Brevet FR2718701A3 — publié le 19951020

FR 2718701 A3 19951020 FR 9504517 A 19950414 La présente invention concerne un ensemble de mécanisme de roulement à chenille, notamment pour de petits excavateurs. On connaît des ensembles de mécanismes de roulement pour des excavateurs, comportant un châssis supportant une roue motrice, une roue de mise en tension de la chenille et une pluralité de roues de support de la charge, l'ensemble desdites roues s'appliquant, le long d'une partie de leur pourtour, contre une chenille sans fin qui comprend un brin supérieur et un brin inférieur en contact avec le sol. On sait que des éléments mécaniques constitutifs des ensembles de mécanismes de roulement à chenilles, et en particulier d'excavateurs sont soumis à des contraintes mécaniques particulièrement intense et une usure particu- lièrement intense. C'est pourquoi le but est de fournir des ensembles de mécanismes de roulement à chenilles, qui présentent de meilleurs compromis entre le coût et la durée de vie. Dans le cas de machines mécaniques de taille moyenne et de grande taille, le problème peut être résolu par le concepteur moyennant l'utilisation de constructions sophistiquées. Cependant, dans le domaine des petits ensembles de mécanismes de roulement à chenilles, tels que ceux de mini-excavateurs, la tâche est plus difficile étant donné que l'utilisation de techniques de construction ayant une tendance à la sophistication n'est pas justifiée, même si cela est techniquement possible, pourvu que les problè- mes liés au dimensionnement des éléments soient résolus. C'est pourquoi le problème consiste à optimiser la struc- ture d'un ensemble de mécanisme de roulement à chenille affecté en particulier à de petits engins à chenilles, tout en utilisant une structure essentiellement simple, qui est par conséquent facile à construire à un faible coût et que l'on remplace avantageusement dès que les effets d'une usure se manifestent. Ce problème est résolu à l'aide d'un ensemble de mécanisme de roulement à chenille du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que les roues de support de la charge et les roues de mise en tension de la chenille comportent chacune un galet fou retenu sur un arbre par deux éléments de blocage montés selon un ajustement serré sur les extrémités dudit arbre, que ledit galet fou comprend une chambre à lubrifiant et est réalisé en fonte ferritique - perlitique à graphite sphéroidal, qui est soumise à un traitement thermique de trempe bainitique, que ledit arbre comporte, à ses deux extrémités, un trou axial comportant un taraudage servant à fixer la roue des deux côtés du châssis de l'ensemble de mécanisme de roulement, qu'au moins l'un desdits trous axiaux s'étend de manière à former un conduit qui, lorsque le galet est monté sur l'arbre, communique avec l'intérieur de la chambre à lubrifiant et comporte intérieurement un bouchon, que ledit arbre est réalisé en acier de construction au carbone auquel est allié un faible pourcentage de chrome et/ou de bore, que chacun des éléments de blocage comporte un siège pour les moyens d'étanchéité, lesdits moyens d'étanchéité agissant vis-à-vis de la chambre à lubrifiant, que lesdits éléments de blocage sont réalisés en fonte à graphite sphéroidal possédant une matrice essentiellement ferriti- que, et que la roue motrice comporte une couronne dentée pouvant être fixée de façon amovible à l'extérieur du moyeu intérieur et réalisée en fonte ferritique - perlitique sphéroïdale soumise à un traitement thermique de trempe bainitique. Dans ledit ensemble de mécanisme de roulement à chenille, à la fois la roue de mise en tension de la chenille et la roue de support de la charge possèdent la même structure et sont constituées par un nombre rationnel et relativement faible d'éléments. Même en l'absence d'un manchon ou de paliers leur durée de vie et leur solidité sont très satisfaisantes, étant donné que leurs surfaces soumises à un déplacement relatif sont lubrifiées en permanence en raison de l'utilisation de moyens d'étanchéi- té qui empêchent une dispersion du lubrifiant en direction de l'extérieur. Le choix envisagé de matériaux contribue avantageusement à accroître la fiabilité des éléments. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de face d'un ensemble de mécanisme de roulement à chenille conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une roue de support de la charge; - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'une roue de mise en tension de la chenille; - la figure 4 représente la couronne dentée de la roue motrice; et - les figures 5-7 sont respectivement des vues partiellement en coupe de première, seconde et troisième formes de réalisation des moyens d'étanchéité. En se référant aux figures mentionnées précédem- ment, on voit que l'ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon l'invention, désigné globalement par la référence 1, comprend essentiellement une roue motrice 2, une roue 3 de mise en tension de la chenille, une pluralité de roues 4 de support de la charge et une chenille 5 qui est sans fin et engrène avec lesdites roues 3 et 4 au moyen d'une partie de leur périphérie. La roue motrice 2 comprend une couronne dentée extérieure 26 pouvant être fixée de façon amovible (de préférence à l'aide de vis) au noyau intérieur 27. La couronne dentée extérieure 26 est formée par une fonte à graphite sphéroidal du type ferritique - perlitique, qui est soumise à un traitement thermique de trempe bainitique. La fente, dont est constituée la couronne dentée 26 de la roue motrice 2, possède de préférence la composition chimique suivante: au minimum 3,5 de C, 2,5 de Si, 0,3 de Mn, au maximum 0,015 de S, au maximum 0,06 de P, 0,5 de Ni, 0,2 de Mo et 0,04 de Mg. Il est préférable d'utiliser cette fonte étant donné que, en tenant compte de son utilisation, elle représente un bon compromis entre le coût et les caractéristiques mécaniques (y compris la capacité d'usinage au moyen d'outils d'usinage avec enlèvement de copeaux), qu'elle est susceptible de fournir. Dans les conditions de travail, ladite fente possède les caractéris- tiques mécaniques suivantes: dureté 300 HB minimum, résistance à la traction R égale à 1030 MPa au minimum. La roue 3 de mise en tension de la chenille comprend un galet 6 monté fou de manière à tourner librement sur un arbre 7 et retenu sur ce dernier par deux éléments de blocage 8 montés selon un ajustement serré sur les extrémités dudit arbre 7. Le galet fou 6 est réalisé en fonte à graphite sphéroïdal du type ferritique - perlitique qui est soumise à un traitement thermique de trempe bainitique, et de préférence est la même fonte que celle constituant la couronne dentée 26 de la roue motrice 2. Les raisons du choix de cette fente sont les mêmes que celles déjà mentionnées pour la couronne dentée 26 de la roue motrice 2. Le galet fou 6 comporte une chambre 9 contenant un lubrifiant. L'arbre 7 comporte, à ses deux extrémités, un trou qui est parallèle à l'axe 13 de rotation de la roue 3. Le trou 12 comporte un taraudage 14 dans lequel peuvent s'engager des moyens de glissage (non représentés) servant à fixer la roue 3 au châssis 15 de l'ensemble de mécanisme de roulement à chenille 1. Au moins l'un desdits trous axiaux s'étend de manière à former un conduit 16 qui, lorsque la roue 3 de mise en tension de la chenille est montée, communique avec l'intérieur de la chambre à lubri- fiant 9. Pour empêcher une sortie du lubrifiant, il est prévu un bouchon 17, qui est inséré à force dans le conduit 16 lors du montage de la roue 3 de mise en tension de la chenille. L'arbre 7 est réalisé en un acier de construction qui possède de préférence la composition chimique sui- vante: 2,5 de C, 1 de Mn, 2,15 de Cr, 0,3 de Si et 20-40 parties par million de B. Il est préférable d'utiliser cet acier étant donné que, si l'on tient compte de son utilisation, il représente un bon compromis entre le coût et les caractéristiques mécaniques (y compris l'usinabilité par des outils d'usinage avec formation de copeaux), qu'il est susceptible d'offrir. Dans ces conditions, ledit acier possède les caractéristiques mécaniques suivantes: - dans son état naturel, c'est-à-dire après un simple laminage, la dureté Brinell de surface est de 170 - 240 HB, tandis qu'à l'intérieur de son noyau, elle est de 150 - 240 HB; - après durcissement et trempe, la dureté Brinell de surface est de 230 290 HB, tandis que dans son noyau elle est égale à 220 HB minimum; - après durcissement de surface, la dureté de surface atteint 55 HRc minimum, tandis qu'à quelques millimètres, elle atteint 50 HRc. Ledit acier peut également comporter les constituants d'alliage suivants: niobium, vanadium. Dans ce cas, on obtient un acier qui, lorsqu'il est dans son état naturel, possède des propriétés mécaniques compara- bles à celles de l'acier mentionné précédemment après le durcissement. Dans un tel cas, étant donné qu'un traitement thermique n'est pas nécessaire, le coût est réduit sans que les caractéristiques mécaniques de l'acier ne s'en trouve altérée de façon conséquente. Chaque élément de blocage 8 est percé axialement sur toute son épaisseur, afin qu'on puisse le positionner axialement correctement sur l'arbre 7 lors du montage de la roue 3 de mise en tension de la chenille afin d'obtenir le jeu correct qui sépare les éléments 8 et le galet 6. Chaque élément de blocage 8 est constitué par une fonte à graphite sphéroïdal et comporte un siège 18 pour des moyens d'étan- chéité 19. La fonte, dont sont constitués les moyens de blocage 8, est une fonte choisie parmi les fontes indiquées ci-après: - fonte à graphite sphéroïdal possédant une matrice principalement ferritique, du type connu sous la désigna- tion GS 400 12 UNI 4544, possédant une dureté Brinell égale à 150 HV minimum, - fonte vermiculaire ayant une structure principalement perlitique et possédant l'analyse chimique indicative suivante: 3,5 de C, 2,5 de Si, 0,5 de Mn, avec des limita- tions concernant le pourcentage de soufre et de phosphore, une dureté Brinell égale à 145 HB minimum et une résistance à la traction égale au minimum à 410 N/mm2. Les moyens d'étanchéité (notamment des figures 5- 7) sont de différents types. Cependant, chaque type comprend un élément annulaire intérieur en forme de L 20, qui est associé à un seul élément annulaire extérieur 21, qui se déforme pour établir l'étanchéité. La déformation, à laquelle est soumis l'élément annulaire extérieur 21, lui est appliquée par une paroi annulaire 22 du siège 18, et dans la forme de réalisation représentée, cette paroi converge, sur la roue 3 de mise en tension de la chenille, en direction de l'axe de rotation 13 de ladite roue (en raison du type de moyens d'étanchéité représentés); avec des moyens d'étanchéité différents, il peut s'agir simplement d'une cavité cylindrique. Pour accroitre la durée de vie des moyens d'étanchéité 19 en les protégeant vis-à-vis d'une infiltration de corps étrangers, la paroi annulaire 22 du siège 18 pour les moyens d'étanchéité s'étend de manière à englober, au moins à un degré minimum, un épaulement 23 prévu coaxialement sur le galet fou 6. Les moyens d'étan- chéité 19 appliquent également leur action contre la surface avant 24 dudit épaulement. De façon plus précise, la surface extérieure 25 de l'élément annulaire intérieur en forme de L 20 s'applique contre la surface avant 24 dudit épaulement 23. Pour améliorer l'étanchéité et en particulier pour réduire l'usure des pièces en contact, la surface avant 24 peut être rodée. Dans ce cas, la surface avant 28 de l'élément de blocage 8, qui est en contact avec ladite surface avant 24, est également rodée pour les mêmes raisons. Dans le premier élément d'étanchéité représenté sur la figure 5, l'élément annulaire intérieur 20 est formé d'un métal et l'élément annulaire extérieur 21 est formé avec le même matériau et la même forme que des joints toriques classiques. Le second élément d'étanchéité représenté sur la figure 6 diffère du premier essentiellement par la forme en parallélogramme oblique de l'élément annulaire extérieur 21. Le troisième élémenet d'étanchéité représenté sur la figure 7 diffère des précédents principalement en ce que l'élément annulaire intérieur 20 est formé d'une résine synthétique, de préférence du polyuréthane. En outre l'élément annulaire intérieur 20 comporte des parties saillantes 29 agencées de manière à accroître la pression d'étanchéité spécifique appliquée à la surface 24 du galet fou 6. Pour réduire le frottement de manière à accroître de ce fait la durée de vie et faciliter l'action du lubrifiant, les surfaces 10 qui sont latérales par rapport à la chambre 9 et qui sont en contact glissant avec la surface extérieure 11 de l'arbre 7, peuvent être meulées de la même manière que les surfaces 11 de l'arbre 7. L'usinage peut être exécuté essentiellement à une échelle de fabrica- tion en grande série par des machines-outils automatiques en raison de la simplicité des pièces et de la position des surfaces devant être usinées, ces dernières pouvant être aisément atteintes même par des outils usuels d'usinage avec formation de copeaux. En raison de leur similitude structurelle, ce qui a été dit précédemment concernant la roue 3 de mise en tension de la chenille est applicable en totalité à chacune des roues 4 de support de la charge. Par conséquent, des éléments, qui se correspondent, sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Le montage de la roue 3 de mise en tension de la chenille et/ou de chaque roue 4 de support de la charge comprend des étapes identiques pouvant être exécutées par les machines automatiques compte tenu du faible nombre d'éléments entrant en jeu et de la structure essentiellement simple des pièces. Cette procédure comprend l'alignement de trois éléments creux axialement sur le même arbre 7. Le jeu, qui doit nécessairement séparer l'élément central des éléments latéraux de manière qu'il n'y ait aucun coincement, est obtenu aisément pendant le montage, même si ce dernier est exécuté par des machines automati- ques, étant donné que les éléments de blocage 8 sont percés axialement sur toute leur épaisseur. A cet égard, les surfaces latérales 30 de l'arbre 7 peuvent être considérées comme étant des dispositifs de positionnement de butée pour l'outil qui, lorsqu'il est monté sur la presse, repousse les éléments de blocage 8 sur l'arbre 7. Lorsque la roue de mise en tension de la chenille ou la roue de support de charge a été montée, on remplit la chambre 9 par un lubrifiant (de préférence de l'huile ayant une viscosité essentiellement élevée) puis on la ferme finalement en repoussant le bouchon 17 dans le conduit 16. On fixe la roue au châssis 15 de l'ensemble de mécanisme de roulement à l'aide de moyens de vissage qui s'engagent dans le trou taraudé 14. REVENDICATIONS 1. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille (1), notamment pour de petits excavateurs, comportant un châssis (15) supportant une roue motrice (2), une roue (3) de mise en tension de la chenille et une pluralité de roues (4) de support de la charge, l'ensemble desdites roues s'appliquant, le long d'une partie de leur pourtour, contre une chenille sans fin (5) qui comprend un brin supérieur et un brin inférieur en contact avec le sol, caractérisé en ce que les roues (4) de support de la charge et les roues (3) de mise en tension de la chenille comportent chacune un galet fou (6) retenu sur un arbre (7) par deux éléments de blocage (8) montés selon un ajustement serré sur les extré- mités dudit arbre (7), que ledit galet fou (6) comprend une chambre à lubrifiant (9) et est réalisé en une fonte ferritique - perlitique à graphite sphéroïdal, qui est soumise à un traitement thermique de trempe bainitique, que ledit arbre (7) comporte, à ses deux extrémités, un trou axial (12) comportant un taraudage (14) servant à fixer la roue (2,3) des deux côtés du châssis (4) de l'ensemble de mécanisme de roulement (1), qu'au moins l'un desdits trous axiaux (12) s'étend de manière à former un conduit (16) qui, lorsque le galet (6) est monté sur l'arbre (7), communique avec l'intérieur de la chambre à lubrifiant (9) et comporte intérieurement un bouchon (17), que ledit arbre (7) est réalisé en acier de construction au carbone auquel est allié un faible pourcentage de chrome et/ou de bore, que chacun des éléments de blocage (8) comporte un siège (18) pour les moyens d'étanchéité (19), lesdits moyens d'étanchéité (19) agissant vis- à-vis de la chambre à lubrifiant (9), que lesdits éléments de blocage (8) sont réalisés en fonte à graphite sphéroidal possédant une matrice essentiellement ferritique, et que la roue motrice (2) comporte une couronne dentée (26) pouvant être fixée de façon amovible à l'extérieur du moyeu intérieur (27) et réalisée en fonte ferritique perlitique sphéroïdale soumise à un traitement thermique de trempe bainitique. 2. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de blocage (8) est percé axialement sur toute son épaisseur. 3. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le galet fou (6) et la couronne dentée (26) de la roue motrice (2) sont réalisés avec la même fonte, qui possède de préférence la composition chimique suivante: 3,5 au minimum de C, 2,5 de Si, 0,3 de Mn, 0,015 au maximum de S, 0,06 maximum de P, 0,5 de Ni, 0,2 de Mo, 0,04 de Mg, avec une dureté d'usinage de 340 HB au minimum, - l'acier, dont est constitué l'arbre (7), possède de préférence la composition chimique suivante: 0,5 de C, 1 de Mn, 0,15 de Cr, 0,3 de Si, 20-40 parties par million de B, avec une dureté superficielle d'usinage de 55 HRc, - fonte, dont sont constitués les éléments de blocage (8), est une fonte choisie parmi les fontes suivantes: - la fonte à graphite sphéroidal possédant une matrice principalement ferritique, du type connu sous la désigna- tion GS 400 12 UNI 4544, possédant une dureté Brinell égale à 150 HV au minimum, - fonte vermiculaire ayant une structure principalement perlitique et possédant l'analyse chimique indicative suivante: 3,5 de C, 2,5 de Si, 0,5 de Mn, avec des limita- tions concernant le pourcentage de soufre et de phosphore, une dureté Brinell égale au minimum à 145 HB et une résistance à la traction égale au minimum à 410 N/mm2. 4. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'acier, dont est constitué l'arbre (7), comprend également les constituants d'alliage suivant: niobium, vanadium. 5. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (19) sont du type comportant un élément annulaire extérieur en forme de L (20) associé à un seul anneau déformable (21) qui s'applique d'une façon étanche contre une paroi annulaire (22) du siège (18). 6. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi annulaire (22) du siège (18) pour les moyens d'étanchéité (19) s'étend de manière à comporter, au moins à un degré minimum, un épaulement (23) prévu coaxialement sur le galet fou (6). 7. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément annulaire intérieur en forme de L (20) des moyens d'étan- chéité (19) est formé d'un métal et converge en direction de son axe pour accroître la pression d'étanchéité spécifi- que appliquée à la surface (24) du galet fou (6). 8. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément intérieur annulaire (21) est déformable élastiquement et possède une section transversale circulaire. 9. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément annulaire extérieur déformable (21) possède une section transversale en forme de parallélogramme oblique et est monté de telle sorte que la précontrainte, à laquelle il est soumis pour l'obtention de l'étanchéité, tend à réduire ladite conformation oblique. 10. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément annulaire extérieur en forme de L (21) des moyens d'étanchéité (19) comportent des parties saillantes (29) agencées de manière à accroître la pression spécifique d'étanchéité appliquée à la surface avant (24) du galet fou (6). 11. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément intérieur en forme de L (21) des moyens d'étanchéité (19) est constitué par une résine synthétique, de préférence du polyuréthane. 12. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces (24) du galet fou (6) et les surfaces (25) des moyens d'étanchéité (19), qui se déplacent par rapport aux précédentes, sont rodées. 13. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces (24) du galet fou (6) sont rodées et les surfaces (28) des éléments de blocage, qui se déplacent par rapport aux précédentes, n'ont pas besoin d'être rodées. 14. Ensemble de mécanisme de roulement à chenille selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue motrice (2) comprend une couronne dentée (26) fixée par des moyens de vissage à un moyeu (27) entraîné par un moteur, ladite couronne dentée (26) étant réalisée en fonte trempée selon une trempe bainitique.