FR2601733A1 - DEVICE FOR REDUCING FRICTION IN BEARINGS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION VISE LA REDUCTION DE LA FRICTION ET DE L'ECHAUFFEMENT DANS LES ROULEMENTS QUI FONCTIONNENT A DES VITESSES ELEVEES. DANS CES ROULEMENTS, UNE PLURALITE D'ELEMENTS ROULANTS 10 SONT SEPARES LES UNS DES AUTRES PAR DES SEGMENTS DE MAINTIEN 28. SELON L'INVENTION, LA FACE D'EXTREMITE 30 DE CHAQUE SEGMENT 28, SITUEE EN REGARD D'UN ELEMENT ROULANT 10, EST SEPAREE DE CET ELEMENT PAR UNE DISTANCE QUI VA EN DIMINUANT DEPUIS UN BORD AMONT 32 JUSQU'A UN BORD AVAL 34. DANS L'INTERSTICE 40 AINSI DELIMITE, DE L'AIR EST COMPRIME LORS DE LA ROTATION W DE L'ELEMENT ROULANT 10, DE MANIERE A FORMER UN "COUSSIN D'AIR" ASSURANT LA SUSTENTATION DE CET ELEMENT 10. LE DISPOSITIF S'APPLIQUE A DES ROULEMENTS A ROULEAUX, DISPOSES ENTRE DEUX ORGANES TOURNANT EN SENS INVERSE Y, Z.THE INVENTION AIMS AT REDUCING FRICTION AND HEATING IN BEARINGS WHICH OPERATE AT HIGH SPEEDS. IN THESE BEARINGS, A PLURALITY OF ROLLING ELEMENTS 10 ARE SEPARATED FROM ONE OF THE OTHERS BY RETAINING RINGS 28. ACCORDING TO THE INVENTION, THE END FACE 30 OF EACH SEGMENT 28, LOCATED AGAINST A ROLLING ELEMENT 10, IS SEPARATED FROM THIS ELEMENT BY A DISTANCE WHICH GOES DECREASING FROM AN UPSTREAM EDGE 32 TO A DOWNSTREAM EDGE 34. IN INTERSTICE 40 THUS BOUNDARED, AIR IS COMPRESSED DURING ROTATION W OF THE ROLLING ELEMENT 10 , SO AS TO FORM AN "AIR CUSHION" ENSURING THE SUPPORT OF THIS ELEMENT 10. THE DEVICE APPLIES TO ROLLER BEARINGS, ARRANGED BETWEEN TWO ORGANS TURNING IN REVERSE DIRECTION Y, Z.
Description
Dispositif pour la réduction de la friction dans des roulements LaDevice for reducing friction in bearings
présente invention concerne le domaine de la réduction des frottements dans les composants mécaniques ro5 tatifs, et elle se rapporte, plus particulièrement à un dispositif pour la réduction de la friction dans des roulements, avec éléments roulants tels que rouleaux, qui sont disposés entre deux organes tournant en sens inverse l'un The present invention relates to the field of friction reduction in rotary mechanical components, and more particularly relates to a device for reducing friction in rolling bearings, with rolling elements such as rollers, which are arranged between two members. turning in the opposite direction one
par rapport à l'autre.compared to each other.
Dans les moteurs à turbine à gaz, il est souvent nécessaire de disposer des roulements entre deux ou plusieurs arbres rotatifs, qui tournent dans des sens inverse avec des vitesses relatives très élevées. En raison des vitesses élevées auxquelles les roulements doivent alors 15 fonctionner, des frottements considérables sont engendrés dans ces roulements. ainsi que des échauffements résultant des frottements. La friction et l'échauffement pénalisent à la fois les performances et la longévité de ce genre de roulements. Il a été découvert que. sous certaines conditions, les vitesses de rotations élevées peuvent être utilisées, en association avec les éléments roulants des roulements disposés entre des organes tournant en sens inverse, pour comprimer l'air dans la région des éléments roulants d'une 25 manière suffisante pour créer un "coussin d'air" assurant In gas turbine engines, it is often necessary to have bearings between two or more rotating shafts, which rotate in opposite directions with very high relative speeds. Because of the high speeds at which the bearings then have to operate, considerable friction is generated in these bearings. as well as heating resulting from friction. Friction and heating penalize both the performance and longevity of this kind of bearings. It has been discovered that. under certain conditions, the high rotational speeds can be used, in combination with the rolling elements of the bearings disposed between counter-rotating members, to compress the air in the region of the rolling elements in a manner sufficient to create a "air cushion" ensuring
une sustentation de ces éléments roulants. a lift of these rolling elements.
Le but de la présente invention est de mettre à profit la découverte indiquée ci-dessus, en fournissant des moyens de sustentation d'un élément roulant qui permettent de réduire considérablement la friction à laquelle sont sujets The object of the present invention is to take advantage of the above-mentioned discovery, by providing means of levitation of a rolling element which makes it possible to considerably reduce the friction to which are subject
les roulements classiques.classic bearings.
A cet effet, l'invention a pour objet un roulement disposé entre un premier organe à disposition intérieure et un second organe à disposition extérieure, qui décrivent 35 un mouvement de rotation l'un par rapport à l'autre, ce roulement comprenant une pluralité d'éléments roulants ayant un axe de rotation, qui sont disposés suivant une circonférence à distance les uns des autres, tout autour du premier organe, et une pluralité de segments de maintien disposés entre lesdits éléments roulants, chaque segment de maintien comportant une face d'extrémité possédant un bord "amont" et un bord "aval", le roulement étant caractérisé en ce que la face d'extrémité de chaque segment de maintien est située en regard d'un élément roulant et est séparée de cet élément par une distance qui va en diminuant depuis le bord amont jusqu'au bord aval, de manière à délimiter un interstice dans lequel un "coussin d'air" est formé For this purpose, the subject of the invention is a bearing arranged between a first member with an inner disposition and a second member with an external disposition, which describe a rotational movement relative to each other, this bearing comprising a plurality rolling elements having an axis of rotation, which are arranged at a circumference at a distance from each other, all around the first member, and a plurality of holding segments disposed between said rolling elements, each holding segment having a face d end having an "upstream" edge and a "downstream" edge, the bearing being characterized in that the end face of each holding segment is located opposite a rolling element and is separated from this element by a distance which decreases from the upstream edge to the downstream edge, so as to delimit a gap in which an "air cushion" is formed
lors de la rotation de l'élément roulant. during rotation of the rolling element.
En résumé, l'invention fournit donc un roulement dans 15 lequel les éléments roulants sont séparés de leurs organes de maintien par un "coussin d'air" créé par la rotation de ces éléments eux-mêmes. le "coussin d'air" ainsi obtenu In summary, the invention therefore provides a bearing in which the rolling elements are separated from their holding members by an "air cushion" created by the rotation of these elements themselves. the "air cushion" thus obtained
assurant la sustentation des éléments roulants. ensuring the levitation of the rolling elements.
Cet effet peut être renforcé par des "coussins d'air" 20 additionnels créés. selon le même principe, dans d'autres This effect can be enhanced by additional "air cushions" created. according to the same principle, in other
parties du roulement.parts of the bearing.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise à In any case, the invention will be better understood
l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non li25 mitatif, une forme d'exécution de ce dispositif pour la with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing showing, by way of non-limiting example, an embodiment of this device for
réduction de la friction dans des roulements. reduction of friction in bearings.
Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un roulement à rouleaux pourvu du dispositif selon la préssente invention; Figure 2 est une vue partielle en bout du roulement montré à la figure 1, dans la direction des flèches A-A; Figure 3 est une vue partielle en coupe de ce roulement, suivant la direction des flèches B-B de figure 2; Figure 4 est une vue partielle en coupe du dispositif 35 objet de l'invention suivant la direction des flèches C-C de figure 1; Figure 5 est une vue en coupe suivant la direction des flèches D-D de figure 4; Figure 6 est une vue en coupe suivant la direction des flèches E-E de figure 2. La figure 1 représente partiellement un roulement, comportant une pluralité d'éléments roulants dont l'un est représenté et identifié dans son ensemble par le repère 10. ces éléments roulants en forme de rouleaux étant disposés entre une bague intérieure 12 et une bague extérieure 14, qui forment respectivement un chemin de roulement intérieur et un chemin de roulement extérieur pour les éléments roulants 10. La bague intérieure 12 est montée fixe sur le diamètre extérieur d d'un arbre o intérieur 16. cette bague intérieure 12 étant retenue sur l'arbre 16 au moyen d'une bague de serrage 18, tandis que la bague extérieure 14 est montée fixe sur le diamètre intérieur di d'un arbre extérieur 20, en étant retenue sur cet arbre 20 au moyen d'une bague de serrage 22. Deux 20 éléments latéraux de forme annulaire 24 et 26 sont placés en regard des extrémités respectives des éléments roulants , et servent à la retenue de ces éléments 10 dans la Figure 1 is a cross-sectional view of a roller bearing provided with the device according to the present invention; Figure 2 is a partial end view of the bearing shown in Figure 1, in the direction of the arrows A-A; Figure 3 is a partial sectional view of the bearing, in the direction of the arrows B-B of Figure 2; Figure 4 is a partial sectional view of the device object of the invention in the direction of the arrows C-C of Figure 1; Figure 5 is a sectional view in the direction of the arrows D-D of Figure 4; Figure 6 is a sectional view along the direction of the arrows EE of Figure 2. Figure 1 partially shows a bearing, having a plurality of rolling elements, one of which is shown and identified as a whole by the reference 10. These elements roll-shaped rollers being disposed between an inner race 12 and an outer race 14, which respectively form an inner race and an outer race for the rolling elements 10. The inner race 12 is fixedly mounted to the outer diameter of the an inner shaft 16. this inner ring 12 being retained on the shaft 16 by means of a clamping ring 18, while the outer ring 14 is fixedly mounted on the inner diameter di of an outer shaft 20, by being retained on this shaft 20 by means of a clamping ring 22. Two annular-shaped lateral elements 24 and 26 are placed facing the respective ends of the elbows. rolling elements, and serve to retain these elements 10 in the
direction axiale.axial direction.
En se référant momentanément à la figure 2, on note25 ra que chaque élément roulant 10 est maintenu à distance des éléments roulants voisins par des segments intercalaires de maintien 28. Chaque segment 28 comporte une face d'extrémité incurvée 30 possédant un bord "amont" 32 et un bord "aval" 34, et située en regard d'un élément roulant 30 10, la distance ?séparant la face 30 de l'élément 10 étant variable et décroissante depuis une valeur maximale WMAX, au bord amont 32. jusqu'à une valeur minimale Referring momentarily to FIG. 2, it will be noted that each rolling element 10 is kept away from neighboring rolling elements by interposing spacer segments 28. Each segment 28 has a curved end face 30 having an "upstream" edge 32 and a "downstream" edge 34, and situated facing a rolling element 30 10, the distance? Separating the face 30 of the element 10 being variable and decreasing from a maximum value WMAX, to the upstream edge 32. up to at a minimum value
MIN, au bord aval 34.MIN, at the downstream edge 34.
En se référant de nouveau à la figure 1, deux organes 35 de positionnement de forme annulaire 36 et 38 sont disposés au voisinage respectivement de chaque élément latéral annulaire 24, 26, ces organes 36 et 38 assurant la retenue Referring again to FIG. 1, two annular-shaped positioning members 36 and 38 are disposed adjacent respectively to each annular lateral member 24, 26, these members 36 and 38 providing the restraint.
des éléments latéraux 24 et 26 dans la direction axiale. lateral elements 24 and 26 in the axial direction.
Les deux organes de positionnement 36 et 38 sont ici re5 présentés comme étant fixés, l'un et l'autre, à la bague intérieure 12. et bloqués de part et d'autre de cette bague 12 par l'action de la bague de serrage 18. Toutefois, il est à noter que ces organes de positionnement 36 et 38 The two positioning members 36 and 38 are here represented as being fixed, one and the other, to the inner ring 12 and locked on either side of this ring 12 by the action of the ring. However, it should be noted that these positioning members 36 and 38
pourraient aussi, selon une variante non représentée, être 10 solidaires de la bague extérieure 14. could also, according to a variant not shown, be integral with the outer ring 14.
En revenant à la figure 2. chaque segment 28 est positionné de telle manière que l'interstice 40. de largeur variable j, présent entre la face d'extrémité 30 de ce segment et l'élément roulant 10. va en décroissant dans le 15 sens de rotation dudit élément roulant 10. Dans l'exemple représenté, la bague extérieure 14 tourne dans la direction de la flèche Y et la bague intérieure 12 tourne en direction inverse, selon-la flèche Z, ce qui provoque la rotation de l'élément roulant 10 dans le sens indiqué par 20 la flèche W. Ainsi, l'air qui se trouve entraîné par la rotation de l'élément roulant 10 dans l'interstice 40 existant entre le segment 28 et cet élément 10, est progressivement comprimé. en fonction de la diminution de la Returning to FIG. 2, each segment 28 is positioned in such a way that the gap 40 of variable width j present between the end face 30 of this segment and the rolling element 10 decreases in size. direction of rotation of said rolling element 10. In the example shown, the outer ring 14 rotates in the direction of the arrow Y and the inner ring 12 rotates in the opposite direction, according to the arrow Z, which causes the rotation of the rolling element 10 in the direction indicated by the arrow W. Thus, the air which is caused by the rotation of the rolling element 10 in the gap 40 between the segment 28 and the element 10, is gradually compressed. according to the decrease in the
section de passage de cet air dans l'interstice 40, qui 25 décroît depuis le bord amont 32 jusqu'au bord aval 34. passage section of this air in the gap 40, which decreases from the upstream edge 32 to the downstream edge 34.
L'air qui se trouve comprimé de cette manière, forme dans la région du bord aval 34, un "coussin d'air" qui agit sur l'élément roulant 10. lorsque cet élément tourne pour assurer la sustentation. On comprendra facilement que la pression de l'air formant-ce "coussin d'air" est croissante The air which is compressed in this manner forms in the region of the downstream edge 34 an "air cushion" which acts on the rolling element 10 when this element rotates to provide lift. It will be readily understood that the air pressure forming this "air cushion" is increasing.
avec la vitesse de rotation de l'élément roulant 10. with the speed of rotation of the rolling element 10.
L'élément roulant 10 est pourvu de deux faces terminales. désignées de façon générale par 42, qui sont divisées en un certain nombre de secteurs alternativement 35 inclinés et plats. respectivement 44 et 46, et qui présentent chacune une partie centrale évidée 48. Chaque secteur 44. 46 comporte un bord postérieur 49 et un bord antérieur 50. par référence au sens de rotation (flèche W) de l'élément roulant 10. Le bord postérieur 49 de chaque secteur incliné 44 est situé en renfoncement dans la face terminale 42 de l'élément roulant 10, et la profondeur de l'évidement 52 correspond au secteur incliné 44 diminue progressivement en direction du bord antérieur 50 de ce secteur, o le fond de l'évidement 52 parvient au niveau 10 du secteur adjacent qui est un secteur plat 46, le bord antérieur 50 du secteur incliné 44 considéré coïncidant avec le bord postérieur 49 du secteur plat 46 suivant, chaque secteur plat 46 définit l'une des surfaces limites d'un interstice G qui est ménagé entre chaque partie terminale 42 de l'élément 15 roulante3.0 et la surface 54, située en regard, qui appartient à The rolling element 10 is provided with two end faces. generally designated 42, which are divided into a number of alternately inclined and flat sectors. respectively 44 and 46, and which each have a recessed central portion 48. Each sector 44. 46 has a rear edge 49 and an anterior edge 50. with reference to the direction of rotation (arrow W) of the rolling member 10. The edge posterior 49 of each inclined sector 44 is located recessed in the end face 42 of the rolling element 10, and the depth of the recess 52 corresponds to the inclined sector 44 decreases progressively towards the front edge 50 of this sector, where the bottom of recess 52 reaches level 10 of the adjacent sector which is a flat sector 46, the front edge 50 of inclined sector 44 considered coinciding with the rear edge 49 of the following flat sector 46, each flat sector 46 defines one of boundary surfaces G which is provided between each end portion 42 of the rolling member3.0 and the facing surface 54 which belongs to
l'un ou l'autre des deux éléments latéraux 24 et 26. one or the other of the two lateral elements 24 and 26.
En cours de fonctionnement, la rotation de l'élément roulant 10 autour de son axe longitudinal T, dans le sens indiqué par la flèche W. provoque une compression de l'air 20 présent dans l'interstice G. au moment o cet air passe sur la surface de chaque élément incliné 44, de telle sorte qu'un "coussin d'air" est aussi obtenu dans la région de chaque secteur plat 46, ce "coussin d'air" additionnel During operation, the rotation of the rolling element 10 about its longitudinal axis T, in the direction indicated by the arrow W. causes a compression of the air 20 present in the gap G. at the moment when this air passes on the surface of each inclined element 44, so that an "air cushion" is also obtained in the region of each flat sector 46, this additional "air cushion"
contribuant à la sustentation de l'organe roulant 10. contributing to the levitation of the rolling body 10.
En se référant aux figures 1, 4 et 5, chaque organe de positionnement 36, 38 est pourvu d'une face latérale 56 tournée vers l'intérieur du roulement, et située à une certaine distance axiale d.'une autre face latérale 58 tournée vers 1' extérieur du roulement et appartenant à 30 l'un ou l'autre des deux éléments latéraux 24 et 26. La face latérale 56 de chaque organe de positionnement 36, 38 est divisée en un certain nombre de secteurs alt rnativement inclinés et plats, respectivement 60 et 62; qui agissent de la même manière que les secteurs déjà mention35 nés précédemment, pour comprimer l'air présent entre les faces latérales 56 et 58 situées en vis-à-vis et pour assurer ainsi une sustentation des éléments latéraux 24 et 26, lorsque ces derniers tournent, relativement aux organes de positionnement voisins 36 ou 38, dans le sens indiqué par une flèche S. La figure 6 illustre une solution applicable pour la liaison entre les éléments latéraux 24, 26 et les segments de maintien 28. Le moyen utilisé est ici un boulon 64 qui traverse les trois pièces, avec un écrou 66 dont le ser10 rage solidarise ces pièces. Une rondelle similaire, peut Referring to FIGS. 1, 4 and 5, each positioning member 36, 38 is provided with a lateral face 56 facing towards the inside of the bearing, and situated at a certain axial distance from another lateral face 58 which is rotated to the outside of the bearing and belonging to one or the other of the two lateral elements 24 and 26. The lateral face 56 of each positioning member 36, 38 is divided into a number of inclined and flat sectors. respectively 60 and 62; which act in the same manner as the sectors already mentioned above, to compress the air present between the lateral faces 56 and 58 situated opposite each other and thus to provide a lift for the lateral elements 24 and 26, when the latter are rotated relative to the neighboring positioning members 36 or 38 in the direction indicated by an arrow S. FIG. 6 illustrates a solution applicable for the connection between the lateral elements 24, 26 and the holding segments 28. The means used is here a bolt 64 which passes through the three parts, with a nut 66 whose serage rages these parts. A similar washer, can
encore être placée sous l'écrou 66. still be placed under the nut 66.
On notera que l'invention n'est pas applicable seulement au cas o la bague intérieure 12 et la bague extérieure 14 tourneraient simultanément et en sens inverse 15 suivant les flèches Y et Z. Cette invention s'applique dans tous les cas o existe une différence entre les vitesses de rotation de deux arbres'16 et 20, donc des deux It should be noted that the invention is not applicable only in the case where the inner ring 12 and the outer ring 14 rotate simultaneously and in opposite directions along the arrows Y and Z. This invention applies in all cases where there is a difference between the rotation speeds of two trees16 and 20,
bagues 12 et 14.rings 12 and 14.
Il convient de noter également, que le roulement peut 20 être refroidi par une circulation d'air à température relativement basse, traversant axialement ce roulement dans It should also be noted that the bearing can be cooled by a circulation of air at a relatively low temperature, passing axially through this bearing in
la direction.des flèches P ou Q (voir figure 1). the direction of arrows P or Q (see Figure 1).
L'invention n'est donc pas limitée à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour la réduction de la fric25 tion dans des roulements,.qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple- elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant The invention is therefore not limited to the sole embodiment of this device for the reduction of friction in bearings, which has been described above, for example-it embraces, at contrary, all variants of implementation and application respecting
le même principe.the same principle.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS58195118U (en) * | 1982-06-23 | 1983-12-26 | 日本精工株式会社 | Cage for rolling element guide |
-
1986
- 1986-07-15 GB GB08617128A patent/GB2192674A/en not_active Withdrawn
-
1987
- 1987-07-07 DE DE19873722408 patent/DE3722408A1/en not_active Withdrawn
- 1987-07-09 FR FR8709730A patent/FR2601733A1/en not_active Withdrawn
- 1987-07-14 JP JP62175780A patent/JPS6330607A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB8617128D0 (en) | 1986-12-17 |
JPS6330607A (en) | 1988-02-09 |
GB2192674A (en) | 1988-01-20 |
DE3722408A1 (en) | 1988-01-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |