Brevet FR2729192A1 — publié le 19960712

La présente invention se rapporte à un roulement à billes destiné à supporter en rotation différents types d'équipements mécaniques tels que des turbines à gaz, et destinés plus spécialement à supporter des arbres principaux et équivalents tournant à grande vitesse. Par ailleurs, les roulements à bille concernés par la présente invention comprennent tous les types de roulements radiaux tels que ceux du type à gorge profonde et du type angulaire, ainsi que les butées à billes. Un roulement à billes 1 tel que représenté sur les figures 1 et 2 est largement utilisé afin de supporter différents types d'éléments rotatifs tels que l'arbre principal d'une turbine à gaz. Ce roulement à billes 1 comprend une première bague de roulement ou bague interne 3 ayant une première surface ou surface périphérique extérieure formée avec une première surface de piste ou chemin de roulement de bague interne 2, une deuxième bague de roulement ou bague externe 5 ayant une deuxième surface ou surface périphérique interne formée avec une deuxième surface de roulement ou chemin de roulement de bague externe 4, et plusieurs billes 6 prévues de façon à pouvoir tourner librement entre le chemin de roulement de bague interne 2 et le chemin de roulement de bague externe 4. Les billes 6 sont retenues de façon à pouvoir tourner librement par un élément de retenue annulaire ou cage 7, avec les billes circonférentiellement adjacentes 6 espacées. Avec un tel roulement à billes 1, la bague interne 3 est fixée à l'extérieur par exemple sur l'arbre principal (non représenté) d'une turbine à gaz, alors que la bague externe 5 est fixée à l'intérieur dans un logement (non représenté), supportant ainsi l'arbre principal de façon à pouvoir tourner librement dans le logement. Il y a par conséquent peu de considération pour le déséquilibre (déséquilibre dynamique) des billes 6 du roulement à billes i de cette construction. En d'autres termes, les billes fabriquées 6 sont assemblées entre le chemin de roulement de bague interne 2 et le chemin de roulement de bague externe 4 sans mesure spéciale quelconque prise pour le déséquilibre. Lorsque le roulement à billes I est utilisé afin de supporter un élément rotatif tournant à grande vitesse, le déséquilibre des billes 6 ne peut être ignoré du fait que la présence de tout déséquilibre peut provoquer un endommagement des billes. C'est-&- dire que, selon des recherches réalisées par les présents inventeurs, dans le cas d'un roulement à billes 1 utilisé dans des conditions o le produit d^.N du diamètre primitif en millimètre de des billes 6 et de la vitesse de rotation N en tours par minute du chemin de roulement interne 2 par rapport à la bague externe 5 est supérieur à 1000000 de mm. tours par minute, il y a alors une possibilité d'endommagement due à ce déséquilibre. La raison pour laquelle un roulement à billes 1 incorporant des billes 6 ayant un déséquilibre est susceptible de s'endommager à des vitesses de rotation élevées est considérée comme étant la suivante. Lorsque les billes 6 tournent à grande vitesse pendant une utilisation à grande vitesse du roulement à billes 1, s'il y a un déséquilibre dynamique AI dans les billes 6, l'emplacement de l'axe de rotation des billes 6 devient fixe. Plus spécialement bien que les billes tournent, leur axe de rotation est toujours le même. Par conséquent, la face de roulement des billes 6 est toujours en contact avec le chemin de roulement de bague interne 2 et le chemin de roulement de bague externe 4 sur la même partie de bande étroite. Il en résulte que cette zone de contact dans la partie de bande atteint relativement rapidement sa durée de vie de fatigue, en devenant susceptible de s'endommager. De plus, si les billes 6 ont également un déséquilibre statique, du fait qu'il y a toujours un déséquilibre dynamique provoqué par le déséquilibre statique, l'axe de rotation des billes 6 devient alors fixe avec la possibilité d'endommagement pour les mêmes raisons que ci-dessus. Le roulement à billes selon la présente invention a été développé en vue de la situation mentionnée ci-dessus. Un but de la présente invention est de procurer un roulement à billes comportant une première bague de roulement ayant une première surface formée avec une première surface de roulement, une deuxième bague de roulement ayant une deuxième surface formée avec une deuxième surface de roulement, et plusieurs billes prévues de façon à pouvoir tourner librement entre la première surface de roulement et la deuxième surface de roulement, de telle sorte que chacune des billes satisfait les limitations numériques selon lesquelles un rapport AI/I d'une valeur de déséquilibre dynamique sur un moment d'inertie I est inférieur à (3,1 x 107/(dm.N)2) + 2,7 x 10-5), lorsque le roulement à billes est utilisé dans des conditions o un produit d'.N d'un diamètre primitif dc en millimètre des billes et d'une vitesse de rotation N en tours par minute de la deuxième bague de roulement par rapport à la première bague de roulement est supérieur à 1000000 de mm.tours par minute. La figure 1 est une vue de côté montrant un exemple d'un roulement à billes concerné par la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe le long de la ligne II-II de la figure 1; La figure 3 est un schéma représentatif d'une bille destiné à expliquer un déséquilibre de bille; et La figure 4 est un graphique montrant, en relation avec la vitesse de rotation, l'influence qu'un rapport d'une valeur de déséquilibre sur un moment d'inertie exerce sur l'immobilisation de l'axe de rotation d'une bille. Le roulement à billes selon l'invention, tout comme le roulement à billes de l'état de la technique mentionné ci-dessus comporte: une première bague de roulement ayant une première surface formée avec une première surface de roulement, une deuxième bague de roulement ayant une deuxième surface formée avec une deuxième surface de roulement, et plusieurs billes prévues de façon à pouvoir tourner librement entre la première surface de roulement et la deuxième surface de roulement. De plus, le roulement à billes est utilisé dans des conditions o le produit dm.N d'un diamètre primitif dm en millimètre des billes et d'une vitesse de rotation N en tours par minute de la deuxième bague de roulement par rapport à la première bague de roulement est supérieur à 1000000 de mm.tours par minute. En particulier, avec le roulement à billes selon la présente invention, pour chacune des billes, un rapport AI/I d'une valeur de déséquilibre dynamique AI sur un moment d'inertie I est inférieur à (3,1 x 107 /(dm.N)2) + 2,7 x 10-5). Dans l'équation ci-dessus, lors de la détermination de AI/I, dm.N peut être remplacé par un nombre sans dimension. Dans le cas du roulement à billes selon la présente invention construit comme cela a été décrit ci-dessus, du fait que la valeur de déséquilibre dynamique AI qui est la cause principale de l'axe de rotation des billes qui devient fixe est spécifiée comme étant inférieure à une valeur prédéterminée faible, la possibilité pour que l'axe de rotation des billes devienne fixe est minimale. Il en résulte que les parties de la bille en contact avec la première surface de roulement et la deuxième surface de roulement changent toujours sur la face de roulement de la bille, empêchant ainsi la situation dans laquelle une partie de bande mince spécifique est endommagée relativement rapidement. Les première et deuxième surfaces de roulement peuvent être des chemins de roulement de bague extérieure et intérieure respectivement. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant aux figures 1 à 4. Afin d'obtenir le roulement à billes 1 selon la présente invention, la valeur de déséquilibre dynamique AI de chaque bille 6 est mesurée au préalable pour toutes les billes 6. Le procédé de mesure peut impliquer différents types de procédés bien connus tels que décrits par la suite. La raison de la minimisation de la valeur de déséquilibre dynamique AI sera expliquée en se référant à la figure 3 qui montre un schéma représentatif d'une bille 6. Deux points matériels négatifs 8 sont supposés s'étendre de manière équidistante par rapport à un centre géométrique O de la bille 6 et sur un axe X qui passe à travers. Du fait que ces deux points matériels négatifs 8 se trouvent sur l'axe X à des emplacements espacés de manière égale de chaque côté du centre géométrique O, il n'y alors pas de déséquilibre statique du fait de leur présence, c'est-à-dire qu'une distance excentrique du centre de gravité e est nulle. Toutefois, un moment d'inertie Ix des points matériels négatifs 8 autour de l'axe X est supérieur aux moments d'inertie Iy, Iz autour des autres axes (axe Y et axe Z. Les axes X, Y et Z sont tous perpendiculaires l'un par rapport à l'autre). C'est-à-dire que Ix > Iy = Iz. Par conséquent, lorsque ces billes 6 tournent à grande vitesse, l'axe de rotation devient fixe sur l'axe X. La valeur de déséquilibre dynamique AI telle qu'illustrée sur la figure 3 est exprimée comme étant la différence entre les moments d'inertie Iy et Iz autour de l'axe Y et l'axe Z respectivement, et le moment d'inertie Ix autour de l'axe X (AI = iIY Ixi = hIz - IXi). Comme cela ressort de la figure 3, afin d'empêcher l'axe de rotation de devenir fixe lorsque les billes 6 tournent à grande vitesse, il est nécessaire que les deux points matériels négatifs 8 s'approchent du centre géométrique O, plus spécialement de manière idéale afin de coïncider avec le centre géométrique O, de sorte que les différences entre les moments d'inertie Ix, Iy et Iz autour des axes respectifs x, y et z, par rapport aux valeurs absolues des moments d'inertie, deviennent faibles. En d'autres termes, IIY - IxI/Iy, hIy - IZI/Iy, lix - IyI/Ix, lix - Izi/Ix, [Iz - Iyl/Iz, Iz - Ixl/Iz sont tous commandés afin d'être inférieurs à une valeur faible prédéterminée, à savoir (3,1 x 10 7/(dm.N)2) + 2,7 x 10- ). Si, de cette manière, le rapport AI/I de la valeur de déséquilibre dynamique AI sur le moment d'inertie I est commandé afin d'être inférieur à (3,1 x 107/(dm.N)2) + 2,7 x 10-5), le moment d'inertie autour d'un axe spécifique ne devient pas trop grand ou trop faible comparé au moment d'inertie autour d'un autre axe, de sorte que la possibilité pour que l'axe de rotation des billes devienne fixe est minimale. En d'autres termes, les faces de roulement des billes 6 viennent en contact uniforme avec le chemin de roulement de bague interne 2 et le chemin de roulement de bague externe 4 (figure 2), même lorsque les billes 6 tournent à grande vitesse. Il en résulte que la face du roulement est moins susceptible de s'endommager, de sorte que la fiabilité et la durée de vie du roulement à billes 1 figures 1 et 2) sont améliorées. Les présents inventeurs ont assemblé en un roulement à billes des billes pour lesquelles le rapport AI/I de la valeur de déséquilibre dynamique AI sur le moment d'inertie I a été obtenu au préalable, et ont progressivement augmenté la vitesse de rotation du roulement à billes et mesuré la vitesse de rotation N pour laquelle l'axe de rotation des billes devient fixe. Le dm.N critique o l'axe de rotation de vient fixe a alors été obtenu à partir de cette vitesse de rotation N et du diamètre primitif déjà connu d,. La figure 4 montre les résultats. La courbe " a " sur la figure 4 représente le dm.N critique. La figure 4 montre par exemple un cas o l'axe de rotation est fixe lorsque le rapport AI/I est de 0,00006 et dm.N est légèrement inférieur à 1000000 de mm.tours par minute, et un cas o l'axe de rotation est fixe lorsque le rapport AI/I est de 0,00004 et d..N est approximativement de 1500000 mm.tours par minute. Par conséquent, si une bille est choisie de telle sorte que, pour la vitesse de rotation maximum (dm.N) en utilisation, le rapport AI/I est en dessous de la courbe " a " de la figure 4, l'immobilisation de l'axe de rotation de la bille peut alors être empêchée, de sorte que la fiabilité et la durée de vie du roulement & billes sont améliorées. L'équation AI/I résultats expérimentaux. Afin de mesurer la valeur de déséquilibre dynamique AI, un procédé tel que celui divulgué par la première publication de brevet japonais Kokai numéro S62-297740 peut être adopté. Avec ce procédé, une bille qui est supportée sur une surface sphérique est entralnée en rotation (autour de son axe) en soufflant de l'air comprimé. La vitesse, la période de giration et l'angle de rotation produits avec la rotation sont alors mesurés, et la valeur de déséquilibre dynamique Ai est calculée à partir de valeurs mesurées et de la masse de bille mesurée au préalable. Si la bille 6 a un déséquilibre statique, le moment d'inertie autour d'un axe diffère alors de celui autour des autres axes, de sorte qu'un déséquilibre dynamique se produit toujours. Par conséquent, en commandant le déséquilibre dynamique des billes 6, le phénomène d'immobilisation de l'axe de rotation des billes 6 est réglé du fait que le déséquilibre statique peut également être empêché. Les roulements à bille concernés par la présente invention ne sont pas limités à la construction dans laquelle la bague interne 3 et la bague externe 5 sont prévues de manière indépendante, mais comprennent également des roulements à bille dans lesquels le chemin de roulement de bague interne est formé directement sur la face périphérique externe de l'arbre ou ceux o le chemin de roulement de bague externe est formé directement sur la face périphérique interne autre que le logement. La présente invention peut en outre être appliquée à des butées. Avec le roulement à billes de la présente invention, construit et utilisé comme cela a été décrit ci-dessus, l'amélioration de la fiabilité et de la durée de vie des roulements à bille utilisés avec des parties tournant à grande vitesse donne des résultats bénéfiques tels qu'une réduction du temps et du travail impliqués par l'entretien de l'équipement mécanique incorporant des parties tournant à grande vitesse. o REVENDICATION Roulement à billes, caractérisé en ce qu'il comporte une première bague de roulement (3) ayant une première surface formée avec une première surface de roulement (2), une deuxième bague de roulement (5) ayant une deuxième surface formée avec une deuxième surface de roulement (4), et plusieurs billes (6) prévues de façon à pouvoir tourner librement entre la première surface de roulement (2) et la deuxième surface de roulement (4), de telle sorte que chacune des billes (6) satisfait les limitations numériques selon lesquelles un rapport AI/I d'une valeur de déséquilibre dynamique sur un moment d'inertie I est inférieur à (3,1 x 107/(dm..N) 2) + 2,7 x 10 5), lorsque le roulement à billes est utilisé dans des conditions o un produit dm.N d'un diamètre primitif dm en millimètre des billes (6) et d'une vitesse de rotation N en tours par minute de la deuxième bague de roulement (5) par rapport à la première bague de roulement (3) est supérieur à 1000000 de mm.tours par minute.