Brevet FR2683613A1 — publié le 19930514

La présente invention a pour objet un pro- cédé et un dispositif de lubrification des surfaces métalliques en contact de pièces en mouvement dans des systèmes mécaniques. La présente invention a également pour objet un ensemble vis- écrou à rouleaux muni d'un tel dispositif de lubrification. L'industrie utilise de nombreux systèmes mécaniques qui comportent des surfaces en contact sur des pièces métalliques sollicitées en roulement et/ou en glissement. Ces systèmes mécaniques ont généralement pour fonction de transformer des mouvements et des efforts, notamment de transformer un mouvement de rotation en translation ou inversement ou de transfor- mer un couple en force ou inversement, avec des puis- sances élevées, dans un faible volume, avec précision et un bon rendement. Afin d'éviter une détérioration des surfa- ces en contact des pièces en mouvement pouvant entraî- ner l'arrêt du système mécanique, ces systèmes sont le plus souvent lubrifiés avec un lubrifiant constitué par une huile ou une graisse et adapté aux conditions de fonctionnement. Mais, le domaine d'utilisation de ce type de lubrifiant est limité aux températures supérieures à 7 00 C environ. D'autre part, les huiles et les graisses vieillissent rapidement sous les effets conjugués de la température, du frottement et du milieu ambiant dans lequel fonctionnent les systèmes mécaniques. Même en procédant à un traitement superfi- ciel des surfaces en contact ou à un revêtement de ces surfaces, l'utilisation des systèmes mécaniques com- portant des pièces en mouvement est limité aux carac- téristiques des lubrifiants- De plus, ces inconvénients se révèlent encore plus importants lorsque les systèmes mécaniques sont situés dans un environnement soumis à des varia- tions de températures allant de + 400 C à 1960 C avec des pressions de contact importantes. En effet, à des températures aussi basses, les lubrifiants industriels connus ne sont plus utili- sables. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un procédé et un dispo- sitif de lubrification adaptables à tous les systèmes mécaniques comportant des pièces en mouvement et qui permettent d'augmenter les performances et la durée de vie de ces systèmes, notamment lorsqu'ils travaillent à des températures particulièrement basses. La présente invention a pour objet un pro- cédé de lubrification des surfaces métalliques en contact de pièces en mouvement dans des systèmes méca- niques, caractérisé en ce qu'on dépose sur une des surfaces métalliques des pièces en mouvement des par- ticules de polytétrafluoréthylène qui remplissent par excès les irrégularités d'usinage de ladite surface métallique et on forme entre les surfaces métalliques des pièces en mouvement une pellicule de polytétra- fluorétylène régénérée. La présente invention a également pour objet un dispositif de lubrification des surfaces métalliques en contact de pièces en mouvement dans des systèmes mécaniques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un patin en polytétrafluoréthylène maintenu en pression de contact sur une des surfaces métalli- ques desdites pièces en mouvement pour transformer en continu ledit patin en particules de polytétrafluoré- thylène sur les surfaces métalliques en contact à lubrifier. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: la surface de contact dudit patin sur la surface métallique de l'une des pièces en mouvement a un profil conjugué ou non conjugué à ladite surface métallique; ledit patin est fixe par rapport aux pièces en mouvement; ledit patin est solidaire en translation avec l'une des pièces en mouvement; ledit patin est solidaire en rotation et en translation avec l'une des pièces en mouvement; ledit patin est situé en amont des surfa- ces métalliques en contact à lubrifier des pièces en mouvement; au moins un patin est situé en amont et en aval des surfaces métalliques en contact à lubri- fier des pièces en mouvement. La présente invention a encore pour objet un ensemble vis-écrou à rouleaux comportant un dispo- sitif de lubrification tel que mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un ensemble vis-écrou à rouleaux muni d'un dispositif de lubrification selon l'inven- tion; la Figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la Figure 1; la Figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Figure 1. Dans ce qui suit, la description sera faite en se reportant aux figures qui représentent un ensem- ble vis-écrou à rouleaux muni du dispositif de lubri- fication selon l'invention. L'ensemble vis-écrou à rouleaux est une application préférentielle du dispositif de lubrifica- tion selon l'invention, mais ce dispositif peut être ajouté ou intégré à tous les systèmes mécaniques com- portant des pièces en mouvement. L'ensemble vis-écrou à rouleaux représenté aux Figures 1 et 2 comporte de manière classique, d'une part, une vis 1 à un ou plusieurs filets de section adaptée et entraînée en rotation et, d'autre part, des rouleaux satellites 2 disposés périphérique- ment à ladite vis 1. Chaque extrémité des rouleaux satellites 2 comporte un tourillon cylindrique 3. Ces tourillons cylindriques 3 se logent dans des alésages ménagés dans une couronne 4 prévue de chaque côté des rouleaux satellites 2. Ces couronnes 4 ont pour fonction de posi- tionner les rouleaux satellites 2 autour de la vis 1 et de les guider dans leur mouvement de rotation au- tour de leur propre axe et autour de ladite vis 1. Une douille 5 filetée intérieurement enve- loppe les rouleaux satellites 2 La douille 5 et les rouleaux satellites 2 s'engrènent à l'aide d'engrena- ges 6 situés à leurs extrémités et ayant le même dia- mètre primitif que les filetages. Les engrenages 6 assurent un roulement sans aucun glissement entre les rouleaux satellites 2 et la douille 5. Chaque extrémité de l'ensemble vis-écrou à rouleaux est fermée par un couvercle 7. Dans ce type de système mécanique, chaque contact entre le filet d'un rouleau satellite 2 et celui de la vis 1 se fait sur une très petite surface avec des pressions élevées Le roulement des rouleaux satellites 2 sur la vis 1 s'accompagne d'un frottement parasite important dû à des angles d'hélice diffé- rents. Par contre, les contacts entre le filet d'un rouleau satellite 2 et le filet de la douille 5 se font sur des surfaces plus grandes, ce qui entraîne des pressions moins élevées et le roulement s'accompa- gne d'un frottement beaucoup plus faible. Ces conditions de fonctionnement imposent une lubrification des surfaces fonctionnelles Si de la vis 1, 52 des rouleaux satellites 2 et 53 de la douil- le 5 (Figure 2). Le procédé de lubrification selon la pré- sente invention consiste à déposer sur une des surfa- ces métalliques des pièces en mouvement par exemple la surface externe de la vis 1, des particules de polyté- trafluoréthylène plus connu sous la marque "TEFLON" qui remplissent par excès les irrégularités d'usinage de ladite surface métallique et à former entre les surfaces fonctionnelles de la vis 1, des rouleaux satellites 2 et de la douille 5 J une pellicule de polytétrafluoréthylène régénérée. A cet effet, l'ensemble vis-écrou à rou- leaux est équipé de deux écrous suiveurs désignés chacun par la référence 10 et situés de part et d'au- tre de celui-ci. Chaque écrou suiveur 10 comporte deux patins 11 et 12 en polytétrafluoréthylène qui sont maintenus en pression de contact sur la surface de la vis 1. D'une manière générale, la surface de contact de chaque patin 11 et 12 sur la surface de la vis 1 a un profil conjugué ou non conjugué à ladite surface de la vis 1. Dans l'exemple de réalisation représenté aux Figures 1 et 3, chaque patin 11 et 12 a la forme d'une demi-coquille et est appliqué sur la surface de la vis 1 en exerçant une pression de contact dévelop- pée par des boulons 13 maintenant les patins 11 et 12 et précontraints à l'aide de ressorts 14 (Figure 3). Ces ressorts permettent de réaliser avec précision la force d'application des patins 11 et 12 sur la surface de la vis 1 et de les maintenir en contact permanent. Les patins 11 et 12 sont protégés par un capot 15. Chaque écrou suiveur 10 est lié en rotation avec l'ensemble vis-écrou à rouleaux par au moins un doigt 16 placé dans une douille 17 et qui traverse le patin 11 ou 12 correspondant par un trou oblong 18. La pression de contact des patins 11 et 12 sur la surface de la vis 1 et le déplacement relatif desdits patins par rapport à ladite vis provoquent un arrachement de particules de polytétrafluoréthylène qui remplissent par excès les irrégularités d'usinage de la surface de la vis 1 et qui sont transférées de la surface Si de la vis 1, vers les surfaces 52 des rouleaux satellites 2 et 53 de la douille 5. L'écrasement et le laminage des particules de polytétrafluoréthylène ainsi que l'imprégnation des surfaces en contact sont réalisés directement par le mouvement de rotation des pièces en présence. Après un court instant de rotation, les surfaces en contact des pièces en mouvement sont re- couvertes d'une pellicule de polytétrafluoréthylène régénérée. 7, La régénération de la pellicule de polyté- trafluoréthylène se fait automatiquement au cours du fonctionnement du système mécanique. Les patins en polytétrafluoréthylène sont interchangeables et constituent des pièces consomma- bles qui peuvent être changées périodiquement. D'autre part, un témoin d'usure, non repré- senté, peut être adjoint au dispositif de lubrifica- tion. D'une manière générale, le dispositif de lubrification selon la présente invention peut être appliqué sur des pièces métalliques sollicitées en roulement et/ou en glissement Le dispositif de lubrification selon la présente invention peut également être ajouté ou inté- gré à des systèmes mécaniques connus de guidage en translation (patin de glissement, patin comportant des éléments roulants,), en rotation (bague, rotule, roulement à billes, butée axiale,) et/ou de trans- formation de mouvement (réducteur, multiplicateur de vitesse, -). Dans ces différentes applications, l'ad- jonction de patins en polytétrafluoréthylène judicieu- sement placés permet de former entre les surfaces métalliques des pièces en mouvement une pellicule de polytétrafluoréthylène régénérée grâce au propre mou- vement desdites pièces. La forme et le mouvement relatif des patins sont adaptés à chaque cas spécifique. Ainsi, le patin peut être fixe, solidaire en translation avec l'une des pièces en mouvement ou solidaire en rotation et en translation avec l'une desdites pièces en mouvement. Selon le type de système mécanique compor- tant le dispositif de lubrification selon la présente invention, le patin peut être situé en amont des sur- faces métalliques en contact à lubrifier des pièces en mouvement ou, comme pour un ensemble vis-écrou à rou- leaux, le dispositif de lubrification peut comporter au moins un patin situé en amont et en aval des surfa- ces métalliques en contact à lubrifier desdites pièces en mouvement. L'utilisation d'une pellicule de polytétra- fluoréthylène régénérée comme lubrifiant entre les pièces en mouvement permet d'utiliser les systèmes mécaniques dans un environnement soumis à des varia- tions de températures allant de + 400 C à 1960 C avec des pressions de contact importantes ce qui n'est pas le cas avec les lubrifiants industriels connus. Cette pellicule permet de compenser les jeux mécaniques entre les pièces en mouvement et as- sure le remplissage du jeu constitué par la position relative desdites pièces en mouvement. De plus, cette pellicule maintient l'espace entre les pièces en mouvement constant de façon à supprimer un contact métallique qui pourrait générer un échauffement des surfaces, un arrachement du métal et une détérioration desdites surfaces en contact pouvant entraîner l'arrêt du système en cours de fonc- tionnement. Le dispositif de lubrification selon la présente invention trouve également son application dans des domaines o les lubrifiants connus sont pro- hibés du fait de l'application de normes de sécurité ou d'hygiène, comme par exemple dans le domaine spa- tial ou alimentaire. Le procédé de lubrification selon la pré- sente invention confère au système mécanique ainsi adapté des caractéristiques équivalentes voire supé- rieures à celles d'une lubrification par des huiles ou des graisses sans en avoir les inconvénients tels que la nécessité de contenir le lubrifiant dans une en- ceinte étanche comportant des joints d'étanchéité dynamiques et la pollution de l'environnement par les lubrifiants classiques. Enfin, le procédé de lubrification selon la présente invention peut être appliqué en combinaison avec d'autres traitements de surface tels que par exemple les traitements de durcissement superficiel. REVENDICATIONS 1 Procédé de lubrification des surfaces métalliques en contact de pièces en mouvement ( 1, 2, ) dans des systèmes mécaniques, caractérisé en ce qu'on dépose sur une des surfaces métalliques des pièces en mouvement ( 1, 2, 5) des particules de poly- tétrafluoréthylène qui remplissent par excès les irré- gularités d'usinage de ladite surface métallique et on forme entre les surfaces métalliques desdites pièces ( 1, 2, 5) une pellicule de polytétrafluoréthylène régénérée. 2 Dispositif de lubrification des surfa- ces métalliques en contact de pièces en mouvement ( 1, 2, 5) dans des systèmes mécaniques, caractérisé en qu'il comporte au moins un patin ( 11, 12) en polyté- trafluoréthylène maintenu en pression de contact sur une des surfaces métalliques desdites pièces en mouve- ment ( 1, 2, 5) pour transformer en continu ledit patin ( 11, 12) en particules de polytétrafluoréthylène sur les surfaces métalliques en contact à lubrifier. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de contact dudit patin ( 11, 12) sur la surface métallique de l'une des pièces en mouvement ( 1, 2, 5) a un profil conjugué ou non conjugué à ladite surface métallique. 4 Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit patin est fixe par rapport aux pièces en mouvement ( 1, 2, 5). Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit patin ( 11, 12) est solidaire en translation avec l'une des pièces en mouvement ( 1, 2, 5). 6 Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit patin ( 11, 12) est solidaire en rotation et en translation avec l'une des pièces en mouvement ( 1, 2, 5). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit patin ( 11, 12) est situé en amont des surfaces métal- liques en contact à lubrifier des pièces en mouvement ( 1, 2, 5). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un patin ( 11, 12) est situé en amont et en aval des sur- faces métalliques en contact à lubrifier des pièces en mouvement ( 1, 2, 5). 9 Ensemble vis-écrou à rouleaux, carac- térisé en ce qu'il comporte un dispositif de lubri- fication selon l'une quelconque des revendications 2 à 8.