Brevet FR3094051A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : Bague à cage de type écureuil en bi-matière composite et métal, et ensemble de roulement à éléments roulants équipé d'une telle bague Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne une bague à cage de type écureuil, ou « squin-el cage » en anglais, et un ensemble de roulement à éléments roulants équipé d'une telle bague. Etat de la technique antérieure [0002] Dans l'industrie aéronautique, il est connu d'utiliser un ensemble de roulement à éléments roulants équipé de cage de type écureuil, ou « squirrel cage » en anglais. [0003] Un tel ensemble de roulement comprend une bague intérieure pourvue d'une piste de roulement interne, une bague extérieure pourvue cl' une piste de roulement externe, et une pluralité d'éléments roulants logés entre lesdites pistes de roulement interne et externe. La bague extérieure est en outre pourvue cl' une cage écureuil s'étendant axialement depuis ladite bague extérieure, la bague extérieure et la cage écureuil étant formées d'un seul tenant. La cage écureuil est pourvue d'un rebord de fixation sur un support fixe, par exemple au moyen de vis traversantes, et doit supporter des efforts. La cage écureuil comprend en outre une portion intermédiaire axiale avec une pluralité de fenêtres réparties circonférentiellement de manière à assurer une certaine flexibilité de la cage afin de supporter différents modes de vibration de l'ensemble. Il est également connu de pourvoir un film de lubrifiant entre la bague extérieure et une surface du support fixe, ledit film étant logé dans une chambre étanche entre deux joints, afin de filtrer les vibrations. [0004] Aujourd'hui, un compromis est trouvé en utilisant des matériaux ayant des propriétés satisfaisant aux exigences techniques et structurelles de telles bagues pour des ensembles de liaison. Par exemple, de telles bagues peuvent être formées en M50NiL, les pistes de roulement étant en outre carburées. Résumé de l'invention [0005] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients susmentionnés. [0006] Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un élément de roulement avec une bague pourvue d'une piste de roulement aux propriétés spécifiques améliorées, avec également une cage de type écureuil aux propriétés spécifiques améliorées, sans compromis entre elles, ledit élément de roulement étant moins onéreux, facile à produire, et de poids réduit. [0007] L'invention concerne une bague annulaire comprenant une portion de contact avec 2 une surface interne, une surface externe, des parois latérales connectant lesdites surfaces interne et externe, une parmi les surfaces interne et externe étant pourvue d'une piste de roulement. La bague comprend également une cage de type écureuil solidaire de la portion de contact, ladite cage écureuil ayant une portion percée pourvue d'une pluralité de fenêtres circonférentiellement réparties, et une collerette de fixation s'étendant depuis une extrémité libre de ladite portion percée. [0008] Conformément à l'invention, la portion de contact est formée d'un premier matériau en métal, et la cage écureuil est formée d'un second matériau de type composite comprenant une matrice dans laquelle sont noyées des fibres de renfort, ladite portion percée de la cage écureuil étant rattachée à une surface extérieure de ladite portion de contact. [0009] Grâce à l'invention, la portion de contact destinée à supporter le roulement est en un matériau adapté spécifiquement à cette fonction. Le matériau de la portion de contact peut être choisi parmi une large variété de matériaux connus pour leurs qualités de tenue à la fatigue duc au roulement et aux frottements. [0010] La cage écureuil est quant à elle formée en un matériau léger et dont l'orientation des fibres assure une résistance aux efforts améliorée. [0011] En effet, une cage écureuil fabriquée avec de tels matériaux composites peut être conçue de sorte que la transmission des efforts privilégie la mise en traction ou en compression pure des fibres afin de ne pas solliciter la résine. Le matériau composite est ainsi composé de couches de fibres orientées dans la direction (lesdits efforts, ou tout du moins dans des directions proches. La structure fibreuse permet à la cage écureuil d'être soumise à des efforts en traction et/ou compression importants avec un poids réduit. [0012] Un autre avantage est qu'il suffit d'adapter l'orientation des fibres du matériau composite de la cage écureuil pour en varier le module d'Young sans modification du design ni des dimensions. Une résistance spécifique peut ainsi être aisément définie et réalisée selon un design standardisé. Il est également possible de moduler la quantité et l'orientation des fibres localement pour renforcer des zones spécifiques de la cage et des modes vibratoires spécifiques. [0013] Enfin, les fibres d'un matériau composite ont des propriétés d'atténuation des vi- brations, une cage écureuil formée en un tel matériau composite ayant de ,fizeto des propriétés d'atténuation de vibrations améliorées. [0014] Un autre avantage de la présente invention est de pourvoir une bague de poids réduit par rapport à une bague formée d'un seul tenant en métal. De plus, une bague conforme à la présente invention est moins onéreuse qu'une bague similaire formée d'un seul tenant en métal en raison des nombreuses découpes et usinages réalisés, entraînant une certaine perte de matière. De plus, seule la portion de contact de taille 3 réduite est destinée à éventuellement recevoir un revêtement de surface, ou un traitement thermique. [0015] Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non obligatoires de l'invention, une telle bague peut également inclure les caractéristiques suivantes, prises isolément ou avec toute combinaison techniquement admissible : Le premier matériau de la portion de contact est en acier, par exemple : AM56444, AMS6491, AM56278. Les fibres du second matériau composite de la cage écureuil sont en carbone, en verre, en Kevlar, en Vectran, ou une combinaison de fibres de différents types. La matrice du second matériau composite de la cage écureuil est une résine époxyde, polyamide, ou phénolique. La portion percée de la cage écureuil comprend une face pourvue d'une rainure annulaire dans laquelle est logée la portion de contact. La portion percée de la cage écureuil comprend une face pourvue de deux gorges annulaires destinées à recevoir des joints toriques afin de délimiter un espace destiné à recevoir un film d'huile pour atténuer les vibrations. La portion de fixation de la cage écureuil comprend au moins un trou traversant destiné à recevoir une vis de fixation. La surface opposée à la piste de roulement est pourvue d'une zone en creux, le matériau composite de la cage écureuil étant reçu de manière ajustée dans ladite zone en creux. La zone en creux consiste en une gorge annulaire. [0016] La présente invention concerne également un ensemble de roulement à éléments roulants pourvu d'une première bague selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, d'une seconde bague coaxiale avec la bague, d'une pluralité d'éléments roulants logés entre la piste de roulement de la portion de contact de la première bague et une piste de roulement de la seconde bague. [0017] L'ensemble de roulement peut également inclure les caractéristiques suivantes, prises isolément ou avec toute combinaison techniquement admissible : La première bague est une bague extérieure, et la seconde bague est une bague intérieure. La première bague est une bague intérieure, et la seconde bague est une bague extérieure. Les éléments roulants sont des billes. Les éléments roulants sont des rouleaux. Les éléments roulants sont maintenus régulièrement espacés circonféren- tiellement par une cage. Les éléments roulants sont maintenus régulièrement, espacés circonférentiellement par des éléments d'espacement arrangés chacun circonférentiellement entre deux éléments roulants adjacents. La bague intérieure est, en acier, par exemple en AMS6444, AMS6491, AMS6278. Brève description des figures [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif. [0019] La description est faite en référence au dessin annexé dans lequel : [0020] [fig.11 est une représentation en coupe transversale d'un élément de roulement à éléments roulants pourvue d'une cage conforme à un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention [0021] Sur la Figure 1 est illustré un ensemble de roulement à éléments roulants, référencé 1 dans son ensemble et d'axe central Xi. [0022] Le roulement 1 comprend une bague intérieure 2, une bague extérieure 3, et une pluralité d'éléments roulants 4. [0023] La bague intérieure 2 est pourvue d'une surface interne 5 sensiblement cylindrique, une surface externe 6 cylindrique et formant une piste de roulement interne pour les éléments roulants 4, et des parois latérales 7 raccordant les surfaces interne 5 et externe 6. 100241 La bague intérieure 2 est formée en acier, par exemple en AMS6444, AMS6491, AMS6278. 100251 La bague extérieure 3 est pourvue d'une portion de contact 3-1, et d'une cage de type écureuil 3-2 solidaire de ladite portion 3-1. 100261 La portion de contact 3-1 comprend une surface externe 8 sensiblement cylindrique, une surface interne 9 cylindrique et formant une piste de roulement externe pour les éléments roulants 4, et des parois latérales 10 raccordant les surface externe 8 et interne 9. 100271 Les éléments roulants 4 sont logés entre lesdites pistes de roulement interne 6 et externe 9 de la bague intérieure 2 et de la portion de contact 3-1 de la bague extérieure 3, respectivement. Dans l'exemple illustré en Figure 1, les éléments roulants 4 sont des rouleaux cylindriques d'axe parallèle à l'axe central Xl. De manière alternative, les éléments roulants peuvent être d'autres types, par exemple des billes ou des rouleaux coniques. 100281 La bague extérieure 3 est en outre pourvue d'une cage écureuil 3-2 solidaire de la portion de contact 3-1 et s'étendant essentiellement axialement. [0029] La cage écureuil 3-2 est pourvue d'un rebord de fixation 11 s'étendant essen- tiellement radialement et destiné à être fixé solidairement sur un support fixe (non représenté), par exemple au moyen de vis filetées passant par des trous traversants 12 et venant se loger dans des ouvertures taraudées correspondantes dudit support. [0030] La cage écureuil 3-2 comprend en outre une portion percée 13 essentiellement axiale avec une pluralité de fenêtres 14 réparties circonférentiellement de manière à assurer une certaine flexibilité de la cage 3-2 afin de supporter différents modes de vibration de l'ensemble. Selon le mode de réalisation illustré en Figure 1, la portion percée 13 comprend deux portions axiales 13-1, 13-2, chacun pourvu de fenêtres 14, la portion axiale 13-2 étant de diamètre supérieur à celui de la portion axiale 13-1. Les deux portions axiales 13-1, 13-2 sont connectées par une portion de repli 13-3. Le rebord de fixation 11 s'étend radialement depuis une extrémité libre de la portion axiale 13-2 de diamètre supérieur. [0031] Selon un mode de réalisation alternatif non illustré, la portion percée 13 s'étend axialement sans repli, la portion de fixation 11 s'étendant radialement depuis l'extrémité libre de ladite portion percée 13. [0032] Avantageusement, la portion 13-1 de la portion percée 3-1 comprend une surface externe avec deux rainures circonférentielles 15, 16 aptes à recevoir chacune un joint torique d'étanchéité (non représenté), un film de fluide étant pourvu axialcment entre les deux joints logés dans lesdites rainures 15, 16, ledit film étant coincé radialement entre ladite surface externe de la cage écureuil 3-2 et une surface d'un support fixe (non représenté) afin de former un moyen d'atténuation des vibrations. [0033] Conformément à l'invention, la portion de contact 3-1 est formée d'un premier matériau en métal, et la cage écureuil 3-2 est formée d'un second matériau de type composite. [0034] La portion de contact 3-1 est avantageusement en acier, par exemple : AMS6444, AMS6491, AMS6278. La portion de contact peut être obtenue par tout procédé adéquat, notamment par moulage et usinage d'une matière métallique, ou bien par impression en trois dimensions. La piste de roulement 9 peut être pourvue d'un revêtement de surface, notamment pour réduire le coefficient de friction au roulement. La portion de contact 3-1 peut également subir un traitement thermique afin d'en optimiser la dureté. [0035] La cage écureuil 3-2 est en matériau composite comprenant une matrice dans laquelle sont noyées des fibres de renfort. [0036] Les fibres du matériau composite de la cage écureuil 3-2 sont en carbone, en verre, en Kevlar, en Vectran, ou une combinaison de fibres de différents types. La matrice du matériau composite de la cage écureuil 3-2 est une résine époxyde, polyamide, ou phénolique. 6 [0037] La portion percée 13 de la cage écureuil 3-2 est rattachée à la surface externe 8 de ladite portion de contact 3-1. Selon un mode de réalisation non illustré, la portion 13-1 de la portion percée 13 comprend une surface opposée radialcment aux rainures 15, 16 et pourvue d'une rainure circonférentielle dans laquelle la portion de contact 3-1 est logée. [0038] Avantageusement, la surface externe 8 de la portion de contact est pourvue d'une gorge annulaire 17, le matériau composite de la cage écureuil 3-2 entoure extérieurement la surface externe 8 de la portion de contact 3-1 et d'où émergent en direction de ladite surface 8 des portions en saillie radiales reçues de manière ajustée dans ladite gorge annulaire 17. La liaison fixe entre la cage écureuil 3-2 et la portion de contact 3-1 est ainsi renforcée par une augmentation de la surface de contact entre le matériau composite et le métal, augmentant d'autant l'effet d'adhésion entre ces composants. De plus, les portions en saillie radiale créent des reliefs de résistance de manière à former des moyens de retenue des deux composants 3-1, 3-2 selon les deux directions axiales. [0039] La gorge annulaire 17 est représentée en Figure 1 avec une forme rectangulaire en section de coupe axiale. Alternativement, la gorge annulaire peut avoir toute autre forme adaptée, par exemple en queue d'aronde ou triangulaire. Selon une autre alternative, la surface externe 8 est pourvue d'au moins une zone en creux non annulaire. [0040] Le matériau composite de la cage écureuil 3-2 est moulé de manière à recouvrir la surface externe 8 de la portion de contact 3-1, notamment en comblant la gorge 17. A l'issue de cette étape de procédé, le matériau composite adhère fermement à la portion de contact 3-2. On obtient ainsi un ensemble de bague extérieure 3 indémontable, comme représenté en Figure 1. [0041] En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation peuvent être, en totalité et seulement pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, l'ensemble de roulement peut être adapté en termes de coûts, de performance et de simplicité de mise en oeuvre. 7