Brevet FR2925631A1 — publié le 20090626

ASSEMBLAGE POUR ROULEMENT À ROULEAUX CONIQUES ET SON PROCÉDÉ DE RÉALISATION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [001] L'invention se rapporte à un assemblage pour un roulement à rouleaux coniques, ainsi qu'à son procédé de réalisation. La présente invention s'applique au domaine des roulements, et plus particulièrement au domaine des roulements à rouleaux coniques. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [002] Une bague intérieure de roulement à rouleaux coniques comporte en règle générale un chemin de roulement et au moins un collet d'appui pour le guidage radial des rouleaux coniques. Du fait de leur contact avec les rouleaux en mouvement, le collet et le chemin de roulement doivent être rectifiés. Pour faciliter cette opération de rectification, il est connu dans l'état de la technique de réaliser une gorge de dégagement entre le chemin de roulement et le collet, de manière à permettre à un outil de rectification d'atteindre les zones proches de l'intersection entre le collet et le chemin de roulement. Comme illustré sur la figure 1, un roulement à rouleaux coniques 1 de ce type comprend une gorge de dégagement 2 qui relie le collet 3 au chemin de roulement intérieur 4. Cette gorge 2 constitue le dégagement nécessaire pour l'outil de rectification. Toutefois, la gorge 2 ainsi définie s'ouvre partiellement à l'extérieur du cône défini par la droite génératrice 5 du chemin de roulement 4, de sorte que le contact entre le collet 3 et les rouleaux 6 est nécessairement éloigné de ce cône. De ce fait, la hauteur du point de contact C entre les rouleaux 6 et le grand collet 3 est élevée, ce qui engendre un couple élevé entre les rouleaux 6 et le collet 3 et pénalise ainsi de manière significative la performance du roulement en termes de couple et de puissance dissipée. OBJET DE L'INVENTION [003] La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un roulement à rouleaux coniques dont le collet est dimensionné de manière à diminuer la puissance dissipée et le couple résistant. [4] Pour ce faire, il est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un assemblage pour un roulement à rouleaux coniques comprenant une bague intérieure définissant un axe géométrique de révolution et sur laquelle est formé un chemin de roulement intérieur tronconique convexe défini par une première génératrice, la bague comportant en outre un collet sur lequel est formée une surface de contact tronconique concave définie par une deuxième génératrice. L'assemblage comporte également des rouleaux coniques ayant chacun une face tronconique de roulement en contact avec le chemin de roulement, une petite face d'extrémité et une grande face d'extrémité en contact avec la face de contact tronconique concave. Cette face de contact tronconique s'étend radialement jusqu'à l'intersection avec le cône géométrique défini par la première génératrice. La face de contact est donc prolongée radialement vers l'intérieur, ce qui permet de rapprocher de l'axe de révolution le point de contact entre rouleaux et collet, et par conséquent de limiter la puissance dissipée et le couple résistant. [5] Dans le cadre de la présente demande, on entend par surface tronconique d'une part les troncs de cône au sens strict, c'est-à-dire les surfaces de révolution constituant un tronc d'un cône dont la génératrice est une droite et le centre de révolution un point de cette droite, et d'autre part, par approximation, des surfaces dont aucun point n'est distant de plus de 1mm d'une surface tronconique au sens strict donnée, et que l'on assimilera à ce tronc de cône. Du fait de cette définition, on inclura notamment dans la définition de surface tronconique des surfaces de révolution engendrées par une ligne de très faible courbure, dont le rayon de courbure est en tout point supérieur à 500 mm, et de préférence supérieur à 1000 mm. [6] Dans le cadre de la présente demande, une surface tronconique sera dite concave si la partie de la pièce présentant la face en question est toute entière située radialement à l'extérieur de la surface tronconique en question. Elle sera dite convexe si la partie de la pièce présentant la face en question est située tout entière radialement à l'intérieur de la surface tronconique. [7] Préférentiellement, l'assemblage pour roulement à rouleaux comporte une gorge située dans le prolongement radial de la face de contact, à l'intérieur du cône géométrique défini par la première droite génératrice et transversalement à l'intérieur du second cône géométrique défini par la seconde droite génératrice. Cette gorge relie le chemin de roulement intérieur tronconique à la face de contact tronconique concave et permet de rapprocher de l'axe de rotation du roulement la surface d'appui utile des rouleaux coniques sur le collet. [8] Selon un mode d'assemblage particulièrement avantageux, l'angle 5 formé par les deux droites génératrices est compris entre 85° et 95° et, chaque rouleau contacte la face de contact tronconique en au moins un point respectant l'inégalité i [9] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, 15 l'assemblage comprend une cage de tenue des rouleaux, ainsi qu'une bague extérieure définissant un axe géométrique de révolution et sur laquelle est formé un chemin de roulement extérieur tronconique concave. Avantageusement, l'axe géométrique de révolution de la bague extérieure est confondu avec l'axe géométrique de révolution de la bague intérieure, et les 20 rouleaux comportent chacun un profil de raccordement sur le bord extérieur de la grande face d'extrémité. Un tel assemblage pour roulement rouleaux coniques peut être installé notamment dans un dispositif de boite de vitesse, et réduire le couple et la puissance dissipée par les frottements de roulement. Naturellement, d'autres applications sont envisageables. 25 [0010] Enfin, l'invention a trait à un procédé de réalisation d'un tel assemblage pour roulement à rouleaux coniques. Le procédé consiste à réaliser par la technique de tournage dur au moins la génératrice du collet, puis la gorge dans le prolongement de la génératrice du collet. Lors du tournage dur, la quantité de chaleur transmise à la pièce usinée est bien moins 30 importante que lors d'une opération de rectification, et on évite les problèmes de brûlure de surface. Lorsque l'arête de coupe de l'outil de tournage dur commence à s'user, une couche blanche superficielle caractéristique apparaît lors de l'analyse micrographique d'une coupe de la pièce usinée. Cette couche blanche constitue une zone composée de martensite retrempée et écrouie qui s'explique par l'élévation de la température en surface et à la différence de température entre cette surface et les couches sous-jacentes. Le niveau de retrempe et d'écrouissage dépend principalement des paramètres du procédé et de l'usure de l'outil coupant, ce qui se traduit par une épaisseur plus ou moins importante de cette couche blanche caractéristique. En tout état de cause, il est préférable que la couche blanche ait une épaisseur inférieure à 15 pm dans la gorge et 10 pm au niveau du collet. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0011] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, dans lesquelles: - la figure 1 (déjà commentée) représente une vue en coupe d'un roulement à rouleaux coniques selon l'état de la technique, - la figure 2 représente une vue en coupe d'un assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon la présente invention, - la figure 3 représente un rouleau conique de l'assemblage de la figure 2, et - la figure 4 représente une coupe schématique comparant le dispositif de la figure 2 et celui de la figure 1. EXEMPLE DE RÉALISATION [0012] Sur la figure 2 est représentée une vue en coupe d'un assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon la présente invention. [0013] L'assemblage pour roulement à rouleaux coniques 10 comporte une bague intérieure 12 définissant un axe géométrique de révolution Al. Sur la bague intérieure 12 sont formés un grand collet 14 et un petit collet 16, ainsi qu'un chemin de roulement tronconique intérieur 18. Le chemin de roulement intérieur tronconique convexe 18 et le grand collet 14 sont dirigés respectivement selon une première droite génératrice G1 et une deuxième droite génératrice G2. [0014] L'assemblage comprend également une pluralité de rouleaux 20 comportant chacun une grande face d'extrémité 22, une petite face d'extrémité 24 et une surface de contact tronconique 26. [0015] Les faces de contact 22, 26 de chaque rouleau conique 20 sont à même d'entrer en contact avec la bague intérieure 12. La grande face d'extrémité 22 entre en contact avec la face de tronconique concave 15 du grand collet 14, et la surface de contact tronconique 26 avec le chemin de roulement intérieur 18. [0016] La face tronconique 15 se raccorde au chemin de roulement 18 par une gorge 28, située dans le prolongement radial de la face de tronconique 15 selon la droite génératrice G2 du grand collet 14. Elle s'étend également à l'intérieur du cône géométrique de révolution défini par la droite génératrice G1 du chemin de roulement intérieur 18, de telle sorte que la gorge 28 relie la face tronconique 26 et le grand collet 14 en laissant un espace sans matière. [0017] Dans l'exemple de réalisation, l'angle formé par les deux droites génératrices G1 et G2 étant compris entre 85 et 95°, et dans cet exemple sensiblement égal à 90°, la gorge 28 ainsi définie permet d'obtenir une hauteur moyenne du point de contact C entre le grand collet 16 et la grande face d'extrémité 22 de chaque rouleau conique 20 abaissée et de l'ordre de 0,8 millimètres. [0018] En conséquence, il existe au moins un point du rouleau conique qui rentre en contact avec le grand collet et respecte l'inégalité [0020] Sur cette bague extérieure 30 est formé un chemin de roulement 5 extérieur tronconique concave 32 en contact avec la face de contact tronconique 26 du rouleau conique 20. [0021] De plus, l'assemblage comporte une cage de retenue des rouleaux 34 assurant la cohérence et la bonne tenue de l'assemblage. En effet, cette cage 34, située entre la bague intérieure 12 et la bague extérieure 30, 10 emprisonne l'ensemble des rouleaux coniques 20 sans altérer le contact entre la face de contact tronconique 28 de chacun des rouleaux coniques 20 et les chemins de roulement intérieurs et extérieurs 18 et 32 des bagues intérieures et extérieures 12 et 30. [0022] Enfin, sur chaque rouleau conique 20 est formé un profil de 15 raccordement 36, consistant en une petite surface inclinée de faible dimension reliant les petites et grandes faces d'extrémité 22 et 24 aux faces de contact tronconiques 26 des rouleaux coniques 20, et ce, afin de supprimer l'arête vive susceptible de détériorer le contact du rouleau conique 20 avec les chemins de roulement 18 et 32 et les collets 14 et 16. 20 [0023] Le profil de la bague peut avantageusement être réalisé par tournage dur, en utilisant un outil de coupe de grande ténacité, sans étape de rectification des surfaces du collet et de la gorge. L'outil de coupe est une plaquette de tournage qui permet de former, de préférence en plusieurs passes, le collet et la gorge à l'intérieur de la bague intérieure. Pour former la gorge 28 25 dans le prolongement de la seconde génératrice G2, l'arête de coupe de la plaquette est dirigée vers l'intérieur du cône géométrique défini par l'axe géométrique de la bague intérieure. L'état de surface final se distingue par des stries ou sillons en hélice orientés dans un même sens vers l'axe de rotation, à la différence des stries croisées caractéristiques de la rectification. Il est par 30 ailleurs remarquable par la présence d'une couche blanche superficielle caractéristique visible à l'analyse micrographique d'une coupe de la pièce usinée, composée de martensite retrempée et écrouie d'une épaisseur inférieure à 15 pm dans la gorge et 10 pm au niveau du collet. [0024] Sur la figure 4 est représenté d'une part en traits pleins le profil de la bague selon l'invention et d'un rouleau correspondant, et d'autre part en traits interrompus fins le profil d'une bague et d'un rouleau de l'état de la technique. La bague selon l'invention se distingue par une face de contact tronconique 15 qui s'étend radialement jusqu'à l'intersection avec le cône géométrique défini par la première génératrice G1. La partie utile de la face de contact 15 est donc plus importante que dans l'état de la technique, ce qui permet de modifier le profil des rouleaux, et d'augmenter significativement le rayon de courbure du profil de raccordement 36 de manière à rapprocher le point de contact de l'axe de rotation de la bague et de la génératrice G1. [0025] En principe, le profil de raccordement 36 peut être limité à ce qui est strictement nécessaire pour supprimer l'arête vive entre la surface tronconique 26 et la grande face d'extrémité 22. Toutefois, du fait des procédés de fabrication des rouleaux, le rayon de courbure du profil de raccordement dépend de la taille du rouleau. En référence à la figure 3, on a déterminé empiriquement qu'un excellent compromis entre la recherche d'une minimisation du rayon de courbure et les contraintes de fabrication est obtenu lorsque le rayon de courbure R du diamètre de raccordement respecte l'inégalité suivante: R K.DW+xo où Dw est le grand diamètre du rouleau, et où Ro et K sont des constantes, avec Ro=0,09mm et K=0,03, R et Dw étant exprimés en mm, cette relation empirique étant valable au moins pour des valeurs de Dw comprises entre 10mm et 20mm, et par extension pour des valeurs comprises entre 7mm et 30mm. [0026] On a représenté en outre sur la figure 4, en tenant compte des tolérances dimensionnelles de fabrication, la plage de variation du point de contact C entre le rouleau et le collet 14 avec l'invention (points CMIN, CMOV et CMAX) et selon l'état de la technique (points C'MIN, C'MOV et C'MAX). Chacun de ces points correspond à une hauteur H du point de contact considéré. Sur le tableau ci-après ont été portées à titre indicatif des valeurs comparatives du rapport H/E (valeurs moyennes, minimales et maximales) obtenues expérimentalement, en fonction du procédé utilisé pour la réalisation de l'assemblage pour roulement à rouleaux coniques (décolletage ou tournage dur), E désignant la hauteur du point d'intersection des génératrices G1 et G2. E H H/E décolletage et moyen 46,59 1,44 0,0309 min 46,59 1,03 0,0221 rectification Max 46,59 1,83 0,0393 moyen 46,59 0,82 0,0176 tournage dur min 46,59 0,37 0,0079 Max 46,59 1,24 0,0266 [0027] On constate que la technique de tournage dur utilisée pour la réalisation de la gorge et de la position de la gorge au sein de la bague intérieure permet une diminution de la hauteur du point de contact C et du rapport H/E par rapport à la technique usuellement utilisée pour ce type d'usinage. Ainsi, l'abaissement du point de contact C présente l'avantage d'augmenter de manière conséquente les performances du roulement en termes de frottements. En pratique, un tel assemblage permet, dans les essais réalisés, une diminution d'un tiers de la puissance dissipée au niveau grand collet dans des conditions nominales de fonctionnement du roulement. De plus, la diminution de la hauteur du point de contact C permet un gain de matière. En effet, les nouvelles hauteurs du point C accessibles par l'assemblage permettent une diminution du diamètre extérieur du grand collet 14, dont la conséquence est une économie de matière de l'ordre de 12%. REVENDICATIONS 1. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques comportant: une bague intérieure (12) définissant un axe géométrique de révolution (Al) et sur laquelle est formé un chemin de roulement intérieur tronconique convexe (18) défini par une première génératrice (G1), la bague (12) comportant en outre un collet (14) sur lequel est formée une face de contact tronconique concave (15) définie par une deuxième génératrice (G2); et des rouleaux coniques (20) ayant chacun une surface tronconique (26) en contact avec le chemin de roulement (18), une petite face d'extrémité (24) et une grande face d'extrémité (22) en contact avec la face de contact tronconique concave (15); la face de contact tronconique (15) s'étendant radialement jusqu'à l'intersection avec le cône géométrique défini par la première génératrice (G1). 2. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une gorge (28) située dans le prolongement radial de la face de contact (15), à l'intérieur du cône géométrique défini par la première génératrice (G1) et reliant le chemin de roulement intérieur tronconique (18) à la face de contact tronconique concave (15). 3. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge (28) est située transversalement à l'intérieur d'un second cône géométrique défini par la seconde génératrice (G2). 4. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle 30 formé entre les deux génératrices (G1, G2) est compris entre 85° et 95°. 5. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque rouleau (20) contacte la face de contact tronconique (15) en au moins un point 35 respectant l'inégalité H 6. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rouleaux présentent chacun un profil de raccordement entre la surface tronconique (26) et la grande face d'extrémité (22), le profil de raccordement ayant un rayon de courbure R respectant l'inégalité suivante: R 7. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une cage de tenue (34) des rouleaux coniques (20) et une bague extérieure (30) définissant un axe géométrique de révolution (A2), sur laquelle est formé un chemin de roulement extérieur tronconique concave (32). 8. Assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rouleaux (20) comportent chacun un chanfrein (36) sur le bord extérieur de la grande face d'extrémité (22). 9. Procédé de réalisation d'un assemblage pour roulement à rouleaux coniques selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation du collet (14) et de la gorge (28) par une technique de tournage dur.