Brevet FR2944330A1 — publié le 20101015

L'invention concerne un rouleau pour un palier à roulement ainsi qu'un palier à roulement dans lequel sont montés de tels rouleaux. L'invention s'applique en particulier à des rouleaux pour un palier de train épicycloïdal, notamment un roulement satellite de réducteur épicycloïdal pour boîte de transmission d'hélicoptère. Dans cette application, il est connu d'utiliser des rouleaux pleins, notamment de géométrie sphérique en tonneau. Chaque rouleau présente une surface extérieure de révolution autour d'un axe de symétrie et une face latérale disposée de chaque côté de ladite surface extérieure. Ces rouleaux sont destinés à être montés dans le palier en étant disposés dans une cage de rétention de sorte à pouvoir tourner dans ledit palier autour de leur axe de symétrie en étant en appui sur leur surface extérieure. Pour ce faire, les faces latérales des rouleaux peuvent présenter un renfoncement dans lequel une saillie axiale de la cage est engagée de sorte à maintenir en rotation chacun desdits rouleaux autour de leur axe de symétrie. Toutefois, les roulements satellites selon l'art antérieur présentent un poids important, qui est d'autant plus critique pour une application aéronautique dans laquelle de cinq à dix roulements sont classiquement embarqués dans un réducteur épicycloïdal équipant une boîte de transmission. L'invention a pour but de perfectionner l'art antérieur en proposant notamment des rouleaux pour palier à roulement qui présentent une masse réduite tout en répondant aux exigences fonctionnelles du palier, notamment relativement à la fatigue structurale desdits rouleaux sous l'effet des cycles de charges qu'ils subissent dans le temps. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un rouleau pour palier à roulement, ledit rouleau présentant une surface extérieure de révolution autour d'un axe de symétrie et une face latérale disposée de chaque côté de 2 ladite surface extérieure, ledit rouleau étant destiné à tourner dans ledit palier autour de son axe de symétrie en étant en appui sur sa surface extérieure, ledit rouleau présentant deux évidements qui sont réalisés respectivement sur une face latérale en s'étendant suivant l'axe de symétrie, lesdits évidements présentant un diamètre d'ouverture di mesuré sur la face latérale et étant séparés axialement par un pont de matière de longueur e, ledit diamètre d'ouverture et ladite longueur du pont de matière remplissant la condition géométrique suivante : 0,1 e 1. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un palier à roulement comprenant un organe intérieur et un organe extérieur entre lesquels sont montés de tels rouleaux, lesdits rouleaux étant disposés dans une cage de rétention de sorte à pouvoir tourner autour de leur axe de symétrie en étant en appui sur lesdits organes par l'intermédiaire de leur surface extérieure. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes dans lesquelles : la figure 1 montre en perspective écorchée un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention ; les figures 2 montrent un rouleau selon un mode de réalisation de l'invention, respectivement en coupe longitudinale (figures 2a et 2c) et en vue de dessus montrant l'ellipse de contact (figure 2b). En relation avec la figure 1, on décrit ci-dessous un mode de réalisation d'un palier à roulement sous la forme d'un roulement satellite de réducteur épicycloïdal pour une boîte de transmission d'hélicoptère. Le train épicycloïdal est un principe mécanique efficace pour transmettre de la puissance et réduire la vitesse dans un encombrement réduit. Toutefois, la masse des roulements de cet ensemble mécanique est importante (roulements en nombre important : en général entre cinq et dix). 3 Le roulement comprend une bague intérieure 1 et une bague extérieure 2. Pour cette application, la surface extérieure de la bague extérieure 2 est pourvue d'un moyen d'engrenage formé de dentures axiales 3. En variante non représentée, un palier à roulement selon l'invention peut trouver son application dans un autre domaine dans lequel notamment un gain de poids dudit palier est souhaitable. Les bagues 1, 2 comprennent chacune une piste de roulement entre lesquelles est disposée une rangée de rouleaux 4 de sorte à permettre la rotation relative desdites bagues. En relation avec les figures 2, on décrit ci-dessous un mode de réalisation des rouleaux 4 qui présentent chacun une surface extérieure 5 de révolution autour d'un axe de symétrie A et une face latérale 6 disposée de chaque côté de ladite surface extérieure. Compte tenu de la puissance à transmettre et du rapport de réduction important, les rouleaux 4 peuvent être réalisés en matériau métallique, notamment en acier à roulement de type 1000r6. Dans le palier, les rouleaux 4 sont destinés à tourner autour de leur axe de symétrie A lors de la rotation dudit palier, lesdits rouleaux étant en appui sur les pistes de roulement par l'intermédiaire de leur surface extérieure 5. Par ailleurs, lors de la rotation, les faces latérales 6 sont guidées le long d'un épaulement ou de la cage de rétention 7 de sorte à maintenir les rouleaux 4 dans le palier. Dans la réalisation représentée, la surface extérieure 5 présente une géométrie sphérique en tonneau de rayon R (couramment appelé rouleau tonneau) dans laquelle le diamètre d des faces latérales 6 est inférieur au diamètre central D de ladite surface extérieure. En outre, les faces latérales 6 s'étendent respectivement dans un plan transversal par rapport à l'axe de symétrie A, les diamètres d étant mesurés dans les plans transversaux et lesdits plans étant espacés d'une longueur L correspondant à celle du rouleau 4. En variante non représentée, le rouleau 4 peut présenter une géométrie cylindrique ou conique. 4 Pour obtenir un gain de poids dans le palier, l'invention propose un allégement des rouleaux 4 qu'il intègre. Pour ce faire, les rouleaux 4 présentent deux évidements 8 qui sont réalisés, notamment par perçage, tournage ou fraisage, respectivement sur une face latérale 6 en s'étendant suivant l'axe de symétrie A. Les évidements 8 présentent un diamètre d'ouverture dl mesuré sur la face latérale 6 et sont séparés axialement par un pont de matière 9 de longueur e. Toutefois, les rouleaux 4 sont soumis à une fatigue structurale sous l'effet des cycles de charges qu'ils subissent dans le temps. Afin de satisfaire aux exigences fonctionnelles du palier, notamment relativement à cette fatigue, tout en diminuant le poids, l'invention propose de réduire la quantité de matière des rouleaux 4 dans les zones les moins sollicitées mécaniquement et de la conserver ailleurs. Pour ce faire, selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, le diamètre d'ouverture d1 et la longueur e du pont de matière 9 peuvent remplir la condition géométrique suivante : 0,1≤-e _ 1mm , de sorte à maintenir une longueur de guidage suffisante du rouleau 4 dans le palier. 30 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, chaque évidement 8 présente une géométrie tronconique convergente en présentant un diamètre de fond d2 sur la zone de jonction avec le pont de diamètre 9, ledit diamètre de20 fond étant inférieur au diamètre d'ouverture di. Ainsi, un maximum de matière peut être maintenu dans la zone centrale du rouleau 4 qui est la plus sollicitée par le contact entre la surface extérieure 5 et les pistes de roulement. 5 En effet, le diamètre maximal D de la surface extérieure 5 est disposé au centre de ladite surface, autour du pont de matière 9. Ainsi, la zone de contact (dite de Hertz) entre un rouleau 4 et les pistes de roulement est positionnée au droit du centre du rouleau 4, c'est-à-dire au droit du pont de matière 9, la profondeur des contraintes de Hertz étant directement liée au niveau de pression de contact entre le rouleau 4 et les pistes. Dans le mode de réalisation représenté, la zone de contact présente une forme d'ellipse 10 (figure 2b) qui présente une grande longueur Le. Pour optimiser la résistance mécanique des rouleaux 4, chaque évidement 8 peut présenter un diamètre de mesuré au quart de la grande longueur Le de l'ellipse de contact 10 qui est tel que de Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la zone de jonction entre les évidements 8 et le pont de matière 9 présente un rayon de raccordement r, ledit rayon de raccordement r étant notamment supérieur à 0,1 mm. Ainsi, sur la zone la plus sollicitée des rouleaux 4, on élimine tout risque de surcontrainte locale due à des angles vifs ou des raccordements de surfaces non maitrisées. En particulier, les évidements 8 s'étendent sur une profondeur P définie entre les diamètres di et d2, le rayon de raccordement r étant formé depuis ledit diamètre de fond d2. Pour permettre la rétention des rouleaux 4 dans l'espace de roulement lors de la rotation du palier, lesdits rouleaux sont disposés dans une cage de rétention 6 7 de sorte à pouvoir tourner autour de leur axe de symétrie A en étant en appui sur les organes 1, 2 par l'intermédiaire de leur surface extérieure 5. Selon une réalisation, la cage 7 est formée d'une seule pièce, notamment par usinage d'un matériau métallique, pour comprendre une première couronne et, décalée axialement, une deuxième couronne, lesdites couronnes présentant un même diamètre. La cage comprend en outre une pluralité de traverses axiales qui s'étendent entre lesdites couronnes de sorte à former entre deux traverses adjacentes et les couronnes un logement de rétention d'un rouleau 4. En particulier, la géométrie interne du logement est formée pour épouser la périphérie du rouleau 4 en permettant sa rotation autour de son axe de symétrie A. En outre, chaque face latérale d'un rouleau 4 est disposée en regard de respectivement une face latérale d'un logement, un moyen d'accrochage dudit rouleau étant formé sur chaque face latérale dudit logement. Selon une réalisation, le moyen d'accrochage comprend une saillie axiale engagée dans un évidement 8 du rouleau 4 de sorte à maintenir en rotation ledit rouleau dans ledit logement. On donne ci-dessous un exemple numérique pour les dimensions géométriques caractéristiques d'un rouleau 4 selon l'invention : L = 30 mm D= 20 mm R = 50 mm d = 16 mm di=10mm r = 3 mm e = 6 mm de=7mm Sur ce rouleau 4, l'allègement selon l'invention permet de gagner environ 10g sur 70g ce qui est conséquent et très intéressant pour l'application considérée. REVENDICATIONS1. Rouleau (4) pour palier à roulement, ledit rouleau présentant une surface extérieure (5) de révolution autour d'un axe de symétrie (A) et une face latérale (6) disposée de chaque côté de ladite surface extérieure, ledit rouleau étant destiné à tourner dans ledit palier autour de son axe de symétrie (A) en étant en appui sur sa surface extérieure (5), ledit rouleau étant caractérisé en ce qu'il présente deux évidements (8) qui sont réalisés respectivement sur une face latérale (6) en s'étendant suivant l'axe de symétrie (A), lesdits évidements présentant un diamètre d'ouverture (di) mesuré sur la face latérale (6) et étant séparés axialement par un pont de matière (9) de longueur (e), ledit diamètre d'ouverture et ladite longueur du pont de matière (9) remplissant la condition géométrique suivante : 0,1 ù≤1. 2. Rouleau pour palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces latérales (6) présentent un diamètre (d) mesuré dans un plan transversal, le diamètre d'ouverture (di) étant tel que d ù d, >ù1mm. 20 3. Rouleau pour palier à roulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque évidement (8) présente une géométrie tronconique convergente en présentant un diamètre de fond (d2) sur la zone de jonction avec le pont de diamètre (9), ledit diamètre de fond étant inférieur au diamètre d'ouverture (dl). 25 4. Rouleau pour palier à roulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface extérieure (5) présente un diamètre maximal (D) et est destinée à présenter une ellipse de contact (10) dans le palier, chaque évidement (8) présentant un diamètre (de) mesuré au quart de la grande longueur (Le) de 30 ladite ellipse, ledit diamètre étant tel que de 5. Rouleau pour palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone de jonction entre les évidements (8) et le pont de matière (9) présente un rayon de raccordement (r). 6. Rouleau pour palier à roulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rayon de raccordement (r) est supérieur à 0,1 mm. 7. Rouleau pour palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface extérieure (5) présente une géométrie sphérique en tonneau dans laquelle le diamètre (d) des faces latérales (6) est inférieur au diamètre central (D) de ladite surface extérieure, ledit diamètre central étant formé autour du pont de matière (9). 8. Palier à roulement comprenant un organe intérieur (1) et un organe extérieur (2) entre lesquels sont montés des rouleaux (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lesdits rouleaux étant disposés dans une cage de rétention (7) de sorte à pouvoir tourner autour de leur axe de symétrie (A) en étant en appui sur lesdits organes par l'intermédiaire de leur surface extérieure (5). 9. Palier à roulement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cage de rétention (7) comprend deux couronnes et une pluralité de traverses axiales s'étendant entre lesdites couronnes de sorte à former entre deux traverses adjacentes et les couronnes un logement de rétention d'un rouleau (4), chaque face latérale (6) dudit rouleau étant disposée en regard de respectivement une face latérale du logement, un moyen d'accrochage dudit rouleau étant formé sur chaque face latérale dudit logement, ledit moyen d'accrochage comprenant une saillie axiale engagée dans un évidement (8) dudit rouleau de sorte à maintenir en rotation ledit rouleau dans ledit logement. 10. Palier à roulement selon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'organe extérieur (2) est pourvue d'un moyen d'engrenage (3) pour son utilisation dans un train épicycloïdal.