Brevet FR2665935A1 — publié le 19920221

La présente invention concerne de façon générale les broches, arbres et axes ayant un palier anti-friction, et plus précisément, elle concerne un appareil de réglage de la force ou charge préalable appliquée à un jeu de paliers à surface inclinée de contact qui sont exposés à des forces de poussée qui s'inversent. Lorsqu'on utilise des paliers ayant une surface inclinée de contact pour le réglage du déplacement radial et/ou axial de l'arbre, ces paliers sont utilisés habituel- lement par paires (ou ensembles de plusieurs paliers) soumis à une force préalable orientée de manière qu'ils soient tournés l'un vers l'autre, dos à dos, en tandem ou suivant toute combinaison convenable de montage. La paire de paliers subit en général une force préalable afin qu'une force quelconque appliquée à l'arbre dans un sens axial quelconque rencontre instantanément une résistance notable appliquée par le palier respectif qui est destiné à supporter les charges dans ce sens, avec un fléchissement minimal de l'arbre. La charge préalable est une charge parasite appli- quée aux paliers à la fois pour la réduction du fléchisse- ment de l'arbre sous l'action des forces externes, et pour le maintien de la configuration géométrique et des forces de frottement des paliers à des valeurs convenables, à l'intérieur des paliers, afin qu'ils possèdent des perfor- mances efficaces Si l'arbre est exposé à des vitesses et des charges variables, il est souvent souhaitable que la charge préalable varie afin que les performances soient optimales. Le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 2 314 622 représente un montage de paliers qui met en oeuvre un organe élastique qui applique une charge préalable à un arbre Il existe de nombreuses autres réalisations compre- nant un réglage de la force constituant la charge préalable appliquée aux paliers. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 551 032 représente une broche à laquelle sont fixés des organes formant des paliers Un organe qui peut fléchir, dont la flexibilité dépend de la pression d'un fluide qui est chassé dans une cavité afin qu'il présente une certaine élasticité, règle la force constituant la charge préalable appliquée aux roulements. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 850 719 représente un palier ayant des surfaces inclinées de contact et présentant une rigidité variable, dans lequel la rigidité est réglée par des entretoises piézoélectriques qui règlent la force constituant la charge préalable appliquée aux paliers. Dans tous les dispositifs précités d'application d'une charge préalable variable, une augmentation de la force de manoeuvre qui exerce la charge préalable ne peut pas toujours provoquer une augmentation analogue de la force appliquée aux paliers Les forces de frottement statique existant entre l'interface du boîtier et du palier sont importantes par rapport aux variations voulues de la charge préalable La force de frottement statique n'est pas uniforme et elle ne peut donc pas être compensée avec précision dans la plupart des systèmes à charge préalable variable Il est difficile de faire varier avec précision la charge préalable appliquée directement aux paliers et, pour ces raisons, les paliers peuvent être soumis à une surcharge si les forces de frottement ne sont pas prises convenablement en compte Un dispositif mécanique précis faisant varier la force constituant la charge préalable est coûteux et occupe beaucoup de place. Les forces constituant les charges préalables variables des brevets précités sont toutes appliquées directement par l'intermédiaire d'éléments sous forme de rouleaux Comme ces éléments ne peuvent pas supporter des forces excessives, l'amplitude des forces appliquées par la charge préalable est en général très faible Dans tous les systèmes hydrauliques et pneumatiques d'application d'une charge préalable, ceci provoque une augmentation importante de la compliance mécanique dans la direction de la poussée. La description qui précède indique les restrictions qui existent de manière connue dans les systèmes actuels de réglage de la charge préalable appliquée aux paliers. Ainsi, il serait avantageux de disposer d'un appareil évitant les restrictions précitées L'invention concerne un tel appareil. Dans un premier aspect, l'invention concerne un appareil qui comporte un arbre, ayant un premier et un second palier à surface inclinée de contact, placés axiale- ment le long de l'arbre et destinés à supporter celui-ci, dans un premier sens et un second sens pratiquement, dans une même direction. Un dispositif de charge préalable applique une force constituant une charge préalable aux paliers à surface inclinée de contact, si bien que ces paliers sont mis dans une condition de charge préalable maximale Un dispositif constituant un organe de manoeuvre, agissant dans le sens opposé à celui du dispositif qui applique la charge préa- lable, réduit cette charge de l'état de charge maximale à un état de charge préalable voulue. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe en élévation latérale d'un mode de réalisation d'arbre rotatif supporté par plusieurs roulements soumis à des charges préalables; la figure 2 est une coupe en élévation latérale analogue à la figure 1 représentant une variante d'arbre rotatif ayant un goujon la figure 3 est analogue à la figure 1 mais repré- sente un autre mode de réalisation à arbre fixe supporté dans un boîtier rotatif par plusieurs roulements soumis à une force préalable; et la figure 4 est analogue à la figure 1 et elle représente un autre mode de réalisation d'arbre rotatif supporté par plusieurs roulements soumis à une charge préalable. Dans le présent mémoire, les éléments identiques des différents modes de réalisation portent les mêmes réfé- rences numériques. Sur la figure 1, un arbre, une broche ou un axe rotatif 10 est monté dans une ouverture 12 formée dans un boîtier 14 sur un premier et un second roulement 16, 18 à surface inclinée de contact L'invention concerne la mise de ces roulements 16, 18 à surface inclinée de contact sous une charge préalable Les roulements 16, 18 peuvent être des roulements à billes à surface inclinée de contact, des roulements à billes de type radial ou des roulements de butée à rouleaux coniques. Bien que l'invention convienne en particulier aux machines-outils ayant des broches rotatives, elle peut s'appliquer à tout dispositif ou véhicule ayant un essieu, un arbre, une broche ou un boîtier rotatif. Le premier roulement 16 à surface inclinée de contact a une bague interne 24 qui est fixée sur l'arbre rotatif 10 alors qu'une bague externe 26 est fixée par rapport au boîtier 14. Une bague interne 28 du second roulement est fixée sur l'arbre rotatif 10 En conséquence, seule la bague externe 30 du second roulement 18 peut être déplacée axialement afin que le premier et le second roulement 16, 18 à surface inclinée de contact soient soumis à une force constituant une charge préalable. Un dispositif 32 d'application d'une charge préa- lable est constitué par un dispositif, tel qu'un ressort de rigidité élevée, dont le fléchissement est insignifiant par rapport à celui des roulements à l'état de charge maximale préalable Dans le cas des roulements classiques soumis à une charge préalable, le dispositif d'application de la charge préalable exerce une force sur la bague externe 30 du second roulement 18, si bien qu'il soumet le premier et le second palier 16, 18 à la charge préalable maximale Le seul support de l'arbre rotatif 10 est assuré par le premier et le second roulement 16, 18. La charge préalable des roulements 16, 18 appliquée pendant la fabrication est l'état de charge préalable maximale que les roulements 16, 18 sont supposés avoir à supporter dans toute la plage prévue de conditions de fonctionnement L'état de charge maximale dépend de la raideur du dispositif 32 de charge préalable, de la charge préalable appliquée à la fabrication aux roulements 16, 18 et des différences de longueurs des entretoises axiales 32, 34 de l'arbre et du boîtier. Une force appliquée par le dispositif de manoeuvre 36, par l'intermédiaire de la bague externe 30 du premier roulement 18, au dispositif 32 de charge préalable provoque un fléchissement du dispositif de charge préalable et réduit le fléchissement initial (charge préalable) des billes et des bagues des paliers 16 et 18 Une force appliquée au dispositif 36 de manoeuvre est transmise par la bague externe 30 au dispositif 32 de charge préalable puis par une bague 37 de pilotage de canal au boîtier 14. De cette manière, la force de la charge préalable appliquée par le dispositif 32 varie et elle varie en proportion inverse de la force de manoeuvre appliquée par le dispo- sitif 36 Cette configuration évite la possibilité de l'application de forces excessives aux éléments roulants 31, 31 '. Le dispositif 32 de charge préalable a, de façon nominale, une rigidité bien supérieure à celle des roulements 16 et 18 Ainsi, les forces nécessaires au fléchissement du dispositif 32 vers sa position maximale (correspondant à la charge préalable minimale appliquée aux roulements) sont bien supérieures aux forces de frottement existant à l'interface des roulements et du boîtier. De cette manière, une variation précise de la charge préalable est assurée. Le dispositif 34 de transmission de force ou entretoise axiale d'arbre peut être incorporé afin qu'il transfère la force du dispositif 32 de charge préalable au boîtier. Le dispositif 36 de manoeuvre peut être un piston hydraulique, un piston pneumatique, un dispositif électro- mécanique ou tout élément connu dans lequel le déplacement axial ou sous l'action de la force peut varier de manière réglable Dans ce cas, le dispositif 36 de manoeuvre est commandé par une source 41 d'un fluide à pression variable représenté sur les figures 1 à 4. Le dispositif de manoeuvre 36 est un dispositif qui fait varier la charge préalable, et il ne peut provoquer qu'une réduction de la charge préalable appliquée aux roulements Le dispositif 36 de manoeuvre de la figure 1 agit directement par l'intermédiaire de la bague externe 30 du second roulement 18 Par comparaison, la force appliquée par les dispositifs connus à charge préalable variable agit par l'intermédiaire des éléments roulants 31, 31 ' des roulements 16, 18 et peut provoquer une surcharge de ces éléments roulants. Les dispositifs de la technique antérieure qui provoquent une variation des charges ont tendance à être coûteux, imprécis et encombrants La configuration selon l'invention permet une variation de la charge préalable sous l'action du dispositif de manoeuvre 36, sans risque d'application d'une force excessive aux éléments roulants 31, 31 ' des roulements 16, 18 et en conséquence sans qu'il faille prendre un soin extrême aux pressions appliquées par le dispositif destiné à faire varier la charge préalable. Les charges axiales normales appliquées à l'arbre rotatif 10 dans le sens 44 sont normalement transmises à la bague interne 24, l'élément roulant 31 et la bague externe 26 du premier roulement 16 et la bague 37 de pilotage de canal et en conséquence au boîtier 14. Les forces axiales normales agissant sur l'arbre rotatif 10 dans le sens 46 sont transmises par la bague interne 28, les éléments roulants 31 ' et la bague externe du second roulement 18 au dispositif 32 de charge préalable Ensuite, la force est transmise par l'entretoise 24 à la bague 37 de pilotage de canal et au boîtier 14. La figure 1 représente un système destiné à empêcher un déplacement axial relatif de la bague externe 26 du premier roulement 16 et du boîtier 14 La bague 37 de pilotage annulaire et l'organe annulaire 37 ', qui sont fixés par rapport au boîtier 14, forment un canal annulaire 39 qui correspond à la bague externe 26 du premier roulement 16. Un autre dispositif qui empêche un déplacement axial relatif de la bague externe 26 du premier roulement 16 et du premier boîtier 14 est représenté sur la figure 2 sur laquelle un goujon 48 est introduit dans le boîtier 14, dans un élément intermédiaire quelconque décrit dans les paragraphes précédents, par exemple l'entretoise 34 Les forces sont transmises directement de l'organe intermé- diaire au boîtier. La raideur des éléments qui peuvent être placés du coté opposé de l'élément fixé par le goujon sous l'action de la charge ne contribue donc pas à la raideur qui coopère avec la charge De cette manière, le fléchissement total du système peut être réglé par introduction ou extraction d'un ou plusieurs goujons, selon l'élément qui est fixé par les goujons Le goujon 48 empêche aussi un déplacement axial excessif de l'arbre 10 par rapport au boîtier 14. La figure 3 représente un arbre fixe 54 introduit dans un boîtier rotatif 56, le boîtier rotatif étant supporté par un premier et un second roulement 58, 59 à surface inclinée de contact Cette configuration a un fonctionnement identique à celui de la configuration de la figure 1, mais une bague interne 60 du premier roulement 58 constitue la seule bague, parmi les quatre bagues 60, 62, 64, 66, qui peut se déplacer axialement afin que les deux roulements 58, 58 soient soumis à la charge préalable En conséquence, un dispositif 67 de charge préalable et un dispositif 68 de manoeuvre agissent de part et d'autre de la bague interne 60 du premier roulement 58. La figure 4 représente une configuration de charge préalable ayant des roulements 70, 72 à surface inclinée de contact, analogue à la configuration de la figure 1, mais dans laquelle le dispositif 74 de charge préalable est disposé du côté opposé du second roulement 72 par rapport au premier roulement 70 alors qu'un dispositif de manoeuvre 76 est placé entre les deux roulements 70, 72. Le premier roulement 70 a une bague interne 80 et une bague externe 82 Le second roulement 72 a une bague interne 84 et une bague externe 86 Les bagues internes 80 et 84 du premier et du second roulement 70 et 72 sont fixées chacune axialement par rapport à l'arbre 10 La bague externe 82 du premier roulement 70 est retenue en direction axiale par rapport au boîtier. Le dispositif 74 de charge préalable et le dispo- sitif 76 de manoeuvre interagissent pour faire varier la force appliquée à la bague externe 86 du second roulement 72 par rapport au boîtier, ainsi que la position de cette force La bague externe 86 du second roulement (dans cette configuration) constitue la seule bague qui peut se dépla- cer pour assurer l'application de la force de la charge préalable entre les deux paliers 70, 42. Ces configurations montrent les avantages de la disposition du dispositif de manoeuvre et du dispositif de charge préalable de part et d'autre d'une bague mobile axialement, afin que deux roulements ou plus à surface inclinée de contact soient mis à un état de charge préalable. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil caractérisé en ce qu'il comprend un arbre ( 10), un premier et un second palier ( 16, 18) à surface inclinée de contact, disposés axialement le long de l'axe et destinés à supporter celui-ci dans un premier sens et un second sens pratiquement dans une même direction axiale, un dispositif ( 32) destiné à appliquer une force constituant une charge préalable aux paliers à surface inclinée de contact afin que ces paliers soient mis à un état de charge préalable maximale, et un dispositif de manoeuvre ( 36), agissant en sens opposé à celui du dispo- sitif de charge préalable et destiné à réduire la charge préalable de l'état de charge maximale à un état de charge voulue. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre ( 10) est un arbre rotatif, et le premier et le second palier ( 16, 18) à surface inclinée de contact sont en outre caractérisés chacun par une bague interne ( 24, 28) et une bague externe ( 26, 30), des éléments roulants ( 31, 31 ') étant placés entre ces bagues. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de charge préalable ( 32) et le dispo- sitif de manoeuvre ( 36) exercent tous deux une force sur la bague externe ( 30) de l'un des paliers ( 18) à surface inclinée de contact. 4 Appareil selon la revendication 2, caractérisé par un boîtier 14 ayant une ouverture dans laquelle est monté l'arbre ( 10), et la bague interne ( 24) du premier palier ( 16) est fixée à l'arbre alors que la bague externe ( 26) du premier palier est fixée au boîtier. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de charge préalable ( 32) et le dispo- sitif de manoeuvre ( 36) agissent tous deux sur la bague interne ( 28) de l'un des paliers ( 18). 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre ( 36) repousse le second palier ( 18) dans le sens qui l'écarte du premier palier ( 16). 7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre ( 36) repousse le second palier ( 18) dans le sens qui le rapproche du premier palier ( 16). 8 Appareil caractérisé en ce qu'il comprend un arbre rotatif ( 10), un premier et un second palier ( 16, 18) à surface inclinée de contact, montés axialement le long de l'arbre rotatif et destinés à supporter ce dernier dans un premier et un second sens pratiquement dans une même direction axiale, le premier et le second palier comprenant chacun une bague interne ( 24, 28) et une bague externe ( 26, ) et des éléments roulants ( 31, 31 ') placés entre les bagues, un dispositif de charge préalable ( 32) destiné à appliquer une première force à la bague externe ( 30) du second palier ( 18) afin que le premier et le second palier soient mis à un état de charge préalable maximale, un dispositif de manoeuvre ( 36) appliquant une seconde force à la bague externe ( 30) du second palier ( 18) afin qu'il réduise la charge préalable par rapport à l'état de charge préalable maximale, et un dispositif ( 92) de transmission de charge qui relie les bagues internes ( 24, 28) du premier et du second palier ( 16, 18) et qui est destiné à trans- mettre la force entre le premier et le second palier. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première force est appliquée au second palier ( 18) dans le sens qui l'écarte du premier palier ( 16). Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première force est appliquée au second palier ( 18) dans le sens qui le rapproche du premier palier ( 16). 11 Appareil caractérisé en ce qu'il comprend un arbre rotatif ( 10), un premier et un second palier ( 16, 18) à surface inclinée de contact, disposés axialement le long de l'arbre rotatif et destinés à supporter celui-ci dans un premier sens et un second sens dans sa direction axiale pratiquement, le premier et le second palier comprenant il chacun une bague interne ( 24, 28) et une bague externe ( 26, ) ainsi que des éléments roulants ( 31, 31 ') placés entre les bagues, un dispositif ( 32) de charge préalable destiné à appliquer une première force à la bague interne du second palier afin que le premier et le second palier soient mis à un état de charge préalable maximale, un dispositif de manoeuvre ( 36) appliquant une seconde force à la bague interne du second palier afin que la charge préalable soit réduite par rapport à l'état de charge préalable maximale, et un dispositif de transmission de charge ( 92) reliant les bagues externes du premier et du second palier ( 16, 18) et destiné à transmettre la force entre le premier et le second palier. 12 Appareil caractérisé en ce qu'il comprend un arbre, un boîtier rotatif ( 56), un premier et un second palier ( 58, 59) à surface inclinée de contact, disposés axialement le long du boîtier rotatif et destinés à suppor- ter celui-ci dans un premier et un second sens dans une direction axiale pratiquement, un dispositif ( 67) destiné à appliquer une force constituant une charge préalable aux paliers afin que les paliers soient mis à un état de charge préalable maximale, et un dispositif de manoeuvre ( 68) agissant en sens opposé à celui du dispositif de charge préalable et destiné à réduire la charge préalable par rapport à l'état de charge préalable maximale, jusqu'à un état de charge préalable voulue. 13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier et le second palier ( 58, 59) com- portent chacun une bague interne et une bague externe, avec des éléments entre les bagues. 14 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de charge préalable, ( 67) et le dispositif de manoeuvre ( 68) exercent chacun une force sur la bague interne ( 60) de l'un des paliers ( 58). 15 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le boîtier rotatif ( 56) a une ouverture dans laquelle est monté l'arbre qui est fixe, et la bague ( 60) du premier palier ( 58) est fixée à l'arbre fixe alors que la bague externe ( 62) du premier palier ( 58) est fixée au boîtier rotatif ( 16). 16 Procédé d'application d'une charge préalable à un premier et un second palier à surface inclinée de contact, caractérisé en ce qu'il comprend le montage d'un arbre ( 10) dans une ouverture formée dans un boîtier ( 14) à l'aide du premier et du second palier à surface inclinée de contact, la mise des paliers ( 16, 18) sous une charge préalable maximale par application d'une première force, et le réglage de la charge préalable appliquée aux paliers par application d'une seconde force de manière que la charge préalable soit réduite par rapport à la charge préalable maximale.