Brevet FR2979679A1 — publié le 20130308

Cage séparatrice pour un palier à roulement La présente invention concerne une cage séparatrice pour un palier à roulement destiné à être utilisé dans une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une turbomachine comporte des turbines haute pression et basse pression dont les arbres sont coaxiaux et entraînent en rotation, respectivement un compresseur haute pression et un compresseur basse pression. Des paliers à roulement sont montés entre ces arbres pour leur guidage en rotation. Chaque palier comprend une bague interne et une bague externe entre lesquelles est logée une cage séparatrice en acier ou en matériau plastique, tel que du polyétheréthercétone (ou PEEK), comportant deux rails latéraux annulaires reliés par des pontets et délimitant entre eux des espaces de logement et de maintien d'organes roulants, tels par exemple que des rouleaux. Les parois radialement externe et interne des pontets sont au niveau des parois radialement interne et externe respectivement des rails annulaires. Des languettes déformables s'étendant depuis les parois radialement externes des pontets sont rabattues en regard des organes roulants de façon à les maintenir dans les espaces entre les pontets. Un palier de ce type est décrit dans la demande de brevet FR 10/60384, au nom de la Demanderesse. La cage séparatrice a pour fonction de séparer et de positionner régulièrement les organes roulants et est réalisée de façon monobloc. Les espaces entre les pontets sont formés par perçage ou par brochage. On veille en général à ce que la raideur de la cage d'un tel palier soit suffisamment élevée pour que son premier mode propre de déformée (le plus souvent en ovalisation) ne soit jamais excité en fonctionnement. Lorsqu'il s'agit d'un roulement à rouleaux, la bague interne comporte des épaulements latéraux définissant des butées pour les extrémités des rouleaux. Ces épaulements permettent d'assurer un bon guidage des rouleaux, en évitant leur louvoiement, qui est un mouvement d'oscillation du rouleau perpendiculairement à son axe. Ces épaulements doivent présenter une hauteur suffisante afin d'assurer un guidage efficace des rouleaux. Un jeu de fonctionnement est en outre ménagé entre les rouleaux et les bagues interne et externe, afin de permettre le montage des rouleaux entre ces bagues et d'éviter tout coincement des rouleaux en fonctionnement. Pour des raisons de dimensionnement du palier, il peut être nécessaire d'augmenter le diamètre des épaulements de la bague interne tout en conservant le diamètre de la bague externe. Cependant, il est également impératif de ne pas dégrader la fréquence propre ainsi que la résistance mécanique de la cage. De même, un jeu suffisant doit être maintenu entre les rouleaux et les bagues interne et externe. La structure des cages de l'art antérieur ne permet pas de répondre à l'ensemble de ces contraintes. En effet, une augmentation du diamètre des épaulements de la bague interne entraîne une réduction des sections des rails, ce qui a notamment pour effet de fragiliser la cage et de diminuer sa raideur et donc la fréquence du premier mode propre de déformée de la cage. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une cage séparatrice pour un palier à roulement, comportant deux rails annulaires reliés par des pontets axiaux délimitant entre eux des espaces de logement d'organes roulants du palier, tels par exemple que des rouleaux, les pontets présentant des languettes déformables aptes à être rabattues en regard des organes roulants de façon à les maintenir dans les espaces de logement, caractérisée en ce que les parois radialement externes des pontets sont situées radialement à l'intérieur par rapport aux parois radialement externes des rails annulaires. De cette manière, la cage comporte des rails pouvant présenter une section importante, qui peut même être plus importante que dans l'art antérieur. En outre, les languettes rabattables n'ont pas besoin d'être redimensionnées. Un jeu suffisant peut également être maintenu entre les rouleaux et les bagues interne et externe. L'invention propose ainsi une cage robuste, ayant une raideur suffisante et répondant aux contraintes précitées. Selon une caractéristique de l'invention, les parois radialement internes des pontets sont radialement au niveau des parois radialement internes des rails annulaires. De préférence, après rabattement des languettes déformables, lesdites languettes ne s'étendent pas radialement vers l'extérieur au-delà des parois radialement externes des rails annulaires. Les sommets des languettes peuvent par exemple être radialement au niveau des parois radialement externes des rails annulaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, la dimension radiale des pontets est comprise entre 50 et 90 % de la dimension radiale des sections des rails annulaires. De manière préférée, les languettes déformables s'étendent depuis les parois rad ialement externes des pontets. De cette manière, les languettes sont aptes à maintenir les organes roulants lors du montage de l'ensemble formé par la bague interne, la cage séparatrice et les organes roulants, à l'intérieur de la bague externe. Lors de ce montage, les organes roulants sont donc maintenus radialement par la bague interne et par les languettes. Dans un mode de réalisation de l'invention, quatre languettes déformables s'étendent depuis chaque pontet, deux languettes étant destinées à être rabattues d'un côté du pontet correspondant en regard d'un organe roulant, deux autres languettes étant destinées à être rabattues de l'autre côté du pontet en regard d'un autre organe roulant. De manière avantageuse, la cage séparatrice comporte des évidements en forme de portion de cylindre, dont les parois internes forment des congés de raccordement entre les pontets et les rails. Il est ainsi possible d'augmenter le rayon des congés de raccordement sans interférer avec les organes roulants. En effet, en l'absence de tels évidements, l'augmentation des congés de raccordement risquerait de provoquer des frottements entre les organes roulants et les surfaces desdits congés de raccordement. L'augmentation des congés de raccordement permet de réduire les concentrations de contraintes. Les évidements doivent être dimensionnés de façon à ce que, d'une part, ils ne fragilisent pas trop les rails annulaires mais que, d'autre part, les concentrations de contraintes soient suffisamment réduites. L'invention concerne également un palier à roulement comportant une bague interne et une bague externe entre lesquelles sont logés des organes roulants, caractérisé en ce que les organes roulants sont montés dans une cage séparatrice du type décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant une turbine haute pression et une turbine basse pression ayant des arbres coaxiaux d'entraînement, respectivement, du compresseur haute pression et du compresseur basse pression, caractérisée en ce qu'au moins un palier selon l'invention est monté entre les arbres des turbines haute pression et basse pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-coupe axiale d'un palier à roulement de l'art antérieur, monté entre deux arbres coaxiaux d'une turbomachine ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie de la cage séparatrice du palier de la figure 1 ; - la figure 3 est une section de la cage séparatrice de la figure 2, - la figure 4 est une section d'une cage séparatrice selon l'invention, - la figure 5 est une vue correspondant à la figure 2, d'une cage selon l'invention, - les figures 6 et 7 sont des vues en perspective et en coupe d'un palier selon l'invention, monté entre deux arbres coaxiaux d'une turbomachine, avec et sans le rouleau situé dans le plan de coupe, En figure 1, un palier à roulement 1 de l'art antérieur est monté entre deux arbres coaxiaux 2, 3 d'entraînement, respectivement, d'un compresseur haute pression et d'un compresseur basse pression, par une turbine haute pression et une turbine basse pression d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Le palier 1 comporte une bague interne 4 montée sur l'arbre 2 de la turbine basse pression et une bague externe 5 montée sur l'arbre 3 de la turbine haute pression. Une cage séparatrice 6 (figures 2 et 3) est logée entre les bagues interne et externe 4, 5 et comporte deux rails latéraux annulaires 7 reliés par des pontets 8 délimitant entre eux des espaces 9 de logement et de maintien des organes roulants du palier, tels par exemple que des rouleaux cylindriques 10. Les rails 7 ont une section carrée ou rectangulaire et sont identiques. Un espace annulaire j permettant l'évacuation de l'huile de lubrification du palier 1 est ménagé entre la périphérie radialement externe des rails 7 et la bague externe 5. Des languettes déformables 11 s'étendent depuis les parois radialement externes des pontets 8, lesdites languettes 11 étant aptes à être rabattues en regard des organes roulants 10 de façon à les maintenir dans les espaces de logement 9. Plus particulièrement, quatre languettes déformables 11 s'étendent depuis chaque pontet 8, deux languettes 11 étant destinées à être rabattues d'un côté du pontet correspondant 8 en regard d'un organe roulant 10, deux autres languettes 11 étant destinées à être rabattues de l'autre côté du pontet 8 en regard d'un autre organe roulant 10. La figure 2 montre les languettes 11 en position non rabattue, dans laquelle elles s'étendent sensiblement radialement, dans la continuité des parois radiales 12 des pontets 8. Les figures 4 et 5 montrent une cage séparatrice 6 selon l'invention, destinée à être montée autour d'une bague interne 4 de plus grand diamètre que dans l'art antérieur. Afin de répondre aux différentes contraintes exposées plus haut (fréquence propre de la cage, résistance mécanique, jeu de fonctionnement entre les rouleaux et les bagues interne et externe), la structure de la cage 6 a été modifiée. Cette cage séparatrice 6 diffère de la cage de l'art antérieur en ce que les diamètres interne DI et externe DE des rails 7 sont plus importants, les parois radialement externes 13 des pontets étant situées radialement à l'intérieur par rapport aux parois radialement externes 14 des rails annulaires 7. Les parois radialement internes 15 des pontets sont radialement au niveau des parois radialement internes 16 des rails annulaires 7. En outre, après rabattement des languettes déformables 11, lesdites languettes 11 ne s'étendent pas radialement vers l'extérieur, au- delà des parois radialement externes 14 des rails annulaires 7, comme cela est visible aux figures 4 et 5 qui illustrent les languettes déformables 11 en position rabattue. La dimension radiale hl des pontets 8 est comprise entre 50 et 90 % de la dimension radiale h2 des sections des rails annulaires 7. A titre d'exemple, le diamètre interne DI des rails 7 est de l'ordre de 135 mm, le diamètre externe DE des rails 7 est de l'ordre de 150 mm, la largeur de la cage 6 est de l'ordre de 26 mm, la largeur de chacun des rails 7 est de l'ordre de 6 mm et la dimension radiale hl de chaque pontet 8 (hauteur du pontet) est de l'ordre de 3 mm. Par rapport à un palier similaire de l'art antérieur, les sections des rails 7 ont pu être augmentées de 10`)/0, la cage 6 présentant ainsi une plus grande résistance mécanique. La cage séparatrice 6 peut également comporter, sur les faces radiales des pontets, des évidements 17 en forme de portion de cylindre d'axe perpendiculaire à l'axe de la cage, dont les parois internes forment des congés de raccordement entre les pontets 8 et les rails 7, comme cela est visible à la figure 5. Dans la forme de réalisation des figures 6 et 7, les bagues interne et externe 4, 5 du palier sont formées directement par les arbres coaxiaux 2, 3, ces arbres définissant des chemins de roulement pour les organes roulants 10. Le montage d'un tel palier 1 est effectué de la manière suivante. La cage 6 est montée autour de l'arbre interne 2, puis les organes roulants (ici des rouleaux 10) sont montés dans les espaces 9 de la cage 6. Les languettes 11 de maintien des rouleaux 10 sont ensuite rabattues de façon à éviter que les rouleaux 10 ne s'échappent desdits espaces 9. L'ensemble est alors engagé à l'intérieur de l'arbre externe 3. Le démontage du palier 1 peut être effectué en réalisant les étapes inverses. REVENDICATIONS1. Cage séparatrice (6) pour un palier à roulement (1), comportant deux rails annulaires (7) reliés par des pontets (8) axiaux délimitant entre eux des espaces (9) de logement d'organes roulants du palier (1), tels par exemple que des rouleaux (10), les pontets (8) présentant des languettes (11) déformables aptes à être rabattues en regard des organes roulants (10) de façon à les maintenir dans les espaces (9) de logement, caractérisée en ce que les parois radialement externes (13) des pontets (8) sont situées radialement à l'intérieur par rapport aux parois radialement externes (14) des rails annulaires (7). 2. Cage séparatrice (6) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois radialement internes (15) des pontets (8) sont radialement au niveau des parois radialement internes (16) des rails annulaires (7). 3. Cage séparatrice (6) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, après rabattement des languettes déformables (11), lesdites languettes (11) ne s'étendent pas radialement vers l'extérieur au-delà des parois radialement externes (14) des rails annulaires (7). 4. Cage séparatrice (6) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la dimension radiale (hl ) des pontets (8) est comprise entre 50 et 90 % de la dimension radiale (h2) des sections des rails annulaires (7). 5. Cage séparatrice (6) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les languettes déformables (11) s'étendent depuis les parois radialement externes (13) des pontets (8). 6. Cage séparatrice (6) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que quatre languettes déformables (11) s'étendent depuis chaque pontet (8), deux languettes (11) étant destinées à être rabattues d'un côté du pontet (8) en regard d'un organe roulant (10), deux autres languettes (11) étant destinées à être rabattues de l'autre côté du pontet (8) en regard d'un autre organe roulant (10). 7. Cage séparatrice (6) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les faces radiales des pontets (8) comportent des évidements (17) en forme de portion de cylindre d'axe perpendiculaire à l'axe de la cage, formant des congés de raccordement entre les pontets (8) et les rails (7). 8. Palier à roulement (1) comportant une bague interne (4) et une bague externe (5) entre lesquelles sont logés des organes roulants (10), caractérisé en ce que les organes roulants (10) sont montés dans une cage séparatrice (6) selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant une turbine haute pression et une turbine basse pression ayant des arbres coaxiaux (2, 3) d'entraînement, respectivement, du compresseur haute pression et du compresseur basse pression, caractérisée en ce qu'au moins un palier (1) selon la revendication 8 est monté entre les arbres (2, 3) des turbines haute pression et basse pression.