mesure des forces correspondant, au réfrigérant ser- vant au refroidissement des paliers, et être utilisé pour son réchauffe- ment dans un échangeur de chaleur soit aussi directement pour le ré- chauffement des bagues de palier trop froides. Pour ne rien oublier, il convient encore de signaler qu'un circuit de commande conçu en conséquence, comprenant, par exemple, un microprocesseur ou un processeur de signaux et transformant les signaux de mesure en signaux de commande, peut commander le flux de réfrigérant en fonction de la grandeur du signal de mesure des efforts de telle sorte qu'en cas de dépassement d'un effort limite déterminé- au-dessus duquelunéchauffement du palier se produirait sous l'effet d'un frotte- ment accru du palier-ilempêcheégalementuie diminution du jeu des paliers. Par ailleurs, on peut en outre, préciser qu'aussi bien un ré- frigérant liquide qu'un réfrigérant gazeux, de même qu'un refroidisse- ment combiné avec les deux sortes de réfrigérants, conviennentà la réa- lisation de l'invention. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de réalisation; - la figure 2 représente un secondexemple deréalisatior. sim- plifié. La figure 1 représente un dispositif pour adapter le jeu d'un palier à roulement 1 d'un montage de broches de travail (par exemple de la broche de travail d'une machine-outil) à différentes conditions de fonctionnement, la référence 2 désignant la bague extérieure et la référence 3 la bague intérieure du palier à roulement 1. En ce qui con- erne le roulement 1, il s'agit d'un palier dynamométrique dans la bague extérieure 2 duquel sont intégrés des capteurs 4, par exemple des ex- tensomètres à fil d'acier. Les éléments roulants passant sur le point de mesure dans la zone de charge provoquent dans les capteurs 4 des signaux de tension continue dont l'amplitude est directement propor- tionnelle à la charge du palier. Les bagues extérieure et intérieure sont montées de façon connue, et par conséquent non représentée endétail,dans un corps de palier ou sur la broche en prévoyant des surfaces ou des corps de re- froidissement. Selon le cas d'utilisation et le mode de réalisation, on peut utiliser à cet effet, par exemple, des boites de refroidisse- ment, des canaux de refroidissement incorporés ou également d'autres pièces annexes (carters, arbres). La sortie des signaux des capteurs 4 est raccordée à un cir- cuit de commande 5 par lequel les signaux de mesure des forces arri- vant sont transformés, conformément à leur amplitude à chaque fois considérée, en signaux de commande pour des mitigeurs 6, 7, ainsi que pour une valve d'étranglement 8. Comme circuit de commande 5, on peut, par exemple, prévoir un processeur de signaux avec convertisseur ana- logique/numérique monté en amont et un circuit amplificateur pour les signaux de sortie, et les valves 6, 7, 8 peuvent être munies de dis- positifs de réglage magnétiques ou électromoteurs. Par un canal 10, une soufflante 9 envoie un courant d'air, 352 servant de réfrigérant, aux premières entrées des deux mitigeurs 6, 7, ainsi que par un autre canal il et via un dispositif de chauffage 12 aussi bien à la valve d'étranglement 8 que par un canal 13 aux secon- des entrées des mitigeurs 6, 7. Si, pendant le fonctionnement, il se produit des efforts important au niveau des paliers, par exemple du fait qu'un épais co- peau a été enlevé lors de l'usinage d'une pièce, les capteurs 4 en- voient des signaux de plus forte amplitude au circuit de commande 5. Le circuit de commande 5 délivre alors au dispositif de réglage du mitigeur 6, associé à la bague extérieure 2 du palier, des signaux de commande qui ouvrent davantage le canal d'air froid 10 et resserrent le canal d'amenée d'air chaud 13. La bague extérieure 2 du palier est ainsi plus intensément refroidie.Mais en même temps, le circuit de commande 5 délivre au dispositif de réglage du mitigeur 7, associé à la bague intérieure 3 du palier, des signaux de commande qui resser- rent le canal d'air froid 10 et ouvrent davantage le canal d'amenée d'air chaud 13. La bague intérieure 3 du palier est ainsi réchauffée. Un autre signal de commande, délivré par le dispositif de commande 5, agit en pareil cas de manière que la valve d'étranglement 8 reste fer- mée afin que le courant d'air, chauffé par le dispositif de chauffage 12, soit amené aux mitigeurs 6, 7. L'évacuation du réfrigérant, en- voyé aux bagues 2, 3 du palier ou à ses pièces annexes, s'effectue alors par une conduite de sortie commune 14. Le refroidissement de la bague extérieure 2 et le réchauffe- ment de la bague intérieure 3 du palier provoquent une diminution du jeu ou du serrage préalable du palier lorsque celui-ci a déjà reçu un serrage préalable à l'état de repos, si bien que l'on obtient de la façon souhaitée une rigidité du montage absorbant l'effort important exercé sur le palier.- Si, par contre, le palier est le siège d'efforts peu impor- tants (avec vitesse de rotation élevée et enlèvement de petits copeaux), il faut empêcher un échauffement excessif du palier dû à la vitesse de rotation. Les signaux de mesure des forces de faible amplitude, trans- formés en signaux de commande par le circuit 5, agissent maintenant de telle sorte que le canal d'air de refroidissement 10 soit étranglé par le mitigeur 6, associé à la bague extérieure 2 du palier, et le canal d'air chaud 13 plus grand ouvert, et qu'au contraire le canal d'air chaud 13 soit étranglé par le mitigeur 7, associé à la bague in- térieure 3 du palier, et le canal d'air froid 10 plus grand ouvert. Dans ce cas, la bague extérieure 2 du palier est donc rechauffée et la bague intérieure 3 refroidie, si bien que l'on empêche de la façon dési- rée une trop forte diminution du jeu ou une trop forte augmentation du serrage préalable du palier dûe à un réchauffement de celui-ci. Ici aussi, le circuit de commande agit de façon que la valve d'étranglement 8 reste fermée. Il se produit donc à chaque fois un mélange du réfrigérant froid et du réfrigérant réchauffé conformément à l'amplitude des signaux de mesure des forces, la commande de la valve d'étranglement 8 permet- tant de régler encore en plus la quantité de réfrigérant réchauffé dé- livé aux mitigeurs 6, 7. Le dispositif de chauffage 12 peut être constitué par une spirale de chauffage électrique qui est constamment alimentée pendant le fonctionnement et délivre de la chaleur Dans un mode de réalisation plus sophistiqué, le dispositif de chauffage 12 peut, cependant, être enclenché et déclenché selon les besoins - via la ligne 15 représentée en tirets - par le circuit de commande 5. Si, en ce qui concerne la bro- che de travail, il s'agit d'une broche entraînée directement par un moteur électrique (dénommée motobroche) dans laquelle le stator est re- froidi par un réfrigérant, le stator peut servir de dispositif de chauf- fage 12, le réfrigérant, réchauffé par le refroidissement du stator, étant envoyé aux deux mitigeurs 6, 7. En pareil cas, la valve d'étran- glement 8 revêt une importance particulière, attendu qu'une amenée suf- fisante de réfrigérant au stator doit être garantie, même s'il n'y a qu'un faible écoulement par le canal d'air chaud 13 et les deux miti- geurs 6, 7. Bien entendu on peut aussi prévoir encore en plus un dispo- sitif de chauffage électrique. Un mode de réalisation simplifié peut cependant être réalisé par exemple au moyen du montage illustré à la figure 2. Ici, la souf- flante 9 débite le réfrigérant par deux canaux d'air froid 16, 17 à deux valves d'étranglement 18, 19 qui sont respectivement associées à la bague extérieure 2 et à la bague intérieure 3 du palier. Les signaux de commande, émanant du circuit 5 et dérivés des signaux de mesure des forces des capteurs 4, agissent de manière qu'un flux d'air froid plus ou mr.oins grand parvienne individuellement aux bagues du palier ou à ses pièces annexes afin de réaliser ainsi un équilibrage de température et une adaptation du jeu ou du serrage préalable du palier. REVENDICATIONS 1. Procédé pour adapter le jeu ou le serrage préalable des paliers à roulements supportant des broches de travail aux différentes conditions de fonctionnement par l'emploi de réfrigérants dont le débit est contrôlé par des valves commandées par des signaux de mesure, carac- térisé par le fait que l'on mesure les forces agissant sur le palier pendant le fonctionnement et que l'on transforme les signaux de mesure des forces en signaux de commande pour les valves. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les valves débitent du réfrigérant à différentes températures en fonction de la grandeur des signaux de mesure des forces. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la re- vendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que sur les paliers (1) sup- portant les broches de travail sont installés des dispositifs dynamomé- triques (4) donLes sorties de signaux de mesure sont réliées à un cir- cuit de commande (5) transformant les signaux de mesure en signaux de commande et que les sorties des signaux du circuit de commande (5) sont reliées à des valves commandées (6, 7; 18, 19) qui envoient du réfrigé- rant selon les besoins aux paliers (1) et/ou à leurs pièces annexes. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, pour mesurer les efforts agissant sur le palier, on prévoit des extensomètres à fil d'acier installés dans la zone du palier encais- sant les charges. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que pour le montage des broches de travail, on prévoit des paliers dynamométriques (1). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et , caractérisé par le fait qu'on prévoit un dispositif de chauffage (12) pour le réchauffement d'au moins une partie du réfrigérant. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le dispositif de chauffage (12) est relié à la sortie des si- gnaux du circuit de commande (5) et est commandé en fonction des signaux des mesures des forces. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, comprenant une broche de travail entraînée par un moteur électrique muni d'un stator refroidi par réfrigérant, caractérisé par le fait que le réfrigérant réchauffé du stator est envoyé aux paliers (1) et/ou à leurs pièces annexes en fonction des signaux de mesure des forces - éventuellement après mélange avec du réfrigérant froid.