Brevet FR2947316A1 — publié le 20101231

ROULEMENT À ROTULE, ET CAGE MASSIVE ASSOCIÉE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte au domaine des roulements à rouleaux, plus précisément à rotule sur rouleaux. [0002] Les roulements à rotule comportent, de façon connue, une bague intérieure, une bague extérieure et une cage séparant les corps roulants qui sont ici des rouleaux en tonneau, présentant une surface extérieure de révolution 10 autour d'un axe de symétrie dont une génératrice est constituée par une courbe, par exemple en arc de cercle. Par définition, la bague extérieure de ce type de roulement comporte un chemin de roulement sphérique qui autorise un débattement angulaire de l'axe de la bague intérieure par rapport à l'axe de la bague extérieure. Cette conception permet à ce type de roulement de supporter 15 des charges radiales très élevées, ainsi que des défauts d'alignement importants. [0003] L'ensemble de ces avantages est particulièrement intéressant pour des applications en mécanique lourde telles que notamment des roulements pour laminoirs, gros ventilateurs industriels, machines de carrière ou encore pour les axes primaires des éoliennes. 20 [0004] Pour certaines de ces applications, les roulements à rotule et de ce fait les cages associées doivent supporter des charges à la fois axiales et radiales, très importantes. Pour les cas où une charge axiale importante est appliquée à un tel roulement, dans une éolienne par exemple, le roulement comportent une cage massive monobloc. On entend par là usinée à partir d'une ébauche métallique 25 massive, par opposition à un anneau qui pourrait être réalisé en une tôle emboutie par exemple et constituée d'un seul tenant par opposition à des réalisations où la cage comprend deux parties. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0005] Dans le document JP2006071031 est décrit un roulement à rotule à deux rangées de rouleaux pour arbre d'éolienne, pourvu d'une cage massive monobloc comprenant un unique anneau équatorial, réalisé d'un seul tenant avec des entretoises en saillie parallèlement à l'axe de révolution de la cage, s'étendant de part et d'autre de l'anneau pour constituer deux rangées d'alvéoles pour loger les rouleaux. La bague intérieure du roulement est pourvue de deux chemins de roulements séparés par un collet annulaire médian qui est situé en regard de l'anneau de la cage. Le collet annulaire médian a pour fonction principale d'assurer le guidage des rouleaux des deux rangées. Il constitue également une portée cylindrique de guidage de la cage. Lorsqu'un roulement de ce type est sollicité axialement, les efforts axiaux sont supportés par une seule des deux rangées de rouleaux, l'autre étant très peu sollicitée. Cependant la cage contraint les deux rangées de rouleaux à tourner à la même vitesse, ce qui induit un glissement entre les rouleaux et le chemin de roulement de la rangée la moins chargée et un risque de formation de défauts sur les rouleaux et/ou sur les pistes de la bague intérieure. Par ailleurs, le collet annulaire limite, pour une dimension axiale donnée de la bague intérieure, l'espace disponible pour les rouleaux, de sorte que le roulement présente une capacité limitée, tant axialement que radialement. Enfin, le frottement de guidage entre l'anneau de la cage, la face des rouleaux et le collet induit un couple et un échauffement non négligeables susceptibles de réduire la durée de vie et limiter la plage de vitesses admissibles du roulement. [0006] On connaît par ailleurs des roulements à rotule à deux rangées de rouleaux comprenant une cage massive en deux parties, formée de deux anneaux contigus à partir de chacun desquels s'étendent des entretoises logeant les rouleaux. Ces cages sont centrées sur un collet central lié à la bague intérieure du roulement. Le collet central limite l'espace intérieur disponible pour les corps roulants et par voie de conséquence la capacité du roulement en charge radiale. [0007] Le document JP 2001208076 divulgue un roulement à rotule et à deux rangées de rouleaux dans lequel l'anneau de la cage est massif, en deux parties et où la cage est centrée sur la bague extérieure du roulement. Par ailleurs chaque demi anneau présente une importante surface de contact avec l'autre demi anneau, ce qui crée des problèmes de frottement entre eux sous certaines charges, en cas de glissement relatif d'un demi anneau par rapport à l'autre. En outre, la cage étant en contact avec la bague extérieure du roulement, l'espace laissé libre pour le graissage du roulement, entre la bague extérieure et la cage, est très réduit, voire inexistant. De ce fait, le graissage peut poser problème au passage du lubrifiant si celui-ci est assuré par des trous positionnés sur la bague extérieure et débouchant sur les pistes de roulement. EXPOSE DE L'INVENTION [0008] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et notamment à proposer une architecture de roulement qui optimise la capacité du 15 roulement en charge radiale et axiale. [0009] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un roulement à rotule du type général comportant au moins une bague intérieure comportant deux chemins de roulement intérieurs, 20 - au moins une bague extérieure comportant un chemin de roulement sphérique, une cage formée de deux demi cages, radialement disposée entre la bague intérieure et la bague extérieure, chacune des deux demi-cages présentant un anneau massif et une pluralité d'entretoises 25 qui s'étendent axialement à partir dudit anneau à l'opposé de l'autre demi-cage et sont circonférentiellement espacées les unes des autres de façon à délimiter une rangée d'alvéoles, deux rangées de corps roulants, chaque rangée de corps roulants correspondant à une des deux demi-cages et à un des deux chemins de roulement de la bague intérieure, chaque rangée de corps roulants étant composée de corps roulants disposés dans les alvéoles de la demi-cage correspondante, et roulant sur le chemin de roulement correspondant de la bague intérieure et sur le chemin de roulement sphérique de la bague extérieure, les dimensions des alvéoles étant telles que les corps roulants ne peuvent s'échapper radialement des alvéoles. 10 [0010] Selon l'invention, la bague intérieure est dépourvue de collet interne formant butée axiale entre les deux rangées de corps roulants, chacun des anneaux présentant un grand diamètre tel que la cage n'est jamais en contact avec la bague extérieure et un petit diamètre tel que la cage n'est jamais en contact avec la bague intérieure. 15 [0011] Une telle disposition permet de rendre indépendant l'une de l'autre les deux demi-cages dans leur mouvement de rotation, tout en préservant un espace maximal à l'intérieur du roulement pour les corps roulants et en éliminant les frottements entre la cage et les bagues, et entre la cage, les corps roulant et le collet éliminé. 20 [0012] Préférentiellement, chacun des anneaux présente une hauteur H inférieure à la moitié de la plus grande distance D mesurée entre deux entretoises consécutives. On entend ici par hauteur la différence entre le plus grand diamètre (ou diamètre extérieur) et le plus petit diamètre (ou diamètre intérieur) de l'anneau, divisée par deux. 25 [0013] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les corps roulants sont des rouleaux qui présentent une forme de tonneau. Cette forme autorise une répartition optimale des efforts dans le roulement. Selon une variante asymétrique, l'une des rangées de corps roulants peut être constituée par des billes. [0014] Avantageusement, la bague intérieure du roulement comprend au moins un collet d'extrémité, qui a pour finalité de retenir axialement les corps roulants. Par axialement on doit comprendre ici selon l'axe de rotation du roulement. Préférentiellement, les deux extrémités axiales de la bague intérieure sont pourvues de tels collets formant butées axiales pour chacune des rangées de corps roulants. [0015] Par ailleurs, chacun des anneaux présente une convexité tournée vers l'autre anneau au niveau de sa surface disposée en vis-à-vis de l'autre anneau. Cette forme permet de limiter les surfaces en contact entre les deux anneaux, 10 c'est à dire les surfaces de frottement, ce qui diminue le couple de rotation et donc l'échauffement du roulement. [0016] Au moins un orifice de graissage est préférentiellement prévu dans la bague extérieure du roulement, débouchant à l'intérieure d'une gorge formée entre les anneaux des deux demi-cages. L'orifice de graissage, orienté radialement et 15 disposé axialement au niveau de la zone de jonction des deux anneaux formant la cage permet la lubrification du roulement, la gorge assurant une bonne circulation du lubrifiant utilisé. [0017] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise en outre une cage massive pour un roulement à rotule, formée d'une première et d'une deuxième 20 demi cages annulaires, présentant chacune un anneau massif et une pluralité d'entretoises qui s'étendent axialement à partir dudit anneau vers l'extérieur de la cage, les entretoises de la première demi cage étant circonférentiellement espacées les unes des autres de façon à délimiter une première rangée d'alvéoles pour loger une première rangée de corps roulants du roulement, les entretoises de 25 la deuxième demi cage étant circonférentiellement espacées les unes des autres de façon à délimiter une deuxième rangée d'alvéoles pour loger une deuxième rangée de corps roulants du roulement. La hauteur H de chacun des anneaux est inférieure à la plus grande demi distance D/2 mesurée entre deux entretoises consécutives. [0018] Les entretoises des première et deuxième demi cages présentent des surfaces partiellement enveloppantes pour les corps roulants. De préférence, les surfaces enveloppantes de chaque alvéole sont situées sur une surface de révolution fuselée et sont destinées à loger des rouleaux. De telles entretoises permettent une bonne reprise des efforts à la fois radiaux et axiaux, ainsi qu'une bonne répartition de l'ensemble des efforts. Simultanément le frottement entre les deux demi cages est réduit, d'où une limitation de l'échauffement induit à l'intérieur de la cage massive. [0019] Selon un mode de réalisation de l'invention, chacun desdits anneaux 10 présente au moins un chanfrein sur sa surface disposée en vis-à-vis de l'autre anneau. Cet arrangement présente l'avantage d'être facile à usiner, tout en autorisant une surface de contact minimale entre les demi-cages. [0020] Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention chacun desdits anneaux présente une convexité tournée vers l'autre anneau au niveau de 15 sa surface disposée en vis-à-vis de l'autre anneau. Là encore les surfaces de contact entre les demi anneaux sont réduites d'où un frottement réduit. [0021] Chacun des anneaux de la cage, ainsi que les entretoises, est constitué d'un matériau plein, de préférence métallique, par exemple en un laiton. Le laiton permet un montage en force des corps roulants dans les alvéoles sans problème 20 particulier grâce à la capacité de déformation plastique à la fois de l'anneau et des entretoises. Par ailleurs le laiton assure une meilleure résistance aux chocs et une plus grande rigidité intrinsèque de chacun des anneaux. En outre, les surfaces en vis-à-vis de chaque anneau de la cage présentent au moins un chanfrein, ou une convexité tournée vers l'autre anneau. 25 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0022] D'autres caractéristiques, détails 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 de coupe d'un roulement selon un premier mode de réalisation de l'invention la figure 2 est une vue en perspective d'une demi-cage selon l'invention; la figure 3 est une vue partielle en perspective d'une demi-cage selon 5 l'invention ; les figures 4A, 4B, 4C sont des coupes partielles transversales de la zone entre les deux demi anneaux d'une cage selon l'invention. [0023] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par 10 des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0024] La figure 1 est une coupe longitudinale et partielle d'un roulement selon un mode de réalisation de l'invention. [0025] On y voit une bague intérieure BI destinée à être montée sur un arbre 15 tournant non représenté ; une bague extérieure BE liée à un élément fixe et qui comporte un chemin de roulement sphérique pour des corps roulants 10, 10' qui sont séparés entre eux par une cage dont seule une entretoise 4 est visible sur cette coupe. La bague intérieure présente ici deux chemins de roulement axialement juxtaposés qui seront définis en détail plus loin. Un certain 20 débattement angulaire est ainsi autorisé entre la bague intérieure et la bague extérieure. [0026] Cet arrangement permet de loger deux rangées de corps roulants 10, 10'. Les corps roulants présentent ici une forme de tonneau. Ce type de roulement est couramment appelé � à rotule sur rouleaux �. 25 [0027] La cage selon l'invention qui est préférentiellement prévue pour ce type de roulement, est décrite en relation avec les figures 2 à 4. [0028] La cage est qualifiée de massive car réalisée dans la masse d'un matériau synthétique ou, de préférence, un métal ou alliage métallique. Préférentiellement on choisira un alliage cuivreux tel qu'un laiton qui résiste bien aux chocs et présente une grande rigidité grâce à sa capacité de déformation plastique. En outre les propriétés d'auto-lubrification du laiton réduisent les frottements entre les demi anneaux, notamment à grande vitesse. [0029] Plus précisément la cage selon l'invention est formée d'une première 1 et d'une deuxième demi-cages annulaires présentant chacune un anneau massif 3, et une pluralité d'entretoises 4 qui s'étendent axialement à partir de l'anneau 3, vers l'extérieur de la cage. Chaque demi-cage présente une forme identique à l'autre demi-cage, et les deux demi-cages 1 sont mutuellement positionnées dans le roulement de telle sorte que les anneaux 3 sont axialement juxtaposés, avec des surfaces spécifiques en vis-à-vis. [0030] Les entretoises 4 de chaque demi-cage présentent une forme enveloppante pour les rouleaux associés ; elles sont angulairement équi distantes. Les figures 2 et 3 notamment montrent l'aspect enveloppant des entretoises 4. Autrement dit, les entretoises 4 sont circonférentiellement espacées de façon à délimiter une première et une deuxième rangée d'alvéoles ou logements pour les rouleaux 10, 10'. Avantageusement, les alvéoles de chacune des rangées sont mutuellement et circonférentiellement décalées. Les entretoises 4 permettent donc un maintien circonférentiel des rouleaux ainsi qu'un guidage parfait. Une excellente répartition des efforts est en outre obtenue. [0031] Les rouleaux 10 sont préférentiellement maintenus selon leur propre axe de rotation, dans chaque demi-cage, par une portion 32 de l'anneau 3 formant butée, comme visible sur la figure 3. [0032] Une deuxième butée axiale 12 peut être prévue pour chaque rouleau 10, comme visible sur la figure 1 ; la deuxième butée axiale 12 fait partie de la bague intérieure BI du roulement et elle est située en périphérie de la bague. [0033] Les rouleaux 10 sont montés à force dans chacune de leurs alvéoles. Une légère déformation plastique des entretoises 4 permet de les mettre en place et de les maintenir dans les alvéoles. [0034] Conformément à l'invention, chacun des anneaux 3, 3' présente une surface � interne � c'est à dire en regard de l'autre demi anneau de telle sorte qu'en fonctionnement au moins une ligne ou surface circulaire de contact soit prévue entre les deux anneaux 3,3'. Les figures 4A, 4B, 4C illustrent trois modes de réalisation c'est à dire trois profils différents des anneaux au niveau de leur zone de contact. A l'arrêt, un jeu fonctionnel est préférentiellement réalisé entre les anneaux 3, 3'. En fonctionnement, en présence de charge axiale, un contact au minimum linéaire est réalisé entre les anneaux 3, 3'. Les efforts développés au niveau du contact varient également en fonction des dilatations thermiques du 10 matériau constitutif de la cage. [0035] La figure 4A montre un chanfrein 30, 30' sur chaque anneau 3, 3' ; le chanfrein 30, 30' est formé à proximité de la bague extérieure BE du roulement dans lequel est monté l'anneau avec les rouleaux associés. [0036] La figure 4B illustre deux chanfreins 30, 30' et 31, 31' sur chaque anneau 15 3, 3', mutuellement disposés de façon à créer un contact minimal entre les anneaux. Ce contact minimal créera en fonctionnement des frottements réduits entre les anneaux, ce qui contribuera à diminuer le couple et l'échauffement entre ces pièces. [0037] La figure 4C divulgue pour chacune des surfaces des anneaux en vis à 20 vis, des profils bombés, incurvés avec une convexité tournée vers l'autre surface. [0038] Dans tous les cas, les chanfreins ou profils respectifs des anneaux 3, 3' permettent de créer une gorge circonférentielle 35 à proximité de la bague extérieure BI du roulement, quand les différentes pièces constitutives sont en place pour former le roulement. 25 [0039] Avantageusement, au moins un orifice 20 est prévu dans la bague extérieure du roulement, orienté radialement et débouchant à proximité de la gorge 35. Le ou les orifices 20 permettent d'introduire de la graisse (ou tout autre corps lubrifiant) à l'intérieur du roulement, de façon périodique et à des fins d'entretien. [0040] Comme visible sur la figure 1 notamment, les chemins de roulement définis au niveau de la bague intérieure BI du roulement comprennent deux portions annulaires concaves axialement juxtaposées, dont la concavité est orientée vers l'extérieur du roulement. [0041] Contrairement aux dispositions connues, aucun collet n'est prévu entre les deux chemins de roulement de la bague intérieure. Ceci permet de disposer d'un espace interne plus important et notamment d'une longueur de rouleau plus grande. Une économie de matière est aussi réalisée. Une simplification de la forme de la bague intérieure induit en outre une réduction de son coût de 10 fabrication. [0042] En plus des avantages d'ordre économique énoncés ci-avant, la cage visée par l'invention présente des propriétés techniques innovantes qui conduisent finalement à une durée de vie supérieure aux cages connues. A la fois la cage et le roulement dans lequel elle est montée sont améliorés. 15 REVENDICATIONS1. Roulement à rotule comportant : au moins une bague intérieure (BI) comportant deux chemins de roulement intérieurs, au moins une bague extérieure (BE) comportant un chemin de roulement sphérique, une cage formée de deux demi-cages massives et monobloc, radialement disposée entre la bague intérieure (BI) et la bague extérieure (BE), chacune des deux demi-cages présentant un anneau (3) et une pluralité d'entretoises (4) qui s'étendent axialement à partir dudit anneau à l'opposé de l'autre demi-cage et sont circonférentiellement espacées les unes des autres de façon à délimiter une rangée d'alvéoles, deux rangées de corps roulants, chaque rangée de corps roulants correspondant à une des deux demi-cages et à un des deux chemins de roulement de la bague intérieure, chaque rangée de corps roulants étant composée de corps roulants (10, 10') disposés dans les alvéoles de la demi-cage correspondante, et roulant sur le chemin de roulement correspondant de la bague intérieure et sur le chemin de roulement sphérique de la bague extérieure, les dimensions des alvéoles étant telles que les corps roulants ne peuvent s'échapper radialement des alvéoles, caractérisé en ce que la bague intérieure est dépourvue de collet interne 25 formant butée axiale entre les deux rangées de corps roulants et en ce que chacun des anneaux présente un grand diamètre tel que la cage n'est jamais en contact avec la bague extérieure et un petit diamètre tel que la cage n'est jamais en contact avec la bague intérieure. 10 15 20Roulement à rotule selon la revendication 1 caractérisé en ce chaque corps roulant est un rouleau (10, 10') présentant une forme de tonneau. 3. Roulement à rotule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que chacun des anneaux présente une hauteur H inférieure à la moitié de la plus grande distance D mesurée entre deux entretoises consécutives. 4. Roulement à rotule selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la bague intérieure comprend au moins un premier collet d'extrémité (12) formant butée axiale pour l'une des rangées de 10 rouleaux. 5. Roulement à rotule selon la revendication précédente caractérisé en ce que la bague intérieure comprend une deuxième collet d'extrémité (12) formant butée axiale l'autre rangée de rouleaux. 6. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes 15 caractérisé en ce que chaque anneau de la cage présente au moins un chanfrein situé en regard de l'autre anneau, ou une convexité tournée vers l'autre anneau. 7 Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un orifice de graissage 20 (20) prévu dans la bague extérieure du roulement, débouchant à l'intérieure d'une gorge formée entre les anneaux des deux demi-cages. Cage massive pour un roulement à rotule, formée une première (1) et une deuxième (2) demi-cages annulaires massives monobloc, présentant chacune un anneau (3) en vis-à-vis de l'autre demi-cage et une pluralité 25 d'entretoises (4) qui s'étendent axialement à partir dudit anneau à l'opposé de l'autre demi-cage et sont circonférentiellement espacées les unes des autres de façon à délimiter une rangée d'alvéoles pour loger une rangée de corps roulants (10) du roulement, caractérisée en ce que la hauteur H dechacun des anneaux (3) est inférieure à la plus grande demi distance D/2 mesurée entre deux entretoises consécutives. 9. Cage selon la revendication 7 caractérisée en ce que chacun desdits anneaux (3) présente au moins un chanfrein (31, 31') sur sa surface disposée en vis-à-vis de l'autre anneau. 10. Cage selon la revendication 8 caractérisée en ce que deux desdits chanfreins appartenant à chacune des demi-cages sont orientés de façon à former une gorge annulaire (35) évasée vers l'extérieur de la cage lorsque les deux anneaux sont disposés en vis-à-vis. 11. Cage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisée en ce que chacun desdits anneaux (3) présente une convexité tournée vers l'autre anneau au niveau de sa surface disposée en vis-à-vis de l'autre anneau. 12. Cage selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisée en ce que chacun desdits anneaux est constituée d'un matériau plein. 13. Cage selon l'une quelconque des revendications 7 à 11 caractérisée en ce qu'elle est constituée en métal, notamment en laiton.