Brevet FR2625273A1 — publié le 19890630

DISPOSITIF DE MONTAGE DE PALIERS A ROULEMENTS La présente invention concerne un dispositif de montage de paliers à roulements. Dans le montage d'arbres tournants susceptibles de supporter des charges axiales, il convient d'imprimer une précharge axiale aux roulements qui supportent l'arbre afin d'éviter que l'un' des roulements ne "décolle" lorsque la charge axiale supportée par ce roulement devient nulle ou négative. Pour ce faire, on a coutûme de dimensionner les pièces conditionnant le montage des roulements en fonction de la raideur propre des pièces en présence. Cependant, on constate en pratique que, pour un montage à deux roulements identiques, l'effort axial maximum sans décollement est égal au mieux à 2, 8 fois la valeur de la précharge axiale. De plus, un tel montage est extrêmement sensible aux conditions externes, en parti- culier la température, ou internes, en particulier l'usure des portées de roulement, de sorte que les performances sont relativement médiocres. Il est également connu, de la demande FR 2 476 407, de monter l'un des paliers sur un organe entretoise interposé entre le palier et le carter, cet organe entretoise présentant une grande raideur radiale et une raideur axiale prédéterminée. Un tel montage est moins sensible aux variations dimensionnelles thermiques qu'un montage "rigide", mais les efforts axiaux maximum admissibles avant "décollement" des paliers sont très différents selon leur sens. Egalement, la raideur résultante du montage est différente selon la direction des efforts axiaux appliqués. Un tel montage procurera des avantages lorsque la direction des efforts axiaux est pratiquement constante. Conformément à la présente invention, les deux paliers sont montés via des organes entretoises ayant les caractéristiques de raideurs radiale et axiale précitées. Grâce à cet arrangement, le montage est également moins sensible aux variations dimensionnelles thermiques et il présente l'avantage que les efforts axiaux maximum admissibles avant décollement des paliers sont égaux, quel que soit le sens de ces efforts. De même, la raideur résultante du montage est égale pour les deux directions des efforts axiaux. Selon un exemple de réalisation particulier, les organes entretoises sont réalisés sous forme de disques, ou membranes, présentant à leur périphérie des moyens de fixation sur le carter et à leur centre des moyens de réception de palier. De tels disques ou membranes présentent en effet de manière inhérente les caractéristiques de raideurs radiale et axiale souhaitées. Avantageusement, dans une réalisation préférée, les deux membranes entretoises sont placées au voisinage l'une de l'autre, de manière à être soumises à des conditions extérieures aussi voisines que possible, l'une des membranes étant interposée entre le carter et l'un des paliers, tandis que l'autre membrane, fixée à sa périphérie au carter à proximité de la première membrane reçoit, en son centre, une extrémité d'un fourreau allongé entourant l'arbre, l'autre extrémité du fourreau recevant le second palier. En complément, une membrane de centrage est interposée entre cette autre extrémité du fourreau et le carter, cette membrane présentant une grande raideur radiale et une raideur axiale négligeable puisque sa seule fonction est de maintenir le centrage du palier, sans que sa propre raideur axiale interfère avec celle des deux membranes entretoises. D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique d'un montage traditionnel d'un arbre dans un carter au moyen de paliers soumis à une précharge axiale; - la figure 2 est un graphe illustrant les relations entre les forces axiales encaissées par les roulements en fonction de la déflexion axiale de l'arbre, dans le montage de la figure 1; - la figure 3 est une coupe schématique similaire à celle de la figure 1, illustrant un autre montage connu, avec membrane interposée; - la figure 4 est un graphe similaire à celui de la figure 2, se rapportant au montage de la figure 3; - la figure 5 est une coupe schématique similaire à celle de la figure 3, illustrant un montage par membrane interposée des deux paliers, conformément à la présente invention; - la figure 6 est un graphe similaire à celui de la figure 4 se rapportant au montage de la figure 5; et - la figure 7 est une coupe schématique d'une variante de montage semblable à celui de la figure 5. La figure 1 est représentative d'un montage "rigide" d'un arbre 10, tournant autour d'un axe XX et monté dans un carter 12 directement par l'intermédiaire de deux roulements ou paliers 14AV et 14AR. Les dimensions et les caractéristiques des éléments en présence sont choisies de manière à imposer sur les paliers une composante de précharge axiale Fp qui, en l'absence de tout effort axial sur l'arbre 10, s'exerce également sur les deux roulements 14AV et 14AR. Tout effort axial F exercé sur l'arbre, par exemple dans le sens indiqué à la figure 1, va bien entendu accroître la force encaissée par le palier 14AV et diminuer corrélativement la force encaissée par le palier 14AR, l'arbre subissant du fait de l'effort axial un déplacement A x par rapport à sa position d'équilibre de départ. Il existe un effort maximum FM, pour lequel la force encaissée par le palier 14AR devient nulle et ce palier "décolle" à partir de ce moment-là, ce qui est nuisible à un bon fonctionnement. On a reporté sur le graphe de la figure 2, obtenu à partir de données expérimentales, les courbes FAV et FAR des forces de réaction encaissées par les paliers 14AV et 14AR respectivement en fonction de l'effort axial F appliqué à l'arbre ou, corrélativement, du déplacement axial 4x subi par l'arbre à partir du point de repos A. Les forces sont représentées en abscisses et les déplacements en ordonnées, comptés négativement, c'est-àdire vers le bas, pour les déplacements vers la gauche ou positivement, c'est-à-dire vers le haut, pour les déplacements vers la droite. Dans ce graphe, on remarque que, dans les conditions initiales, l'arbre occupe le point origine A et les forces de réaction sont égales à Fp, dont la mesure est donnée par la longueur du segment horizontal compris entre le point A et le point d'intersection des courbes FAV et FAR. L'application d'une force axiale F1 provoque un déplacement Ax de l'arbre et les forces de réactions encaissées par les paliers deviennent FAR et FAV1, telles que FAV1 - F1 = FARi. Il existe une situation limite pour laquelle FAR devient nulle et le roulement 14AR décolle dans cette situation, la force axiale maximum FM est égale à FAV et il a été démontré expérimentalement que FM = 2,8 x Fp. Cependant, comme exposé en introduction, ce type de montage est extrêmement sensible d'une part à la précision des dimensions respectives des pièces et, d'autre part, à la température environnante. En effet, les pièces en présence sont réalisées dans des matériaux divers dont les coefficients d'expansion thermique sont différents et de faibles variations de température peuvent provoquer des variations importantes de Fp. Ainsi, la force axiale maximum FM ne peut être déterminée avec un degré de certitude et de précision suffisant. De plus, des variations indésirables peuvent se produire dans la position axiale de l'arbre et donc dans la valeur x, comme la présence d'impuretés dans les roulements ou encore l'usure des pistes de roulement. Selon un arrangement connu de la demande FR 2 476 407, comme illustré à la figure 3, le montage du roulement 14AR s'effectue non pas directement entre l'arbre 10 et le carter 12, mais entre l'arbre 10 et un organe entretoise formé par une membrane 16. Cette membrane a la forme d'un disque fixé à sa périphérie au carter 12 et en son centre au roulement 14AR. De plus, cette membrane présente une raideur radiale importante, de façon à conserver un centrage parfait du roulement et donc de l'arbre, et une raideur axiale prédéterminée KM. Ainsi, tout déplacement axial de la partie centrale de la membrane hors du plan de repos défini par sa périphérie entraîne l' apparition d' une force de précharge Fp sur les roulements 14AR et 14AV. A partir du point A, représentatif de la position de l'arbre en l'absence d'effort axial, l'application d'un effort axial F1 va se traduire par un déplacement Ax de l'arbre et une modification des efforts encaissés par les roulements FAR1 et FAV1. On note, du graphe de la figure 2, que l'effort axial maximum FM' avant décollement du roulement 14AR, c'est-à-dire lorsque FAR = O et beaucoup plus important que dans le cas précédent, pour une même précharge Fp. Bien entendu, ce qui vient d'être dit vaut pour les efforts axiaux appliqués dans le sens du roulement 14AV vers le roulement 14AR, c'est-àdire vers la droite à la figure 3. Pour les efforts axiaux appliqués en sens inverse, l'effort maximum avant décollement du roulement 14AV, soit lorsque FAV devient égale à zéro, sera beaucoup plus faible. Conformément à la présente invention, comme illustré à la figure 5, les deux roulements 14AV et 14AR sont montés par l'intermédiaire de membranes 16 et 18 qui présentent toutes deux les mêmes caractéristiques que précédemment. Ainsi, lorsqu'on déforme les diaphragmes en direction l'un de l'autre à partir de leur position de repos, l'arbre 10 s'établit dans une position d'équilibre sensiblement symétrique par rapport aux deux diaphragmes (point A dans le graphe de la figure 6), dans laquelle les deux roulements sont soumis à la même précharge Fp. Comme dans les cas précédents, toute application d'un effort axial F se traduit par un i déplacement Ax de l'arbre et une variation des forces encaissées par les deux roulements: FAR1 pour le roulement 14AR et FAV1 pour le roulement 14AV, la force axiale maximum FM admissible avant décollement du roulement 14AR, soit lorsque FAR = 0, étant égale à FAV. Dans ce mode de réalisation, on observe un comportement symétrique pour l'application d'un effort axial en sens opposé. Dans le mode de réalisation de la figure 7, apparenté au précédent, les deux membranes sont situées côte à côte à une même extrémité du carter 12, la membrane 18 recevant directement le roulement 14AV tandis que la membrane 16 reçoit une extrémité d'un fourreau tubulaire 22 entourant l'arbre 10 et qui se prolonge axialement Jusqu'au roulement 14AR auquel il est fixé par son autre extrémité. Grâce à ce montage, les deux membranes sont situées pratiquement dans le même environnement et auront des comportements similaires, notamment vis-à-vis de la température. Naturellement, le roulement 14AR doit être centré vis-à-vis du carter 12 et ceci est assuré au moyen d'une troisième entretoise 20 ou membrane de centrage qui possède une raideur radiale très élevée, mais au contraire une raideur axiale négligeable, afin de pouvoir suivre librement les déplacements axiaux de l'arbre, sans introduire de composantes parasites dans la composition des efforts axiaux mis en jeu. Cette variante trouvera une application intéressante dans les appareils à arbre tournant soumis à l'une de leurs extrémités à de hautes températures. On choisira alors de disposer les deux membranes à l'opposé, dans une zone o règne une température plus modérée. Enfin, bien que toute la présente description se réfère au montage d'un arbre tournant dans un carter fixe, il va de soi qu'elle s'applique de la même manière à un équipage tournant autour d'un arbre fixe. REVENDICATIONS 1. Dispositif de montage dans un carter (12) d'un arbre (10) tournant sur au moins deux paliers (14AV, 14AR), caractérisé en ce que chaque palier est monté sur un organe entretoise (16, 18) interposé entre le palier et le carter, et en ce que chaque organe entretoise présente une grande raideur radiale et une raideur axiale prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte une troisième entretoise (20) de centrage interposée entre l'un des paliers et- le carter, de raideur radiale élevée et de raideur axiale négligeable. 3. Dispositif selon l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque organe entretoise est constitué par une membrane en forme d'un disque, fixé à sa périphérie audit carter et fixé en son centre audit palier. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux membranes sont disposées au voisinage l'une de l'autre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que l'une des membranes est fixée en son centre directement à l'un des paliers et que l'autre membrane est fixée en son centre à une extrémité d'un fourreau (22) allongé dont l'autre extrémité est fixée à l'autre palier. 6. Dispositif selon la revendication 5 prise en dépendance de la revendication 2, caractérisé en ce que ladite membrane de centrage (20) est interposée entre le carter et ladite autre extrémité du fourreau (22). 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est appliqué au montage d'un équipage tournant autour d'un arbre fixe.