Brevet FR2668562A1 — publié le 19920430

Dispositif de palier, notamment pour articulation à la Cardan La présente invention concerne une articulation à la Cardan, et plus particulièrement un dispositif de palier pour deux pièces, mobiles l'une par rapport à l'autre, d'une articulation pour arbre articulé, par exemple entre un croisillon et une chape d'articulation, du type dans lequel une pièce, orientée radialement de l'intérieur vers l'extérieur et réalisée essentiellement en forme de tourillon, présente un diamètre dimi- nuant radialement vers l'extérieur d'une manière étagée et comporte, en vue de la transmission d'un couple de rotation, des roulements présentant au moins deux rangées de rouleaux cylindriques à trajectoires de diamètres différents. Une articulation à la Cardan de ce type est connue par le docu- ment DE-A-2 625 960. Lors de la conception d'entraînements au moyen d'arbres arti- culés, il se présente souvent comme problème le fait que le moment de rota- tion à transmettre exige un diamètre de rotation de l'articulation qui ne peut pas trouver place dans l'espace structurel disponible Plus particu- lièrement dans le cas o, dans des entraînements de laminoirs, on remplace des articulations à paliers lisses par des articulations à la Cardan à roulements, il se présente des difficultés de montage du fait du diamètre extérieur Bien que leurs faibles dimensions constituent un avantage des articulations à paliers lisses, la durée de vie de ces paliers lisses et les jeux qui s'y produisent en cours de fonctionnement ne sont pas satis- faisants Les articulations à paliers lisses ont en outre l'inconvénient de consommer une quantité importante de lubrifiant qui s'échappe pendant le fonctionnement et pollue l'environnement. Il est vrai qu'avec l'articulation à la Cardan connue, on a essayé de placer un palier de roulement, à résistance de portée dynamique et statique élevée, dans un diamètre extérieur préfixé A cet effet, le croisillon présente deux diamètres de valeurs différentes le long de l'axe de tourillonnement, ce qui signifie que son diamètre diminue d'une manière étagée vers l'extérieur Cela sert, d'une part, à permettre d'introduire le croisillon dans les alésages de l'oeil de la chape d'articulation qui est réalisée en une seule pièce D'autre part toutefois, le bout de plus petit diamètre du tourillon est utilisé pour le montage d'un roulement supplémen- taire disposé plus loin vers l'extérieur dans le sens radial Il en résul- tait une augmentation de la résistance de portée, mais cette dernière n'était toutefois pas encore entièrement satisfaisante, notamment en ce qui concerne la durée de vie. C'est pourquoi l'invention a pour but d'améliorer encore l'arti- culation connue et d'augmenter encore sa résistance de portée statique et dynamique, tout en conservant un diamètre extérieur constant. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de palier, du type précité, caractérisé en ce que, le long de l'axe de tourillon- nement, le roulement qui est radialement extérieur et de plus petit diamè- tre est disposé au moins partiellement à l'intérieur de la largeur du rou- lement qui est radialement intérieur et de plus grand diamètre. On monte ainsi dans une articulation deux roulements de diamè- tres différents Le roulement de plus grand diamètre se trouve éloigné de l'axe de rotation d'une plus petite distance que le roulement de plus petit diamètre Ce dernier est toutefois "enfoncé" partiellement dans le sens axial à l'intérieur du plus grand roulement Cela permet de disposer les deux roulements d'une manière la plus éloignée possible de l'axe de rota- tion, vers l'extérieur dans le sens radial, et de choisir pour eux des diamètres les plus grands possibles, de sorte que l'arête radialement la plus extérieure de chacun des deux roulements est située au voisinage de la surface extérieure de révolution de l'articulation Il résulte de cette disposition une exploitation avantageuse de la section transversale circu- laire préfixée et une augmentation de la résistance de portée du palier qui peut atteindre 40 %. D'une manière particulièrement avantageuse, la profondeur d'enfoncement du plus petit roulement dans le plus grand roulement peut correspondre au moins au quart de la largeur des rouleaux cylindriques de ce plus grand roulement De préférence, le rapport du diamètre de l'appui du roulement intérieur au diamètre de l'appui du roulement extérieur est supérieur à 2:3 Autrement dit, le diamètre intérieur du plus petit roule- ment doit être égal au moins aux deux tiers du diamètre du plus grand rou- lement. Suivant une réalisation particulière de l'invention, au moins l'un des deux roulements peut comporter une bague extérieure de roulement. De préférence, c'est le plus grand roulement qui comporte une bague exté- rieure de roulement qui prend appui dans l'une des deux pièces mobiles (chape d'articulation) Tandis qu'il s'agit dans ce cas d'une bague exté- rieure séparée, il peut aussi avantageusement être prévu que l'une des pièces mobiles de l'articulation présente un chemin extérieur de roulement, ayant subi un durcissement, pour les rouleaux cylindriques du plus petit roulement Ainsi, le chemin extérieur de roulement des rouleaux du plus petit roulement est réalisé sur la chape d'articulation elle-même sous la forme de ce chemin de roulement ayant subi un durcissement. D'une manière particulièrement avantageuse, il peut être prévu que les deux yeux de la chape de l'articulation à la Cardan comportent des chapeaux de roulement qui sont réunis entre eux par un tirant de croisillon s'étendant dans un alésage ménagé à travers le croisillon, ces chapeaux de roulement étant centrés dans les yeux de palier de la chape d'articulation et étant immobilisés en rotation Ce sont ainsi chaque fois deux chapeaux de roulement alignés entre eux qui sont réunis au moyen du tirant de croi- sillon En variante, il peut être prévu que le chapeau de roulement présente un chemin extérieur de roulement pour les rouleaux cylindriques du plus petit roulement. De préférence, le guidage axial du croisillon le long de l'axe de tourillonnement et entre les chapeaux de roulement est réalisé au moyen de disques d'appui axial Avantageusement, la bague intérieure du plus petit roulement constitue, avec la face frontale du croisillon dans le sens axial, une surface commune de portée du disque d'appui, de sorte que ce dernier forme une butée axiale pour cette bague intérieure du plus petit roulement Ce disque forme ainsi un arrêt axial pour la bague intérieure. Suivant une réalisation particulière, le disque d'appui peut être en métal, de préférence en laiton ou bronze Suivant une autre réali- sation, le disque d'appui peut être en matière plastique, de préférence en une matière renforcée de fibre de verre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une articu- lation à la Cardan dans la zone du dispositif de palier, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale analogue à la figure 1, présentant une variante du dispositif de palier, la figure 3 est une vue en coupe transversale de ce dispositif de palier suivant la ligne 111-III de la figure 2 et la figure 4 illustre une variante de l'appui axial. La figure 1 représente une coupe d'un dispositif de palier dis- posé entre un croisillon 1 et une chape d'articulation 2, cette vue étant prise suivant la direction de l'axe de rotation 15 Le croisillon 1 comporte un premier appui de roulement 10 de diamètre D, ainsi que, éloigné radialement à une plus grande distance de l'axe de rotation 15, un second appui de roulement 11 de diamètre réduit d L'appui de roulement 10 porte un roulement 3 comportant plusieurs rangées de rouleaux cylin- driques 4 disposés entre une bague intérieure 5 et une bague extérieure 6 L'appui de roulement 11 porte un roulement 7, d'un diamètre et d'une largeur plus petits, comportant des rouleaux cylindriques 8 et une bague intérieure 9 L'agencement de ce plus petit roulement 7 est choisi de telle façon que, suivant la direction axiale, il se trouve situé partiellement à l'intérieur du plus grand roulement 3 Il s'enfonce ainsi, suivant sa lar- geur b, d'une profondeur d'enfoncement t dans la largeur B du plus grand roulement Cette profondeur d'enfoncement t est dans ce cas de préférence égale à approximativement le quart de la largeur B Le rapport du diamètre d de l'appui 11 du plus petit roulement au diamètre D de l'appui 10 du plus grand roulement 3 est de préférence égal à 2:3 Il en résulte ainsi une association mutuelle qui permet un agencement optimal des deux roulements à l'intérieur du contour extérieur, de rayon R, de l'articulation Il est ainsi possible de placer dans l'espace préfixé le plus grand nombre possi- ble de rangées de rouleaux cylindriques, et ceci suivant le diamètre le plus grand possible afin d'accroître la résistance de portée de l'ensemble du dispositif de palier. Le grand roulement 3 comporte une bague extérieure 6, étant donné qu'on dispose d'un espace structurel utilisable dans cette zone En revanche, à la place d'une bague extérieure pour le plus petit roulement 7, l'oeil de chape présente lui-même un chemin extérieur de roulement 21 pour les rouleaux cylindriques 8 De ce fait, on peut choisir un diamètre d suffisamment grand pour l'appui de roulement 11 Cet agencement a en outre pour avantage que le chemin extérieur de roulement 21 prévu pour le plus petit roulement, ainsi que l'alésage prévu pour la bague extérieure 6 du plus grand roulement 3 se trouvent situés sur la même pièce, à savoir la chape d'articulation 2, et qu'ils peuvent donc être réalisés avec une assez grande précision Il s'agit dans ce cas d'un type de chape d'articulation dans lequel les deux yeux de chape sont montés séparément l'un de l'autre. L'articulation comporte un chapeau de roulement 12 qui est relié au chapeau de roulement de l'oeil d'articulation opposé (non représenté) au moyen d'un tirant de croisillon 13 Ce tirant de croisillon s'étend dans un alésage 14 ménagé dans le croisillon 1 Le chapeau de roulement 12 comporte une surface intérieure de logement servant à la mise en place d'un disque d'appui 19 sur lequel le croisillon est appliqué par une surface frontale de portée 20 La face frontale de la bague intérieure 9 du roulement 7 dans le sens axial constitue ainsi aussi une surface de portée pour le disque d'appui 19, de sorte que ce dernier peut aussi absorber des efforts axiaux provenant de la bague intérieure 9 et constitue en même temps un arrêt ou butée axiale pour cette bague intérieure. La figure 2 présente une variante de réalisation du dispositif à palier qui est disposé entre un croisillon 1 et une chape d'articulation 2 et comporte deux roulements 3 et 7 à rouleaux cylindriques d'une manière analogue à la réalisation de la figure 1 Toutefois, dans le cas présent, un chapeau de roulement 12 a présente le même diamètre extérieur que la bague extérieure 6 du plus grand roulement 3 Le montage s'effectue dans ce cas à partir de l'extérieur dans le sens radial, étant donné qu'il s'agit10 d'une articulation du type en une seule pièce Le chapeau de roulement 12 a présente dans ce cas un chemin extérieur de roulement 21 a pour les rouleaux cylindriques 8 du plus petit roulement 7, ce chapeau de roulement 12 a devant être centré d'une manière exacte dans l'alésage de la chape d'arti- culation Ces moyens de centrage s'étendent radialement, considérés à15 partir de l'axe de rotation 15, jusque dans la zone des rouleaux cylin- driques 8, donc partiellement aussi dans la zone de la bague extérieure 6 prévue pour le plus grand roulement 3 Le reste de la structure du dispositif de palier correspond à celle de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale de l'arti- culation de la figure 2 suivant la ligne III-III On voit sur cette figure 3 des moyens d'immobilisation en rotation du chapeau de roulement 12 a, à savoir des doigts 17 disposés dans la zone radialement extérieure de ce chapeau de roulement 12 a et s'engageant dans des rainures 18 ménagées dans la chape d'articulation 2.25 La figure 4 représente une variante de réalisation de l'appui axial du croisillon 1 sur le chapeau de roulement 12 a A cet effet, la bague intérieure 9 du plus petit palier 7 est réalisée plus large et porte, du côté frontal, une surface de portée 20 a qui correspond approximativement à la dimension de la surface de portée située sur le disque d'appui 19. Dans ce cas, le croisillon 1 s'appuie à partir de l'intérieur, dans le sens radial, sur la bague intérieure 9 L'avantage de cette réalisation réside dans une surface de portée non divisée offerte au disque d'appui 19, ce qui permet de réduire une usure éventuelle Le disque d'appui lui-même peut être en métal, de préférence en laiton ou en bronze, ou en une matière plastique, de préférence une matière plastique renforcée de fibre de verre. REVENDICATIONS 1 Dispositif de palier pour deux pièces, mobiles l'une par rapport à l'autre, d'une articulation pour arbre articulé, par exemple entre un croisillon et une chape d'articulation, du type dans lequel une pièce, orientée radialement de l'intérieur vers l'extérieur et réalisée essentiellement en forme de tourillon, présente un diamètre diminuant radialement vers l'extérieur d'une manière étagée et comporte, en vue de la transmission d'un couple de rotation, des roulements présentant au moins10 deux rangées de rouleaux cylindriques à trajectoires de diamètres diffé- rents, caractérisé en ce que, le long de l'axe de tourillonnement ( 16), le roulement ( 7) qui est radialement extérieur et de plus petit diamètre est disposé au moins partiellement à l'intérieur de la largeur (B) du roulement ( 3) qui est radialement intérieur et de plus grand diamètre. 2 Dispositif de palier suivant la revendicaiton 1, caractérisé en ce que la profondeur d'enfoncement (t) du plus petit roulement ( 7) dans le plus grand roulement ( 3) correspond au moins au quart de la largeur (B) des rouleaux cylindriques ( 4) de ce plus grand roulement ( 3). 3 Dispositif de palier suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport du diamètre de l'appui ( 11) du roulement intérieur ( 7) au diamètre de l'appui ( 10) du roulement exté- rieur ( 3) est supérieur à 2:3. 4 Dispositif de palier suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins l'un des deux roulements ( 3, 7) comporte une bague extérieure de roulement ( 6). Dispositif de palier suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le plus grand roulement ( 3) comporte une bague extérieure de roulement ( 6) qui prend appui dans l'une des deux pièces mobiles (chape d'articulation 2).30 6 Dispositif de palier suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'une ( 2) des pièces mobiles de l'arti- culation présente un chemin extérieur de roulement ( 21), ayant subi un dur- cissement, pour les rouleaux cylindriques ( 8) du plus petit roulement ( 7). 7 Dispositif de palier suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les deux yeux ( 2) de la chape de l'articulation à la Cardan comportent des chapeaux de roulement ( 12, 12 a) qui sont réunis entre eux par un tirant de croisillon ( 13) s'étendant dans un alésage ( 14) ménagé à travers le croisillon ( 1), ces chapeaux de roule- ment ( 12, 12 a) étant centrés dans les yeux de palier de la chape d'articu- lation ( 2) et étant immobilisés en rotation. 8 Dispositif de palier suivant la revendica- tion 7, caractérisé en ce que le chapeau de roulement ( 12 a) présente un chemin extérieur de roulement ( 21 a) pour les rouleaux cylindriques ( 8) du plus petit roulement ( 7). 9 Dispositif de palier suivant l'une des revendica- tions 7 ou 8, caractérisé en ce que le guidage axial du croisillon ( 1) le long de l'axe de tourillonnement ( 16) et entre les chapeaux de roulement ( 12, 12 a) est réalisé au moyen de disques d'appui axial ( 19). l O 10 Dispositif de palier suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la bague intérieure ( 9) du plus petit roulement ( 7) constitue, avec la face frontale du croisillon ( 1) dans le sens axial, une surface commune ( 20) de portée d'appui du disque d'appui ( 19), de sorte que ce dernier forme une butée axiale pour cette bague intérieure ( 9) du plus15 petit roulement ( 7). 11 Dispositif de palier suivant l'une des revendica- tions 9 ou 10, caractérisé en ce que le disque d'appui ( 19) est en métal, de préférence en laiton ou bronze. 12 Dispositif de palier suivant l'une des revendica- tions 9 ou 10, caractérisé en ce que le disque d'appui ( 19) est en matière plastique, de préférence en une matière renforcée de fibre de verre.