Brevet FR3072740A1 — publié le 20190426

ROTULE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne une rotule, en particulier une rotule radiale. ART ANTERI EUR Traditionellement, une rotule est constituée d'une bague extérieure et d'une bague intérieure, les deux bagues étant aptes à rotuler l'une par rapport à l'autre, et ces bagues sont en matériaux métalliques. La rotule est installée dans un logement et est portée par un arbre. Il est connu par EP-B1-1 431 597 d'interposer un palier entre l'alésage de la bague intérieure et l'arbre, et ce afin de réduire la masse des rotules métalliques et d'améliorer leur lubrification. Par ailleurs, il est connu, toujours afin de réduire le poids des bagues, d'utiliser un matériau céramique pour constituer l'une au moins des deux bagues. C'est le cas par exemple dans JP H4-305411. Cependant, les matériaux céramiques sont fragiles et beaucoup moins enclins que les matériaux métalliques aux déformations élastiques et plastiques. Par conséquence, des améliorations sont possibles. RESUME DE L'INVENTION L'objet de l'invention est de fournir une rotule comprenant une bague extérieure d'une certaine largeur L et une bague intérieure en matériau céramique et possédant un axe longitudinal. La bague extérieure comprend une surface intérieure sphérique tronquée, et la bague intérieure comprend une surface extérieure sphérique tronquée dont le profile correspond à celui de la surface intérieure de la bague extérieure. La bague intérieure comprend également une surface intérieure et deux parois latérales reliant ses surfaces intérieure et extérieure. Selon l'invention, la surface intérieure de la bague intérieure est constituée d'une portion centrale cylindrique de rayon R et qui est encadrée par deux portions latérales convexes. De plus, chaque portion latérale s'étend depuis la portion centrale en direction de et jusqu'à une des deux parois latérales, de sorte que tout point des deux portions latérales est situé à une distance radiale de l'axe 2 longitudinal, mesurée suivant une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal, supérieure au rayon R. Grâce à l'invention, la capacité de charge de la rotule est augmentée par 5 rapport à une rotule dont l'alésage de la bague intérieure est strictement cylindrique. De plus, grâce à l'invention, en cas de fort chargement de la rotule ou en cas de flexion élevée de l'arbre sur lequel la rotule est destinée à être montée et/ou du logement dans lequel la rotule est destinée à être monté, le phénomène 10 de concentration de contraintes de bord est évité au niveau des portions d'extrémités de la surface intérieure de la bague intérieure. Ceci permet d'éviter d'endommager la bague intérieure en matériau céramique. Selon d'autres aspects de l'invention qui sont avantageux mais pas 15 obligatoires, une telle rotule peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la distance radiale Y d'un point des surfaces latérales augmente de façon continue lorsque l'on s'éloigne de la portion centrale ; - les surfaces latérales se raccordent tangentiellement à la surface centrale ; 20 - les portions latérales possèdent chacune une largeur, mesurée suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal, égale à la moitié de la largeur L de la bague extérieure; - pour tout point des deux surfaces latérales, sa distance axiale X et sa distance radiale Y sont reliées par l'équation suivante : 25 Y= R-Kx In[1-(2X/L)2] où K est une constante prédéterminée et où la distance axiale X est mesurée à partir du raccordement de la portion centrale avec une des deux portions latérales, et suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal ; -la rotule comprend également un manchon ou palier installé dans l'alésage de la 30 bague intérieure, le palier étant annulaire et comprenant une surface extérieure en contact avec toute la surface intérieure de la bague intérieure; - le palier est réalisé dans une matière moins rigide que la ou les matières constituant les autres éléments de la rotule ; - le palier, une fois installé dans l'alésage de la bague intérieure, présente une 35 interférence radiale avec ladite bague intérieure ; - la bague extérieure est réalisée en matériau céramique. 3 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention va maintenant être expliquée à l'aide des dessins annexés, à titre d'exemple, sans aucune restriction quant à l'objet de l'invention. Dans les 5 dessins annexés: - Figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'une rotule selon l'invention ; - Figure 2 est une vue en section longitudinale de la rotule de la figure 1 suivant l'axe Al de sa bague intérieure, en service; 10 - Figure 3 est une vue détaillée de la géométrie de la bague intérieure de la rotule des figures 1 et 2; - Figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation d'une rotule selon l'invention. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALI SATI ON Dans la présente demande, les termes intérieur, intérieure, extérieur et extérieure sont associés à des éléments suivant une direction radiale. Par exemple, une surface intérieure signifie une surface radialement intérieure. 20 Les figures 1 à 3 illustrent une rotule 10 comprenant une bague intérieure 20 d'axe longitudinal Al et une bague extérieure 30. La bague extérieure 30 présente une surface extérieure 31 cylindrique et 25 une surface intérieure 32 sphérique tronquée se raccordant à la surface extérieure 31 par deux parois latérales 33. La bague extérieure 30 est monobloc. La bague extérieure 30 est disposée en service, au niveau de sa surface extérieure 31, contre la périphérie intérieure cylindrique d'un logement 50. La bague extérieure 30 possède une largeur L. 30 La bague intérieure 20, d'axe Al, est monobloc et présente une surface extérieure 21 sphérique tronquée dont le profile correspond à celui de la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30. La bague intérieure 20 présente également une surface intérieure 22 reliée à la surface extérieure 21 par deux 35 parois latérales 23. La bague intérieure 20 est disposée en service, au niveau de sa surface intérieure 22, contre une périphérie extérieure cylindrique d'un arbre 60. 4 La bague intérieure 20 possède une largeur, mesurée suivant son axe longitudinal Al, supérieure à la largeur L de la bague extérieure 30. Cela permet d'utiliser toute la surface intérieure 32 sphérique tronquée de la bague extérieure 30 lorsque la bague intérieure 20 rotule par rapport à la bague extérieure 30. 5 La bague intérieure 20 est réalisée en matériau céramique, par exemple en nitrure de silicium. La bague intérieure 20 est avantageusement obtenue par un procédé de frittage de poudre céramique, ce qui permet de minimiser la quantité de matière céramique employée. 10 La bague extérieure 30 est réalisée en un matériau choisi suivant les besoins de l'application. Ce matériau peut être métallique, par exemple en acier, bronze, alliage de titane, ou alliage de nickel. Dans le cas où l'on cherche à encore réduire la masse de la rotule, la bague extérieure 30 est elle aussi réalisée 15 en matériau céramique, par exemple également en nitrure de silicium. La bague intérieure 20 est symétrique par rapport à son axe longitudinal Al . La bague intérieure 20 est également symétrique par rapport à un plan médian P qui est perpendiculaire à l'axe Al de la bague intérieure 20. 20 La surface intérieure 22 de la bague intérieure 20 est constituée d'une portion centrale 24 cylindrique encadrée par deux portions latérales 25, 26. Chaque portion latérale 25, 26 s'étend depuis la portion centrale 24 en direction de et jusqu'à une des deux parois latérales 23 de la bague intérieure 20. 25 La portion centrale 24 cylindrique est de rayon R est en contact avec la périphérie extérieure cylindrique de l'arbre 60. Lorsque la rotule n'est pas chargée radialement ou faiblement chargée, les deux portions latérales 25, 26 quant à elles ne sont pas en contact avec l'arbre. Les deux portions latérales 25, 26 sont incurvées et convexes, de sorte à laisser 30 entre elles et l'arbre un espace libre. Cet espace libre croit au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la portion centrale 24. Lorsque la rotule est fortement chargée, l'arbre 60 fléchit et la bague intérieure 20 se déforme, de sorte que l'espace libre présent entre les portions latérales 25, 26 et l'arbre 60 se réduit, et peut même s'annuler partiellement 35 dans les zones où elle était, à l'état de repos (sans chargement), la plus petite. 5 Les deux portions latérales 25, 26 sont identiques et symétriques par rapport au plan médian P de la bague intérieure 20. Les deux portions latérales 25, 26 se raccordent tangentiellement à la portion centrale 24. 5 On définit par Y la distance radiale entre l'axe Al et la surface intérieure 22 de la bague intérieure 20. Cette distance radiale Y est mesurée suivant une direction perpendiculaire à l'axe Al de la bague intérieure 20. Pour tout point de la portion centrale 24 qui est cylindrique, sa distance 10 radiale Y est constante et égale à R. Pour tout point situé sur une des portions latérales 25, 26, sa distance radiale Y est supérieure à R et augmente de façon continue lorsque l'on s'éloigne de la portion centrale 24, autrement dit lorsque l'on se rapproche des faces latérales 23 de la bague intérieure 20. 15 On définit par X la distance axiale d'un point situé sur une des portion latérales 25, 26, mesurée à partir du raccordement de la portion centrale 24 avec une portion latérale 25, 26 et suivant une direction parallèle à l'axe Al de la bague intérieure 20. 20 Avantageusement, les portions latérales 25, 26 possèdent chacune une largeur, mesurée suivant une direction parallèle à l'axe Ai, égale à la moitié de la largeur L de la bague extérieure 30. Autrement dit, X varie entre zéro et L/2. 25 Avantageusement, pour tout point des surfaces latérales 25, 26, sa distance axiale X et sa distance radiale Y sont reliées par l'équation suivante : Y= R-Kx In[1-(2X/L)2] où K est une constante prédéterminée. 30 La constante K est un nombre traduisant directement l'espacement entre l'arbre 60 et la bague intérieure 20. De plus, la constante K est liée à la flèche de l'arbre sous chargement, de sorte que plus il est prévu une flexion de l'arbre 60 importante, plus la valeur de K doit être choisie élevée, afin de garantir une répartition la plus uniforme possible des pressions de contact au niveau de la 35 surface intérieure 22 de la bague intérieure 20. 6 De plus, plus la valeur de R est grande, plus la valeur de K doit l'être également. Egalement, plus la largeur L de la bague extérieure 30 se rapproche de la 5 largeur de la bague intérieure 20, plus la valeur de K doit être faible. La valeur de la constante K est choisie entre 0.5 et 0.001. A titre d'exemple, pour une rotule 10 dont la bague intérieure 20 présente 10 une largeur de 30 mm et un diamètre d'alésage dans la partie centrale 24 de 20 mm, et dont la largeur L de la bague extérieure 30 est de 20 mm, il a été déterminée que la valeur K=0.01 est pleinement satisfaisante et permet de garantir l'intégrité physique de la rotule soumise à une charge radiale dont l'amplitude est du même ordre de grandeur que la valeur de la charge de base 15 dynamique (valeur catalogue) de la rotule. Par ailleurs, la valeur maximale de Y est atteinte lorsque X= L/2, c'est-à-dire pour tout point situé à l'extrémité d'une des deux portions latérales 25, 26, à la jonction avec la face latérale 23 adjacente. La distance radiale Y est supérieure 20 au rayon R d'une valeur comprise entre 10 microns et 1 m m. Grâce à l'invention, la capacité de charge de la rotule est augmentée par rapport à une rotule dont l'alésage de la bague intérieure est strictement cylindrique. 25 De plus, grâce à l'invention, en cas de fort chargement de la rotule ou en cas de flexion de l'arbre et/ou du logement, le phénomène de concentration de contraintes de bord est évité au niveau des portions d'extrémités 25, 26 de la surface intérieure 22 de la bague intérieure 20. Ceci permet d'éviter la rupture 30 partielle ou totale de la bague intérieure 20 en matériau céramique. La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, les éléments identiques à ceux du premier mode de réalisation des figures 1 à 3 35 précédemment décrit portant les mêmes références. Ce deuxième mode diffère du premier mode de réalisation de la figure 1 en ce qu'un manchon ou palier 40 est installé dans l'alésage de la bague intérieure 20. 7 Le palier 40 est annulaire et comprend une surface extérieure 41 en contact avec toute la surface intérieure 22 de la bague intérieure 20, c'est-à-dire non seulement avec la portion centrale 24 mais également les portions latérales 25, 26 de la surface intérieure 22. 5 Le palier 40 comprend également une surface intérieure 42 conçue pour être en contact en service avec la surface extérieure cylindrique de l'arbre 60. Avantageusement, le palier 40 est monobloc. Le palier 40 est réalisé dans une matière moins rigide que la ou les matières constituant les autres éléments de la rotule, et en particulier la bague intérieure 10 20. Cela permet de réduire encore davantage les contraintes de contact au niveau de la surface intérieure 22 de la bague intérieure 20 en céramique, par déformation du palier 40. Le palier 40 peut être réalisé en matériau métallique tel que un acier ou un alliage d'aluminium. Alternativement, le palier 40 peut être réalisé en matériau 15 composite, par exemple de type à matrice métallique, ou encore en matériau synthétique tel que le PEEK. Avantageusement, le palier 40 est surmoulé dans l'alésage de la bague intérieure. Alternativement, le palier 40 est emmanché à force dans l'alésage de la bague intérieure 20. Alternativement, et de préférence, le palier 40 est refroidi 20 par rapport à la bague intérieure 20, et/ou la bague intérieure est réchauffée par rapport au palier 40, de sorte à pouvoir, par dilatation thermique différentielle, introduire librement, sans effort de résistance, le palier 40 dans l'alésage de la bague intérieure 20. Après un certain temps, lorsque la température du palier 40 et celle de la bague intérieure 20 auront convergé vers une valeur d'équilibre, le 25 palier 40 sera bloqué par interférence positive dans l'alésage de la bague intérieure 20. Avantageusement, le palier 40, une fois installé dans l'alésage de la bague intérieure, présente une interférence radiale avec ladite bague intérieure, ce qui présente plusieurs avantages. En premier lieu, cela permet d'immobiliser le palier 30 40 par rapport à la bague intérieure 20. En second lieu, cela permet de générer des contraintes de compression dans la bague intérieure 20, en particulier sous sa surface intérieure 22. Selon un autre mode de réalisation de l'invention (non illustré), la bague 35 intérieure 20 est constituée de deux éléments, tel qu'il est connu de l'art antérieur par exemple par FR-A-2 770 597. 8 Selon un autre mode de réalisation de l'invention (non illustré), la bague intérieure 20 est constituée de trois éléments, tel qu'il est connu de l'art antérieur par exemple par EP-A-2 963 304. 5 Selon un autre mode de réalisation de l'invention (non illustré), un tissu autolubrifiant est interposé entre la surface intérieure 32 de la bague extérieure 30 et la surface extérieure 21 de la bague intérieure 20. Un tel tissu autolubrifiant est connu de l'art antérieur, par exemple par EP-A-2 955 400. 10 De plus, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation de l'invention peuvent, entièrement ou en partie, être combinées entre elles. Ainsi, la rotule peut être adaptée aux besoins spécifiques de l'application pour laquelle elle est destiné à être utilisée. 15 NOMENCLATURE Al axe L largeur P plan médian Y distance radiale 20 X distance axiale K constante prédéterminée 10 rotule 20 bague intérieure 21 surface extérieure 25 22 surface intérieure 23 paroi latérale 24 portion centrale 25, REVENDICATIONS1. Rotule (10) comprenant une bague extérieure (30) de largeur (L) et une bague intérieure (20) en matériau céramique d'axe longitudinal (A1), la bague extérieure (30) comprenant une surface intérieure (32) sphérique tronquée, la bague intérieure (20) comprenant une surface extérieure (21) sphérique tronquée dont le profile correspond à celui de la surface intérieure (32) de la bague extérieure (30), la bague intérieure (20) comprenant également une surface intérieure (22) et deux parois latérales (23) reliant ses surfaces intérieure (23) et extérieure (22), caractérisée en ce que la surface intérieure (22) de la bague intérieure (20) est constituée d'une portion centrale (24) cylindrique de rayon (R) encadrée par deux portions latérales (25, 26) convexes, chaque portion latérale (25, 26) s'étendant depuis la portion centrale (24) en direction de et jusqu'à une des deux parois latérales (23), de sorte que tout point des deux portions latérales (25, 26) est situé à une distance radiale (Y) de l'axe (A1), mesurée suivant une direction perpendiculaire à l'axe (A1), supérieure au rayon (R). 2. Rotule (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance radiale (Y) d'un point des surfaces latérales (25, 26) augmente de façon continue lorsque l'on s'éloigne de la portion centrale (24). 3. Rotule (10) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les surfaces latérales (25, 26) se raccordent tangentiellement à la surface centrale (24). 4. Rotule (10) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les portions latérales (25, 26) possèdent chacune une largeur, mesurée suivant une direction parallèle à l'axe Al, égale à la moitié de la largeur (L) de la bague extérieure (30). 5. Rotule (10) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que pour tout point des deux surfaces latérales (25, 26), sa distance axiale (X) et sa distance radiale (Y) sont reliées par l'équation suivante : 10 Y= R-Kx1n[1-(2X/L)2] où K est une constante prédéterminée et où la distance axiale (X) est mesurée à partir du raccordement de la portion centrale (24) avec une des 5 deux portions latérales (25, 26), et suivant une direction parallèle à l'axe (A1) de la bague intérieure (20). 6. Rotule (10) suivant l'une de revendications précédentes, caractérisée en 10 ce qu'elle comprend également un manchon ou palier (40) installé dans l'alésage de la bague intérieure (20), le palier (40) étant annulaire et comprenant une surface extérieure (41) en contact avec toute la surface intérieure (22) de la bague intérieure (20). 15 7. Rotule (10) suivant l'une de revendications précédentes, caractérisée en ce que le palier (40) est réalisé dans une matière moins rigide que la ou les matières constituant les autres éléments de la rotule (10). 8. Rotule (10) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en 20 ce que le palier (40), une fois installé dans l'alésage de la bague intérieure (20), présente une interférence radiale avec ladite bague intérieure (20). 9. Rotule (10) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague extérieure (30) est réalisée en matériau céramique. 25