Brevet FR2923563A1 — publié le 20090515

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [001] L'invention concerne un assemblage pour roulement à rouleaux et une installation de guidage en rotation équipée d'un tel assemblage. L'assemblage pour roulement selon l'invention est plus particulièrement destiné au guidage en rotation d'un arbre entraîné à des vitesses de rotation élevée, de l'ordre de 10000 à 40000 tours/min. De tels roulements équipent notamment des turbosoufflantes à gaz d'échappement. Typiquement, ils sont pourvus d'un alésage dont le diamètre peut varier entre 17 à 75mm. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [002] Dans ce type d'application, on connaît des roulements à rouleaux comprenant une bague intérieure comportant un chemin de roulement bordé par des épaulements et une cage comportant deux anneaux d'extrémité reliés par des pontets séparant des alvéoles de réception des rouleaux. Afin de lubrifier le roulement, il est connu d'injecter un lubrifiant, par une buse, au niveau des épaulements, cette zone étant l'une des plus sensibles du roulement. Toutefois, la lubrification demeure insuffisante pour réduire suffisamment l'usure et l'échauffement des roulements lorsqu'ils sont soumis à des vitesses de rotation élevées. OBJET DE L'INVENTION [003] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un assemblage pour roulement à rouleaux fiable et résistant à des conditions extrêmes d'utilisation. L'invention vise également à proposer un assemblage pour roulement à rouleaux peu coûteux et dont la fabrication et le montage soient aisés. [004] À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un assemblage pour roulement à rouleaux destiné à être lubrifié par circulation d'un lubrifiant comprenant au moins : une pièce intérieure comportant un chemin de roulement bordé par des épaulements, lesdits épaulements comportant une face radiale plane de guidage et une face annulaire sensiblement cylindrique ; une cage coaxiale à la pièce intérieure comportant : deux anneaux d'extrémité comprenant chacun une face annulaire intérieure disposée en regard de la pièce intérieure et des pontets de connexion des deux anneaux délimitant avec les deux anneaux des alvéoles; et des rouleaux logés dans les alvéoles. L'assemblage est 2 remarquable en ce que la cage comporte respectivement, de part et d'autre de chaque alvéole de réception des rouleaux, une canalisation amont et une canalisation aval de circulation du lubrifiant. [5] Ainsi, la circulation du lubrifiant est assurée de manière optimale à proximité de la zone de contact entre les rouleaux et le chemin de roulement. L'usure et l'échauffement des roulements sont donc diminués, permettant ainsi une utilisation de l'assemblage à des vitesses de rotation élevées. [6] Avantageusement, les canalisations sont des rainures, orientées sensiblement parallèlement à l'axe de la cage et formées dans la face annulaire intérieure desdits anneaux. [7] Ainsi, selon ce mode de réalisation, le lubrifiant est introduit dans l'alvéole au plus près de la zone de contact. En outre, ce mode de réalisation particulier facilite la réalisation de la cage dans le cas d'un moulage monobloc. [8] Avantageusement, la canalisation aval et de la canalisation amont sont décentrées respectivement de part et d'autre d'un plan axial médian de l'alvéole. [9] Ainsi, le lubrifiant est amené au niveau de la zone de contact par la rotation du rouleau de manière à assurer une lubrification optimale de la zone de contact. En outre, cette réalisation permet une meilleure évacuation du lubrifiant. [0010] Dans un mode de réalisation, la canalisation amont et la canalisation aval sont symétriques par rapport à un axe radial de symétrie de l'alvéole. Ainsi, la cage est symétrique et le bon fonctionnement de la cage n'est pas influencé par le sens de montage de la cage dans le roulement. [0011] Avantageusement, la cage est une pièce monobloc réalisée en PolyEthylEtherKetone (PEEK). L'utilisation d'un tel matériau permet de diminuer le prix de revient de la cage tout en améliorant les propriétés mécaniques de celle-ci et la tenue à la température. [0012] Avantageusement, la cage comprend une face annulaire extérieure équipée de languettes de retenue des rouleaux, disposées de part et d'autre des alvéoles de réception des rouleaux. Les languettes font saillie des parois latérales de pontets en convergeant vers l'extérieur de la cage. 3 [0013] Ainsi, la mise en place des rouleaux dans les logements et de la cage sur la pièce intérieure sont des opérations relativement simples à réaliser. [0014] L'assemblage comporte en outre une buse de lubrification, destinée à être alimentée en lubrifiant sous pression, pour injecter un jet de lubrifiant dans l'axe de la canalisation amont, parallèlement à l'axe de rotation du roulement. [0015] Dans un mode de réalisation, l'assemblage comporte une gouttière de réception du lubrifiant destinée à recevoir le lubrifiant provenant du conduit aval. Cette réalisation permet une récupération du lubrifiant qui pourra éventuellement être ensuite retraité et/ ou réutilisé. [0016] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une installation de guidage en rotation comprenant : un assemblage pour roulement à rouleaux selon le premier aspect de l'invention, un réservoir de lubrifiant, un circuit de distribution du lubrifiant au travers des alvéoles de réception des rouleaux et une pompe. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent: - la figure 1, une vue schématique en coupe, selon un plan axial, d'un roulement équipé d'un assemblage selon l'invention ; - la figure 2, une vue schématique en vue de côté d'une cage selon l'invention ; - la figure 3, une vue schématique de la cage de la figure 2, en coupe selon l'axe B-B, illustrant, de façon détaillée, une alvéole de réception d'un rouleau ; - la figure 4, une vue schématique en coupe d'une alvéole suivant un axe parallèle au plan de la cage; - la figure 5a, une vue schématique, en coupe suivant un axe parallèle au plan de la cage, le rouleau étant inséré entre les languettes élastiques de retenue ; et - la figure 5b, une vue schématique, en coupe suivant un axe parallèle au plan de la cage, le rouleau étant en position de fonctionnement. EXEMPLE DE RÉALISATION [0018] Le roulement à rouleaux 1 représenté sur la figure 1 comporte une pièce intérieure constituée par une bague intérieure 2 pourvue d'un chemin de roulement 3, une bague extérieure 16, des rouleaux 1 roulant sur le chemin de roulement 3 et une cage 7 de maintien et de guidage des rouleaux. Les deux bagues : intérieure 2 et extérieure 16 ainsi que la cage 7 sont disposées de manière coaxiale. [0019] Le chemin de roulement 3 cylindrique, formé sur le pourtour de la bague intérieure 2, est bordé, de part et d'autre, par des épaulements 4a, 4b. Le chemin de roulement 3 est donc profond et les contacts entre les rouleaux 1 et la pièce intérieure 2, par rapport au plan radial sont importants. Ainsi, les épaulements 4a, 4b assurent un guidage axial des rouleaux et permettent d'atteindre des vitesses élevées. [0020] Les épaulements 4a, 4b comportent une face radiale 5 annulaire plane de guidage et une face annulaire 6 sensiblement cylindrique. La face radiale 5 de guidage est en regard des faces planes d'extrémité des rouleaux 1. Avantageusement, la face radiale 5 de guidage est légèrement évasée par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe A de la cage 7 afin de faciliter l'insertion des rouleaux 1 entre les épaulements 4a, 4b. Dans un mode de réalisation de l'invention, les faces radiales 5 sont inclinées d'un angle d'environ 30' par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe A de la cage 7. [0021] Dans le mode de réalisation représenté, la pièce intérieure est une bague intérieure 2. On comprendra toutefois que l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation et l'on pourra également envisager que la pièce intérieure soit un arbre comportant un chemin de roulement intérieur et sur lequel on vient enfiler la cage 7. [0022] De même, alors que, dans le mode de réalisation représenté, les rouleaux 1 sont sensiblement cylindrique, l'invention ne se limite pas à ce mode particulier et l'on pourra également utiliser, en fonction du contexte, d'autres corps roulants du type rouleaux coniques ou aiguilles. [0023] La cage 7, illustrée en détail sur la figure 2, est une pièce annulaire monobloc moulée dans un matériau synthétique. Avantageusement, le matériau utilisé est le PolyEthylEtherKetone (en abrégé PEEK) qui est particulièrement 4 adapté à cette application. En effet, le PEEK possède un coefficient de friction faible, est dur et résiste à des forces importantes. Ainsi, l'utilisation de ce matériau permet de conférer une plus grande résistance à la cage lors d'une mauvaise lubrification. En outre, ce thermoplastique conserve ces propriétés mécaniques à 5 des hautes températures, jusqu'à 250 °C. Enfin, ce matériau présente un coût inférieur à l'aluminium, à l'acier et au laiton. [0024] La cage 7 est formée par deux anneaux d'extrémités coaxiaux 8a, 8b reliés par des pontets 10 s'étendant en direction axiale. Les pontets 10 sont répartis régulièrement en périphérie de la cage 7 et séparent les alvéoles 9 dans lesquelles viennent se loger les rouleaux 1. Les anneaux 8a, 8b ont chacun une face annulaire intérieure 9 située en regard d'une des faces cylindriques 6 de la bague intérieure 2 lorsque la bague intérieure 2 et la cage 7 sont assemblées. [0025] Afin de permettre une lubrification efficace des roulements, au niveau du contact entre le chemin de roulement 3 et le rouleau 2, la cage 7 comporte une canalisation amont 12a et une canalisation aval 12b s'étendant, parallèlement à l'axe du roulement A, de part et d'autre de chaque alvéole 9 de réception d'un rouleau 1. [0026] Dans le mode de réalisation détaillée sur les figures 1 et 2, les canalisations sont des rainures 12a, 12b en arc de cercle formées dans la face annulaire 9 intérieure desdits anneaux 8a, 8b. Les rainures, amont 12a et aval 12b, sont décentrées de part et d'autre d'un plan axial médian M de l'alvéole 9 de telle sorte que le lubrifiant soit amené vers la zone de contact par la rotation du rouleau 1. Ainsi, la lubrification du rouleau 1 au niveau de la zone de contact est assurée de manière optimale. En outre, la rainure amont 12a et la rainure aval 12b sont symétriques par rapport à un axe radial de symétrie N de l'alvéole 9 de telle sorte que la lubrification et le fonctionnement de la cage 7 ne soient pas influencés par le sens de montage de la cage 7. [0027] Une buse de lubrification 50 est mise en regard de la rainure amont 12a de manière à injecter le lubrifiant dans l'axe de la rainure amont 12a, parallèlement à l'axe de rotation A du roulement. Une pompe 52 permet d'acheminer le lubrifiant sous pression d'un réservoir 54 vers ladite buse 50 de lubrification. Par ailleurs, on peut également prévoir que l'installation soit pourvue d'une gouttière 56 de réception du lubrifiant placée à la sortie de la canalisation aval, de façon à récupérer le lubrifiant, par gravité ou aspiration. 6 [0028] Une alvéole 9 de réception d'un rouleau 1 est représentée, en coupe, de façon détaillée sur la figure 4. Les alvéoles 9 sont bordées d'une part par les deux anneaux d'extrémités 8a, 8b et, d'autre part, par les parois latérales 13a, 13b de deux pontets 10 successifs. Dans la réalisation représentée, les parois latérales 13a, 13b des deux pontets 10 successifs, définissant avec les deux anneaux d'extrémité 8a, 8b une alvéole 9, s'étendent sensiblement planes et parallèles au plan axial médian M de l'alvéole 9. La distance séparant ces deux parois 13a, 13b est légèrement supérieure au diamètre des rouleaux 1. [0029] Par ailleurs, la cage 7 est équipée de languettes 15 élastiques de retenues, disposées sur la face annulaire extérieure 14 de ladite cage 7 et disposés de part et d'autre des alvéoles 9. Les languettes élastiques 15 de retenues permettent de délimiter le logement du rouleau 1. D'une part, les languettes 15 élastiques sont aptes à se déformer élastiquement pour laisser passer les rouleaux 1, insérés radialement de l'extérieur vers l'intérieur (Voir figure 5a). D'autre part, lorsqu'un rouleau 1 est logé dans une alvéole, les languettes ont pour fonction de retenir le rouleau dans l'alvéole 9 (Voir figure 5b), dont le volume est fermé du côté radial intérieur par le chemin de roulement. [0030] Dans le mode de réalisation illustrée, les languettes 15 élastiques font saillie radialement vers l'extérieur, à partir de l'extrémité extérieure des parois latérales 13a, 13b de pontets 10. De manière à retenir les rouleaux 1, les extrémités libres des languettes 15 convergent l'une vers l'autre de telle sorte que, en position de repos, la distance séparant l'extrémité des languettes 15 soit légèrement inférieure au diamètre d'un rouleau 1. [0031] Pour assembler le roulement, on positionne tout d'abord la cage 7 sur la bague intérieure 2, puis on introduit les rouleaux 1 dans les alvéoles 9 par un mouvement radial vers l'intérieur entre les languettes 15 élastiques de retenue qui s'écartent élastiquement (voir figure 5a). [0032] À l'issue de cette étape (voir figure 5b), le rouleau 1 est logé dans l'alvéole 9 et en contact avec le chemin de roulement 3 de la bague intérieure 2. La cage 7 est donc maintenue axialement sur la bague intérieure 2 via les rouleaux 1 venant en butée contre les parois radiales 5 des épaulements 4a, 4b. Ainsi, la bague intérieure 2, la cage 7 et les rouleaux 1 forment un ensemble cohérent. 7 [0033] Cet assemblage peut ensuite être notamment associé à une bague extérieure 16. Il est à noter que, pour faciliter son montage, le chemin de roulement 22 cylindrique de la bague extérieure 16 fait saillie radialement vers l'intérieur et est relié aux faces d'extrémité planes 18 de la bague extérieure par des facettes tronconiques 20 s'ouvrant du chemin de roulement 22 vers les faces d'extrémité 18. [0034] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Assemblage pour roulement à rouleaux destiné à être lubrifié par circulation d'un lubrifiant comprenant au moins : une pièce intérieure (2) comportant un chemin de roulement (3) bordé par des épaulements (4a, 4b), lesdits épaulements (4a, 4b) comportant une face radiale (5) plane de guidage des rouleaux et une face annulaire (6) sensiblement cylindrique ; et une cage (7) coaxiale à la pièce intérieure (2) comportant : - deux anneaux (8a, 8b) d'extrémité comprenant chacun une face annulaire intérieure (9) disposée en regard de la pièce intérieure (2);et - des pontets (10) de connexion des deux anneaux (8a, 8b) délimitant, avec les deux anneaux, des alvéoles (11) ; et - des rouleaux (1) logés dans les alvéoles ; ledit assemblage étant caractérisé en ce que la cage (7) comporte, de part et d'autre de chaque alvéole (11) de réception des rouleaux, respectivement une canalisation amont (12a) et une canalisation aval (12b) de circulation du lubrifiant. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canalisations sont des rainures (12a, 12b), orientées sensiblement parallèlement à l'axe de la cage (7) et formées dans la face annulaire intérieure (9) desdits anneaux (8a, 8b). 3. Assemblage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la canalisation amont (12a) et la canalisation aval (12b) de chaque alvéole sont décentrées respectivement de part et d'autre du plan axial (M) médian de l'alvéole. 9 4. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la canalisation amont (12a) et la canalisation aval (12b) sont symétriques par rapport à un axe radial (N) de symétrie de l'alvéole (11). 5. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cage (7) est réalisée en PolyEthylEtherKetone (PEEK). 6. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cage (7) est une pièce monobloc. 7. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les alvéoles (11) de réception sont bordées par deux parois (13a, 13b) latérales de pontets (10) s'étendant sensiblement parallèlement au plan radial médian de l'alvéole (9). 8. Assemblage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cage (7) comprend une face annulaire extérieure (14) équipée de languettes (15) élastiques de retenue des rouleaux (1), disposées de part et d'autre des alvéoles (9) de réception des rouleaux. 9. Assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les languettes (15) font saillie des parois latérales (13a, 13b) de pontets (9) en convergeant vers l'extérieur de la cage (7). 10. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une buse (50) de lubrification, destinée à être alimentée en lubrifiant sous pression, pour injecter un jet de lubrifiant dans l'axe de la canalisation amont (12a), parallèlement à l'axe de rotation du roulement (A). 11. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte une gouttière (56) de réception du lubrifiant destinée à recevoir le lubrifiant provenant du conduit aval (12b). 12. Installation de guidage en rotation caractérisé en ce qu'elle comprend : - un assemblage pour roulement à rouleaux selon l'une des revendication 1à11; - un réservoir (54) de lubrifiant ; 10 - un circuit de distribution du lubrifiant au travers des alvéoles (9) de réception des rouleaux ; et -une pompe (52).5