Brevet FR2893102A1 — publié le 20070511

La présente invention concerne un dispositif de roulement à aiguilles supportant des charges maximales très importantes, pour une masse très faible. Elle s'applique plus particulièrement dans les domaines où une 15 masse faible est primordiale y compris dans les environnements chimiquement agressifs ou dans les brouillards salins. En particulier, elle s'applique d'une façon particulièrement avantageuse dans le domaine de l'accastillage des bateaux à haute 20 performance, et notamment pour réaliser une poulie traversée en son centre par un trou de forme torique permettant l'attache de cette poulie par un cordage la traversant. Classiquement les roulements supportant de faibles charges voir 25 des charges moyennes, comportent des billes qui sont généralement en acier ou même dans certains cas en alliage d'aluminium ou en céramique. Lorsque les charges augmentent, classiquement les roulements utilisés comprennent des aiguilles. 1 30 On appelle en général aiguille, un rouleau ou une aiguille qui en roulant a une génératrice de contact. Les billes quant à elles n'ont qu'un point de contact. Ici nous appellerons aiguilles les rouleaux ayant une longueur au moins égale à leur diamètre et roulant sur une génératrice. Jusqu'ici, les roulements supportant de fortes charges comprenaient des aiguilles en acier dur car l'acier dur offre des caractéristiques mécaniques compatibles avec les caractéristiques mécaniques nécessaires pour assurer un fonctionnement correct. Il était évident aux hommes de l'art que l'utilisation d'autres matériaux plus mous comme l'acier doux, les aciers inox, les alliages d'aluminium, le titane, ... ne conviennent pas pour réaliser des roulements à aiguilles devant accepter de fortes charges. Malheureusement les aciers durs sont lourds et peu résistants aux agents agressifs extérieurs comme les brouillards salins et ne peuvent donc être employés dans de nombreux domaines où ces deux caractéristiques supplémentaires sont primordiales. On a déjà proposé de réaliser des roulements utilisant le titane soit pour réaliser des billes, soit pour réaliser les surfaces de roulement. Ces solutions conviennent uniquement lorsque les efforts radiaux sont peu importants. Si la pression de contact dépasse un seuil, la bille a tendance à s'écraser et la surface de roulement a tendance à se déformer par poinçonnement. C'est la raison pour laquelle l'homme du métier va écarter spontanément cette solution pour la réalisation de poulies destinées à recevoir des efforts radiaux très importants de l'ordre d'une demi dizaine de tonnes, pour une masse de poulie de l'ordre de 300 grammes environ.30 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients majeurs en proposant un dispositif spécialement bien adapté à la réalisation d'un roulement à aiguilles devant supporter des charges importantes pour une masse minimale dans une ambiance chimiquement agressive. L'invention surmonte ce préjugé en prévoyant de réaliser sur au moins l'une des surfaces de contact une couche en matériau plus dur et résistant. Ainsi grâce à cette disposition, la couche assure une répartition des efforts radiaux sur une zone de titane de plus grande dimension. De ce fait on diminue la contrainte de compression du titane de manière à rester au dessus du seuil de déformation rémanente. Il s'avère que de façon surprenante, ce résultat est particulièrement manifeste lorsqu'on utilise des roulements à aiguilles de préférence aux roulements à billes. Le résultat obtenu et en particulier la réduction de l'effet de poinçonnement sont très supérieurs aux résultats escomptés. A cet effet, elle propose un dispositif de roulement comprenant un ensemble d'aiguilles ayant une surface extérieure de roulement et étant placées entre une partie fixe ayant au moins une surface de roulement externe cylindrique ou torique de révolution et une partie mobile ayant au moins une surface de roulement interne cylindrique ou torique de révolution, caractérisé en ce que au moins une des surfaces de roulement est en titane et comprend en outre une fine couche superficielle ayant une dureté nettement supérieure à la dureté du titane, et un coefficient de frottement nettement inférieur à celui du titane. Avantageusement, les caractéristiques suivantes peuvent être intégrées au dispositif précédemment décrit :30 - La fine couche superficielle est obtenue par PVD (dépôt physique en phase vapeur). - La fine couche superficielle est obtenue par PACVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma). - Les aiguilles sont maintenues latéralement par deux rondelles latérales comprenant au moins une surface ayant un faible coefficient de frottement. - Le matériau constitutif des rondelles latérales est principalement du bronze ou du cuivre béryllium - La forme des aiguilles en leur extrémité est sphérique pour qu'il n'y ait qu'un point de contact entre les aiguilles et les rondelles latérales. - la partie fixe cylindrique de révolution est en titane et comprend au moins en sa surface extérieure en contact avec les aiguilles une couche superficielle ayant des propriétés de dureté supérieures au titane et un coefficient de frottement inférieur à celui du titane. - La partie mobile est en titane et comprend au moins en sa partie interne en contact avec les aiguilles une couche superficielle ayant des propriétés de dureté supérieures au titane et un coefficient de frottement inférieur à celui du titane. - La partie mobile comprend sur ses cotés latéraux un ensemble de billes 20 permettant de reprendre les efforts latéraux. - La partie fixe comprend en sa partie centrale un orifice de forme torique permettant le passage d'un cordage d'attache. - la section de la partie fixe, en sa partie centrale comprend une forme sensiblement circulaire pour ne pas endommager le cordage d'attache. 25 - Les aiguilles sont en titane Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels, 30 La figure 1 montre schématiquement une coupe longitudinale d'un assemblage suivant l'invention. Dans l'exemple illustré sur la figure 1 des aiguilles en titane (3) sont placées entre une partie fixe (5) ayant au moins une surface externe cylindrique de révolution et une partie mobile (2) ayant au moins une surface interne cylindrique de révolution, ces dites aiguilles comprenant une fine couche superficielle ayant une dureté nettement supérieure à la dureté du titane des aiguilles, et ayant un coefficient de frottement nettement inférieur à celui du titane des aiguilles. Ici la pièce fixe (5) et la pièce mobile en rotation (2) sont également en titane dont les surfaces en contact avec les aiguilles comprennent une couche plus dure et ayant un coefficient de frottement plus faible que le titane. Cette couche superficielle est obtenue ici par bombardement ionique à base de nitrure modifiant la nature de la molécule de la partie superficielle des surfaces en contact avec les aiguilles. Deux rondelles latérales (4) sont placées pour limiter le déplacement des aiguilles latéralement. Ici les rondelles sont en bronze ou en cuivre béryllium. Les extrémités des aiguilles ont une forme sphérique pour qu'un seul point des aiguilles ne soit en contact avec les rondelles latérales. De ce fait les aiguilles peuvent s'incliner légèrement sans augmenter notablement le frottement entre les aiguilles et les rondelles latérales. Des billes (7) sont placées latéralement tout autour de la partie mobile en rotation (2) pour limiter le déplacement latéral de cette partie mobile (2) Le dispositif selon l'invention convient bien pour réaliser un roulement léger, résistant bien aux agressions chimiques, et acceptant de très fortes charges, mais il peut convenir pour toute autre application similaire. Par exemple d'autres traitements de surface du titane sont possibles comme le procédé BVB à haute ou basse température. Ce dispositif n'est donc pas limité aux exemples précédents mais peut être modifié dans le cadre des revendications sans changer la portée de celles-ci. REVENDICATIONS 1. Roulement comprenant un ensemble d'aiguilles ayant une surface extérieure de roulement et étant placées entre une partie fixe ayant au moins une surface de roulement externe cylindrique ou torique de révolution et une partie mobile ayant au moins une surface de roulement interne cylindrique ou torique de révolution, caractérisé en ce que au moins une des surfaces de roulement est en titane et comprend en outre une fine couche superficielle ayant une dureté nettement supérieure à la dureté du titane, et un coefficient de frottement nettement inférieur à celui du titane. 2. Roulement suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la fine couche superficielle est obtenue par PVD (dépôt physique en phase vapeur). 3. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 2 caractérisé en ce que la fine couche superficielle est obtenue par PACVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma). 4. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 3 caractérisé en ce que les aiguilles sont maintenues latéralement par deux rondelles latérales comprenant au moins une surface ayant un faible coefficient de frottement. 5. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 4 caractérisé en ce que un matériau constitutif des rondelles latérales est du bronze ou du cuivre béryllium. 6. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 5 caractérisé en ce que la forme des aiguilles en leur extrémité est sphérique pour qu'il n'y ait qu'un point de contact entre les aiguilles et les rondelles latérales. 7 7. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 6 caractérisé en ce que la partie fixe cylindrique de révolution est en titane et comprend au moins en sa surface extérieure en contact avec les aiguilles une 5 couche superficielle ayant des propriétés de dureté supérieures au titane et un coefficient de frottement inférieur à celui du titane. 8. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 7 caractérisé en ce que la partie mobile est en titane et comprend au moins en sa 10 partie interne en contact avec les aiguilles une couche superficielle ayant des propriétés de dureté supérieures au titane et un coefficient de frottement inférieur à celui du titane. 9. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 8 15 caractérisé en ce que la partie mobile comprend sur ses cotés latéraux un ensemble de billes permettant de reprendre les efforts latéraux. 10. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 9 caractérisé en ce que la partie fixe comprend en sa partie centrale un orifice de 20 forme torique permettant le passage d'un cordage d'attache. 11. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 10 caractérisé en ce que la section de la partie fixe, en sa partie centrale comprend une forme sensiblement circulaire pour ne pas endommager le cordage 25 d'attache. 12. Roulement suivant l'une quelconque des revendication 1 à 11 caractérisé en ce que les aiguilles sont en titane.