Brevet FR3014155A1 — publié le 20150605

CAGE DE ROULEMENT AVEC UN JONC PERIPHERIQUE D'AMORTISSEMENT DE VIBRATIONS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine technique des cages de roulement pour arbres tournants, en particulier des arbres tournants de turbomachines. Plus précisément, l'invention concerne une cage de roulement comprenant au moins un moyen d'amortissement des vibrations de la cage de roulement. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les arbres tournants de turbomachines sont supportés et guidés en rotation par des paliers comportant des roulements. Ces roulements comprennent chacun une pluralité d'éléments roulants qui peuvent être de diverses natures, par exemple des billes, des rouleaux, voire des aiguilles. De façon connue, un roulement pour turbomachine, tel que celui divulgué dans la demande de brevet Snecma EP 0 769 631, inclut une bague intérieure, une bague extérieure et une cage de roulement comprenant un ou deux rails, et logée entre la bague extérieure et la bague extérieure. Les éléments roulants sont alors situés, à l'intérieur de la cage de roulement, entre les pontets de cages qui sont destinés à les maintenir espacés les uns des autres. Les roulements utilisés pour les arbres tournants de turbomachines, en particulier dans l'industrie aéronautique, sont soumis à des contraintes particulièrement élevés en termes de durée de service, de vitesses de rotation et de faible dissipation de puissance. Cette cage de roulement est potentiellement soumise à des excitations vibratoires externes, notamment celles liées à l'environnement, ou internes, par exemple celles liées au fonctionnement et à la cinématique interne du roulement. Lorsque ces fréquences d'excitation sont en phase avec les modes de déformée de la cage, elles peuvent conduire à déformer mécaniquement la cage en fonctionnement et à la dégrader prématurément par fatigue mécanique ou en induisant des distorsions préjudiciables au bon fonctionnement de son centrage par exemple. Afin d'éviter que la cage de roulement ne se déforme de manière excessive, il est possible d'augmenter sa section travaillante, principalement la section des rails. Néanmoins, l'optimisation des rails est limitée par la nécessité de prévoir des moyens d'évacuation de l'huile de lubrification du roulement. Un moyen de contourner cette limitation est d'augmenter les 10 dimensions des éléments roulants. Cependant, la fiabilité du roulement en fonctionnement sous faible charge risque alors d'être dégradée. Lorsque les modes de déformation de la cage ne peuvent pas être placés en dehors des fréquences d'excitation subies par le roulement, il y a un fort risque de dégrader prématurément le roulement. Dans ce cas, une solution envisageable est de 15 doter la cage d'un moyen d'amortissement des vibrations causées par les fréquences d'excitation. Néanmoins, les moyens d'amortissement de vibrations, selon les conceptions connues, n'apportent pas pleine satisfaction. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes 20 rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet une cage de roulement annulaire pour roulement d'arbre tournant de turbomachine, la cage de roulement comprenant un jonc d'amortissement de vibrations correspondant à des modes de déformée de la cage de roulement, et la cage de roulement comprenant au moins un rebord externe 25 comportant un logement au moins partiellement annulaire qui s'étend autour d'un axe central de la cage de roulement, le jonc d'amortissement étant disposé dans le logement. Le jonc d'amortissement permet d'amortir les vibrations générées par la déformation mécanique de la cage de roulement, lors du fonctionnement du roulement dans laquelle la cage de roulement est intégrée. Le logement présente notamment une surface de contact mécanique suffisamment importante avec le jonc d'amortissement pour maintenir le jonc d'amortissement et transmettre efficacement les efforts mécaniques de la cage de roulement au jonc d'amortissement qui dissipe ensuite cette énergie. Le logement est notamment conçu pour entrainer le jonc d'amortissement en rotation avec la cage de roulement autour de l'axe central de la cage de roulement. Le jonc d'amortissement est par exemple susceptible d'avoir des micro- mouvements relatifs dans son logement, et ces micro-mouvements par l'intermédiaire du coefficient de frottement entre le jonc et la cage vont réaliser un amortissement mécanique des modes de déformée de la cage. Ainsi, les modes de déformée de la cage sont absorbés et la déformée de la cage est minimisée. Cependant, les micro-mouvements du jonc d'amortissement sont d'amplitudes quasiment négligeables devant la longueur circonférentielle du logement. Par conséquent, le jonc d'amortissement peut être considéré comme quasiment solidaire en rotation du logement. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. Avantageusement, le jonc d'amortissement de vibrations et le rebord externe sont configurés pour amortir des vibrations de modes propres de déformation 2 0 mécanique de la cage de roulement. A ce titre, le jonc d'amortissement est de préférence configuré pour amortir les premiers harmoniques de modes propres de déformation mécanique de la cage de roulement. De manière plus générale, le jonc d'amortissement est configuré pour amortir, au moins en partie, les principaux modes susceptibles de provoquer la 25 dégradation de la cage et du roulement. Selon une caractéristique additionnelle, le logement maintient le jonc d'amortissement contre une surface latérale externe de la cage de roulement. En variante, le logement pourrait être situé notamment sur une autre surface externe de la cage de roulement. Selon une particularité de réalisation, le logement est une gorge de maintien du jonc d'amortissement. Dans ce cas, le jonc d'amortissement se situe dans la gorge, en étant de préférence en contact mécanique avec le fond de la gorge. Dans une configuration alternative, le logement est par exemple une cavité, entièrement fermée ou presque, autour du jonc d'amortissement. Selon une forme de réalisation avantageuse, le rebord externe comprend un épaulement extérieur de maintien présentant la forme d'un crochet en section transverse. Le jonc d'amortissement peut être monobloc ou sectorisé. Le jonc est de préférence monobloc, en étant fendu de façon à créer deux extrémités présentant un écartement non nul entre elles. Le jonc est notamment fendu à ses extrémités, de manière à faciliter son montage sur la cage de roulement. Le jonc d'amortissement s'étend de préférence sur un angle compris entre 350° et 360° le long de la cage de roulement. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, le rebord externe forme un rail de guidage d'au moins un élément roulant de roulement. La cage de roulement est notamment configurée pour maintenir espacés entre eux une pluralité d'éléments roulants entre des rails de guidage. Ces éléments roulants peuvent être de diverses natures, par exemple des billes, des rouleaux, voire des aiguilles. Selon une autre particularité de réalisation, la cage de roulement comprend un corps principal comprenant le rebord externe, le corps principal étant fabriqué en matériau métallique, notamment en acier, le jonc d'amortissement étant fabriqué en un matériau métallique de résistance mécanique comparable à celle du corps principal. Le jonc d'amortissement est de préférence fabriqué en fonte ou en acier. Selon une autre particularité de réalisation, la cage de roulement comprend une paire de joncs d'amortissement et une paire de rebords externes comportant chacun un logement, au moins partiellement annulaire autour de l'axe central, dans lequel un des joncs d'amortissement est disposé, les joncs d'amortissement et les rebords externes de chaque paire étant agencés sensiblement symétriquement par symétrie plane par rapport à un même plan médian de la cage de roulement. Le jonc d'amortissement est notamment maintenu sensiblement solidaire en rotation de la cage de roulement par rotation autour de l'axe central. L'invention concerne également un roulement pour arbre tournant de turbomachine, comprenant une cage de roulement telle que définie ci-dessus. L'invention se rapporte aussi à un palier de turbomachine, le palier comprenant un roulement tel que défini ci-dessus. L'invention a également trait à un rotor de turbomachine, le rotor comprenant un palier de turbomachine tel que défini ci-dessus. L'invention porte par ailleurs sur une turbomachine comprenant au moins un roulement, un palier et/ou un rotor, tels que définis ci-dessus. L'invention concerne enfin un procédé de fabrication d'une cage de roulement annulaire telle que définie ci-dessus, le procédé comprenant une étape de détermination des modes propres de déformation mécanique de la cage de roulement sans jonc d'amortissement, étape durant laquelle un jonc d'amortissement configuré pour amortir les vibrations générées par le roulement est monté dans le logement, de manière à ce que le logement soit conçu pour entrainer le jonc d'amortissement en rotation autour de l'axe central de la cage de roulement. Le jonc d'amortissement est alors solidaire en rotation de la cage de roulement, à l'exception notamment des micro-déplacements du jonc d'amortissement dans son logement. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'une turbomachine à double flux pour aéronef ; la figure 2 est une coupe partielle avec vue en perspective d'un roulement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue partielle de la cage de roulement de la figure 2. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. La figure 1 représente de manière schématique une turbomachine 1 à double flux selon un mode de réalisation de l'invention. La turbomachine 1 comprend un arbre tournant 30 de turbomachine 1 mobile autour de l'axe principal longitudinal 3 de la turbomachine 1. L'arbre 30 comprend notamment une partie avant 31 et une partie arrière 32 coaxiales. Les parties avant 31 et arrière 32 sont réunies par un réducteur 2 représenté de manière très schématique. Elles portent des aubes 6 de soufflante, des aubes de redressement 8 et des aubes de compresseur 10. L'arbre 30, les aubes mobiles de soufflante 6 et de compresseur 10, ainsi que le réducteur auquel elles sont reliées mécaniquement, font partie du rotor 5 de la turbomachine 1. L'arbre avant 31 est généralement soutenu d'amont en aval par un roulement à billes 22 et par un roulement à rouleaux 42 placé dans la zone du réducteur 2. La partie arrière 32 de l'arbre 30, beaucoup plus longue, est dans ce cas soutenue d'amont en aval d'abord par une paire de roulements à billes 24 et 26 configurés pour supporter de fortes charges axiales puis par une paire de roulements à rouleaux 44 et 46 configurés pour supporter de fortes charges radiales. Chacun de ces six roulements 22, 24, 26, 42, 44, 46 fait partie d'un palier de turbomachine 1, qui est généralement fixé fermement à un carter du stator 12 de la turbomachine 1 par un moyen de support 11. Chacun des six roulements 22, 24, 26, 42, 44, 46 est susceptible d'être un roulement avec une configuration identique à celle d'un roulement 70 représenté aux figures 2 et 3. Le roulement 70 peut également être monté sur un arbre tournant de turbine basse pression (non représenté) ou éventuellement sur un arbre de turbomachine configuré pour tourner à des vitesses de rotation élevées, tel qu'un arbre de turbine haute pression (non représenté). En référence à la figure 2 et à la figure 3, il est représenté un roulement 70 d'arbre tournant 30, 31, 32 de turbomachine 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le roulement 70 comprend une bague extérieure 60, une bague intérieure 50 et des éléments roulants 74. Les éléments roulants 74 sont généralement guidés en déplacement dans au moins un chemin de roulement 64 pratiqué sur la bague extérieure 60 et/ou la bague intérieure 50. Afin que les éléments roulants 74 puissent rester espacés les uns des autres en fonctionnement, le roulement 70 comprend aussi une cage annulaire de roulement 80 située entre la bague intérieure 50 et la bague extérieure 60. Le roulement 70 est sensiblement symétrique de révolution autour de l'axe central 73 de la cage de roulement 80. Par ailleurs, le roulement 70 est sensiblement symétrique par symétrie plane par rapport à un plan médian « P ». Le plan « P » est sensiblement orthogonal à l'axe central 73. La cage de roulement 80 est traversée par des alvéoles 82 délimitées par des parois 84 d'espacement des éléments roulants 74. De part et d'autre des alvéoles 82, la cage de roulement 80 comprend un rebord externe 800 destiné à servir de rail de guidage des éléments roulant 74. Les parois 84 d'espacement des éléments roulants 74 viennent notamment de matière avec les rebords externes 800, de manière à former un corps principal de bague de roulement 80 qui soit susceptible de résister aux fortes contraintes de fonctionnement du roulement 70. Pour cela, le corps principal de la cage de roulement 80 est fabriqué de manière connue en matériau métallique, notamment en acier. Les métaux courants ou leurs alliages sont notamment préférés pour leur relativement haute résistance thermique et mécanique. Pour améliorer encore la résistance de la cage de roulement 80, le corps principal de la bague de roulement 80 est de plus généralement monobloc. Dans ce cas, les alvéoles 82 sont réalisées par exemple par perçage ou par brochage. De préférence, les parois 84 d'espacement des éléments roulants 74 et les deux rebords externes 800 s'étendent tout le long de la cage de roulement 80 autour de l'axe central 73, chaque rebord externe 800 étant situé en périphérie latérale de la cage de roulement 80. Un rebord externe 800 comprend une paroi latérale interne 814 délimitant le rail de guidage des éléments roulants 74 et une paroi latérale externe 812 opposée à la paroi latérale interne 814. La paroi latérale interne 814 et la paroi latérale externe 812 sont délimitées par une paroi radialement inférieure 818 en vis à vis avec la bague interne 50 et une paroi radialement supérieure 816 en vis à vis avec la bague extérieure 60. En fonctionnement, la cage de roulement 80 est susceptible de se déformer mécaniquement, ce qui peut réduire sa durée de service. Cependant, la cage de roulement 80 est de préférence configurée de manière à ce que le premier mode propre de déformée de la cage de roulement 80 ne soit jamais atteint, en particulier du fait de la raideur de la cage de roulement 80. Afin de limiter encore l'effet de vibrations mécaniques sur le roulement 70, la cage de roulement 80 comprend au moins un jonc 92 d'amortissement de vibrations situé dans un logement 804 prévu sur l'un des rebords externes 800. Le jonc d'amortissement 92 est de préférence également apte à amortir les vibrations d'au moins un mode propre de déformation mécanique de la cage de roulement 80, qui est déterminé en l'absence de jonc d'amortissement 92. En pratique, étant donné que le roulement 70 est symétrique par rapport à son plan médian « P », la cage de roulement 80 comprend au moins une paire de joncs d'amortissement 92 situés chacun dans un logement 804 prévu sur un rebord externe 800. Les joncs d'amortissements 92 montés sur chaque rebord externe 800 sont de préférence sensiblement identiques. Chaque jonc d'amortissement 92 s'étend au moins sur une partie angulaire le long du rebord externe annulaire 800, de préférence sur 360° le long de la cage de roulement 80. En référence à la figure 3, le logement 804 permet au jonc d'amortissement 92 de se maintenir par son retour élastique contre la surface latérale externe 812 de la cage de roulement 80. En effet, dans cet exemple de réalisation, le logement 804 présente la forme d'une gorge de maintien du jonc d'amortissement 92 le long de la surface latérale externe 812. Le rebord externe 800 présente un épaulement extérieur de maintien 822 du jonc d'amortissement 92, formé par un bord extérieur de la gorge de maintien du jonc d'amortissement 92. Cet épaulement extérieur de maintien 822 présente la forme d'un crochet en section transverse, c'est-à-dire selon un plan de section qui contient l'axe central 73 et est donc perpendiculaire au plan médian « P ». Le jonc d'amortissement 92, ainsi logé dans la gorge de maintien, ne vient pas frotter contre la bague interne 50 ou la bague externe 60. En outre, le logement 804 est orienté vers la bague intérieure 50, de telle sorte qu'en utilisation, la force centrifuge générée par la rotation de la cage de roulement 80 ne risque pas de faire sortir le jonc d'amortissement 92 de la gorge de maintien. De manière générale, le jonc d'amortissement 92 est logé dans le rebord externe 800 de manière à être solidaire en rotation de la cage de roulement 80. Il n'y a donc quasiment pas de déplacement du jonc d'amortissement 92 relativement à la cage de roulement 80. Plus précisément, il ne peut y avoir qu'un déplacement très limité du jonc d'amortissement 92 par micro-mouvements relatifs dans son logement 804, lors de la déformation de la cage de roulement 80 dans ses modes de déformée. La dissipation de l'énergie de frottement entre le jonc 92 et la cage 80 lors de ces micro-mouvements relatifs réalise un amortissement mécanique des modes de déformée de la cage de roulement 80. Comme le jonc d'amortissement 92 est maintenu en contact de la cage de roulement 80 par le rebord externe 800, le jonc d'amortissement 92 n'est pas en contact mécanique direct avec les éléments roulants 74. Par conséquent, le jonc d'amortissement 92 permet d'amortir les vibrations mécaniques transmises par le corps principal de la cage de roulement 80 sans dégrader la fiabilité du roulement 70. En outre, l'évacuation de l'huile de lubrification du roulement 70 n'est pas perturbée par la présence du jonc d'amortissement 92, puisque celui-ci est logé dans le rebord externe 800. Plus précisément, l'huile de lubrification est d'autant mieux évacuée que le jonc d'amortissement 92 est relativement éloigné d'au moins un chemin de roulement 64. Le jonc d'amortissement 92 est monobloc dans l'exemple représenté sur la figure 3, mais peut être également formé par plusieurs secteurs de joncs élémentaires successifs le long de la gorge de maintien du jonc d'amortissement 92. Le jonc d'amortissement monobloc est préférablement fendu de manière à former deux extrémités et à faciliter ainsi son montage dans le logement 804, comme expliqué plus loin. Dans cette configuration, les parties d'extrémité du jonc d'amortissement 92, situées à proximité de la fente du jonc d'amortissement 92, ont de préférence un rayon de courbure sensiblement égal, voire légèrement inférieur, à celui du logement 804, de manière à ce que ces parties d'extrémités restent en regard l'une de l'autre lorsque le jonc d'amortissement 92 est monté dans le logement 804. De cette façon, il est notamment possible d'éviter que des particules solides ne se déposent entre le fond de la gorge 804 et le jonc d'amortissement 92, ce qui conduirait à une modification non souhaitée du coefficient de frottement entre le jonc d'amortissement 92 et la cage, et éventuellement à une usure prématurée de la cage de roulement 80. Avantageusement, la partie distale du jonc d'amortissement 92, opposée aux parties d'extrémités, a alors un rayon de courbure au repos plus grand que celui du logement 804, de manière à faciliter le maintien du jonc d'amortissement 92 dans le logement 804 par le retour élastique du jonc. Le jonc d'amortissement 92 peut être constitué d'un ressort hélicoïdal, avantageusement à spires jointives de façon à optimiser le coefficient de frottement entre le jonc et la cage. Le jonc d'amortissement 92 est par exemple fabriqué en fonte ou en acier. Plus généralement, le jonc d'amortissement 92 est fabriqué en matériau de résistance mécanique comparable à celle du corps principal de la cage qu'il doit amortir. Pour fabriquer une cage de roulement 80 comprenant des moyens d'amortissement de vibrations 90 selon l'invention, les modes propres de déformation mécanique de la cage de roulement 80 sont déterminés au préalable sans moyens d'amortissement de vibration. Par la suite, au moins un jonc d'amortissement 92 tel que décrit ci-dessus est monté dans le logement 804 du rebord externe 800, de manière à ce que le jonc d'amortissement 92 soit solidaire, notamment en rotation, de la cage de roulement 80. Le jonc d'amortissement 92 peut se déplacer avec frottements dans son logement 804, et peut donc tourner avec des micro-mouvements par rapport à la cage de roulement 80 en fonctionnement. Pour assembler le jonc d'amortissement 92 dans la cage de roulement 80, un jeu sera prévu pour fendre le jonc d'amortissement 92 et créer un écartement non nul entre les deux extrémités du jonc d'amortissement 92 ainsi formé. Le jonc 92 pourra donc être refermé au moment du montage en faisant rejoindre ses deux extrémités, afin d'être inséré par-dessous dans l'épaulement extérieur de maintien 822. Une fois le jonc d'amortissement 92 mis en place dans le logement 804, le jonc 92 s'étend sur un angle préférablement compris entre 350° et 360° le long de la cage de roulement 80. Généralement, l'angle est inférieur à 360°, ce qui signifie qu'un écartement subsiste entre les deux extrémités du jonc 92 en place. Cet écartement implique une discontinuité dans la répartition angulaire de la masse du jonc 92. Le balourd qui en résulte sera notamment soit acceptable dans les tolérances d'équilibrage de la cage de roulement 80, soit le balourd sera notamment compensé en réalisant un segment de jonc 92 de section variable. Par exemple, on peut prévoir une section plus petite du jonc 92 du côté diamétralement opposé aux deux extrémités, de façon à diminuer localement la masse linéaire du jonc 92. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention. Le roulement selon l'invention peut comprendre par exemple des moyens supplémentaires d'amortissement de vibrations du roulement.25 REVENDICATIONS1. Cage de roulement (80) annulaire pour roulement (70) d'arbre tournant (30, 31, 32) de turbomachine (1), caractérisée en ce qu'elle comprend un jonc (92) d'amortissement de vibrations correspondant à des modes de déformée de la cage de roulement (80), et en ce qu'elle comprend en outre au moins un rebord externe (800) comportant un logement (804) au moins partiellement annulaire qui s'étend autour d'un axe central (73) de la cage de roulement (80), le jonc d'amortissement (92) étant disposé dans le logement (804). 2. Cage de roulement (80) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le logement (804) maintient le jonc d'amortissement (92) contre une surface latérale externe (812) de la cage de roulement (80). 3. Cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le logement (804) est une gorge de maintien du jonc d'amortissement (92). 4. Cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rebord externe (800) comprend un épaulement extérieur de maintien (822) présentant la forme d'un crochet en section transverse. 5. Cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le jonc d'amortissement (92) est monobloc et est fendu de façon à créer deux extrémités présentant un écartement non nul entre elles, le jonc d'amortissement (92) s'étendant sur un angle compris entre 350° et 360° le long de la cage de roulement (80). 6. Cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rebord externe (800) forme un rail de guidage d'au moins un élément roulant (74) de roulement (70). 7. Cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps principal (800, 82, 84) comprenant le rebord externe (800), le corps principal (800, 82, 84) étant fabriqué en matériau métallique, notamment en acier, et en ce que le jonc d'amortissement (92) est fabriqué en un matériau métallique de résistance mécanique comparable à celle dudit corps principal. 8. Cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une paire de joncs d'amortissement (92) et une paire de rebords externes (800) comportant chacun un logement (804), au moins partiellement annulaire autour de l'axe central (73), dans lequel un des joncs d'amortissement (92) est disposé, les joncs d'amortissement (92) et les rebords externes (800) de chaque paire étant agencés sensiblement symétriquement par symétrie plane par rapport à un même plan médian (P) de la cage. 9. Roulement (70) pour arbre tournant (30, 31, 32) de turbomachine (1), comprenant une cage de roulement (80) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Turbomachine (1) comprenant au moins un roulement (70) selon la revendication précédente.