Brevet FR2827924A1 — publié le 20030131

l'arbre (33). À2827924 Dispositif de guidage en rotation d'une charge en porte-à-faux La présente invention concerne un dispositif de guidage en rotation d'une charge en porte-à-faux. Elle s'applique de façon générale aux charges en rotation en porte-à-faux de tout équipement soumis à de fortes variations thermiques et pouvant nécessiter des raideurs élevées. Dans le cadre par exemple de la conception d'équipements aéroportés, il s'avère nécessaire de réaliser des mécanismes d'encombrement et de masse de plus en plus réduits, capables de supporter o des environnements vibratoires sévères, des chocs et des variations de température sans dégradation ni modification des performances. La figure 1 présente une conception classique de dispositif de guidage en rotation d'une charge en porte-à-faux (non représentée), montée sur une structure porteuse 1. Le dispositif de guidage selon l'art antérieur comprend deux paires de roulements à billes 2, 2' précontraints, supportant une partie tournante 3 autour d'un axe de rotation (), ou fusée, sur laquelle est fixée la charge et fixées dans un botier 4. Les contraintes thermiques auxquelles sont soumises par exemple les équipements aéroportées (environ -55 à +85 ) imposent l'utilisation du titane comme matériau de o réalisation pour la fusée et le botier. En effet, la différence de coefficient de dilatation entre les roulements en acier et leur environnement contraint les pièces et augmente considérablement le couple de frottement des paliers. Ainsi, à froid, un bo^tier en aluminium compresserait trop les bagues extérieures des roulements. A chaud, une fusée en aluminium compresserait z trop les bagues intérieures du roulement tandis que les jeux des bagues extérieures se verraient libérer par la dilatation du botier. Le titane, qui présente un coefficient de dilatation proche de celui de l'acier, permet de réduire ces effets. Par ailleurs, il présente une densité inférieure à celle de l'acier permettant de réduire la masse de l'équipement. Enfin, la contrainte so de rigidité imposée aux équipements aéroportés conforte le choix du titane, en effet, la rigidité de l'axe tournant est également donnée par la rigidité de la fusée. Cependant, cette conception classique présente plusieurs inconvénients. Notamment, le coût du titane, de son moulage et de son s usinage pour former quatre portées de roulement est élevé. D'autre part, le montage des roulements est incertain et manque de répétabilité en terme de couple et de fauxrond. Enfin, I'encombrement et la masse du dispositif de guidage restent conséquents malgré l'utilisation du titane, du fait de l'écart entre les paliers tournants. La présente invention permet de remédier aux inconvénients précités en proposant une conception nouvelle de dispositif de guidage en rotation, qui utilise un palier compact à deux rangées de billes dont la forme spécifique permet d'absorber les variations thermiques sans faire varier le couple d'entretien du palier ni la charge des billes. Plus précisément, I'invention propose un dispositif de guidage en rotation par rapport à une structure porteuse d'une charge en porte-à- faux, caractérisé en ce qu'il comprend un palier à deux rangées de billes logées entre une bague intérieure supportant la charge et une bague extérieure fixée directement sur la structure porteuse, et en ce que la forme de la partie avant de la bague extérieure est conique, permettant d'équilibrer, lors des baisses de température, les efforts portés sur les rangées de billes avant et arrière dus à la compression exercée par la structure porteuse. Le dispositif de guidage en rotation selon l'invention ne nécessite plus l'utilisation du titane (le palier est par exemple en acier) pour supporter les variations de température, son encombrement et sa masse sont réduits o du fait de l'utilisation d'un palier à deux rangées de billes, de structure beauco u p p l us co mpacte. Avantag eu se me nt, I'ang le de contact des rangées de billes est élevé, garantissant en outre une g rande rig id ité de basculement du dispositif. D'autres avantages et caractéristiques apparatront plus clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un dispositif de guidage en rotation d'une charge en porte-à-faux selon l'art antérieur (déjà décrite) ; - la figure 2, un exemple de réalisation d'un dispositif de guidage so en rotation d'une charge en porte-à-faux selon l'invention. La figure 2 présente un exemple de réalisation du dispositif de guidage selon l'invention. Il comprend un palier 5 à deux rangées de billes 51 et 52 respectivement avant et arrière, les billes étant logées entre une bague a intérieure 53 supportant la charge et une bague extérieure 54 fixée directement sur la structure porteuse 1. Les rangées de billes 51 et 52 présentent un diamètre d moyen sensiblement identique. Dans l'exemple de la figure 2, la bague intérieure 53, par exempie en acier, forme la partie tournante sur laquelle est fixée la charge, et assure ainsi la fonction de la fusée (3) du dispositif de l'art antérieur (figure 1). La bague extérieure, également en acier, commune pour les deux rangées de billes 51, 52, est fixée directement sur la structure porteuse 1, par exemple en aluminium, assurant ainsi la fonction du botier (4) du dispositif de l'art antérieur. Le palier est ainsi intégré à la structure, ce qui donne au dispositif o selon l'invention une bien plus grande compacité, et l'utilisation du titane n'est plus nécessaire. Dans l'exemple de la figure 2, la bague extérieure 54 du palier est fixée par une collerette 542 à la structure porteuse 1 et centrée sur ladite structure par un centrage circulaire court 543. La bague intérieure (53), également commune pour les deux rangées de billes, est par exemple prévue en deux parties (non représentées sur la figure 2), afin de pouvoir monter les billes et précharger le roulement. Selon l'invention, la forme de la partie avant 541 de la bague extérieure 54 est conique, permettant d'équilibrer, lors des baisses de zo température, les efforts portés sur les rangées de billes avant (52) et arrière (51) dus à la compression exercée par la structure porteuse 1. Dans la suite de la description, on qualifie de > les éléments situés vers la charge et de > les éléments situés vers la structure porteuse. Cette forme originale de la bague extérieure du palier selon l'invention est optimisée pour compenser, lors des baisses de température, la compression qu'exerce la structure en aluminium (coefficient de dilatation sensiblement égal à 23.10-6) sur la bague extérieure en acier (coefficient de dilatation sensiblement égal à 12.10-6). Lors de la compression en effet, la bague extérieure se déforme en cône de telle sorte que le rapprochement des pistes arrières en contact avec so les billes 51 de la rangée arrière est compensé par l'écartement des pistes avant en contact avec les billes 52 de la rangée avant. Ainsi, I'écrasement des contacts billes/pistes dû à la précharge du palier reste constant à toute température et de ce fait le couple d'entretien du palier reste constant. La déposante a montré que par exemple dans le cas de ss I'application à des équipements pour lesquels les gammes de températures sont importantes (par exemple, -55 à +85 environ), le demi-angle au sommet du cône formant la partie avant 541 de la bague extérieure 54 est avantageusement compris entre 20 et 30 . Dans l'exemple de la figure 2, il est proche de 25 . Par ailleurs, la déposante a montré qu'un effet de compensation particulièrement intéressant est obtenu en optimisant le paramètre r défini comme la distance mesurce entre l'extrémité arrière du centrage 543 de la bague extérieure et le plan contenant les centres des billes 51 de la rangée arrière du palier. En effet, il est important que les billes de la rangée arrière se trouvent en porte-à-faux par rapport à la force o d'action exercée par la structure sur la bague extérieure. Cette distance doit étre déterminée en fonction d'un compromis entre une forte compensation en température (r grand) et la raideur du palier; en effet si la distance r est trop grande, la raideur risque d'être supportée par la structure mécanique. La déposante a montré qu'un bon compromis peut être trouvé en choisissant la distance r sensiblement comprise entre 2% et 4% du diamètre moyen d de la rangée des billes. Les paramètres r et (3 permettent ainsi d'optimiser l'effet de compensation en fonction des variations de température et sont choisis en fonction de l'amplitude de ces variations. Le dispositif selon l'invention présente en outre l'avantage, grâce à zo son palier intégré à deux rangées de billes, d'avoir un encombrement et une masse considérablement réduits par rapport au dispositif de l'art antérieur, du type de celui décrit figure 1. En outre, le titane peut être supprimé. Ce dispositif nen présente pas moins une très bonne rigidité. En effet, le choix notamment des angles de contact c, des billes 51 de la rangée arrière et 2 des billes 52 de la rangée avant permet de donner au dispositif de guidage une très bonne rigidité de basculement. Pour cela, les angles de contact sont choisis supérieurs à 35 environ. Selon un exemple de réalisation, les angles de contact sont sensiblement identiques, sensiblement compris entre 40 et 50 . so La rigidité peut être optimisée également en jouant sur d'autres paramètres. Ainsi, la distance b entre les deux rangées de billes 51 et 52 est choisie pour obtenir un bon compromis entre l'exigence de raideur (b grand) et la nécessité de diminuer l'encombrement de la bague extérieure ainsi que sa masse. La déposante a montré qu'un bon compromis est trouvé en choisissant la distance b comprise entre 5% et 10% du diamètre moyen d des rangées. La largeur c de la bague extérieure est également un paramètre sur lequel on peut jouer pour optimiser la raideur en flexion de la poutre. La déposante a montré qu'une valeur de la largeur c sensiblement comprise entre 8% et 9% du diamètre moyen d des rangées de billes contribue à donner des résultats satisfaisants. Ainsi, I'exemple de réalisation décrit sur la figure 2 a permis d'obtenir une rigidité supérieure à 20% par rapport au dispositif classique avec un angle de contact de l'ordre de 45 pour les billes des deux rangées, une distance b entre les deux rangées de bilies 51 et 52 comprise entre 6,5% et 7,5% du diamètre moyen d et une largeur c de la bague extérieure 54 sensiblement comprise entre 8% et 8,5% du diamètre moyen d. L'influence de la bague intérieure 53 sur les propriétés de réponse en température ou de rigidité est beaucoup moins critique. Avantageusement, la bague intérieure est choisie très courte afin de limiter 1 5 I'encombrement. Ainsi, le dispositif de guidage selon l'invention présente une longueur nettement plus faible que le dispositif selon l'art antérieur, et malgré la densité supérieure de l'acier par rapport au titane, la masse de l'ensemble est plus faible. Comme cela a été expliqué précédemment, la rigidité peut o être améliorée et la charge est mieux répartie sur les billes; la tenue mécanique est donc supérieure. La forme originale de la bague extérieure du palier permet d'assurer que l'écrasement des billes reste constant quelle que soit la température; le couple d'entretien ne varie donc pas. Le dispositif de guidage en rotation selon l'invention présente en outre l'avantage d'être isostatique, d'assurer une meilleure fiabilité, et d'être d'une grande simplicité de mise en ceuvre. REVENDICATIONS 1- Dispositif de guidage en rotation par rapport à une structure porteuse (1) d'une charge en porte-à-faux, caractérisé en ce qu'il comprend un palier (5) à deux rangées de billes (51, 52), logées entre une bague intérieure (53) supportant la charge et une bague extérieure (54) fixée directement sur la structure porteuse (1), et en ce que la forme de la partie avant (541) de la bague extérieure (54) est conique, permettant d'équilibrer, lors des baisses de température, ies efforts portés sur les rangées de billes avant (52) et arrière (51) dus à la compression exercée par la structure porteuse (1). 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague extérieure (54) du palier (5) est fixée par une collerette (542) à la structure porteuse (1) et centrée sur ladite structure par un centrage circulaire court (543). 3- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le demi-angle au sommet () du cône formant ia partie avant (541) de la bague extérieure (54) est sensiblement compris entre 20 et 30 . 4- Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la distance (r) mesurée entre l'extrémité arrière du centrage (543) de la bague extérieure et le plan contenant les centres des billes (51) de la ran gée arriè re d u pal i er est sens ib lement co mp rise entre 2% et 4% d u diamètre moyen (d) de ladite rangée. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les angles de contact () des billes (51) de la rangée arrière et (oq) des billes (52) de la rangée avant sont supérieurs à 35 . 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesUits angles de contact sont sensiblement identiques, sensiblement compris entre et 50 . o 7- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance (b) entre les deux rangées de billes (51, 52) est sensiblement comprise entre 5% et 10% du diamètre moyen (d) desdites rangées. 8- Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la largeur (c) de la bague extérieure est sensiblement comprise entre 8% et 9% du diamètre moyen (d) des rangées de billes. À 2827924 9- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le demiangle au sommet (3) du cône formant la partie avant (541) de la bague extérieure (54) est sensiblement compris entre 20 et 25 , en ce que la distance (r) mesurée entre l'extrémité arrière du centrage (543) de la bague extérieure et le plan contenant les centres des billes (51) de la rangée arrière du palier est sensiblement comprise entre 2,5% et 3,5% du diamètre moyen (d) de ladite rangée, en ce que les angles de contact (x,) des billes (51) de la rangée arrière et (2) des billes (52) de la rangée sont sensiblement identiques, sensiblement égaux à 45 , en ce que la distance (b) entre les o deux rangées de billes (51, 52) est comprise entre 6,5% et 7,5% du diamètre moyen (d) desdites rangées et en ce que la largeur (c) de la bague extérieure (54) est sensiblement comprise entre 8% et 8,5% du diamètre moyen (d) des rangées de billes. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure porteuse (1) est en aluminium et les