Brevet FR3013087A1 — publié le 20150515

ROULEMENT MECANIQUE L'invention concerne un roulement mécanique. De manière connue, un roulement mécanique comprend une bague extérieure et une bague intérieure qui sont centrées sur un même axe et une cage qui est disposée coaxialement entre la bague intérieure et la bague extérieure. Cette cage est une pièce tubulaire monobloc qui loge des éléments roulants, lesquels sont maintenus écartés les uns par rapport aux autres pour éviter qu'ils s'entrechoquent. L'invention s'applique plus particulièrement aux roulements mécaniques à haute vitesse comme les roulements utilisés dans le planétaire d'un train épicycloïdal. En effet, à vitesse de rotation élevée, les éléments roulants logés dans la cage subissent une force centrifuge importante. Ces efforts centrifuges ne sont pas équivalents sur toute la périphérie de la cage et engendrent des contraintes élevées à certaines zones de la cage. Ainsi, seules certaines portions de la cage sont particulièrement sollicitées par les efforts centrifuges. Les contraintes engendrées dans ces portions résultent néanmoins à une déformation globale de la cage, ce qui implique un mauvais guidage en rotation des éléments roulants. En pratique, la déformation de la cage liée aux efforts centrifuges est limitée en utilisant un matériau plus résistant et des sections plus importantes dans les zones les plus sollicitées. Cependant, ces renforcements localisés augmentent la masse de la cage et engendrent donc, des efforts centrifuges plus importants. Pour pallier ces inconvénients, la cage de certains roulements est remplacée par un ensemble d'intercalaires indépendants qui sont disposés entre chaque paire d'éléments roulants du roulement mécanique. Ces intercalaires permettent effectivement de maintenir les éléments roulants écartés et remédient au problème de déformation de la cage due aux effets centrifuges. Cependant, cette solution n'est pas adaptée pour les roulements mécaniques à grande vitesse car les éléments roulants ne sont pas suffisamment maintenus et présentent, de ce fait, une cinématique aléatoire. Plus précisément, les éléments roulants ont tendance à pivoter, à grande vitesse, autour d'un axe de rotation autre que leur axe de rotation principal. Ce mouvement de rotation parasite implique un défaut d'alignement des éléments roulants qui nuit à la capacité de guidage en rotation du roulement mécanique. Par ailleurs, DE-A-10 2012 202 104 divulgue une cage de roulement mécanique qui est réalisée en deux parties adaptées pour être assemblées l'une avec l'autre. Dans ce document, la cage est segmentée en deux parties pour faciliter le procédé de fabrication et permettre une production à grande échelle. En effet, le fait de segmenter la cage en deux parties permet d'utiliser la technique de moulage par injection pour confectionner les deux parties de la cage. Ainsi, en configuration assemblée dans le roulement, les deux parties de la cage sont assemblées l'une avec l'autre si bien que les efforts s'appliquant sur une partie de la cage sont transmis à l'autre partie et la cage se déforme. De même, JP-A-2013-036510 divulgue une cage de roulement mécanique qui est segmentée en plusieurs portions, ce qui facilite la fabrication de la cage. Les différentes portions de la cage sont accolées de manière jointive les unes aux autres en configuration assemblée du roulement si bien qu'il y a une transmission des efforts d'une portion à l'autre et une déformation globalisée de la cage. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un roulement mécanique permettant de réduire la déformation de la cage liée aux efforts centrifuges à haute vitesse, tout en conservant de bonnes capacités de guidage en rotation. A cet effet, l'invention concerne un roulement mécanique, comprenant une bague extérieure et une bague intérieure, centrées sur un même axe de roulement, la bague extérieure étant disposée radialement autour de la bague intérieure, et une cage, disposée coaxialement entre la bague intérieure et la bague extérieure et logeant des éléments roulants. Conformément à l'invention, la cage est formée par plusieurs portions tubulaires disjointes qui, à l'état assemblé du roulement, sont séparées les unes des autres d'un interstice non-nul. Grâce à l'invention, les efforts centrifuges s'appliquant sur une portion de la cage ne sont pas transmis aux autres portions de la cage car la cage n'est pas monobloc, mais formée par plusieurs portions disjointes, c'est-à-dire indépendantes les unes des autres. Autrement dit, un interstice non-nul subsiste entre chaque paire de portions de cage successives. Ainsi, les contraintes exercées de manière localisée sur la cage n'engendrent pas de déformation globalisée de la cage. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un roulement mécanique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - La cage est formée par au moins trois portions tubulaires disjointes. - La cage est formée par quatre portions tubulaires. - Les quatre portions tubulaires de la cage sont identiques. - À l'état assemblé du roulement, l'interstice séparant les portions de la cage est compris entre 10 et 70% de l'espace entre deux éléments roulants adjacents. - Les éléments roulants sont des rouleaux cylindriques. - Chaque portion de la cage délimite au moins un logement traversant de réception d'un élément roulant. - Chaque portion de la cage délimite le même nombre de logements de réception d'éléments roulants - Le ou les logements de chaque portion de la cage présentent un contour rectangulaire, dont les dimensions correspondent à celles des rouleaux cylindriques. - La bague intérieure comprend une gorge périphérique dans laquelle sont partiellement logés les éléments roulants. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un roulement mécanique conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite au référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un roulement mécanique conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'une cage appartenant au roulement de la figure 1, et - la figure 3 est une vue de côté du roulement de la figure 1 dans une configuration assemblée. Sur la figure 1 est représenté un roulement mécanique 2 qui est centré sur un axe de roulement X2. Ce roulement mécanique 2 comporte une bague extérieure 4 et une bague intérieure 6, qui sont centrées sur l'axe de roulement X2. La bague intérieure 6 est disposée radialement à l'intérieur de la bague extérieure 4. Une cage 8 est disposée coaxialement entre la bague intérieure 6 et la bague extérieure 4. Cette cage 8 est globalement tubulaire et loge des éléments roulants 10. Dans l'exemple, les éléments roulants 10 sont des rouleaux cylindriques qui s'étendent parallèlement à l'axe X2 et qui sont chacun centrés sur un axe X10 parallèle à l'axe X2, cet axe X10 représentant l'axe de rotation du rouleau 10 en fonctionnement. Les rouleaux 10 sont partiellement logés dans une gorge périphérique 60 de la bague intérieure 6. Les rouleaux 10 sont au contact, d'une part, du fond de la gorge périphérique 60 de la bague intérieure 6 et, d'autre part, de la surface radiale interne de la bague extérieure 4. Comme visible à la figure 2, la cage 8 est formée de quatre portions tubulaires disjointes, respectivement référencées 8A à 8D. Autrement dit, la cage 8 n'est pas monobloc. Les portions 8A à 8D de la cage 8 sont chacune centrées sur l'axe X2, c'est-à-dire qu'elles s'étendent chacune sur un secteur angulaire, centré sur l'axe X2. Dans l'exemple considéré, les quatre secteurs angulaires concernés sont égaux les uns aux autres, avec un angle au sommet environ égal à 90°.A l'état assemblé du roulement, un interstice non-nul 11 subsiste entre chaque paire de portions successives de la cage 8, cet interstice étant compris entre 10% et 70% de l'espace libre entre deux éléments roulants adjacents, notamment de l'ordre de 25%. Ainsi, il n'y a pas de coopération mécanique entre les portions de la cage. Cela permet d'éviter que les différentes portions de la cage 8 s'entrechoquent et que les efforts appliqués sur une portion se transmettent aux deux portions adjacentes. Chaque portion de la cage 8 comporte des logements traversants 80 chacun adaptés pour recevoir des rouleaux 10. Avantageusement, chaque portion de la cage délimite le même nombre de logements 80. Dans l'exemple, ce nombre est égal à trois mais peut, en variante, être différent de trois du moment qu'il est non nul. Ainsi, le roulement 2 est équipé de douze rouleaux 10. Ici, les logements traversants 80 sont des découpes à contour rectangulaire qui sont espacés de manière régulière autour de l'axe X2. De cette manière, à l'état assemblé du roulement 2, les éléments roulants, ou rouleaux 10, sont régulièrement répartis autour de l'axe X2 et les performances de guidage en rotation du roulement 2 ne sont pas altérées. En pratique, les dimensions du contour des logements 80 correspondent aux dimensions des rouleaux cylindriques 10. Plus précisément, la plus grande dimension du contour des logements 80 correspond à la longueur des rouleaux 10 alors que l'autre dimension du contour correspond au diamètre du rouleau 10. Ainsi, chaque portion de la cage 8 contrôle la cinématique des rouleaux 10 qui sont logés dans cette portion. En d'autres termes, le seul degré de liberté autorisé par chaque portion de la cage 8 pour les rouleaux 10 qu'elle loge est un mouvement de rotation autour de leur axe de rotation X10. Le fait de maintenir les rouleaux 10 alignés, c'est-à-dire centrés sur leurs axes de rotation X10 permet d'obtenir un roulement 2 ayant de bonnes capacités de guidage en rotation. En pratique, le roulement mécanique 2 est positionné dans un assemblage de manière que la bague extérieure 4 est entrainée en rotation autour de l'axe X2. Ainsi, comme visible à la figure 3, la bague extérieure 4 pivote autour de l'axe X2 avec un mouvement de rotation R1. Ce mouvement de rotation R1 engendre une rotation R2 au niveau des rouleaux 10 qui tournent autour de leur axe X10. Le contact entre les rouleaux 10 et la bague intérieure 6 est du type roulement sans glissement. Cependant, dans des conditions de fonctionnement lubrifié, la cinématique entre les rouleaux 10 et la bague intérieure 6 fait intervenir du roulement et du glissement. Les rouleaux 10 roulent donc autour de la bague intérieure 6 dans la gorge 60 et entrainent la cage 8 selon un mouvement de rotation R3 autour de l'axe X2. Ainsi, en fonctionnement, les rouleaux 10 et la cage 8 sont soumis à une force centrifuge F1 qui est une force radiale à l'axe X2 dirigée vers l'extérieur. Cette force centrifuge engendre des contraintes au niveau de chaque portion 8A, 8B, 8C, 8D de la cage 8. Or, certaines portions de la cage 8 sont plus sollicitées, c'est-à-dire plus sensibles aux efforts centrifuges, que d'autres. Ainsi, les contraintes engendrées dans une des portions de la cage 8 n'impliquent pas de déformations au niveau des autres portions de la cage 8 car les portions 8A à 8D sont disjointes, c'est-à-dire indépendantes. Par conséquent, en opposition avec une cage monobloc de l'art antérieur où les contraintes appliquées à un endroit de la cage influent sur la forme générale de la cage, une déformation localisée sur la cage 8 selon l'invention n'implique pas de déformation globalisée de la cage 8. Par exemple, en considérant que la portion 8D de la cage 8 est la portion la plus sollicitée par les efforts centrifuges, ces efforts ne sont pas transmis aux portions 8A, 8B et 8C car celles-ci sont disjointes. Inversement, les efforts liés par exemple à la gravité s'appliquant sur les portions 8A, 8B et 8C ne sont pas transmis à la portion 8D de la cage 8. Cela permet d'éviter une surcontrainte au niveau de la portion 8D de la cage 8. De plus, la cage 8 conserve une forme globalement tubulaire centrée sur l'axe de roulement X2. En fonctionnement, la cage 8 exerce un effort sur la bague intérieure 6. On dit que la cage 8 est guidée par la bague intérieure et que cet effort est un effort de centrage. En variante, la cage 8 peut être guidée par la bague extérieure 4. Ici, comme la cage 8 conserve une géométrie globalement tubulaire centrée sur l'axe X2, l'effort de centrage sur la cage est réduit. En pratique, cet effort de centrage est d'autant plus faible que la cage 8 est segmentée en un nombre de portions important. Néanmoins, une cage segmentée en un nombre de portions trop important n'assurerait plus correctement le maintien des éléments roulants centrés sur leur axe de rotation X10. Le fait de segmenter la cage 8 en quatre portions permet globalement de diminuer l'effort de centrage par quatre puisque la masse de la cage 8 exerçant une pression sur la bague intérieure 6 est quatre fois moins importante pour la cage 8 selon l'invention que pour une cage monobloc de l'art antérieur. Cela permet notamment d'éviter les ruptures dues aux formes en « S » ou dues à une ovalisation trop importante de la cage8 qui sont constatées lors de l'utilisation d'une cage monobloc dans des roulements à grande vitesse et les dégradations de la bague 6 et de la cage 8 sont réduites lors du fonctionnement du roulement. Enfin, les éléments roulants 10 logés dans les portions de la cage les moins sollicitées par les efforts centrifuges conservent leur alignement, ce qui fait que le roulement 2 présente de bonnes capacités de guidage en rotation à haute vitesse. En variante non représentée, les éléments roulants 10 ne sont pas des rouleaux cylindriques mais par exemple des billes. En variante non représentée, la cage 8 est formée par un nombre de portions différent de 4. Par exemple, il est possible de segmenter la cage 8 en deux ou trois. En pratique, la cage 8 n'est jamais segmentée selon un nombre supérieur à la moitié des éléments roulants. En variante non représentée, c'est la bague intérieure 6 qui est entrainée en rotation autour de l'axe de roulement X2. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes envisagées ci-dessus peuvent combinées entre elles pour donner de nouveaux modes de réalisation de l'invention.20 REVENDICATIONS1.- Roulement mécanique (2), comprenant : une bague extérieure (4) et une bague intérieure (6), centrées sur un même axe de roulement (X2), la bague extérieure étant disposée radialement autour de la bague intérieure, une cage (8), disposée coaxialement entre la bague intérieure et la bague extérieure et logeant des éléments roulants (10), caractérisé en ce que la cage (8) est formée par plusieurs portions tubulaires disjointes (8A, 8B, 8C, 8D) qui, à l'état assemblé du roulement, sont séparées les unes des autres d'un interstice (11) non-nul. 2.- Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage (8) est formée par au moins trois portions tubulaires disjointes. 3.- Roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cage (8) est formée par quatre portions tubulaires (8A, 8B, 8C, 8D). 4.- Roulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les quatre portions tubulaires (8A, 8B, 8C, 8D) de la cage (8) sont identiques. 5.- Roulement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l'état assemblé du roulement, l'interstice (11) séparant les portions (8A, 8B, 8C, 8D) de la cage (8) est compris entre 10 et 70% de l'espace entre deux éléments roulants adjacents (10). 6.- Roulement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments roulants (10) sont des rouleaux cylindriques. 7.- Roulement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque portion (8A, 8B, 8C, 8D) de la cage (8) délimite au moins un logement traversant (80) de réception d'un élément roulant (10). 8.- Roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque portion (8A, 8B, 8C, 8D) de la cage (8) délimite le même nombre de logements (80) de réception d'éléments roulants (10). 9.- Roulement selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le ou les logements (80) de chaque portion (8A, 8B, 8C, 8D) de la cage (8) présentent un contour rectangulaire, dont les dimensions correspondent à celles des rouleaux cylindriques (10). 10.- Roulement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague intérieure (6) comprend une gorge périphérique (60) dans laquelle sont partiellement logés les éléments roulants (10).