Brevet FR3101120A1 — publié le 20210326

Un ensemble arbre rapide (10) comprend un arbre (12) constitué d'un premier matériau et un élément extérieur (14) fait d'un second matériau, disposé autour de l'arbre (12), l'arbre (12) ou l'élément extérieur (14) pouvant tourner autour d'un axe (Ac). Les deux matériaux ont des coefficients de dilatation thermique sensiblement différents de telle sorte que l'arbre et/ou l'élément extérieur peuvent se déplacer relativement suivant l'axe à des températures supérieures à 121°C et à des températures inférieures à –18°C. Une bague intérieure (16) de roulement (11) est disposée autour de l'arbre (12) et comporte un chemin de roulement extérieur (22) qui est une surface cylindrique (24) ou une gorge annulaire (26). Une bague extérieure (18) de roulement (11) est disposée autour de la bague intérieure (16) et accouplée à l'élément extérieur (14). La bague extérieure (18) comporte un chemin de roulement extérieur (28) qui est à l’inverse soit une gorge (32) soit une surface cylindrique (30). Une pluralité de billes (20) disposées entre les chemins de roulement (22, 28) peuvent se déplacer axialement le long de la surface cylindrique (24 ; 30) de chemin de roulement pendant le déplacement relatif de l'arbre (12) et de l'élément extérieur (14). Figure 1 Roulement à grande vitesse avec chemins de roulement rainés et cylindriques Domaine technique de l’invention La présente invention concerne des roulements, et en particulier des roulements utilisés dans des applications d'arbre rapide. Les roulements utilisés dans des applications à vitesse relativement élevée, telles qu'un moteur à turbine à gaz, comprennent d'habitude une ou plusieurs rangées de rouleaux cylindriques. Quand il y a un déplacement axial relatif entre les composants soutenus par de tels roulements à rouleaux cylindriques, qui peut être la moitié de la longueur du rouleau, les rouleaux doivent coulisser axialement le long d'une ligne de contact entre les rouleaux et les chemins de roulement. Brève description des figures On comprendra mieux le résumé précédent, ainsi que la description détaillée des modes de réalisation préférés de la présente invention, en les lisant conjointement avec les dessins en annexe. Dans le but d'illustrer l'invention, on a représenté sur les dessins, qui sont schématiques, des modes de réalisation qui sont actuellement préférés. Il faut bien comprendre, cependant, que la présente invention ne se limite pas aux agencements et instrumentations précis représentés. Parmi les dessins : la Figure 1 est une vue en coupe transversale axiale d'un ensemble arbre rapide conformément à la présente invention, représenté avec un roulement à grande vitesse comportant un chemin de roulement intérieur à gorge profonde et un chemin de roulement extérieur cylindrique ; la Figure 2 est une coupe transversale axiale du roulement à grande vitesse de la Figure 1, représenté séparément d'un arbre et d'un élément extérieur ; la Figure 3 est une partie agrandie, écorchée de la Figure 2 ; la Figure 4 est une vue en coupe transversale axiale d'un ensemble arbre rapide conformément à la présente invention, représenté avec un roulement à grande vitesse comportant un chemin de roulement intérieur cylindrique et un chemin de roulement extérieur à gorge profonde ; la Figure 5 est une coupe transversale axiale du roulement à grande vitesse de la Figure 4, représenté séparément de l'arbre et de l'élément extérieur ; la Figure 6 est une partie agrandie, écorchée de la Figure 5 ; la Figure 7 est une vue en coupe transversale axiale agrandie, écorchée d'un roulement à grande vitesse comportant deux bagues intérieures et une seule bague extérieure ; la Figure 8 est une vue en coupe transversale axiale agrandie, écorchée d'un roulement à grande vitesse comportant une bague intérieure ayant deux chemins de roulement ; la Figure 9 est une vue en coupe transversale axiale agrandie, écorchée d'un roulement à grande vitesse comportant une seule bague intérieure et deux bagues extérieures ; et la Figure 10 est une vue en coupe transversale axiale agrandie, écorchée d'un roulement à grande vitesse comportant une bague extérieure ayant deux chemins de roulement. Ensemble arbre rapide (10) comprenant : un arbre (12) constitué d'un premier matériau et ayant un axe central (Ac) ; un élément extérieur (14) constitué d'un second matériau et disposé autour de l'arbre (12), l'arbre (12) et/ou l'élément extérieur (14) pouvant tourner autour de l'axe central (Ac), le second matériau ayant un coefficient de dilatation thermique sensiblement différent du coefficient de dilatation thermique du premier matériau de telle sorte que l'arbre (12) et/ou l'élément extérieur (14) peuvent se déplacer suivant l'axe central (Ac) par rapport à l'élément extérieur (14) et/ou à l'arbre (12) à des températures supérieures à 121° Celsius et à des températures inférieures à –18° Celsius ; une bague intérieure (16) de roulement (11) disposée autour de l'arbre (12) et accouplée à celui-ci, la bague intérieure (16) comportant une surface circonférentielle extérieure (17B) offrant un chemin de roulement intérieur (22), le chemin de roulement intérieur (22) étant soit une surface sensiblement cylindrique (24) soit une gorge circulaire (26) ; une bague extérieure (18) de roulement (11) disposée autour de la bague intérieure (16) et accouplée à l'élément extérieur (14), la bague extérieure (18) comportant une surface circonférentielle intérieure (19A) offrant un chemin de roulement extérieur (28), le chemin de roulement extérieur (28) étant à l’inverse soit une gorge circulaire (32) soit une surface sensiblement cylindrique (30) ; et une pluralité de billes (20) disposées entre les chemins de roulement intérieur (22) et extérieur (28) de façon à accoupler en rotation les bagues intérieure (16) et extérieure (18), chaque bille (20) pouvant se déplacer axialement le long de la surface cylindrique (24 ; 30) de chemin de roulement (22 ; 28) pendant le déplacement axial relatif entre l'arbre (12) et l'élément extérieur (14). Ensemble arbre selon la revendication 1, dans lequel la bague intérieure (16) comporte un alésage avec un diamètre (ID) et le produit (DN) de la vitesse de rotation de l'arbre (12) ou de l'élément extérieur (14) par la valeur du diamètre (ID) de l'alésage en millimètres est supérieur à un million. Ensemble arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface cylindrique (24 ; 30) a une largeur (Wc) et le déplacement axial relatif de l'arbre (12) ou de l'élément extérieur (14) se limite à environ la moitié de la largeur de la surface cylindrique (24 ; 30). Ensemble arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacune des billes (20) est constituée d'un matériau céramique. Ensemble arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel celle des bagues intérieure (16) et extérieure (18) comportant une gorge circulaire (51 ; 56) comprend une autre gorge circulaire (53 ; 58) et l'ensemble arbre (10) comprend en outre une autre pluralité de billes disposées à l'intérieur de l'autre gorge circulaire et pouvant rouler circonférentiellement autour de l'axe (Ac) et axialement le long de la surface cylindrique (24 ; 30) de chemin de roulement. Ensemble arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bague intérieure (16) est raccordée à l'arbre (12) ou à un élément intermédiaire disposé sur l'arbre (12) par un ajustement avec serrage, l’ajustement avec serrage créant au moins dix mille livres par pouce carré (6 895 N/cm²) de contrainte de frettage à l'intérieur de la bague intérieure. Ensemble arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacune des bagues intérieure (16) et extérieure (18) de roulement (11) est traitée thermiquement pour empêcher des changements dimensionnels considérables entre moins cent degrés Fahrenheit (–73°C) et six cents degrés Fahrenheit (316°C). Ensemble arbre selon la revendication 7, dans lequel chacune des bagues intérieure (16) et extérieure (18) de roulement (11) est trempée et/ou cémentée et/ou nitrurée et/ou carbonitrurée.