Brevet FR3147342A1 — publié le 20241004

Un roulement mécanique comporte une première et une deuxième bague, des éléments roulants (6) disposés entre la première et la deuxième bague (1, 2) pour rouler entre les bagues (1, 2) dans un espace de roulement (7), et une cage (5, 5') pour maintenir un espacement entre les éléments roulants (6). La cage (5, 5') comporte des pales (53, 53') s’étendant dans l’espace de roulement (7) de manière oblique par rapport à la trajectoire des éléments roulants (6) pour créer une circulation de fluide. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Roulement mécanique avec cage améliorée L’invention concerne un roulement mécanique du genre prévu pour le guidage en rotation et comportant une première et une deuxième bague, des éléments roulants disposés entre la première et la deuxième bague et une cage pour maintenir un espacement entre les éléments roulants. La technique des roulements mécaniques est connue depuis longtemps. Elle permet de réaliser des guidages en rotation présentant très peu de résistance au mouvement tout en reprenant des charges qui peuvent être radiales et/ou axiales. Les bagues peuvent être concentriques avec les éléments roulants interposés entre les bagues. Elles peuvent être aussi sous la forme d’anneaux parallèles pour former une butée reprenant des charges axiales. Les éléments roulants peuvent être des billes, des rouleaux cylindriques, des rouleaux coniques ou des rouleaux en forme de tonneaux. La cage est prévue pour maintenir un écartement des éléments roulants entre eux. Lors du fonctionnement, la combinaison de la charge et de la vitesse différentielle entre les bagues a pour conséquence une perte d’énergie locale et un échauffement. Si cet échauffement est excessif, il provoque la détérioration irrémédiable du roulement. Il convient donc de limiter celui-ci. Il a déjà été proposé de munir des mécanismes utilisant des roulements d’accessoires pour créer une lubrification et une ventilation à proximité du roulement. Cependant l’ajout d’accessoires est onéreux et conduit à des mécanismes plus encombrants. C’est donc un objectif de l’invention de fournir un roulement mécanique permettant de se dispenser de l’utilisation d’accessoires tout en ayant des capacités améliorées. Avec ces objectifs en vue, l’invention a pour objet un roulement mécanique comportant une première et une deuxième bague, des éléments roulants disposés entre la première et la deuxième bague pour rouler entre les bagues dans un espace de roulement, l’espace de roulement étant délimité par les bagues et deux flancs virtuels, et une cage pour maintenir un espacement entre les éléments roulants, caractérisé en ce que la cage comporte des pales s’étendant dans l’espace de roulement de manière oblique par rapport à la trajectoire des éléments roulants pour créer une circulation de fluide d’un flanc à l’autre. Les pales orientées de manière obliques permettent de former une sorte de turbine. La cage est entraînée en rotation par les éléments roulants à une vitesse qui est la moyenne des vitesses respectives de la première et de la deuxième bague. L’espace libre entre les éléments roulants et les bagues ainsi que dans l’environnement est occupé par un fluide qui peut être gazeux, comme de l’air, ou liquide, comme de l’huile ou de l’eau. Avec les pales dont elle est ainsi dotée, la cage crée une circulation du fluide au travers du roulement mécanique, ce qui permet d’évacuer des calories et de limiter l’échauffement du roulement. Ceci préserve la durée de vie du roulement ou permet d’augmenter les contraintes de charge ou de vitesse admissibles. Lorsque le fluide est de l’air chargé en lubrifiant, celui-ci est amené à l’intérieur du roulement par la circulation de fluide induite par la cage. En outre, le flux de fluide induit peut circuler dans le mécanisme doté du roulement, ce qui favorise le refroidissement et la lubrification des autres organes accessibles par le flux induit. Ces résultats sont obtenus en modifiant une pièce existante du roulement, donc sans nouvelle pièce et avec un encombrement inchangé. Selon une disposition constructive, la cage comporte au moins un anneau tubulaire placé le long du premier flanc, chaque pale s’étendant depuis l’anneau en direction du deuxième flanc La forme tubulaire de l’anneau donne une structure à la cage en minimisant la section de la cage dans la direction d’un flanc à l’autre, ce qui permet de conserver un passage optimisé pour un flux de fluide traversant. Selon un perfectionnement, chaque pale s’étend entre deux successifs des éléments roulants. La cage ainsi formée peut être introduite lors du montage du roulement depuis le premier flanc en faisant passer les pales entre les éléments roulants. Pour un effet maximal, on préférera mettre une pale entre chaque paire d’éléments roulants successifs, mais il est concevable d’en prévoir moins ou plus. Selon une disposition constructive, la partie tubulaire de l’anneau se prolonge en dents intercalées entre les éléments roulants, les dents étant croisées avec les pales. Les dents sont prévues pour régler l’écartement entre les éléments roulants et pour apporter de la rigidité aux pales qui peuvent ainsi rester fines. Selon un perfectionnement, entre deux dents successives s’étend une découpe dans laquelle l’un des éléments roulants se loge. Ainsi, la cage est ajustée aux dimensions des éléments roulants et définit leurs positions relatives de manière précise. Selon un perfectionnement, la découpe entoure l’élément roulant de manière à empêcher le retrait de la cage. Il n’est ainsi pas nécessaire de prévoir une autre disposition pour garantir le maintien en place de la cage. Selon un perfectionnement, l’anneau a une section profilée pour optimiser l’écoulement du fluide du premier flanc vers le deuxième flanc. Ceci est fait par exemple avec un profil aérodynamique, symétrique ou non, avec notamment un bord aminci du côté du deuxième flanc. De manière complémentaire, les pales sont profilées pour optimiser l’écoulement du fluide du premier flanc vers le deuxième flanc. Selon une caractéristique avantageuse, la cage est réalisée en une matière synthétique, ou en métal. Ceci permet de conférer une forme potentiellement complexe, tout en fournissant une cage suffisamment élastique. L’élasticité de la cage est notamment utile lors du montage pour engager celle-ci avec les éléments roulants et obtenir la retenue de la cage. Selon un mode de réalisation, la cage est réalisée en une seule partie monobloc. Selon un autre mode de réalisation, la cage est réalisée en au moins deux parties. Ceci permet de faciliter la réalisation des formes complexes, notamment en cas de pièces moulées. Selon un mode de réalisation, les éléments roulants sont choisis parmi un groupe comprenant les billes, les rouleaux cylindriques, les rouleaux coniques et les rouleaux bombés en forme de tonneaux. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la est une vue en perspective d’un roulement mécanique selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en perspective d’une cage pour un roulement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe d’un roulement selon le deuxième mode de réalisation ; la est une vue d’une partie de la cage selon le deuxième mode de réalisation, représentée en développé selon la surface d’un anneau tubulaire ; la est une vue similaire à la pour un troisième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue en coupe d’un carter de moteur incluant des roulements selon l’invention. Description détaillée Un roulement mécanique selon un premier mode de réalisation de l’invention est montré sur la . Le roulement, comporte une première et une deuxième bague 1, 2, à savoir une bague extérieure et une bague intérieure, des éléments roulants disposés entre la première et la deuxième bague pour rouler entre les bagues dans un espace de roulement 7. Les éléments roulants ne sont pas visibles sur la . Dans l’espace de roulement 7 délimité par les bagues et par deux flancs 3, 4 virtuels, une cage 5 est prévue pour maintenir un espacement entre les éléments roulants. La cage 5 comporte deux anneaux tubulaires 51, 52 disposés à proximité respectivement de la première bague, ou bague extérieure 1 et de la deuxième bague, ou bague intérieure 2. La cage 5 comporte des pales 53 s’étendant dans l’espace de roulement 7 de manière oblique par rapport à la trajectoire des éléments roulants et en reliant les deux anneaux tubulaires 51, 52 pour créer une circulation de fluide d’un flanc 3 à l’autre 4. Dans un deuxième mode de réalisation, montré sur les figures 2 à 4, la cage 5' ne comporte qu’un seul anneau tubulaire 51’ placé le long du premier flanc 3'. Les pales 53' s’étendent de part et d’autre de l’anneau tubulaire 51’ dans la direction radiale et en direction du deuxième flanc 4' entre deux billes 6 successives formant les éléments roulants. La partie tubulaire de l’anneau 51’ se prolonge en dents 54 intercalées entre les éléments roulants 6, les dents 54 étant croisées avec les pales 53'. Entre deux dents 54 successives s’étend une découpe 55 dans laquelle l’une des billes 6 se loge, comme le montre en particulier la , sur laquelle les billes 6 sont représentées en traits mixtes. La découpe 55 entoure l’élément roulant 6 de manière à empêcher le retrait de la cage 5'. Pour cela, la découpe 55 est effectuée le long d’un arc de cercle sur un secteur supérieur à 180°, par exemple a=190°. Comme on le voit sur la , l’anneau 51’ a une section profilée pour optimiser l’écoulement du fluide du premier flanc 3' vers le deuxième flanc 4' dans l’espace de roulement 7’, dans la direction F. Le profil est par exemple un profil symétrique d’aile d’avion dont la partie la plus épaisse est du côté du premier flanc 3'. Comme on le voit sur la , les pales 53' sont profilées pour optimiser l’écoulement du fluide du premier flanc 3' vers le deuxième flanc 4'. Ici aussi, le profil est par exemple un profil symétrique d’aile d’avion dont la partie la plus épaisse est du côté du premier flanc 3'. Dans les deux modes de réalisation, la cage 5, 5' est réalisée en une seule partie monobloc en une matière synthétique, par exemple en PLA ou en PE. Dans un troisième mode de réalisation de l’invention, montré sur la , la cage 5" comporte des pales 56 dont le plan central passe par le centre des billes 6 formant éléments roulants, en plus des pales 53" intercalées entre les billes 6. Dans un exemple d’utilisation de roulements mécaniques selon l’invention, on a représenté à la une coupe d’un moteur thermique deux temps selon l’axe du vilebrequin 7. Le mécanisme comporte deux roulements R conformes à l’invention, placés de part et d’autre d’un maneton 70 du vilebrequin 7 et placés dans des paliers 80 d’un carter 8. Un premier espace 91 subsiste entre chaque roulement R et le maneton 70, ainsi qu’un deuxième espace 92 en communication avec l’intérieur du carter de l’autre côté du premier espace 91 par rapport au roulement R respectif. Les flèches F2 montre une circulation du fluide à travers les roulements R, forcé par les pales du premier espace 91 vers le deuxième espace 92. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrit ici à titre d’exemples. Les pales peuvent être prévues en regard des éléments roulants uniquement, entre ceux-ci uniquement ou avec une combinaison de ces dispositions. Roulement mécanique comportant une première (1, 1’) et une deuxième bague (2, 2’), des éléments roulants (6) disposés entre la première (1, 1’) et la deuxième bague (2, 2’) pour rouler entre les bagues dans un espace de roulement (7), l’espace de roulement (7) étant délimité par les bagues et deux flancs (3, 4) virtuels, et une cage (5, 5') pour maintenir un espacement entre les éléments roulants (6), caractérisé en ce que la cage (5, 5') comporte des pales (53, 53', 56) s’étendant dans l’espace de roulement (7, 7’) de manière oblique par rapport à la trajectoire des éléments roulants (6) pour créer une circulation de fluide d’un flanc à l’autre. Roulement selon la revendication 1, dans lequel la cage (5, 5') comporte au moins un anneau tubulaire placé le long du premier flanc (3, 3'), chaque pale (53, 53') s’étendant depuis l’anneau en direction du deuxième flanc (4, 4'). Roulement selon la revendication 2, dans lequel chaque pale s’étend entre deux successifs des éléments roulants (6). Roulement selon la revendication 3, dans lequel la partie tubulaire de l’anneau se prolonge en dents (54) intercalées entre les éléments roulants (6), les dents (54) étant croisées avec les pales (53'). Roulement selon la revendication 4, dans lequel entre deux dents (54) successives s’étend une découpe (55) dans laquelle l’un des éléments roulants (6) se loge. Roulement selon la revendication 5, dans lequel la découpe (55) entoure l’élément roulant (6) de manière à empêcher le retrait de la cage (5'). Roulement selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel l’anneau (51’) a une section profilée pour optimiser l’écoulement du fluide du premier flanc (3') vers le deuxième flanc (4'). Roulement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les pales (53') sont profilées pour optimiser l’écoulement du fluide du premier flanc (3') vers le deuxième flanc (4'). Roulement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la cage (5') est réalisée en une matière synthétique, ou en métal. Roulement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la cage (5, 5') est réalisée en une seule partie monobloc. Roulement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la cage (5, 5') est réalisée en au moins deux parties. Roulement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les éléments roulants (6) sont choisis parmi un groupe comprenant les billes, les rouleaux cylindriques, les rouleaux coniques et les rouleaux bombés en forme de tonneaux.