Brevet FR3129187A1 — publié le 20230519

L’invention concerne un palier (24) de roulement mécanique comprenant : - des éléments de roulement (26), - au moins une demi-bague (40, 42) ayant un axe (A-A), la demi-bague comprenant un évidement (34) formant une piste de roulement (26) pour les éléments de roulement, et un épaulement (38) s’étendant dans le prolongement de l’évidemment, la piste de roulement ayant un bord périphérique (44) adjacent à l’épaulement, caractérisé en ce que ledit bord périphérique présente une forme convexe. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5 Palier de roulement mécanique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un palier de roulement mécanique. Etat de la technique antérieure Dans les machines mécaniques telles les pompes et les turbines de turbomachines, les liaisons pivots entre des éléments tournants et des éléments fixes sont assurées par des paliers de roulement mécanique. Les paliers de roulement mécanique sont utilisés pour assurer la mise en position axiale et radiale et la transmission des efforts des arbres de turbomachines ou autres machines tournantes, entre eux ou par rapport à un stator. Ces efforts peuvent être purement axiaux, radiaux ou résulter d’une combinaison de composantes axiales, radiales et de moments orthogonaux à l’axe de rotation. Un palier 10 classique est représenté sur la , lequel est agencé pour assurer la rotation d’un arbre 1 ayant un axe de rotation par exemple un arbre d’une turbine par rapport à un carter 2 fixe de la turbine. Le palier 10 comprend une bague externe 3 formée par deux demi-bagues et agencée serrée contre le carter 2. Le palier 10 comprend aussi une bague interne 4 formée par deux demi-bagues et agencée serrée contre l’arbre 1. Une pluralité d’éléments de roulement 6 tels des billes sont agencés entre la bague externe et la bague interne distribués circonférentiellement autour de l’axe de rotation A-A du palier. Cette distribution des éléments roulants peut être assurée par contact direct des éléments roulants ou à l’aide de dispositifs dédiés tels une cage séparatrice ou des pièces intercalaires séparées. Chacune de la bague interne et de la bague externe est maintenue fixe en translation dans la direction de l’axe de rotation par des écrous 5 vissés respectivement sur l’arbre 1 et le carter 2. La bague interne 4 et la bague externe 3 présentent une piste de roulement contre laquelle les éléments de roulement 6 sont en appui. La géométrie des pistes est généralement en portions de tore, avec une section en arc de cercle dont la courbure, la position et la longueur sont déterminés selon divers paramètres tels que la conformité à l’élément de roulement, les angles de contact liés aux efforts, les vitesses internes, les températures, les jeux, etc… Pour des conditions de fonctionnement données, le dimensionnement d’un élément de roulement est un compromis entre un grand nombre de paramètres influant sur son taux de fiabilité en fonction du nombre de cycles prévus. Parmi ces paramètres, la courbure des pistes et la position du centre de la section circulaire jouent un rôle prépondérant, en interaction avec les résultantes sur chaque élément de roulement des efforts extérieurs et centrifuges sur la taille, la position de chaque ellipse de contact ainsi que sur la cartographie des pressions et des vitesses de glissement au sein du contact. Les caractéristiques des contacts entre les éléments de roulement et les pistes, associées au nombre de cycles de contact, déterminent les sollicitations subies par les matériaux du roulement et à travers cela, la fiabilité et la durée de vie du palier de roulement. Dans certains cas, des forces ou moments très importants, des survitesses ou des ratios entre efforts axiaux et radiaux vus par le roulement peuvent déplacer les ellipses de contact vers les épaulements, parfois jusqu’à ce qu’une partie de leur surface théorique dépasse de la surface réelle de la piste. Ainsi, lorsque le ratio entre la force axiale Fa et la farce radiale Fr est élevé, les points de contact de l’élément de roulement se rapprochent des épaulements comme illustrés par les flèches sur la . On se trouve alors dans une situation que l’on appelle « sortie d’ellipse », dans laquelle des surpressions importantes peuvent apparaitre en extrémité d’ellipse. La illustre une telle situation. La portion12 de demi-bague représentée comporte un épaulement 14 et une piste de roulement 16. La position 14 d’un élément de roulement en sortie d’ellipse a été représentée en ligne pointillée. Sur cette figure, la zone E représente l’ellipse de contact théorique et la zone L est la longueur de piste de roulement contenue. La représente une courbe 18 en trait plein représentant la répartition des pressions lorsque l’élément de roulement est en sortie d’ellipse et une courbe 20 en traits pointillés représentant une répartition des pressions théorique lorsque l’élément de roulement n’est pas en sortie d’ellipse. Comme visible sur la , la courbe 18 en trait plein présente une surpression 22. Ces surpressions peuvent générer d’importantes contraintes locales dans la matière des billes ou des pistes, jusqu’à générer des phénomènes de fatigue précoce voire de déformations des pistes proches des épaulements ou des billes, impactant la fiabilité du roulement et pouvant mener à sa défaillance. Présentation de l’invention La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. En particulier, le but de la présente invention est de diminuer, pour des paliers devant garantir une grande durée de vie dans une large gamme de conditions de fonctionnement, l’impact sur la fiabilité des fonctionnements avec sorties d’ellipses en épaulement. La présente invention a pour objet un palier de roulement mécanique comprenant : - des éléments de roulement, - au moins une demi-bague ayant un axe, la demi-bague comprenant un évidement formant une piste de roulement pour les éléments de roulement, et un épaulement s’étendant dans le prolongement de l’évidemment, la piste de roulement ayant un bord périphérique adjacent à l’épaulement, caractérisé en ce que ledit bord périphérique présente une forme convexe. Avantageusement, la présente invention permet une meilleure répartition des pressions et atténuation des pics de pression dans les surfaces de contacts en cas de troncature en bord de piste à l’épaulement de la bague. Avantageusement, la présente invention permet une meilleure maitrise de la fiabilité dans les conditions occasionnant des modes limites de contacts internes. Avantageusement, la présente invention permet une plus grande liberté de dimensionnement pour l’ensemble du cycle de vie du roulement. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - Le bord périphérique de la au moins une demi-bague présente une section dans un plan transversal au palier, ayant une forme courbe, la forme courbe présentant au moins une première zone ayant un premier centre et un premier rayon de courbure, et une deuxième zone ayant un deuxième centre et un deuxième rayon de courbure, le premier rayon de courbure étant différent du deuxième rayon de courbure, le premier centre étant différent du deuxième centre. - La longueur du premier rayon de courbure et la longueur du deuxième rayon de courbure sont fonction de la position de la première zone et de la position de la deuxième zone par rapport à un point de référence. - La distance entre la deuxième zone et un point de référence est inférieure à la distance entre la première zone et ledit point de référence, et dans lequel le deuxième rayon de courbure est supérieure au premier rayon de courbure ; le point de référence étant le point de la section de la demi-bague le plus proche de l’axe de la demi-bague. - La piste de roulement présente une forme concave et passe de façon continue de la forme concave à la forme convexe du bord périphérique , ledit bord périphérique présentant une section dans un plan transversal au palier, ayant une forme courbe obtenue à partir d’une fonction polaire ou curviligne définissant le rayon de courbure, ladite fonction étant une fonction parme une fonction logarithmique, une fonction puissance, une fonction exponentielle, une fonction clothoïde, une fonction cardioïde, une fonction conique et une fonction sinus. - Le premier rayon de courbure est défini en fonction d’un premier angle défini entre un premier vecteur normal à la première zone et un vecteur de référence ; le deuxième rayon de courbure est défini en fonction d’un deuxième angle défini entre un deuxième vecteur normal à la deuxième zone et ledit vecteur de référence. - Le vecteur de référence est contenu dans un plan transversal au palier et est parallèle à l’axe de la demi-bague. - Les éléments de roulement présentent une forme parmi une forme sphérique, une forme de rouleau conique, une forme de rouleau conique. - Le palier comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement. - Le palier comporte en outre des blocs intercalaires agencés entre les éléments de roulement. Brève description des figures est une vue en coupe d’un premier palier de roulement mécanique connu de l’état de la technique ; la coupe étant réalisée dans un plan transversal du palier ; est une vue en coupe d’un deuxième palier de roulement mécanique connu de l’état de la technique sur lequel des points de contact entre l’élément de roulement et la piste de roulement ont été représentés ; est un schéma représentant une partie d’un palier de roulement mécanique connu de l’état de la technique selon une coupe transversale du palier, lorsque l’élément de roulement est en sortie d’ellipse ; est un schéma représentant la répartition de pression subit par une piste de roulement d’un palier de roulement mécanique connu de l’état de la technique, est une vue d’un premier mode de réalisation d’un palier de roulement mécanique selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement mécanique ; est une vue d’un deuxième mode de réalisation d’un palier de roulement mécanique selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du roulement mécanique. Palier (24,48) de roulement mécanique comprenant : - des éléments de roulement (26), - au moins une demi-bague (40, 42,46) ayant un axe (A-A), la demi-bague comprenant un évidement (34) formant une piste de roulement (26) pour les éléments de roulement, et un épaulement (38) s’étendant dans le prolongement de l’évidemment, la piste de roulement (26) ayant un bord périphérique (44) adjacent à l’épaulement, caractérisé en ce que ledit bord périphérique (44) présente une forme convexe. Palier (24,48) de roulement mécanique selon la revendication 1, dans lequel le bord périphérique (44) de la au moins une demi-bague (40, 42,46) présente une section dans un plan transversal au palier, ayant une forme courbe, la forme courbe présentant au moins une première zone (Z1) ayant un premier centre (C1) et un premier rayon (R1) de courbure, et une deuxième zone (Z2) ayant un deuxième centre (C2) et un deuxième rayon (R2) de courbure, le premier rayon (R1) de courbure étant différent du deuxième rayon (R2) de courbure, le premier centre (C1) étant différent du deuxième centre (C2). Palier (24,48) de roulement mécanique selon la revendication 2, dans lequel la longueur du premier rayon (R1) de courbure et la longueur du deuxième rayon (R2) de courbure sont fonction de la position de la première zone (Z1) et de la position de la deuxième zone (Z2) par rapport à un point de référence (Pr). Palier (24,48) de roulement mécanique selon la revendication 3, dans lequel la distance entre la deuxième zone (Z2) et un point de référence (Pr) est inférieure à la distance entre la première zone (Z1) et ledit point de référence (Pr), et dans lequel le deuxième rayon (R2) de courbure est supérieure au premier rayon (R1) de courbure ; le point de référence étant le point de la section de la demi-bague le plus proche de l’axe (A-A) de la demi-bague. Palier de roulement mécanique selon la revendication 1, dans lequel la piste de roulement présente une forme concave et passe de façon continue de la forme concave à la forme convexe du bord périphérique , ledit bord périphérique présentant une section dans un plan transversal au palier, ayant une forme courbe obtenue à partir d’une fonction polaire ou curviligne définissant le rayon de courbure, ladite fonction étant une fonction parme une fonction logarithmique, une fonction puissance, une fonction exponentielle, une fonction clothoïde, une fonction cardioïde, une fonction conique et une fonction sinus. Palier (48) de roulement mécanique selon la revendication 2, dans lequel dans le premier rayon (R1) de courbure est défini en fonction d’un premier angle (α1) défini entre un premier vecteur (V1) normal à la première zone (Z1) et un vecteur de référence (Vr) ; le deuxième rayon (R2) de courbure est défini en fonction d’un deuxième angle (α2) défini entre un deuxième vecteur (V2) normal à la deuxième zone (Z2) et ledit vecteur de référence (Vr). Palier (48) de roulement mécanique selon la revendication 5, dans lequel le vecteur de référence (Vr) est contenu dans un plan transversal au palier et est parallèle à l’axe (A-A) de la demi-bague. Palier (24, 48) de roulement mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments de roulement (26) présentent une forme parmi une forme sphérique, une forme de rouleau conique, une forme de rouleau conique. Palier (24, 48) de roulement mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, qui comporte en outre une cage séparatrice des éléments de roulement. Palier (24, 48) de roulement mécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, qui comporte en outre des blocs intercalaires agencés entre les éléments de roulement.