Brevet FR2673252A1 — publié le 19920828

ROULEMENT UTILISABLE DANS UN COMPRESSEUR DE CLIMATISEUR La présente invention concerne un roulement utilisable dans un compresseur pour climatiseur. On connaît divers types de compresseurs pour climatiseurs, par exemple un type représenté sur la figure 10 annexée dans lequel un piston 3 est déplacé en va-et-vient par une plaque 2 dont les deux côtés sont in- clinés en oblique et qui est fixée à un arbre rotatif d'entrée 1, un type représenté sur la figure Il dans lequel un piston 7 est déplacé en mouvement alternatif par l'intermédiaire d'une tige 6 par une plaque 5 ayant un côté incliné en oblique et fixée à un arbre rotatif d'entrée 4, et un type à capacité variable représenté sur la figure 12 dans lequel un piston 11 est déplacé en mouvement alternatif par l'intermédiaire d'une tige 10 par une plaque inclinée 9 fixée à un arbre rotatif d'en- trée 8 suivant un angle réglable Tous ces types com- portent, à l'endroit de la partie rotative, des roule- ments à rouleaux. Plus particulièrement, dans le cas du type représenté sur la figure 10, on utilise des roulement à aiguilles 21 à cage et des roulements de butée à ai- guilles 22 Le type représenté sur la figure 11 utilise des roulements à aiguilles à coquille 23 et des roule- ments de butée à aiguilles 22, et le type à capacité variable représenté sur la figure 12 utilise des roule- ments à aiguilles 21 à cage et des roulements de butée à aiguilles 22. Les compresseurs utilisés dans un climatiseur contiennent un mélange de lubrifiant pour roulements et de fluide réfrigérant Le lubrifiant est liquéfié et vaporisé de façon répétée, du fait de la compression et de la détente par le compresseur Ce lubrifiant est placé dans des conditions plus dures que les huiles hydrauliques ordinaires Comme décrit, les roulements utilisés dans un compresseur de climatiseur sont dans un état de lubrifi- cation médiocre puisque le réfrigérant tend à se mélanger dans le lubrifiant et que la quantité de lubrifiant tend à diminuer Il en résulte une détérioration par écaillage des surfaces de roulement, ce qui peut conduire à une dé- faillance prématurée. Un objet de la présente invention est de procu- rer un roulement utilisable dans un compresseur de clima- tiseur, qui possède une aptitude élevée à la formation d'un film d'huile dans la région de contact de roulement et qui est exempt de détérioration par écaillage. Conformément à la présente invention, un très grand nombre de très petites cavités sont formées au hasard dans la surface des éléments roulants ou des ba- gues de portée des roulements à utiliser dans un compres- seur de climatiseur La rugosité de surface est déterminée de sorte que le rapport RMS(L)/RMS(C) ne dépasse pas 1,0, RMS(L) et RMS(C) représentant la rugosité de surface dans les directions axiale et circonférentielle respectivement, et de sorte que la valeur du paramètre SK est inférieure à zéro Le rapport de surface des petites cavités est de à 40 % et la surface moyenne de chaque petite cavité est de 35 à 150 pm 2 lorsqu'on la calcule en excluant les très petites cavités qui ont un diamètre de cercle équi- valent inférieur à 3 wm. Avec cet agencement, le taux de formation de film d'huile sur les surfaces roulantes augmente et on a constaté qu'il ne se produit pas de détérioration par écaillage sur les surfaces roulantes, même dans des condi- tions de lubrification difficiles, ce qui augmente donc la longévité des roulements. D'autres aspects et objets de la présente in- vention apparaîtront aux hommes de l'art à la lumière de la description ci-après, avec référence aux dessins anne- xés dans lesquels: la figure 1 est une coupe d'un roulement à aiguilles; la figure 2 est un graphique illustrant l'état de finition de la surface d'un élément roulant usuel; la figure 3 est un graphique illustrant l'état de finition de la surface de l'élément roulant conforme à la présente invention; la figure 4 est une coupe du roulement à ai- guilles utilisé pour l'essai de durée de vie; la figure 5 est une vue schématique du dispo- sitif d'essai; la figure 6 est un graphique illustrant la relation entre le rapport de surface des petites cavités et la durabilité; la figure 7 est un graphique illustrant la relation entre la surface moyenne des petites cavités et la durabilité; la figure 8 est un graphique illustrant-le taux de contact métallique d' un roulement suivant l'art antérieur; la figure 9 est un graphique illustrant le taux de contact métallique du roulement conforme à la présente invention; la figure 10 est une coupe d'un compresseur dans lequel on utilise une plaque dont les deux côtés sont inclinés; la figure Il est une coupe d'un compresseur dans lequel on utilise une plaque ayant un côté incliné; et la figure 12 est une coupe d'un compresseur dans lequel on utilise une plaque à capacité variable ayant un côté incliné. La figure 1 représente un roulement à aiguilles 21 comportant une cage 33, à monter dans des compres- seurs pour climatiseurs du type représenté sur les fi- gures 10 à 12 Ce roulement comprend une bague extérieure 31, des éléments roulants 32 montés dans la bague exté- rieure 31 et une cage 33 retenant les éléments roulants 32 à intervalles réguliers Ce roulement est utilisé pour supporter un arbre 34 par l'intermédiaire des éléments roulants 32. Chaque élément roulant 32 du roulement à aiguil- les 21 présente une surface rugueuse 32 a comportant un très grand nombre de petites cavités indépendantes placées au hasard Aux endroits autres que les cavités, la surface extérieure de l'élément roulant est lisse La surface rugueuse 32 a doit avoir un rapport RMS(L)/RMS(C) de 1,0 ou moins, par exemple de 0,7 à 1,0, RMS(L) étant une rugosité de surface dans la direction axiale tandis que RMS(C) est une rugosité de surface dans la direction circonférentielle En outre, la valeur SK, qui est un autre paramètre de rugosité de surface, doit être infé- rieure à zéro, par exemple de -1,6 ou moins, à la fois dans la direction axiale et la direction circonféren- tielle. La surface périphérique extérieure ayant une rugosité telle que défini ci-dessus peut être obtenue par traitement au tonneau. La valeur SK représente la distorsion de la courbe de distribution d'amplitude de la rugosité de sur- face Si la distribution derugosité forme une courbe sy- métrique, telle qu'une courbe de distribution de Gauss, la valeur SK est de 0 On a trouvé que la forme et la répartition des petites cavités sont efficaces pour la formation d'un film d'huile si les valeurs SK dans les directions axiale et circonférentielle ne sont pas supé- rieures à -1,6. Le rapport de surface, entre la surface totale des petites cavités et la surface de roulement totale de l'élément roulant 32, doit être de 10 à 40 % tandis que le diamètre du cercle équivalent de chaque petite cavité doit être de 150 gm ou moins, et la surface moyenne des cavités, lorsqu'on la mesure en excluant les cavités ayant un diamètre de cercle équivalent non supérieur à 3 Dam, doit être de 35 à 150 gm 2. Sur la figure 1, les éléments roulants 32 ont des surfaces rugueuses 32 a Toutefois, cette surface ru- gueuse peut être formée sur la surface de roulement d'une bague intérieure ou extérieure, telle qu'un chemin de rou- lement. A titre de comparaison, l'état de finition de surface d'un rouleau usuel est illustré sur la figure 2 et la surface finie comportant des cavités d'un élément de roulement ou d'une bague intérieure ou extérieure sui- vant la présente invention est illustrée sur la figure 3. On peut effectuer une mesure quantitative des petites cavités par agrandissement et analyse de l'image de la surface de roulement au moyen d'un système d'ana- lyse d'image du commerce. Les parties blanches et les parties noires de l'image sont analysées comme représentant les parties plates et les petites cavités respectivement Par exem- ple, si on utilise un système d'analyse d'image pour l'a- nalyse, on clarifie les parties claires et les parties som- bres de l'original au moyen d'un filtre d'exagération En- suite, les cavités de diamètre de cercle équivalent ne dépassant pas 3 lim, qui apparaissent comme de très petites parties noires, sont éliminées au moyen d'un effaceur de bruit. Après cette élimination, on analyse la surface extérieure de roulement par mesure de la dimension et de la distribution des petites cavités ainsi que du rapport de la surface totale des petites cavités à la surface to- tale de roulement. On a ensuite préparé des roulements à aiguilles comportant, sur la surface des éléments roulants, de peti- tes cavités ayant des rapports de surface, des surfaces moyennes et des diamètres de cercles moyens équivalents différents, et on a soumis ces roulements à un essai de durée de vie sous charge radiale. Comme représenté sur la figure 4, les roulements à aiguillesutilisés pour l'essai de durée de vie étaient des roulements comprenant chacun 14 éléments roulantste- nus dans une cage 33,et ayant un diamètre extérieur Dr de 38 mm, un diamètre intérieur dr de 28 mm, et les éléments roulants ayant un diamètre D de 5 mm et une longueur L de 13 mm. Le dispositif d'essai utilisé était un appareil d'essai à charge radiale 41, représenté schématiquement sur la figure 5 Les roulements d'essai A étaient mon- tés des deux côtés d'un arbre rotatif 42 et étaient mis en rotation tout en étant soumis à une charge. Le chemin de roulement intérieur (arbre as- socié) utilisé pour l'essai était fini par meulage à Rmax de 0,4 à 4 im Le chemin de roulement extérieur (bague extérieure) utilisé était également fini par meulage à Rmax de 1,6 jim. Les conditions d'essai étaient les suivantes Charge radiale sur les roulements: 1465 da N Vitesse de rotation: 3050 tr/min Lubrifiant: huile turbine. La figure 6 illustre la relation entre le rap- port de surface des petites cavités et la durabilité La figure 7 illustre la relation entre la surface moyenne des petites cavités et la durabilité. Comme on le voit sur les figures 6 et 7, les roulements ayant un rapport de surface de 10 % ou plus et une surface moyenne de 35 Wm 2 ou plus ont un rapport de durabilité (L 10) à une vie calculée de 4 ou plus, ce qui est suffisamment élevé. Dans l'essai de durée de vie ci-dessus, les peti- tes cavités étaient formées sur les surfaces des éléments roulants de chaque roulement à aiguilles Toutefois, on a trouvé que la durabilité est également améliorée si ces pe- tites cavités sont formées sur la surface de roulement de la bague intérieure ou extérieure d'un roulement et les surfaces de roulement des éléments roulants. Si le rapport de surface est de 30 % ou plus ou si la surface moyenne est de 120 gm 2 ou plus, l'effet de durabilité tend à diminuer, du fait de la diminution de longueur de contact effectif. Le roulement conforme à la présente invention et des roulements suivant l'art antérieur ont été soumis à un essai d'écaillage en accélération afin de vérifier l'aptitude à la formation d'un film d'huile et les pro- priétés anti-écaillage sur les surfaces finies des élé- ments roulants, au moyen d'un appareil d'essai du type bague sur bague dans des conditions de contact en roule- ment libre L'état de formation du film d'huile dans la zone de contact était exprimé en termes de rapport de contact de métalmesuré par la méthode de résistance en courant continu. Après un laps de temps prédéterminé, on a examiné si un écaillage apparaissait sur la surface des bagues. Conditions d'essai: Pression maximale à la surface de contact 2270 M Pa Vitesse périphérique: 4,2 m/s ( 2000 tr/min) Lubrifiant: huile machine et réfrigérant pour compresseur Périodes d'application de la charge 4,8 x 105 ( 4 heures) Tension appliquée: 60 m V Courant transmis: 3 m A Les figures 8 et 9 indiquent les taux de formation de film d'huile ( 100 % = taux de contact métallique) me- surés dans cet essai Le tauxde formation de film d'huile sur la surface finie du roulement conforme à la présente invention était supérieur de 40 % environ à celui du rou- lement suivant l'art antérieurau début du fonctionnement. On a également vérifié qu'un film d'huile se forme sensiblement complètement en 1,5 heure environ après le début de l'essai (lorsque la charge a été appliquée 1,8 x 105 fois). En outre, alors que de très nombreux écail- lages de 0,2 mm de long environ ont été observés sur la surface finie du roulement suivant l'art antérieur, aucun écaillage n'a été observé sur la surface finie du roule- ment conforme à la présente invention. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Roulement à rouleaux ( 21) pour l'utilisation dans un compresseur de climatiseur, comprenant des élé- ments roulants ( 32) et des bagues de portée ( 31,34), caractérisé en ce qu'un grand nombre de petites cavités indépendantes sont formées de manière dispersée dansla surface ( 32 a) desdits éléments roulants ou desdites bagues de portée, en ce que ladite surface a un rapport RMS(L)/ RMS(C) ne dépassant pas 1,0, RMS(L) étant la rugosité de surface dans la direction axiale et RMS(C) étant la rugo- sité de surface dans la direction circonférentielle, en ce que la valeur SK qui est un autre paramètre de rugo- sité de surface est inférieure à zéro, et en ce que le rapport de la surface totale desdites petites cavités à la surface de roulement totale est de 10 à 40 %. 2. Roulement à rouleaux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de cercle équivalent desdites petites cavités n'est pas supérieur à 150 um, et la surface moyenne des petites cavités calculée en excluant les cavités dont le diamètre de cercle moyen ne dépasse pas 3 gm est de 35 à 150 nm 2.