Brevet FR2751709A1 — publié le 19980130

DISPOSTrIF DE ROULEMENT A ROULEAUX CONIOUES La présente invention concerne un dispositif de roulement comportant au moins un roulement à rouleaux coniques pourvu d'une bague intérieure conique destinée à être couplée à un arbre fixe ou tournant, d'une bague extérieure conique destinée à être couplée à un palier tournant ou à un logement fixe, appelé aussi palier, et d'au moins une rangée de rouleaux coniques prévue entre les bagues intérieure et extérieure, lesdits rouleaux étant maintenus par une cage, ce dispositif comportant en plus des moyens de butée axiale desdits rouleaux agencés pour opposer une force de réaction à la composante axiale des charges transmises audit roulement à rouleaux par l'arbre et/ou le palier. L'utilisation de roulements à rouleaux coniques est bien connue. Ces roulements conviennent généralement aux montages dans lesquels les charges radiales et axiales sont importantes, mais dans lesquels les vitesses de rotation sont limitées. Ce type de roulement ne convient pas pour des fréquences de rotation élevées, comme par exemple pour une broche de machines-outils. En effet, les rouleaux sont portés par des bagues coniques et lorsqu'ils sont soumis à une charge radiale, ils génèrent automatiquement une charge axiale qui tend à les chasser hors desdites bagues. Pour éviter ce phénomène, une butée axiale est prévue et est constituée généralement d'un épaulement solidaire d'une des bagues intérieure ou extérieure, cet épaulement étant communément appelé grand épaulement. il en résulte, qu'en chaque point de la zone de contact d'un rouleau sur le grand épaulement de la bague intérieure par exemple, il se crée un frottement suivant des segments de courbes. Ces frottements engendrent une production de chaleur, une résistance au roulement des rouleaux coniques, une perte de puissance et une usure. D'autre part, les charges radiale et axiale sont génératrices d'une force qui provoque le roulement des rouleaux autour de l'axe de ce roulement. Par conséquent, la résistance due au frottement entre les rouleaux et le grand épaulement et la force qui provoque le déplacement des rouleaux créent un couple qui tend à perturber l'alignement desdits rouleaux. Ces inconvénients proviennent du fait que le déplacement angulaire du grand épaulement solidaire de la bague intérieure dépend forcément du nombre de tours de cette dernière. Ceci est également vérifié dans le cas où le grand épaulement est prévu sur la bague extérieure. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et de permettre la réalisation simple et peu coûteuse d'un dispositif de roulement autonsant, en plus des charges radiales importantes, des fréquences de rotation élevées pour unjeu de fonctionnement minimal proche de zéro. Ce but est atteint par un dispositif de roulement tel que défini en préambule, caractérisé en ce que les moyens de butée axiale comportent un élément d'appui indépendant des bagues intérieure ou extérieure et en ce que cet élément d'appui est couplé en rotation avec lesdits rouleaux coniques, de manière à limiter la friction latérale desdits rouleaux coniques. Dans cette forme de réalisation, les rouleaux commandent alors le déplacement angulaire de l'élément d'appui Seul persiste un frottement de glissement résultant d'une différence de vitesse des points de contact disposés sur une même génératrice entre le rouleau et l'élément d'appui. La valeur de cette résistance due au glissement est très faible étant donné que la distance entre deux points de contact l'est aussi. Dans une forme de réalisation préférée de rinvention, les moyens de butée comportent un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente audit roulement à rouleaux, ce roulement d'appui comportant une bague intérieure solidaire de Marbre, une bague extérieure libre et des organes de roulement prévus entre lesdites bagues intérieure et extérieure, la bague extérieure de ce roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux. D'une manière avantageuse, la bague extérieure est prolongée latéralement en direction desdits rouleaux par un profil chanfreiné offrant auxdits rouleaux une surface d'appui d'étendue limitée, cette surface d'appui étant disposée au choix à proximité de la bague intérieure ou de la bague extérieure dudit roulement à rouleaux. Le dispositif selon l'invention peut comporter deux roulements à rouleaux inversés et orientés selon une disposition appelée en "X". Dans ce cas, les moyens de butée axiale sont communs auxdits deux roulements et comportent un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente entre lesdits deux roulements, la bague extérieure libre dudit roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux de chaque roulement. Le dispositif selon l'invention peut également comporter deux roulements à rouleaux inversés et orientés selon une disposition appelée en "O". Dans ce cas, les moyens de butée axiale associés à chaque roulement sont indépendants et comportent chacun un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente à l'extérieur desdits roulements à rouleaux, la bague extérieure libre de chaque roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément appui pour lesdits rouleaux du roulement à rouleaux correspondant. Dans une variante de réalisation de l'invention, les moyens de butée comportent un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente audit roulement à rouleaux, ce roulement d'appui comportant une bague extérieure solidaire du palier, une bague intérieure libre et des organes de roulement prévus entre lesdites bagues intérieure et extérieure, la bague intérieure de ce roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux. La bague intérieure est alors avantageusement prolongée latéralement en direction desdits rouleaux par un profil chanfreiné offrant auxdits rouleaux une surface d'appui d'étendue limitée, cette surface d'appui étant disposée au choix à proximité de la bague extérieure ou de la bague intérieure dudit roulement à rouleaux. Dans le cadre de cette variante, le dispositif selon l'invention peut comporter deux roulements à rouleaux inversés et orientés selon une disposition appelée en "X". Les moyens de butée axiale sont, dans ce cas, communs auxdits deux roulements et comportent un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente entre lesdits deux roulements, la bague intérieure libre dudit roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux de chaque roulement. Ce dispositif peut également comporter deux roulements à rouleaux inversés et orientés selon une disposition appelée en "O". Dans ce cas, les moyens de butée axiale associés à chaque roulement sont indépendants et comportent chacun un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente à l'extérieur desdits roulements à rouleaux, la bague intérieure libre de chaque roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux du roulement à rouleaux correspondant. Le roulement d'appui distinct prévu dans le dispositif selon rinvention peut être constitué d'un roulement à billes à contact radial d'un roulement à billes à contact oblique, d'une butée à billes ou de tout autre roulement approprié. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs exemples de réalisation, non exhaustifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures 1 à 5 montrent successivement cinq formes de réalisations différentes du dispositif de roulement selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif de roulement 10 selon la présente invention est prévu dans un montage 20 d'un arbre 21 guidé dans des paliers 22. La figure 1 ne montre qu'un dispositif de roulement alors que ce type de montage nécessite au moins deux dispositifs de roulement pour assurer un bon guidage en rotation de l'arbre ou du palier tout en assurant une répartition des charges radiales. L'arbre 21 peut être tournant et le palier 22 fixe ou inversement. Dans ce cas, on parle communément d'un logement tournant appelé également dans le texte "palier". Le dispositif de roulement 10 comporte un roulement à rouleaux coniques 1 1 pourvu d'une bague intérieure conique 12, appelée cône, montée sur l'arbre 21, d'une bague extérieure conique 13, appelée cuvette, montée dans le palier 22, au moins une rangée de rouleaux coniques 14 prévue entre les deux bagues 12, 13, les rouleaux étant maintenus par une cage 15. Ce roulement 1 1 est précontraint axialement par des ressorts de compression 23 agissant sur la bague extérieure 13. Le dispositif de roulement 10 comporte des moyens de butée axiale 16 formés d'un élément d'appui indépendant des bagues intérieure 12 et extérieure 13, libre en rotation et contre lequel appuient les rouleaux 14 qui l'entraînent en rotation. Ces moyens de butée 16 comportent un roulement à billes 30 monté de manière adjacente audit roulement à rouleaux 11. Ce roulement à billes 30 comporte une bague intérieure 31 montée sur l'arbre 21, une bague extérieure libre 32 et une rangée de billes 33 prévue entre les deux bagues 31, 32, les billes étant maintenues par une cage 34. Ce roulement à billes 30 est à contact oblique, c'est à dire que les billes 33 sont guidées dans des chemins de roulement désaxés prévus respectivement sur les bagues 31,32. La bague extérieure 32 constitue l'élément d'appui de ces moyens de butée 16. Elle se prolonge latéralement en direction des rouleaux 14 par un profil chanfreiné pour offrir une surface d'appui limitée 32'. Dans les figures, cette surface d'appui 32' est positionnée à proximité de la bague intérieure 12 du roulement 11 dans le but de réduire au maximum la circonférence de cette surface d'appui. Néanmoins, elle peut avantageusement être prévue à proximité de la bague extérieure 13 dudit roulement 11, si la bague intérieure 31 présente un diamètre extérieur plus grand. Dans cette position, la surface d'appui 32' bénéficie d'un graissage automatique par la graisse du roulement 11 qui est évacuée vers le haut par les rouleaux coniques, la conicité produisant un effet de pompage. Dans le montage 20, les bagues intérieures 12, 31 des roulements 11, 30 correspondants sont bloquées sur l'arbre 21 entre un épaulement 24 prévu sur cet arbre contre lequel appuie la bague 12 et un écrou 25 vissé dans un filetage prévu sur l'extrémité correspondante de l'arbre, lequel appuie sur la bague 31. Le dispositif de roulement 10 est précontraint au moyen de ressorts de compression 23 prenant appui sur un flasque 26 solidaire du palier 22. Ces ressorts 23 agissent sur la bague extérieure 13 du roulement à rouleaux dans des logements 13' prévus à cet effet et formant des frits de guidage pour les ressorts. La bague extérieure 13 transmet l'effort axial des ressorts 23 aux rouleaux 14, lequel est transformé en une composante axiale et une composante radiale. La composante axiale tend à pousser les rouleaux 14 contre la bague extérieure libre 32 du roulement à billes 30. La position de cette bague extérieure 32 est équilibrée grâce à la contre poussée exercée par l'écrou 25 sur la bague intérieure 31 correspondante. La présence des ressorts 23 assure un rattrapage de jeu automatique, notamment en cas d'usure des rouleaux ou des bagues correspondants. Lors de la rotation de l'arbre 21, les bagues intérieures 12, 31 sont entraînées simultanément. Les rouleaux 14 tournent alors sur eux-mêmes et autour de l'axe dudit roulement 11, entraînant avec eux par fiction la bague extérieure libre 32 du roulement à billes 30. Ainsi, il ne subsiste entre les rouleaux 14 et la surface d'appui 32' qu'un léger frottement dû au glissement provenant des différences de vitesse circonférentielle des points de contact disposés sur une même génératrice. Les autres figures 2 à 5 illustrent des variantes de réalisation du dispositif de roulement 10 selon la présente invention, dans lesquelles les pièces semblables à celles de la figure 1 portent les mêmes numéros de référence. Dans la figure 2, on retrouve un montage 20 sensiblement identique dans lequel le dispositif de roulement 10 comporte des moyens de butée axiale 16 constitués d'un roulement à billes 40 à contact radiaL Ce roulement à billes 40 comporte une bague intérieure 41 solidaire de l'arbre 21, une bague extérieure libre 42 et une rangée de billes 43 prévue entre les deux bagues 41, 42, les billes étant maintenues par une cage 44. La bague extérieure 42 constitue l'élément d'appui des moyens de butée et se prolonge radialement en direction des rouleaux 14 du roulement 11 par un profil chanfreiné pour offrir une surface d'appui 42' limitée, comme dans l'exemple précédent. Afin de positionner la surface d'appui 42' à proximité de la bague intérieure 12 du roulement à rouleaux 11, la bague intérieure 41 du roulement à billes 40 est montée sur un épaulement 27 d'un diamètre inférieur à celui qui porte la bague intérieure 12. Néanmoins et comme expliqué plus haut, cette surface d'appui 42' peut être disposée à proximité de la bague extérieure 13. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de prévoir l'épaulement 27. Comme dans l'exemple précédent, les bagues intérieures 12, 41 des roulements correspondants sont bloquées entre l'épaulement 24 et l'écrou 25 et le dispositif 10 est précontraint par les ressorts 23. Dans la figure 3, on retrouve la même configuration que dans les figures 1 et 2. Les moyens de butée axiale 16 comportent une butée à billes 50 pourvue d'une bague de butée 51 solidaire de rarbre 21, une bague libre 52 et une rangée de billes 53 disposée entre les deux bagues 51, 52, les billes étant maintenues par une cage 54. La bague libre 52 se prolonge latéralement en direction des rouleaux 14 par un profil chanfreiné offrant une surface d'appui 52' limitée et située à proximité de la bague intérieure 12 du roulement 11. Les bagues intérieures 12, 51 sont bloquées entre l'épaulement 24 et l'écrou 25. Une entretoise 55 est prévue entre les deux bagues intérieures 12, 51 pour assurer le positionnement correct de la butée à billes 50 et son jeu de fonctionnement. La figure 4 illustre un montage particulier 60 entre un arbre 61 et un palier 62 dans lequel il est prévu deux dispositifs de roulement 10 inversés et disposés en "X". Ce type de montage en "X" signifie que les roulements 11 sont orientés de telle manière que la direction des charges appliquées sur les rouleaux 14 de chacun des roulements 11 converge. Cette disposition est généralement utilisée dans le cas d'un arbre tournant. Dans cette configuration, les moyens de butée 16 sont avantageusement communs aux deux dispositifs 10 et sont prévus entre les deux roulements à rouleaux 11. Ils comportent un roulement à billes 70 à contact radial pourvu d'une bague intérieure 71 solidaire de l'arbre 61, d'une bague extérieure libre 72 et d'une rangée de billes 73, les billes étant maintenues par une cage 74. La bague extérieure libre 72 constitue l'élément d'appui des moyens de butée 16 pour les rouleaux 14 des roulements 11. Cette bague extérieure 72 se prolonge latéralement en direction de ces rouleaux 14 par un profil chanfreiné, prévu de chaque côté de ladite bague, et offrant une surface d'appui 72' limitée respectivement à chaque rangée de rouleaux 14. Les bagues intérieures 12 des roulements à rouleaux 1 1 et celle 71 du roulement à billes 70 sont bloquées sur l'arbre 61 entre un épaulement 64, une entretoise 65 et un écrou 66 prévu à l'extrémité correspondante de l'arbre 61. Les dispositifs 10 sont précontraints respectivement par des ressorts 63 agissant entre un flasque 67, 68 et la bague extérieure 13 correspondante des roulements 11. Lors de la rotation de l'arbre 61, les bagues intérieures 12, 71 tournent en simultané, entraînant avec elles les rouleaux coniques 14 lesquels entraînent en simultané la bague exténeure 72 du roulement à billes 70. La figure 5 illustre une variante de montage 80 de la figure 4 dans laquelle les dispositifs de roulement 10 sont disposés en "O". Ce type de montage en "O" signifie que les roulements 1 1 sont orientés de telle manière que la direction des charges appliquées sur les rouleaux coniques 14 de chacun des roulements 1 1 diverge. Cette disposition est généralement utilisée dans le cas d'un palier tournant 82. Dans cette configuration, chaque dispositif 10 comporte ses propres moyens de butée 16 disposés par conséquent à l'extérieur de la disposition en "O". Ces moyens de butée 16 comportent des butées à billes 90 pourvues d'une bague de butée 91 solidaire de l'arbre 81, d'une bague libre 92 couplée en rotation avec les rouleaux 14 correspondants par une surface d'appui 92' et d'une rangée de billes 93 prévue entre les deux bagues 91, 92, les billes étant maintenues par une cage 94. Dans ce montage 80, les bagues intérieures 12, 91 sont montées solidairement sur l'arbre 81 et sont bloquées entre un épaulement 84 de l'arbre et un écrou 85 prévu à l'extrémité correspondante de l'arbre 81. Une entretoise 86 est agencée entre les bagues intérieures 12 des deux roulements 1 1 et comme précédemment une entretoise 87 assure le positionnement et le jeu de fonctionnement entre les bagues intérieures 12 et 91 de chaque dispositif 10. Les dispositifs de roulement 10 sont précontraints au moyen de ressorts de compression 83 prévus entre les deux bagues extérieures 13 des roulements à rouleaux 11. il ressort de cette description que le dispositif de l'invention permet d'atteindre les buts fixés à savoir limiter de manière conséquente la résistance au roulement dans les roulements à rouleaux coniques afin qu'ils puissent être utilisés pour des fréquences de rotation élevées. Le principe utilisé peut s'étendre à d'autres montages ou configurations. La surface d'appui des moyens de butée sur les rouleaux peut être disposée soit à proximité de la bague intérieure, soit à proximité de la bague extérieure du roulement à rouleaux coniques. Par ailleurs, les moyens de butée peuvent être associés à la bague extérieure du roulement à rouleaux coniques. Dans ce cas, c'est la bague intérieure du roulement distinct qui est libre et sert d'élément d'appui aux rouleaux coniques. De même, ces moyens de butée axial peuvent comporter également d'autres types de roulements. La définition du type de roulement est fonction des contraintes mécaniques, des charges, des vitesses de rotation et du type de montage. D'autre part, les ressorts de précontrainte peuvent être remplacés ou combinés par tout autre moyen, notamment par un dispositif de précharge variable commandé par pression hydraulique ou pneumatique. La présente invention n'est donc pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier, tout en restant dans le champ de protection défini par les revendications ci-jointes. Revendications 1. Dispositif de roulement (10) comportant au moins un roulement à rouleaux coniques (11), pourvu *une bague intérieure conique (12) destinée à être couplée à un arbre (21,61,81) fixe ou tournant, *une bague extérieure conique (13) agencée pour être couplée à un palier (22,62,82) tournant ou fixe et d'au moins une rangée de rouleaux (14) coniques prévue entre les bagues intérieure et extérieure, lesdits rouleaux étant maintenus par une cage (15), ce dispositif comportant en plus des moyens de butée axiale (16) desdits rouleaux agencés pour opposer une force de réaction à la composante axiale des charges transmises audit roulement par l'arbre et/ou le palier, caractérisé en ce que les moyens de butée axiale (16) comportent un élément d'appui (30,40,50,70,90) indépendant des bagues intérieure (12) et extérieure (13) et en ce que cet élément d'appui est couplé en rotation avec lesdits rouleaux (14), de manière à limiter la fiction latérale desdits rouleaux. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de butée (16) comportent un roulement d'appui distinct (30,40,50,70,90) disposé de manière adjacente audit roulement à rouleaux (11), ce roulement d'appui comportant une bague intérieure (31,41,51,71,91) solidaire de l'arbre (21,61,81), une bague extérieure libre (32,42,52,72,92) et des organes de roulement (33,43,53,73,93) prévus entre lesdites bagues intérieure et extérieure, la bague extérieure de ce roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux (14). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague extérieure (32,42,52,72,92) est prolongée latéralement en direction desdits rouleaux (14) par un profil chanfreiné offrant auxdits rouleaux (14) une surface d'appui (32',42',52',72',92') d'étendue limitée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite surface d'appui (32',42',52',72',92') est disposée au choix à proximité de la bague intérieure (12) ou de la bague extérieure (13) dudit roulement à rouleaux (11). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux roulements à rouleaux (11) inversés et orientés selon une disposition appelée en en ce que les moyens de butée axiale (16) sont communs auxdits deux roulements et en ce que ces moyens de butée axiale comportent un roulement d'appui distinct (70) disposé de manière adjacente entre lesdits deux roulements (11), la bague extérieure libre (72) dudit roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux (14) de chaque roulement. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux roulements à rouleaux (11) inversés et orientés selon une disposition appelée en "O", en ce que les moyens de butée axiale (16) associés à chaque roulement sont indépendants et en ce que ces moyens de butée axiale comportent chacun un roulement d'appui (90) distinct disposé de manière adjacente à l'extérieur desdits roulements à rouleaux, la bague extérieure libre (92) de chaque roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux (14) du roulement à rouleaux (11) correspondant. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de butée (16) comportent un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente audit roulement à rouleaux (11), ce roulement d'appui comportant une bague extérieure solidaire du palier (22), une bague intérieure libre et des organes de roulement prévus entre lesdites bagues intérieure et extérieure, la bague intérieure de ce roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux (14). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bague intérieure est prolongée latéralement en direction desdits rouleaux (14) par un profil chanfreiné offrant auxdits rouleaux (14) une surface d'appui d'étendue limitée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite surface d'appui est disposée au choix à proximité de la bague extérieure (13) ou de la bague intérieure (12) dudit roulement à rouleaux (11). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux roulements à rouleaux (11) inversés et orientés selon une disposition appelée en en ce que les moyens de butée axiale (16) sont communs auxdits deux roulements et en ce que ces moyens de butée axiale (16) comportent un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente entre lesdits deux roulements (11), la bague intérieure libre dudit roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux (14) de chaque roulement (11). 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux roulements à rouleaux (11) inversés et orientés selon une disposition appelée en "O", en ce que les moyens de butée axiale (16) associés à chaque roulement sont indépendants et en ce que ces moyens de butée axiale comportent chacun un roulement d'appui distinct disposé de manière adjacente à l'extérieur desdits roulements à rouleaux (11), la bague intérieure libre de chaque roulement d'appui étant agencée pour constituer ledit élément d'appui pour lesdits rouleaux (14) du roulement à rouleaux (11) correspondant. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que le roulement d'appui distinct est constitué d'un roulement à billes à contact radial (40,70). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que le roulement *appui distinct est constitué d'un roulement à billes à contact oblique (30). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, 6 à 9 et 11, caractérisé en ce que le roulement d'appui distinct est constitué d'une butée à billes (50,90).