Brevet FR3000148A1 — publié le 20140627

Roulement destiné à subir un phénomène de fatigue de surface La présente invention concerne un roulement, du type destiné à subir un phénomène de fatigue de surface. On connait déjà, dans l'état de la technique, un roulement comportant : - une bague extérieure, de forme générale de révolution autour d'un axe, une bague intérieure, de forme générale de révolution autour dudit axe, disposée coaxialement à la bague extérieure, et des éléments roulants, par exemple des billes, des rouleaux ou des aiguilles, disposés radialement entre la bague intérieure et la bague extérieure. Habituellement, le roulement est lubrifié, de sorte qu'un film de lubrification élasto- hydrodynamique est formé entre les éléments roulants et chaque bague intérieure et extérieure, afin d'éviter un contact direct entre ces éléments roulants et ces bagues intérieure et extérieure. Dans un tel roulement, dans lequel le film élasto-hydrodynamique est formé correctement, les bagues sont soumises à un phénomène de fatigue dit « en sous- couche ». Un tel phénomène de fatigue « en sous couche » est dû au fait que le niveau de contrainte maximale, dans chaque bague de roulement, se situe quelques dizaines de micromètres sous la zone de contact entre les éléments roulants et cette bague de roulement, et non à sa surface. Ainsi, dans de bonnes conditions de lubrifications, ce sont ces contraintes en sous couche qui sont à l'origine de ruptures, et qui influent donc sur la durée de vie du roulement. Les présents inventeurs ont toutefois constaté que, dans certains cas, le film élasto-hydrodynamique ne se forme pas correctement, si bien que les éléments roulants sont au moins partiellement en contact direct avec au moins l'une des bagues intérieure et extérieure. Dans la présente description, une zone d'une bague est dite « en contact direct » avec les éléments roulants lorsque cette zone est en contact avec les éléments roulants sans qu'un film de lubrifiant soit interposé. Dans ce cas, les contraintes maximales se situent à l'interface entre la bague de roulement et les éléments roulants, si bien qu'un phénomène de fatigue apparaît en surface plutôt qu'en sous-couche. Le film lubrifiant ne se forme pas correctement lorsque le roulement est disposé dans un dispositif mécanique du type comportant une partie mobile en rotation autour d'une liaison pivot comportant au moins le roulement, présentant une structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface sur au moins l'une des bagues extérieures ou intérieures du roulement, à l'interface entre cette bague extérieure ou intérieure et les éléments roulants. Ainsi, les présents inventeurs ont identifié les structures impliquant l'apparition d'un tel phénomène de fatigue de surface, c'est-à-dire empêchant le film lubrifiant de se former correctement. En particulier, ils ont constaté qu'une structure appliquant une pression de contact radiale sur le roulement peut empêcher la formation du film de lubrifiant lorsque cette pression de contact est suffisante. En particulier, certaines conditions de pression et/ou de vitesse de rotation ne permettent pas la formation du film de lubrifiant. Par exemple, dans certains cas, une pression de contact radiale comprise entre 500 et 7500 MPa ne permet pas la formation du film de lubrifiant. On notera que les phénomènes de fatigue de surface sont généralement aggravés en cas de pollution du roulement, notamment lorsque des particules solides se trouvent dans le roulement, à l'interface entre l'une des bagues et les éléments roulants, de telles particules solides venant indenter la piste de roulement de la bague, entraînant ainsi généralement des ruptures locales du film de lubrifiant. La fatigue de surface peut également être plus ou moins aggravée en fonction de la température. Les inventeurs ont également constaté que le film de lubrifiant ne se forme pas correctement lorsqu'une structure impose un mouvement d'oscillation de la bague extérieure en rotation autour de l'axe par rapport à la bague intérieure. Un tel mouvement d'oscillation correspond à une rotation de la bague extérieure selon un angle limité, inférieur à 360°, alternativement dans un premier sens de rotation puis dans un second sens de rotation opposé. Bien entendu, le film de lubrifiant ne se forme pas correctement dans le cas d'une structure appliquant à la fois une pression de contact radiale telle que mentionnée ci-dessus, et impliquant un mouvement d'oscillation tel que défini ci-dessus. Il apparaît que les roulements classiques présentent une faible durée de vie lorsqu'ils sont soumis à de tels phénomènes de fatigue de surface. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en fournissant un roulement présentant une bonne tenue à l'usure lorsqu'il est soumis à un phénomène de fatigue de surface. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un roulement comportant : - une bague extérieure, de forme générale de révolution autour d'un axe, - une bague intérieure, de forme générale de révolution autour de l'axe, disposée coaxialement à la bague extérieure, - des éléments roulants, par exemple des billes, disposés radialement entre la bague intérieure et la bague extérieure, dans lequel les éléments roulants sont au moins partiellement en contact direct avec au moins l'une des bagues intérieure et extérieure, caractérisé en ce qu'au moins une des bagues au moins partiellement en contact direct avec les éléments roulants est réalisée a base de poudre de matériau frittée. En d'autres termes, au moins partiellement en contact direct avec les éléments roulants est réalisée au moyen d'un procédé de fabrication issu de la métallurgie des poudres. Il convient de noter qu'un roulementier, qui est l'homme du métier, n'aurait pas envisagé la métallurgie des poudres pour la réalisation d'une bague de roulement, du fait que la métallurgie des poudres implique généralement des défauts volumiques, dus à la densité, la porosité, les défauts de compactage et la teneur en oxygène du matériau. En effet, un roulementier s'intéresse habituellement à la santé volumique d'une bague de roulement, et non à sa santé en surface, en particulier dans le cas de roulements soumis à une fatigue structurale, tels que des roulements à collerette, sous des pressions de contact supérieures à 1 GPa, L'invention prévoit d'utiliser la métallurgie des poudres pour la fabrication d'un roulement dans lequel les éléments roulants sont au moins partiellement en contact direct avec au moins l'une des bagues, de sorte que ce roulement est soumis à une fatigue de surface et non à une fatigue en sous couche, si bien que les effets des défauts volumiques sont négligeables. Ainsi, de manière surprenante pour un roulementier, la métallurgie des poudres permet de fournir des bagues de roulement présentant de bonnes caractéristiques de résistance à la corrosion et de dureté à haute température, si bien qu'une telle bague résiste particulièrement bien à un phénomène de fatigue de surface. De préférence, au moins une des bagues au moins partiellement en contact direct avec les éléments roulants est réalisée a base de poudre d'acier frittée. L'invention a également pour objet un dispositif mécanique du type comportant une partie mobile en rotation autour d'une liaison pivot comprenant au moins un roulement, conforme au roulement présenté ci-dessus, ledit dispositif mécanique présentant une structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface sur au moins l'une des bagues extérieure ou intérieure du roulement, à l'interface entre cette bague extérieure ou intérieure et les éléments roulants.35 Ce dispositif mécanique forme l'environnement d'un roulement soumis à un phénomène de fatigue de surface. De manière optionnelle, le dispositif mécanique peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, applique une pression de contact radiale sur le roulement, suffisamment importante pour empêcher une formation correcte d'un film de lubrifiant entre la bague extérieure ou intérieure et les éléments roulants, et ainsi maintenir au moins partiellement un contact direct entre cette bague intérieure ou extérieure et les éléments roulants ; - ladite pression de contact radiale est comprise entre 500 et 7500 MPa ; - la structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, impose un mouvement d'oscillation de la bague extérieure en rotation autour de l'axe par rapport à la bague intérieure, un tel mouvement d'oscillation empêchant une formation correcte d'un film de lubrifiant entre la bague extérieure ou intérieure et les éléments roulants, et ainsi maintenant au moins partiellement un contact direct entre cette bague intérieure ou extérieure et les éléments roulants ; - la structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, impose une vitesse maximale de rotation de la bague extérieure par rapport à la bague intérieure, cette vitesse maximale étant sensiblement égale à 1 m/s; - le dispositif mécanique formant une aile de véhicule aérien, la partie mobile forme un volet de l'aile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente un roulement à billes selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente un exemple de dispositif mécanique, en particulier, une aile d'avion, utilisant le roulement à billes de la figure 1. On a représenté, sur la figure 1, un roulement 10, présentant une structure classique. En particulier, le roulement 10 comporte : une bague extérieure 12 de forme générale de révolution autour d'un axe X, une bague intérieure 14, de forme générale de révolution autour de l'axe X, disposée coaxialement à la bague extérieure 12, et - des éléments de roulement, en particulier des billes 16, disposés radialement entre la bague intérieure 14 et la bague extérieure 12. On notera que le roulement 10 est un roulement à billes, mais il pourrait en variante être formé, de manière équivalente, par un roulement à rouleaux, à aiguilles, ou à tout autre élément de roulement. Les billes 16 s'étendent dans des pistes de roulement ménagées, d'une part sur une surface circonférentielle extérieure de la bague intérieure 14, et d'autre part sur une surface circonférentielle intérieure de la bague extérieure 12. Dans le roulement à billes 10, les billes 16 sont au moins partiellement en contact direct avec au moins l'une des bagues intérieures et extérieures, et de préférence avec les deux. On rappelle qu'une zone d'une bille 16 est considérée en contact direct avec une zone d'une bague 12, 14 lorsque aucun film de lubrifiant n'est interposé entre ces zones. Comme indiqué précédemment, les bagues intérieures 14 et extérieures 12, qui sont au moins partiellement en contact direct avec les billes 16, sont soumises à un phénomène de fatigue de surface. Afin de présenter une bonne résistance à ce phénomène de fatigue de surface, chacune des bagues 12, 14 qui est au moins partiellement en contact direct avec les billes 16 est réalisée à base d'une poudre de matériau frittée, de préférence une poudre d'acier frittée. En d'autres termes, une telle bague est fabriquée par un procédé de métallurgie des poudres. Un exemple de procédé de fabrication selon la métallurgie des poudres est décrit ci-dessous. Au cours d'une étape préalable, on fournit une poudre de matériau, notamment d'acier dont la nuance d'acier est choisie pour présenter des caractéristiques de résistance et de dureté adéquates pour l'utilisation prévue du roulement à billes à fabriquer. Le procédé comporte une étape de frittage de ladite poudre d'acier, cette étape de frittage étant par exemple réalisée par compaction isostatique à chaud de la poudre d'acier. Au cours de cette étape de frittage, les grains de la poudre d'acier se solidarisent entre eux sous l'effet de la chaleur et de la pression. L'acier obtenu à l'issue de cette étape de frittage sera appelé ci-dessous « acier fritté ». Le procédé comporte ensuite une étape de forgeage de l'acier fritté, pour la formation d'une barre d'acier. Ce forgeage est calibré de sorte que la barre d'acier présente un diamètre supérieur ou égal au diamètre extérieur prédéterminé de la bague à fabriquer. Le procédé comporte ensuite une étape de découpe de la barre d'acier, de manière à former une rondelle de dimensions sensiblement supérieures ou égales à des dimensions prédéterminées de la bague à fabriquer. En particulier, la rondelle présente une même hauteur dans une direction longitudinale que la bague à fabriquer. Le procédé comporte ensuite une étape d'usinage de la rondelle d'acier, pour la formation de la bague de roulement. En particulier, l'usinage est réalisé de manière à donner une forme annulaire à la bague de roulement, en formant un orifice central dans la rondelle, de façon à y délimiter une surface circonférentielle intérieure. La surface circonférentielle extérieure est également usinée pour rectifier le diamètre extérieur de la bague, afin que son diamètre soit sensiblement égal à un diamètre prédéterminé de la bague à fabriquer. Le procédé comporte ensuite une étape de traitement thermique, destinée à donner à la bague des propriétés optimales en dureté et en résistance à l'usure. Le procédé comporte enfin une étape de rectification, pour donner à la bague de roulement sa forme et ses dimensions finales prédéterminées. En particulier, au cours de cette étape de rectification, on aménage la piste de roulement destinée à recevoir et à guider les billes, cette piste étant ménagée sur la surface intérieure de la bague s'il s'agit d'une bague extérieure, ou sur la surface extérieure de la bague s'il s'agit d'une bague intérieure. On a représenté sur la figure 2, un exemple de dispositif mécanique 18 utilisant un roulement à billes 10 tel que celui décrit ci-dessus. En particulier, le dispositif mécanique 18 comporte au moins une partie mobile 20 en rotation autour d'une liaison pivot 22 comprenant au moins un roulement à bille 10 tel que décrit précédemment. Dans l'exemple représenté, le dispositif mécanique 18 est une aile d'avion, et la partie mobile 20 est par exemple un volet de cette aile 18. On notera qu'un tel dispositif mécanique 18 présente une structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface sur au moins l'une des bagues extérieure 12 ou intérieure 14 du roulement à bille 10, à l'interface entre cette bague extérieure 12 ou intérieure 14 et les billes 16. En d'autres termes, la structure du dispositif mécanique 18 empêche la formation correcte d'un film de lubrifiant entre chacune des bagues extérieure 12 et intérieure 14 et les billes 16. Dans le cas d'une aile, la structure de cette aile applique une pression de contact radiale sur le roulement 10, suffisamment importante pour empêcher la formation correcte d'un film de lubrifiant entre la bague extérieure 12 ou intérieure 14 et les billes 16, et ainsi maintenir au moins partiellement un contact direct entre cette bague intérieure 14 ou extérieure 12 et les billes 16. Cette pression de contact radial, notamment due aux conditions de vol, est comprise entre 500 et 5000 MPa. Par ailleurs, la structure de l'aile 18, liée à la fonction du volet 20, impose un mouvement d'oscillation de la bague extérieure 12 en rotation autour de l'axe X par rapport à la bague intérieure 14. Un tel mouvement d'oscillation empêche également une formation correcte d'un film de lubrifiant entre la bague extérieure 12 ou intérieure 14 et les billes 16, et ainsi maintien au moins partiellement un contact direct entre cette bague intérieure 14 ou extérieure 12 et les billes 16. En effet, un volet 20 d'aile n'est destiné à entrer en rotation que selon un angle limité, généralement compris entre 0 et 90° dans un premier sens (pour l'ouverture du volet) où un second sens opposé (pour la fermeture du volet) de rotation. Ainsi, la bague extérieure 12 n'effectue jamais de révolution complète autour de la bague intérieure 14. Enfin, la structure de l'aile, liée à la fonction du volet 20 impose une vitesse maximale de rotation de la bague extérieure 12 par rapport à la bague intérieure 14, cette vitesse maximale étant sensiblement égale à un mètre par seconde. Une telle vitesse maximale participe également au maintien du contact direct entre la bague intérieure 14 ou extérieure 12 et les billes 16. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. En particulier, le dispositif mécanique 18 pourrait être différent d'une aile, tant qu'il présente une structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, c'est-à-dire impliquant une pression de contact sur le roulement ne permettant pas la formation correcte d'un film de lubrifiant, et/ou une structure imposant un mouvement d'oscillation de la bague extérieure par rapport à la bague intérieure. REVENDICATIONS1. Roulement (10), comportant : - une bague extérieure (12), de forme générale de révolution autour d'un axe (X), - une bague intérieure (14), de forme générale de révolution autour de l'axe (X), disposée coaxialement à la bague extérieure (12), - des éléments roulants (16), par exemple des billes, disposés radialement entre la bague intérieure (14) et la bague extérieure (12), dans lequel les éléments roulants (16) sont au moins partiellement en contact direct avec au moins l'une des bagues intérieure (14) et extérieure (12), caractérisé en ce qu'au moins une des bagues (12, 14) au moins partiellement en contact direct avec les éléments roulants (16) est réalisée a base de poudre de matériau frittée. 2. Roulement (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins une des bagues (12, 14) au moins partiellement en contact direct avec les éléments roulants (16) est réalisée a base de poudre d'acier frittée. 3. Dispositif mécanique (18), du type comportant une partie (20) mobile en rotation autour d'une liaison pivot (22) comprenant au moins un roulement (10) selon la revendication 1 ou 2, ledit dispositif mécanique (18) présentant une structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface sur au moins l'une des bagues extérieure (12) ou intérieure (14) du roulement (10), à l'interface entre cette bague extérieure (12) ou intérieure (14) et les éléments roulants (16). 4. Dispositif mécanique (18) selon la revendication 3, dans lequel la structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, applique une pression de contact radiale sur le roulement (10), suffisamment importante pour empêcher une formation correcte d'un film de lubrifiant entre la bague extérieure (12) ou intérieure (14) et les éléments roulants (16), et ainsi maintenir au moins partiellement un contact direct entre cette bague intérieure (14) ou extérieure (12) et les éléments roulants (16). 5. Dispositif mécanique (18) selon la revendication 4, dans lequel ladite pression de contact radiale est comprise entre 500 et 7500 MPa. 6. Dispositif mécanique (18) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, impose un mouvement d'oscillation de la bague extérieure (12) en rotation autour de l'axe (X) par rapport à la bague intérieure (14), un tel mouvement d'oscillation empêchant une formation correcte d'un film de lubrifiant entre la bague extérieure (12) ou intérieure (14) et les éléments roulants (16), et ainsi maintenant au moins partiellement un contact direct entre cette bague intérieure (14) ou extérieure (12) et les éléments roulants (16). 7. Dispositif mécanique (18) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la structure impliquant l'apparition d'un phénomène de fatigue de surface, impose une vitesse maximale de rotation de la bague extérieure (12) par rapport à la bague intérieure (14), cette vitesse maximale étant sensiblement égale à 1 m/s. 8. Dispositif mécanique (18) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, formant une aile de véhicule aérien, la partie mobile (20) formant un volet de l'aile.