Brevet FR3080415A1 — publié le 20191025

Description Titre de l'invention : ROULEMENT D'ORIENTATION AVEC AGENCEMENT D'ETANCHEITE Domaine technique de l'invention [0001] L'invention concerne le domaine des roulements à rouleaux. Plus particulièrement, l'invention concerne les roulements à rouleaux de grand diamètre destinés à l'utilisation dans des applications marines, par exemple dans une centrale marémotrice. Etat de la technique antérieure [0002] De tels roulements comprennent généralement une bague interne, une bague externe, et des joints disposés entre les bagues pour définir un espace annulaire fermé à l'intérieur duquel au moins une rangée d'éléments de roulement tels que des billes ou des rouleaux est disposée entre les bagues. [0003] Les roulements d'orientation sont utilisés dans les environnements agressifs, en par- ticulier dans les applications marines. Des joints empêchent que des éléments extérieurs tels que de la poussière, des particules abrasives, de l'eau et des espèces aquatiques telles que du plancton et des algues ne pénètrent à l'intérieur dudit roulement et n'endommagent ses composants. Des particules peuvent également pénétrer à l'intérieur du joint lui-même et ensuite réduire la durée de vie utile du joint. [0004] Typiquement, les joints sont fixés à l'une des bagues et comprennent une lèvre d'étanchéité en contact glissant avec l'autre bague. Généralement, une pluralité de joints adjacents sont prévus sur le côté avant du roulement qui est directement en contact avec l'eau. Avantageusement, les lèvres de joints adjacents peuvent être orientées dans des directions différentes. [0005] Toutefois, l'étanchéité de tels roulements, réalisée de cette manière, peut ne pas être suffisante, en particulier pour l'utilisation dans une machine submersible. En effet, le premier joint n'est que le premier à être endommagé avant les suivants. Plus il y a de joints et plus le roulement d'orientation est cher. Le poids total de tels roulements étanchéifiés est accru, ce qui pourrait être un inconvénient pour certaines applications. [0006] Un autre inconvénient est que le joint ne peut pas être remplacé sous l'eau. De telles opérations de maintenance sont coûteuses et nécessitent fréquemment l'immobilisation de la machine équipée et ce pendant une longue période de temps. [0007] Il est par conséquent souhaitable qu'un roulement d'orientation comprenne des éléments d'étanchéité efficaces qui empêchent la pénétration d'éléments extérieurs, qu'il présente une durée de vie utile accrue, en particulier dans un environnement agressif, et qu'il soit facile à mettre en oeuvre. Résumé de l'invention 2 [0008] L'objet de l'invention est de résoudre les difficultés susmentionnées. [0009] A cet effet, l'invention concerne un roulement d'orientation comprenant une première bague, une deuxième bague, lesdites bagues pouvant tourner l'une par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation, et au moins une rangée d'éléments de roulement disposés entre lesdites bagues. Le roulement d'orientation comprend au moins un joint ayant un talon annulaire monté dans une gorge circonférentielle prévue sur la première bague, et une lèvre d'étanchéité en contact de friction glissant avec une partie de la deuxième bague. La gorge circonférentielle s'ouvre vers la deuxième bague et est délimitée entre un épaulement et une coiffe, la coiffe étant fixée à la première bague par des moyens de fixation. [0010] Selon l'invention, la coiffe comprend un organe d'étanchéité de coiffe. L'organe d'étanchéité de coiffe présente un talon annulaire monté dans une fente circonférentielle formée sur une surface frontale de la coiffe, et une lèvre d'étanchéité faisant saillie depuis ledit talon et vers la deuxième bague. La lèvre d'étanchéité présente une extrémité libre en contact de friction glissant avec une partie de la deuxième bague. [0011] Selon d'autres aspects de l'invention qui sont avantageux mais non obligatoires, un tel roulement d'orientation peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes [0012] - L'épaulement de la gorge circonférentielle est pourvu d'un collier axial annulaire qui bloque le talon annulaire du joint en position adjacente audit épaulement. [0013] - La coiffe est pourvue d'un collier axial annulaire qui bloque le talon annulaire du joint en position adjacente à ladite coiffe. [0014] - Le talon dudit organe d'étanchéité de coiffe est pourvu d'au moins un trou traversant. [0015] - La lèvre d'étanchéité dudit organe d'étanchéité de coiffe est en contact de friction glissant contre une surface latérale de la deuxième bague. [0016] - La deuxième bague est pourvue d'un organe de contact d'étanchéité ayant une surface sur laquelle la lèvre d'étanchéité dudit organe d'étanchéité extérieur est en contact de friction de glissement, ledit organe de contact d'étanchéité étant fixé à une surface latérale de la deuxième bague. [0017] - L'organe de contact d'étanchéité est fixé à la deuxième bague par une pluralité de vis. [0018] - La coiffe est fixée à la première bague par une pluralité de vis. [0019] - Les vis sont couvertes par du mastic. [0020] - La première bague est une bague externe et la deuxième bague est une bague interne. [0021] - Le roulement d'orientation comprend au moins une rangée d'éléments de roulement disposés entre la première et la deuxième bague pour former une poussée axiale. 3 [0022] - Le roulement d'orientation comprend au moins une rangée d'éléments de roulement disposés entre la première et la deuxième bague pour former une poussée radiale. [0023] - Les éléments de roulement sont des billes. [0024] - Les éléments de roulement sont des rouleaux. [0025] - Les éléments de roulement sont maintenus circonférentiellement par une cage. [0026] - Les éléments de roulement sont maintenus circonférentiellement par des espaceurs. Brève description des figures [0027] L'invention va maintenant être expliquée en rapport avec les figures annexées à titre d'exemple illustratif, sans limitation de l'objet de l'invention. Dans les figures annexées [0028] - la figure 1 est une vue partielle en section axiale d'un roulement d'orientation selon l'invention ; et [0029] - la figure 2 est une vue de détail en section axiale du roulement d'orientation de la figure 1. Description détaillée de l'invention [0030] La figure 1 illustre un roulement d'orientation à rouleaux qui est doté de la référence globale 1, qui présente un grand diamètre qui peut être utilisé en particulier dans les applications marines, par exemple dans une station marémotrice. Le roulement d'orientation définit un côté supérieur Cu directement exposé à l'environnement marin et un côté inférieur Cl disposé dans un châssis (non illustré). [0031] Le roulement d'orientation à rouleaux 1 comprend une bague interne 2, une bague externe 3, deux rangées d'éléments de roulement 4, 5 disposés entre ces bagues 2, 3 afin de former une poussée radiale qui peut transmettre les forces radiales. [0032] Les éléments de roulement 4, 5 sont des billes dans le mode de réalisation illustré. Les éléments de roulement peuvent être de tout autre type approprié pour l'application, par exemple des rouleaux. La première rangée de billes 4 est en prise dans des chemins de roulement annulaires 6, 7 prévus sur la bague interne 2 et la bague externe 3, respectivement. La deuxième rangée de billes 5 est en prise dans des chemins de roulement annulaires 8, 9 prévus sur la bague interne 2 et la bague externe 3, respectivement. [0033] Les billes 4 de la première rangée sont disposées dans une première cage 10 pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier desdites billes. Les billes 5 de la deuxième rangée sont disposées dans une deuxième cage 11 pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier desdites billes. En variante, les éléments de roulement peuvent être espacés circonférentiellement de manière équidistante par une pluralité d'espaceurs intermédiaires. [0034] A titre de variante non illustrée, le roulement d'orientation peut également 4 comprendre au moins une rangée d'éléments de roulement, par exemple des rouleaux, disposée entre les bagues interne et externe pour former une poussée axiale qui peut transmettre les forces axiales. Un exemple d'un tel roulement est décrit dans le document FR-A1-2 694 610. [0035] La bague interne 2 et la bague externe 3 se présentent sous la forme de bagues concentriques pouvant tourner autour d'un axe de rotation (non illustré) du roulement 1, la bague externe 3 entourant la bague interne 2 à une distance radiale. [0036] Les bagues 2, 3 sont de type massif. Par "type massif", il faut comprendre une bague dont la forme est obtenue par usinage par enlèvement de copeaux (tournage, meulage) de tubes, de barres, et d'ébauches forgées et/ou laminées. Les bagues 2, 3 sont formées d'une seule pièce mais en variante peuvent comprendre plusieurs parties de bagues assemblées les unes aux autres. [0037] La bague externe 3 comprend une surface frontale externe 12 bordée axialement par une surface latérale inférieure 13 sur le côté inférieur Cl, et une surface latérale supérieure 14 sur le côté supérieur Cu du roulement d'orientation 1. Les surfaces latérales 13, 14 sont axialement opposées l'une à l'autre. La bague externe 3 comprend également un alésage 15. L'alésage 15 est étagé et est pourvu de deux gorges 7, 9 ouvertes radialement vers la bague interne 2. Lesdites gorges 7, 9 sont les chemins de roulement annulaires pour la première rangée de billes 4 et la deuxième rangée de billes 5, respectivement. [0038] Avantageusement, les surfaces externes 12 et 14 de la bague externe 3 sont couvertes par un traitement de surface de protection contre la corrosion. [0039] La bague interne 2 comprend un alésage 16 pourvu d'une pluralité de dents radiales 17 qui sont destinées à s'engrener avec des roues d'engrenage (non illustrées) afin d'orienter un élément mobile. L'alésage 16 est bordé axialement par une surface latérale inférieure 18 du côté inférieur Cl, et une surface latérale supérieure 19 du côté supérieur Cu du roulement d'orientation 1. Les surfaces latérales 18, 19 sont axialement opposées l'une à l'autre. [0040] La bague interne 2 comprend également une surface frontale externe 20. La surface externe 20 est étagée et est pourvue de deux gorges 6, 8 radialement ouvertes vers la bague externe 3. Lesdites gorges 6, 8 sont les chemins de roulement annulaires pour la première rangée de billes 4 et la deuxième rangée de billes 5, respectivement. [0041] La surface frontale externe 20 est en outre pourvue d'une gorge circonférentielle 21 ouverte radialement vers la bague externe 3. La gorge est bordée axialement entre un épaulement 22 vers le côté inférieur Cl et une coiffe 23 vers le côté supérieur Cu du roulement 1. L'épaulement 22 est formé par enlèvement de matière sur la surface frontale externe 20 de la bague interne 2. [0042] La coiffe 23 est fixée à la bague interne 2 par des moyens de fixation. La surface latérale supérieure 19 est pourvue d'un renfoncement circonférentiel 24, dans lequel est disposée la coiffe 23. Dans le mode de réalisation illustré, le renfoncement circonférentiel 24 est pourvu sur sa circonférence d'une pluralité de trous filetés axialement (non référencés). La coiffe 23 est pourvue d'une pluralité de trous traversants axiaux (non référencés), chacun desdits trous étant axialement en regard d'un trou fileté correspondant. La coiffe 23 est fixée à la bague interne 2 par une pluralité de vis (non référencées) s'étendant à travers les trous de la coiffe et en prise avec les trous filetés de la bague interne 2. Avantageusement, les têtes des vis sont couvertes par du mastic afin de résister à l'environnement sous-marin. En variante, la coiffe 23 peut être fixée à la bague interne 2 par n'importe quels autres moyens appropriés. [0043] La coiffe 23 est annulaire. En variante, la coiffe 23 peut comprendre une pluralité de pièces de coiffe adjacentes sur la circonférence. [0044] Des joints supérieurs 25, 26, 27, 28 sont montés dans ladite gorge circonférentielle 21. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 2, la bague interne 2 est pourvue de quatre joints supérieurs. En variante, la bague interne 2 peut comprendre deux ou plus de deux joints supérieurs. Les joints 25, 26, 27, 28 peuvent être fabriqués en matériau élastomère, par exemple en caoutchouc nitrile. Les joints 25, 26, 27, 28 sont destinés à limiter l'infiltration de liquides, de particules et de poussières provenant de l'environnement sous-marin entre la bague interne 2 et la bague externe 3. [0045] Les joints supérieurs 25, 26, 27, 28 sont chacun pourvus d'un talon annulaire 25a, 26a, 27a, 28a monté dans ladite gorge 21, et d'une lèvre d'étanchéité 25b, 26b, 27b, 28b qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis ledit talon vers la bague externe 3. [0046] L'épaulement 22 est pourvu d'un collier axial annulaire 29 qui bloque radialement le talon annulaire 25a du joint le plus bas 25 dans une direction radialement vers l'extérieur. La coiffe 23 est également pourvue d'un collier axial annulaire 30 qui bloque radialement le talon annulaire 28a du joint le plus haut 28 dans une direction radialement vers l'extérieur. [0047] Les lèvres d'étanchéité 25b, 26b, 27b, 28b font saillie radialement vers l'extérieur de manière décalée par rapport à la surface frontale externe 20 de la bague interne 2 dans laquelle est formée la gorge circonférentielle 21. En outre, les lèvres d'étanchéité 25b, 26b, 27b, 28b font saillie radialement vers l'extérieur de manière décalée par rapport à la coiffe 23. Les lèvres d'étanchéité 25b, 26b, 27b, 28b sont flexibles dans la direction radiale. Avantageusement, les lèvres d'étanchéité 25b, 26b, 27b, 28b s'étendent obliquement par rapport à un plan radial. Avantageusement, le joint le plus bas 25 est pourvu d'une lèvre d'étanchéité 25b qui est orientée à l'opposé de celles des autres joints les plus hauts 26, 27, 28. [0048] La lèvre d'étanchéité 25b est déformée élastiquement et est en contact glissant avec une surface de contact glissant prévue sur l'alésage 15 de la bague externe 3. 6 [0049] Les lèvres d'étanchéité 26b, 27b, 28b sont déformées élastiquement et sont en contact glissant avec une surface de contact glissant prévue sur l'alésage 32 d'un organe de contact d'étanchéité annulaire 31 monté sur la surface supérieure 14 de la bague externe 3. Dans le mode de réalisation illustré, la surface supérieure 14 est pourvue sur sa circonférence d'une pluralité de trous filetés axiaux (non référencés). L'organe de contact d'étanchéité 31 est pourvu d'une pluralité de trous traversants axiaux (non référencés), chacun desdits trous étant axialement en regard d'un trou fileté correspondant. L'organe de contact d'étanchéité 31 est fixé à la bague externe 3 par une pluralité de vis (non référencées) s'étendant à travers les trous de la coiffe et en prise avec le trou fileté de la bague externe 3. Avantageusement, les têtes des vis sont couvertes par du mastic afin de résister à l'environnement sous-marin. En variante, l'organe de contact d'étanchéité 31 peut être fixé à la bague externe 3 par n'importe quels autres moyens appropriés. [0050] L'organe de contact d'étanchéité 31 est annulaire. En variante, l'organe de contact d'étanchéité 31 peut comprendre une pluralité de pièces adjacentes sur la circonférence. En variante, les lèvres d'étanchéité 26b, 27b, 28b sont déformées élastiquement et sont en contact glissant avec une surface de contact glissant prévue sur l'alésage 15 de la bague externe 3. En variante, la lèvre d'étanchéité 25b est déformée élastiquement et est en contact glissant avec l'organe de contact d'étanchéité 31. [0051] Les lèvres d'étanchéité 25b, 26b, 27b, 28b assurent une fonction d'étanchéité dynamique avec la bague externe 3. L'expression "étanchéité dynamique" signifie ici une étanchéité entre deux pièces qui se déplacent l'une par rapport à l'autre. Les lèvres 26b, 27b, 28b viennent en contact de friction glissant avec une surface de contact d'étanchéité de l'organe de contact d'étanchéité 31 monté sur la bague externe 3, et la lèvre 25b vient en contact de friction avec une surface de contact d'étanchéité prévue sur l'alésage 15 de la bague externe 3. Les lèvres ont ainsi une zone de contact avec la bague externe 3 et l'organe de contact d'étanchéité 31 qui est fixé solidement à ladite bague externe 3. Le contact de friction entre les lèvres et lesdites surfaces de contact d'étanchéité est radial. [0052] Les extrémités libres des lèvres ont avantageusement une forme triangulaire en section transversale afin de limiter le frottement entre les joints 25, 26, 27, 28 et la bague externe 3 et l'organe de contact d'étanchéité 31. [0053] Selon l'invention, la coiffe 23 est en outre pourvue d'un organe d'étanchéité de coiffe 33. L'organe d'étanchéité de coiffe 33 comprend un talon annulaire 33a monté dans une fente circonférentielle 34 formée dans un alésage de la coiffe 23, et une lèvre d'étanchéité 33b faisant saillie radialement vers l'intérieur vers la bague externe 3. La lèvre d'étanchéité 33b présente une extrémité libre en contact de friction glissant avec une surface de contact d'étanchéité prévue sur une surface supérieure de l'organe de 7 contact d'étanchéité 31. La lèvre d'étanchéité 33b fournit une fonction d'étanchéité dynamique avec l'organe de contact d'étanchéité 31 fixé à la bague externe 3. Le contact entre la lèvre d'étanchéité 33b et l'organe 31 est axial dans ce cas. [0054] Avantageusement, le talon 33a de l'organe d'étanchéité de coiffe 33 est pourvu d'au moins un trou traversant 33c afin d'équilibrer la pression entre l'eau de mer et le côté intérieur du roulement d'orientation 1. Le but de l'organe d'étanchéité de coiffe 33 n'est pas d'empêcher l'entrée de l'eau de mer, les joints 25 à 28 ayant cette fonction. L'organe d'étanchéité de coiffe 33 bloque l'entrée de particules abrasives et d'espèces marines, par exemple du plancton et des algues. L'organe d'étanchéité de coiffe 33 permet de protéger et ainsi d'augmenter la durée de vie utile des joints les plus internes 25 à28. [0055] Le roulement d'orientation 1 comprend en outre un joint inférieur 35 sur le côté inférieur Cl. Le joint inférieur 35 est axialement opposé aux joints supérieurs 25, 26, 27, 28 et à l'organe d'étanchéité de coiffe 33. Le joint interne 35 comprend un talon annulaire 35a monté dans une fente circonférentielle 36 formée dans la surface externe 20 de la bague interne 2, et une lèvre d'étanchéité 35b faisant saillie radialement vers l'intérieur vers la bague externe 3. La lèvre d'étanchéité 35b présente une extrémité libre en contact de friction glissant avec une surface de contact d'étanchéité prévue sur l'alésage 15 de la bague externe 3. Le contact entre la lèvre d'étanchéité 35b et la bague externe 2 est radial dans ce cas. En variante, le joint inférieur 35 peut être monté dans la bague externe 3. [0056] Les joints 25 et 35 définissent une chambre annulaire fermée 37 entre la bague interne 2 et la bague externe 3 à l'intérieur de laquelle les rangées de billes 4, 5 sont disposées. Avantageusement, la chambre annulaire fermée 37 est pourvue de lubrifiant. Le joint le plus interne 25 permet d'empêcher une fuite de graisse. Les deux joints les plus externes 27, 28 permettent d'empêcher la pénétration de particules de contaminants extérieures, de poussières et de liquides. Le joint intermédiaire 26 forme un joint de secours en cas d'endommagement de l'un des joints 25, 27, 28. [0057] Une première et une deuxième bague de guidage 38, 39 sont disposées dans la gorge circonférentielle 21. Les bagues de guidage 38, 39 sont annulaires. La première bague de guidage 38 est montée axialement entre les talons annulaires 26a, 27a des joints 26, 27, respectivement. La deuxième bague de guidage 39 est montée axialement entre les talons annulaires 27a, 28a des joints 27, 28, respectivement. [0058] Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1, les deux bagues de guidage 38, 39 sont similaires. [0059] La première bague de guidage 38 comprend une bride 38a qui fait saillie radialement vers l'extérieur vers la bague externe 3. La bride 38a s'étend obliquement et est pourvue d'une surface de support inclinée dans la même direction que la lèvre 8 d'étanchéité 27b du troisième joint supérieur 27 afin d'empêcher toute inversion de ladite lèvre d'étanchéité 27. [0060] La bague de guidage 38 comprend en outre un collier axial annulaire 38b qui bloque radialement le talon annulaire 26a d'un deuxième joint supérieur 26 dans une direction radialement vers l'extérieur. Les talons 25a, 26a des joints axialement adjacents 25, 26 sont maintenus axialement entre l'épaulement 22 prévu sur la surface externe 20 de la bague interne 2 et la bague de guidage 38. En outre, ledit talon 25a est maintenu radialement entre le collier axial 29 et la surface inférieure de la gorge 21 de la bague interne 2, et le talon 25b est maintenu radialement entre le collier axial 38b de la bague de guidage 38 et la surface inférieure de la gorge 21 de la bague interne 2. [0061] La deuxième bague de guidage 39 comprend une bride 39a qui fait saillie ra- dialement vers l'extérieur vers la bague externe 3. La bride 39a s'étend obliquement et est pourvue d'une surface de support inclinée dans la même direction que la lèvre d'étanchéité 28b du joint le plus haut 28 afin d'empêcher toute inversion de ladite lèvre d'étanchéité 28. [0062] La bague de guidage 39 comprend en outre un collier axial annulaire 39b qui bloque radialement le talon annulaire 27a d'un troisième joint supérieur 27 dans une direction radiale vers l'extérieur. Le talon 27a du joint 27 est maintenu axialement entre la première et la deuxième bague de guidage 38, 39. En outre, ledit talon 27a est maintenu radialement entre le collier axial 39b de la deuxième bague de guidage 39 et la surface inférieure de la gorge 21 de la bague interne 2. Le talon 28a du joint 28 est maintenu axialement entre la deuxième bague de guidage 39 et la coiffe 23. En outre, ledit talon 28a est maintenu radialement entre le collier axial 30 de la coiffe 23 et la surface inférieure de la gorge 21 de la bague interne 2. [0063] L'ensemble d'étanchéité formé par la coiffe 23, les joints 25, 26, 27, 28, et les bagues de guidage 38, 39 est maintenu axialement et radialement par rapport à la bague interne 2. De plus, ces éléments sont faciles à installer axialement au cours de l'assemblage du roulement d'orientation. Ces éléments sont également faciles à enlever et à remplacer par de nouveaux éléments au cours d'une opération de maintenance. [0064] En variante, le roulement d'orientation 1 peut comprendre seulement les trois joints 25, 26, 27 et une bague de guidage 38. En variante, le roulement d'orientation 1 peut comprendre plus de quatre joints, des bagues de guidage étant prévues entre deux joints adjacents avec des lèvres obliques ayant la même orientation. [0065] Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 2, la première bague de guidage 38 est en outre pourvue d'un trou traversant 38c. Le trou traversant 38c est ouvert radialement d'un côté vers la bague externe 3, et sur le côté opposé vers un canal de fuite 40 prévu à travers la bague interne 2. Le canal de fuite 40 s'ouvre radialement vers la surface inférieure de la gorge 21 prévue sur la surface externe 20 de la bague interne 2. 9 Le canal défini par le canal de fuite connecté au trou traversant 38c est ouvert entre les joints 26 et 27. L'entrée de pollution dans ce canal indique que les joints 27 et 28 sont usés et n'assurent plus leur fonction d'étanchéité. Une opération de maintenance du roulement d'orientation 1 est alors nécessaire. Le canal 40 peut être pourvu de capteurs pour détecter une telle pollution et fournir un avertissement. [0066] L'invention fournit un roulement d'orientation qui est capable d'assurer la rotation relative entre une première bague et une deuxième bague, le roulement ayant une étanchéité améliorée grâce à l'utilisation de moyens d'étanchéité comprenant les joints supérieurs montés et les bagues de guidage montées sur l'une des bagues. De tels moyens d'étanchéité sont capables de sceller l'espace entre la première et la deuxième bague par un joint de friction glissant afin de limiter la pénétration de particules contaminantes et de liquides dans la direction des éléments de roulement, et garantissent une plus longue vie utile. [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61