Brevet FR3035695A1 — publié le 20161104

ROULEMENT INSTRUMENTE AUTO-AJUSTABLE ET SYSTEME MECANIQUE EQUIPE D'UN TEL ROULEMENT La présente invention concerne un roulement instrumenté auto-ajustable. L'invention concerne également un système mécanique équipé d'un tel roulement. De manière connue, un système mécanique peut être équipé d'un support, un arbre, et un palier interposé entre le support et l'arbre pour supporter et guider ce dernier en rotation. Le palier peut être formé par un roulement à contact radial, comportant une bague fixe disposé dans un logement du support et une bague mobile solidaire de l'arbre. Cependant, un tel roulement n'est pas optimisé pour certaines applications, par exemple dans une boîte à vitesses et/ou en cas de fortes charges. Dans ce cas, on utilise un palier sphérique formé par un roulement auto-ajustable, dans lequel une bague est fixe tandis que l'autre bague est inclinable. Un tel roulement permet de compenser un éventuel désalignement entre l'axe de l'arbre et l'axe du logement formé dans le support. Par ailleurs, il est connu d'équiper un système mécanique avec un roulement instrumenté permettant de contrôler ses paramètres de fonctionnement, tel que la vitesse de rotation de l'arbre. Un tel roulement comporte généralement un capteur solidaire de la bague fixe et une cible solidaire de la bague mobile, formant un dispositif de détection de la rotation relative entre les bagues. WO-A-2010 064 088 décrit un exemple de roulement instrumenté. Le roulement comprend une bague extérieure et une bague intérieure, délimitant une chambre de roulement dans laquelle est disposée une rangée de billes. La bague extérieure comporte une surface externe en forme de portion de sphère, et de même le logement du support comporte une surface interne en forme de portion de sphère complémentaire de celle du roulement, formant ainsi un palier sphérique. Un capteur est fixé au support solidaire de la bague extérieure du roulement, tandis qu'une cible est fixée à la bague intérieure du roulement. En cas d'inclinaison relative entre les bagues du roulement, il existe un risque pour que la cible heurte la bague extérieure. Le but de la présente invention est de proposer un roulement instrumenté auto- ajustable amélioré. A cet effet, l'invention a pour objet un roulement instrumenté auto-alignable, comprenant : une bague extérieure et une bague intérieure délimitant une chambre de roulement dans laquelle est disposée au moins une rangée d'éléments roulants ; et un dispositif de détection incluant une cible solidaire de la bague extérieure et un capteur solidaire de la bague intérieure, configurés pour détecter une rotation relative entre la bague extérieure et la bague intérieure autour d'un axe central. Le roulement est 3035695 2 caractérisé en ce que la bague extérieure comporte une surface interne en forme de portion de sphère centrée sur un centre d'inclinaison du roulement et formant une surface de roulement pour les éléments roulants ; et en ce que le rayon de la surface interne de la bague extérieure est supérieur à une distance définie entre le centre d'inclinaison du 5 roulement et une position spécifique du capteur qui est la plus éloignée du centre d'inclinaison. Ainsi, l'invention permet de s'assurer que le capteur ne heurte pas la bague extérieure en cas d'inclinaison relative entre les bagues du roulement. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou 10 en combinaison : - Une distance définie entre le centre d'inclinaison et une position proximale de la cible qui est la plus rapprochée du centre d'inclinaison est supérieure à la distance définie entre le centre d'inclinaison et la position spécifique du capteur. Ainsi, on s'assure que le capteur ne heurte pas la cible en cas d'inclinaison relative entre les bagues du roulement. 15 Généralement, cette caractéristique est intrinsèque à la configuration du dispositif de détection, notamment à la forme et l'agencement de la cible et du capteur. - La position spécifique correspond à un bord externe du capteur. - Le capteur comporte une surface externe en forme de portion de sphère incluant la position spécifique, de sorte que la distance définie entre le centre d'inclinaison et la 20 position spécifique correspond au rayon de la surface externe du capteur. - La cible comporte une surface interne en forme de portion de sphère. - La portion de sphère est centrée sur le centre d'inclinaison du roulement, de sorte qu'un entrefer défini entre la cible et le capteur est constant quelle que soit l'inclinaison du roulement autour du centre d'inclinaison. 25 - La cible est fixée sur une paroi latérale de la bague extérieure ou de la bague intérieure. - Le roulement comprend deux rangées d'éléments roulants. - Le roulement est un roulement à rotule sur bille ou un roulement à rotule sur rouleaux. 30 L'invention a également pour objet un système mécanique, équipé d'un roulement tel que mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 35 - la figure 1 est une coupe partielle d'un système mécanique conforme à l'invention, équipé d'un roulement également conforme à l'invention, 3035695 3 la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1, montrant un roulement conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, et la figure 3 est une coupe analogue aux figures 1 et 2 représentant un roulement conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. 5 Sur la figure 1 est représenté partiellement un système mécanique 1 conforme à l'invention. Le système 1 comprend un support 2, un arbre 3 et un roulement 10 également conforme à l'invention. Le support 2 comporte un alésage cylindrique 4, tandis que l'arbre comporte une surface externe cylindrique 5. Le support 2 est fixe, tandis que l'arbre 3 est mobile en rotation. Lorsque le support 2 et l'arbre 3 sont alignés, l'alésage 4 10 et la surface 5 sont tous deux centrés sur un axe central X1 du système mécanique 1. Le roulement 10 comprend une bague extérieure 20 et une bague intérieure 30 délimitant une chambre de roulement 12. Deux rangées d'éléments roulants 14 maintenus par une cage 16 sont disposées dans la chambre de roulement 12. Plus précisément, les éléments roulants 14 sont des billes. La bague 20 est fixée dans l'alésage 4 du support 2, 15 tandis que la bague 30 est fixée sur la surface 5 de l'arbre 3. La bague extérieure 20 comporte une surface interne 22 formant une surface de roulement pour les éléments roulants 14 et une surface externe cylindrique 24 ajustée dans l'alésage 4. La surface 22 a une forme de portion de sphère centrée sur un centre d'inclinaison C10 du roulement 10, qui est disposé sur l'axe central X1 du système 1. La 20 surface 22 présente un rayon R22 autour du centre 010. Le roulement 10 est auto-ajustable, c'est-à-dire que les bagues 20 et 30 peuvent pivoter l'une par rapport à l'autre autour du centre 010. Pour les applications visées, ce pivotement se limite généralement à ±1.5 degrés. Le roulement 10 permet ainsi de compenser un éventuel désalignement entre l'axe de l'arbre 3 et l'axe de l'alésage 4 25 formé dans le support 2. Le roulement 10 comprend également un dispositif de détection 50 incluant une cible 60 et un capteur 70, configurés pour détecter une rotation relative entre les bagues 20 et 30 autour de l'axe central X1. La cible 60 est fixée sur une paroi latérale 26 de la bague extérieure 20, tandis que le capteur 70 est fixé sur une paroi latérale 36 de la 30 bague intérieure 30. La cible 62 présente une surface interne 62 disposé en regard d'une surface externe 72 du capteur 70, de sorte que le capteur 70 peut lire la surface interne 62 de la cible 62. Un écart de mesure, dit entrefer e50 (« air gap » en Anglais), est ménagé entre les surfaces 62 et 72. La cible 60 présente un bord interne 64 correspondant à la position de la surface 35 62 la plus rapprochée du centre 010. On note R64 la distance entre le centre 010 et le bord 64. De son côté, le capteur 70 présente un bord externe 74 correspondant à la 3035695 4 position de la surface 72 la plus éloignée du centre 010. On note R74 la distance entre le centre C10 et le bord 74. Comme le roulement 10 est auto-ajustable, un déplacement relatif entre les bagues 20 et 30 entraîne un déplacement relatif entre la cible 60 et le capteur 70. Dans 5 ces conditions, on cherche à éviter que le capteur 70 et plus précisément le bord 74 ne heurte la cible 60 ou la bague 20. A cet effet, le roulement 10 est configuré de sorte que la distance R74 est inférieure au rayon R22 et à la distance R64. La surface interne 62 de la cible 60 a de préférence une forme de portion de sphère. Ainsi, l'entrefer e50 défini entre la cible 60 et le capteur 70 reste stable quelle que 10 soit l'inclinaison du roulement 10 autour du centre 010 dans la plage angulaire de ±1.5 degrés. Sur la figure 2 est représenté un roulement 10 conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, équipant le système mécanique 1. Dans un but de simplification, les éléments constitutifs du roulement 10 comparables à ceux du premier mode de 15 réalisation portent les mêmes références numériques. Seules les différences avec le premier mode de réalisation sont détaillées ci-après. Dans ce deuxième mode de réalisation, la surface externe 72 du capteur 70 a une forme de portion de sphère incluant le bord 74. Par conséquent, la distance R74 définie entre le centre d'inclinaison 010 et le bord 74 correspond au rayon R72 de la surface 20 externe 72 du capteur 70. Plus précisément, la surface 72 a une forme de portion de sphère centrée sur le centre C10 du roulement 10. En outre, la surface interne 62 de la cible 60 a une forme de portion de sphère centrée sur le centre 010. Ainsi, l'entrefer e50 défini entre la cible 60 et le capteur 70 est constant quelle que soit l'inclinaison du roulement 10 autour du centre 010. 25 Par ailleurs, le système mécanique 1 peut être conformé différemment des figures 1 et 2 sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le roulement 10 peut présenter toute configuration adaptée à l'application visée. En variante non représentée, la cible 60 peut être fixée sur directement sur le support 2, ou bien sur un organe additionnel solidaire de la bague 20 et du support 2. 30 Quel que soit le mode de réalisation, la bague extérieure 20 du roulement 10 comporte une surface interne 22 en forme de portion de sphère centrée sur le centre d'inclinaison 010 du roulement 10 et formant une surface de roulement pour les éléments roulants 14. Le rayon R22 de la surface interne 22 est supérieur à une distance définie entre le centre C10 et une position spécifique 74 du capteur 70 qui est la plus éloignée du 35 centre 010. 3035695 5 Les deux modes de réalisation décrits précédemment correspondent à un roulement à rotule sur billes (en anglais SABB pour Self Aligning Ball Bearing). L'invention peut également être mise en oeuvre sur d'autres types de roulements, notamment sur un roulement 10 à rotule sur rouleaux (en anglais SRB pour Spherical Roller Bearing). 5 Un tel roulement 10 est représenté à la figure 3 et constitue un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans un but de simplification, les éléments constitutifs de ce roulement 10 qui sont comparables à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références numériques. Seules les différences par rapport aux modes de réalisation précédents sont mentionnées ci-dessous, par souci de concision. 10 Le roulement 10 de la figure 3 a une bague extérieure 20 comportant une surface interne 22 en forme de portion de sphère centrée sur un centre d'inclinaison 010 du roulement 10 et formant une surface de roulement pour des rouleaux 15. Dans l'exemple, le roulement 10 comporte deux rangées de rouleaux sphériques 15 disposées côte à côte. Les rouleaux sphériques 15 ont chacun une surface périphérique, ou de roulement, 15 en forme de portion de sphère. La bague intérieure 30 comporte une surface extérieure 32 qui est formée par deux portions de surface 32a et 32b. Les portions 32a et 32b forment une surface de roulement pour chaque rangée de rouleaux 15. Dans le plan de coupe de la figure 3, les surfaces 32a et 32b ont une forme curviligne, dont la concavité est opposée par rapport à celle de la surface 22. Le centre de courbure de la surface 32a 20 est plutôt disposé du côté du dispositif de détection 50, alors que le centre de courbure de la surface 32b est disposé du côté opposé. Les surfaces 32a, 32b et 22 présentent sensiblement le même rayon de courbure. Ce rayon de courbure est par ailleurs le même que celui de la surface périphérique des rouleaux sphériques 15. 25 Par ailleurs, la surface extérieure 24 de la bague extérieure 20 délimite une rainure périphérique 25. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le dispositif de détection 50 est sensiblement le même que celui utilisé à la figure 1. Plus précisément, le dispositif de détection 50 comprend une cible 60 solidaire de la bague extérieure 20 et un capteur 70 30 solidaire de la bague intérieure 30, configurés pour détecter une rotation relative entre la bague extérieure (20) et la bague intérieure 30 autour d'un axe central X1. Comme dans le premier mode de réalisation, le capteur 60 comporte une surface intérieure 62 en forme de portion de sphère et la cible 70 comporte une surface extérieure cylindrique, centrée sur l'axe X1. 35 Les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées 3035695 6 entre elles. En particulier, le dispositif de détection 50 de la figure 2 peut être intégré à un roulement à rotule sur rouleaux tel que représenté à la figure 3. Ainsi, le système mécanique 1 et le roulement 10 peuvent être adaptés en termes de coût, de fonctionnalités et de performance. 5 REVENDICATIONS1.- Roulement (10) instrumenté auto-alignable, comprenant : une bague extérieure (20) et une bague intérieure (30) délimitant une chambre de roulement (12) dans laquelle est disposée au moins une rangée d'éléments roulants (14) ; et un dispositif de détection (50) incluant une cible (60) solidaire de la bague extérieure (20) et un capteur (70) solidaire de la bague intérieure (30), configurés pour détecter une rotation relative entre la bague extérieure (20) et la bague intérieure (30) autour d'un axe central (X1); caractérisé en ce que la bague extérieure (20) comporte une surface interne (22) en forme de portion de sphère centrée sur un centre d'inclinaison (010) du roulement (10) et formant une surface de roulement pour les éléments roulants (14) ; et en ce que le rayon (R22) de la surface interne (22) de la bague extérieure (20) est supérieur à une distance (R74 ; R72) définie entre le centre d'inclinaison (010) du roulement (10) et une position spécifique (74) du capteur (70) qui est la plus éloignée du centre d'inclinaison (010). 2.- Roulement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une distance (R64 ; R62) définie entre le centre d'inclinaison (010) et une position proximale (64) de la cible (60) qui est la plus rapprochée du centre d'inclinaison (010) est supérieure à la distance (R74 ; R72) définie entre le centre d'inclinaison (010) et la position spécifique (74) du capteur (70). 3.- Roulement (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position spécifique (74) correspond à un bord externe du capteur (70). 4.- Roulement (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (70) comporte une surface externe (72) en forme de portion de sphère incluant la position spécifique (74), de sorte que la distance définie entre le centre d'inclinaison (010) et la position spécifique (74) correspond au rayon (R72) de la surface externe (72) du capteur (70). 5.- Roulement (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cible (60) comporte une surface interne (62) en forme de portion de sphère. 3035695 8 6- Roulement (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la portion de sphère est centrée sur le centre d'inclinaison (010) du roulement (10), de sorte qu'un entrefer (e50) défini entre la cible (60) et le capteur (70) est constant quelle que soit l'inclinaison du roulement (10) autour du centre d'inclinaison (010). 5 7.- Roulement (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cible (60) est fixée sur une paroi latérale (26) de la bague extérieure (20) ou de la bague intérieure (30). 10 8.- Roulement (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux rangées d'éléments roulants (14). 9.- Roulement (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un roulement à rotule sur bille (SABB) ou d'un roulement à rotule sur rouleaux (SRB). 15 10.- Système mécanique (1), caractérisé en ce qu'il est équipé d'un roulement (10) selon l'une des revendications précédentes.