Brevet FR3129186A1 — publié le 20230519

L’invention concerne un palier (2) de roulement mécanique comprenant : - deux demi-bagues (10, 12) présentant chacune une piste de roulement (26), - des éléments roulants (22) agencés entre les demi-bagues, les éléments roulants étant aptes à rouler contre une partie des pistes de roulement, les éléments roulants étant réalisés dans un matériau défini, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de blocs intercalaires (24) agencés entre les demi-bagues, les blocs intercalaires étant réalisés dans un matériau ayant une raideur supérieure à la raideur du matériau des éléments roulants dans des directions normales aux pistes de roulement, et en ce que, lorsque le palier est soumis à une charge inférieure à une charge seuil, les blocs intercalaires présentent une dimension inférieure aux éléments roulants dans des directions normales aux pistes de roulement. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Palier de roulement mécanique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne les paliers à roulements et plus particulièrement les paliers à roulement tournant à faible vitesse amenés à subir des charges occasionnelles extrêmes. Etat de la technique antérieure Les paliers à roulements sont généralement utilisés pour assurer la mise en position axiale et radiale précises d’arbres solidaires de pièces devant être orientées ou mis en rotation lente. Ces paliers à roulement sont constitués d’une bague de roulement intérieure présentant une piste de roulement, pouvant ou non être divisée en deux demi-bagues portant chacune une demi-piste ; d’une bague de roulement extérieure présentant une piste de roulement, pouvant être ou non divisée en deux demi-bagues portant chacune une demi-piste; d’éléments roulants pouvant être des billes ou des rouleaux et éventuellement d’un ou plusieurs dispositifs séparateurs d’éléments roulants visant à assurer la bonne répartition circonférentielle de ces derniers dans le roulement. Les éléments roulants peuvent être des billes, des rouleaux cylindriques, coniques ou en tonneaux. Les roulements mettent en jeu des géométries de contacts hertziens de type bille/pistes en portions de tores, rouleau cylindrique/ pistes cylindriques, rouleau conique / pistes coniques ou rouleau tonneau / pistes sphérique et torique. Ces géométries ont tendance à concentrer les efforts de contact sur des surfaces très réduites. Lors de chargement très important à une position donnée ou à très faible vitesse, les pressions de contact entre les éléments roulants et les pistes peuvent dépasser la limite élastique des matériaux des pistes ou des éléments roulants, altérant leurs géométries par matage. Ce matage détériore le roulement en créant des points durs voire un jeu. On appelle cela l’effet de Brinell ou brinelling. Afin d’éviter ce type de détérioration, les paliers de roulement sont dimensionnés pour tenir compte des chargements extrêmes, même si ceux-ci sont rares. De nombreux paliers de roulements sont donc surdimensionnés dans la très grande majorité de leur cycle de vie. Ces paliers de roulement surdimensionnés sont lourds, encombrants et coûteux. Présentation de l’invention Un but de la présente invention est de proposer un ensemble de roulement résistant mieux à des surcharges occasionnelles. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble de roulement ne présentant pas de point dur ou de jeu après un évènement occasionnel de chargement extrême. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble de roulement moins lourd tout en étant capable de supporter des charges importantes. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble de roulement moins encombrant et capable de supporter des charges importantes. Un autre but de la présente invention est de proposer un ensemble de roulement moins coûteux. La présente invention a pour objet un palier de roulement mécanique comprenant : - deux demi-bagues présentant chacune une piste de roulement, - des éléments roulants agencés entre les demi-bagues, les éléments roulants étant aptes à rouler contre une partie des pistes de roulement, les éléments roulants étant réalisés dans un matériau défini, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de blocs intercalaires agencés entre les demi-bagues, les blocs intercalaires étant réalisés dans un matériau ayant une raideur supérieure à la raideur du matériau des éléments roulants au moins dans des directions normales aux pistes de roulement, et en ce que, lorsque le palier est soumis à une charge inférieure à une charge seuil, les blocs intercalaires présentent une dimension inférieure aux éléments roulants dans des directions normales aux pistes de roulement. Avantageusement, le palier selon l’invention permet de combiner les avantages d’un palier à roulement et les avantages d’un palier lisse, le premier assurant la performance en fonctionnement normal tout en restant assez souple pour se déformer sans dommage jusqu’à mise en contact du second, plus raide et résistant à la surcharge. Avantageusement, les blocs intercalaires permettent de remplir la fonction de séparation et bonne répartition angulaire des éléments roulants. Les blocs intercalaires peuvent se retrouver eux-mêmes positionnés par une cage séparatrice d’éléments roulants. 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 : - Les éléments roulants sont fabriqués dans un matériau ayant une raideur suffisante pour autoriser la déformation des éléments roulants dans leur domaine de déformation élastique au moins jusqu’à ce que lesdits blocs intermédiaires soient en contact des pistes de roulement, lorsque le palier est soumis à une charge supérieure à ladite charge seuil. Les blocs intercalaires comportent des faces d’appui situées en regard des pistes de roulement, lesdites faces d’appui des blocs intermédiaires ayant une forme complémentaire à la forme des pistes de roulement. - Les blocs intercalaires présentent des arêtes arrondies. - Les arêtes arrondies présentent une courbure à variation progressives formée par une succession de rayons fixes tangents ou une fonction continue dérivable. - Les demi-bagues ont une raideur supérieure aux éléments roulants. - Les blocs intercalaires et les éléments roulants sont disposées alternativement les uns après les autres. Les blocs intercalaires et les demi-bagues sont réalisés dans un matériau parmi la céramique et l’acier, et dans lequel les éléments roulants sont réalisés dans un alliage de Nickel-Titane. - Les blocs intercalaires et les demi-bagues sont réalisés en céramique et dans lequel les éléments roulants sont réalisés en acier. - Le palier comporte une cage de roulement comprenant des premières alvéoles et des deuxièmes alvéoles, les premières alvéoles ayant une forme différente de la forme des deuxièmes alvéoles, les premières alvéoles contenant les éléments roulants et les deuxièmes alvéoles contenant les blocs intercalaires. - Les blocs intercalaires sont solidarisés de façon rigide aux deuxièmes alvéoles. - Les blocs intercalaires sont montés libres dans les deuxièmes alvéoles, un jeu étant aménagé dans les deuxièmes alvéoles autour des blocs intercalaires. - Les blocs intercalaires sont solidarisés de façon souple aux deuxièmes alvéoles. - Les éléments roulants présentent une forme sphérique et dans lequel les blocs intercalaires présentent en coupe une forme de carré ou de losange dont les angles obtus sont arrondis ayant deux sommets opposés de forme arrondies, ladite coupe étant réalisée selon un plan radial. - Les éléments roulants présentent une forme de rouleau conique, et dans lequel les faces d’appui des blocs intercalaires présentent une forme tronconique. - Les éléments roulants présentent une forme de rouleau cylindrique ou d’aiguille, et dans lequel les faces d’appui des blocs intercalaires présentent une forme cylindrique. - Les éléments roulants présentent une forme de rouleau tonneau face à une piste extérieure en portion de sphère, et dans lequel les faces d’appui des blocs intercalaires présentent une forme en portion de tore face à la piste intérieure et en portion de sphère face à la piste extérieure. L’invention concerne un module de turbomachine comprenant un arbre rotatif d’axe longitudinal X-X ; un palier de roulement mécanique de guidage en rotation de l’arbre rotatif autour de l’axe longitudinal X-X ; ledit palier étant conformé selon les caractéristiques mentionnées ci-dessus. L’invention concerne également une turbomachine comprenant un module de turbomachine conformé selon les caractéristiques mentionnées ci-dessus. La turbomachine comprend en outre un ensemble de pièces en rotation lente ou à orienter selon un axe lui-même en rotation autour d’un axe d’arbre principal tournant, lesdites pièces subissant un champ d’accélération centrifuge. Brève description des figures est une vue en coupe d’un ensemble de roulement comprenant un palier de roulement selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la coupe étant réalisée dans un plan radial à l’axe de rotation du palier ; est une vue en perspective de côté de l’ensemble de roulement illustré sur la sans demi-bague externe et sans carter ; est une vue de dessus de l’ensemble de roulement illustré sur la ; est une vue en perspective de côté d’un palier selon un deuxième mode de réalisation monté autour d’un arbre ; est une vue en coupe d’un ensemble de roulement comprenant un palier de roulement selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; la coupe étant formée dans un plan radial à l’axe de rotation du palier ; est une vue en perspective de côté de l’ensemble de roulement illustré sur la sans demi-bague externe et sans carter ; est une vue de dessus de l’ensemble de roulement illustré sur la ; est un schéma de principe illustrant un premier exemple de courbure d’une face d’appui d’un bloc intercalaire ; est un schéma de principe illustrant un deuxième exemple de courbure d’une face d’appui d’un bloc intercalaire ; est une vue en coupe d’un ensemble de roulement comprenant une partie d’un palier de roulement selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; la coupe étant formée dans un plan radial à l’axe de rotation du palier ; est une vue en perspective de côté de l’ensemble de roulement illustré sur la sans demi-bague externe ; une vue de dessus de l’ensemble de roulement illustré sur la ; une vue en perspective de l’ensemble de roulement illustré sur la et comprenant en outre une cage de roulement. Palier (2, 34, 42, 60) de roulement mécanique comprenant : - deux demi-bagues (10, 12) présentant chacune une piste de roulement (26, 50), - des éléments roulants (22, 44, 62) agencés entre les demi-bagues, les éléments roulants étant aptes à rouler contre une partie des pistes de roulement, les éléments roulants étant réalisés dans un matériau défini, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de blocs intercalaires (24, 46) agencés entre les demi-bagues (10, 12), les blocs intercalaires étant réalisés dans un matériau ayant une raideur supérieure à la raideur du matériau des éléments roulants (22, 44, 62) au moins dans des directions normales (N) aux pistes de roulement, et en ce que, lorsque le palier est soumis à une charge inférieure à une charge seuil, les blocs intercalaires (24, 46) présentent une dimension inférieure aux éléments roulants (22, 44, 62) dans des directions normales aux pistes de roulement. Palier (2, 34, 42, 60) selon la revendication 1, dans lequel les éléments roulants (22, 44, 62) sont fabriqués dans un matériau ayant une raideur suffisante pour autoriser la déformation des éléments roulants dans leur domaine de déformation élastique au moins jusqu’à ce que lesdits blocs intermédiaires (24, 46) soient en contact des pistes de roulement (26, 50), lorsque le palier est soumis à une charge supérieure à ladite charge seuil. Palier (2, 34, 42, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) comportent des faces d’appui (28, 29, 48, 49) situées en regard des pistes de roulement, lesdites faces d’appui des blocs intermédiaires ayant une forme complémentaire à la forme des pistes de roulement (26, 50). Palier (2, 34, 42, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) présentent des arêtes arrondies (32). Palier (2, 34, 42, 60) selon la revendication 4, dans lequel les arêtes arrondies (32) présentent une courbure à variation progressives formée par une succession de rayons fixes tangents ou une fonction continue dérivable. Palier (2, 34, 42, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les demi-bagues (10, 12) ont une raideur supérieure aux éléments roulants (22, 44). Palier (2, 34, 42, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) et les éléments roulants (22, 44, 62) sont disposées alternativement les uns après les autres. Palier (2, 34, 42, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) et les demi-bagues (10,12) sont réalisés dans un matériau parmi la céramique et l’acier, et dans lequel les éléments roulants (22, 44) sont réalisés dans un alliage de Nickel -Titane. Palier (2, 34, 42, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) et les demi-bagues (10, 12) sont réalisés en céramique et dans lequel les éléments roulants (22, 44, 62) sont réalisés en acier. Palier (34, 60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, qui comporte une cage de roulement (36) comprenant des premières alvéoles (38) et des deuxièmes alvéoles (40), les premières alvéoles ayant une forme différente de la forme des deuxièmes alvéoles, les premières alvéoles contenant les éléments roulants (22, 44, 60) et les deuxièmes alvéoles contenant les blocs intercalaires (24, 46). Palier (34, 60) selon la revendication 10, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) sont solidarisés de façon rigide aux deuxièmes alvéoles (40). Palier (34, 60) selon la revendication 10, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) sont montés libres dans les deuxièmes alvéoles (40), un jeu étant aménagé dans les deuxièmes alvéoles autour des blocs intercalaires. Palier (34, 60) selon la revendication 10, dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) sont solidarisés de façon souple aux deuxièmes alvéoles (40). Palier (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les éléments roulants (22, 44) présentent une forme sphérique et dans lequel les blocs intercalaires (24, 46) présentent en coupe une forme de carré ou de losange dont les angles obtus sont arrondis ayant deux sommets opposés de forme arrondies, ladite coupe étant réalisée selon un plan radial. Palier (42) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les éléments roulants (22, 44) présentent une forme de rouleau conique, et dans lequel les faces d’appui (48, 49) des blocs intercalaires présentent une forme tronconique. Palier (60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les éléments roulants (62) présentent une forme de rouleau cylindrique ou d’aiguille, et dans lequel les faces d’appui (66, 68) des blocs intercalaires présentent une forme cylindrique. Palier selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel les éléments roulants présentent une forme de rouleau tonneau face à une piste extérieure en portion de sphère, et dans lequel les faces d’appui (48, 49) des blocs intercalaires présentent une forme en portion de tore face à la piste intérieure et en portion de sphère face à la piste extérieure. Module de turbomachine comprenant un arbre rotatif d’axe longitudinal X-X ; un palier de roulement mécanique de guidage en rotation de l’arbre rotatif autour de l’axe longitudinal X-X ; ledit palier étant conformé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17. Turbomachine comprenant un module de turbomachine conformé selon la revendication 18. Turbomachine selon la revendication 19, ladite turbomachine comprenant un ensemble de pièces en rotation lente ou à orienter selon un axe lui-même en rotation autour d’un axe d’arbre principal tournant, lesdites pièces subissant un champ d’accélération centrifuge.