FR3006728A1 - Roulement a rotule comprenant des joints d'etancheite. - Google Patents

Roulement a rotule comprenant des joints d'etancheite. Download PDF

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Abstract

Roulement (10) à rotule, comprenant une bague intérieure (1) de révolution autour d'un premier axe (X1), une bague extérieure (2) de révolution autour d'un deuxième axe (X2), configuré pour pouvoir s'écarter légèrement du premier axe (X1), deux rangées de rouleaux (3,5) arrangées dans un espace intérieur (12) délimité par les première et deuxième bagues, chacune des rangées étant respectivement guidée par une cage (4,6), un joint d'étanchéité (9), pour fermer latéralement de manière étanche ledit espace intérieur, le joint d'étanchéité comprenant une portion de fixation (81) emmanchée sur une portée (11) de la bague intérieure et en ce que la portion de fixation est interposée au moins en partie, selon la direction radiale (Y), entre la cage (4,41) et la bague intérieure (1). Procédé pour assembler un tel roulement.

Description

L'invention concerne, de façon générale, le domaine technique des unités de roulement et, en particulier, celui des roulements à rotule (aussi appelés Sphériques'), avec fonction étanchéité. Ces roulements de type 'à rotule' ont généralement deux rangées de rouleaux et sont pourvus de joints d'étanchéité.
Dans un roulement de type 'à rotule', il est prévu que les axes respectifs des bagues intérieure et extérieure puissent se désaligner de quelques dixièmes de degrés voire quelques degrés en raison des variations d'alignement des organes que relie ledit roulement. En raison de ce désalignement, il existe des contraintes sur les joints d'étanchéité, car ces derniers doivent être capables de subir les débattements résultant du désalignement possible des bagues, tout en continuant à assurant la fonction d'étanchéité qui prévient toute intrusion de liquide à l'intérieur du roulement et retient le lubrifiant interne. Une autre contrainte générale concerne la réduction de l'encombrement du roulement pour une capacité de roulement donnée en termes de tenue aux contraintes et en termes de durée de vie.
Le document US2010/150486 divulgue un joint d'étanchéité pour roulement à rotule. Mais dans cette divulgation, le joint d'étanchéité est complexe et l'encombrement axial du joint est important ce qui réduit l'espace disponible pour les rouleaux. Le document W02011/1138107 divulgue un joint d'étanchéité pour roulement à rotule. Mais dans cette divulgation, le joint d'étanchéité est complexe et l'encombrement axial nécessaire pour ancrer le joint dans la bague extérieure est important ce qui réduit l'espace disponible pour les rouleaux. Le document JP2008095839 divulgue un joint d'étanchéité pour roulement à deux rangées de rouleaux. Mais dans cette divulgation, l'encombrement axial nécessaire pour ancrer le joint d'étanchéité dans la bague extérieure est important et réduit l'espace disponible pour les rouleaux ; de plus il n'est pas prévu de désalignement des bagues. Le document W02012/062608 divulgue un joint d'étanchéité pour roulement à rotule. Mais dans cette divulgation, l'ancrage du joint d'étanchéité dans la bague extérieure est complexe, et de plus, il faut laisser un jeu dans la direction axiale pour le débattement axial des rouleaux ce qui réduit la compacité du roulement, même pour le faible désalignement possible considéré par ce document.
Il est donc apparu un besoin de proposer une solution améliorée pouvant résulter en un meilleur compromis. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une unité de roulement exempte de l'une au moins des limitations précédemment évoquées.
L'invention a pour premier objet une unité de roulement à rotule, comprenant : - une bague intérieure présentant une géométrie de révolution autour d'un premier axe, - une bague extérieure de révolution autour d'un deuxième axe, configuré pour pouvoir s'écarter légèrement du premier axe, - deux rangées de rouleaux arrangées dans un espace intérieur délimité par les première et deuxième bagues, chacune des rangées étant respectivement guidée par une cage, - au moins un joint d'étanchéité, pour fermer latéralement de manière étanche ledit espace intérieur, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité comprend une portion de fixation emmanchée sur une portée de la bague intérieure et en ce que la portion de fixation est interposée au moins en partie, selon la direction radiale, entre la cage et la bague intérieure.
Grâce à ces dispositions, le joint d'étanchéité est relativement simple à manufacturer et facile à assembler. De plus, le ratio de la largeur des chemins de roulements effectifs par rapport à la largeur totale du roulement reste très satisfaisant, avec un angle de désalignement possible significatif (par exemple jusqu'à 2 degrés); la compacité d'un tel roulement à rotule étanche est ainsi très avantageuse. De plus, la portion de fixation emmanchée de la sorte présente une bonne robustesse et évite une rotation du joint d'étanchéité par rapport à la bague intérieure. Selon une réalisation, la portion de fixation se présente comme un manchon cylindrique, ce qui représente une solution simple qui permet de prévoir un emmanchement conventionnel du joint sur une portée cylindrique de la bague intérieure, ladite portée étant facile à réaliser industriellement. Selon une réalisation, le joint d'étanchéité comprend d'une part une armature dans laquelle est formée la portion de fixation, et d'autre part une portion souple, de préférence en matière élastomère, adhérisée sur ladite armature, pour former un contact frottant hermétique sur une zone de portée de la bague extérieure, ledit contact assurant l'étanchéité ; ceci constitue une solution particulièrement simple pour obtenir d'une part la solidité requise pour le joint d'étanchéité et la robustesse de sa fixation sur la bague, et d'autre part une bonne flexibilité pour assurer un bon contact frottant en admettant les débattements induits par le désalignement potentiel des bagues.
Selon une réalisation, la dimension axiale de la portion de fixation est au moins deux fois l'épaisseur de l'armature, de préférence trois fois supérieure à l'épaisseur de l'armature, moyennant quoi on obtient une solution efficace pour la fixation du joint d'étanchéité sur la bague avec une bonne performance d'anti-rotation et d'étanchéité, et pour autant le joint reste très léger et présente une inertie très faible.
Selon une réalisation, la cage comprend un anneau radial interposé axialement entre les rouleaux et l'armature du joint, la portion de fixation étant intercalée entre ledit anneau radial et la portée de la bague interne, moyennant quoi on optimise la compacité dans la direction axiale, et la cage présente des caractéristiques mécaniques adéquates.
Selon une réalisation, la dimension axiale de la portion de fixation est supérieure à l'épaisseur dudit anneau radial de la cage, de sorte que le manchon de fixation du joint est large et présente une bonne robustesse, pour l'insertion et le maintien mécanique et hermétique du joint d'étanchéité.
Selon une réalisation, la bague intérieure comprend un épaulement adapté pour limiter la course d'emmanchement de la portion de fixation du joint, moyennant quoi l'opération d'insertion du manchon de fixation du joint peut être facilement maîtrisée.
Selon une réalisation, l'unité de roulement comprend deux joints d'étanchéité disposés respectivement de chaque coté de l'unité de roulement, de sorte que l'étanchéité est obtenue de façon similaire des deux cotés du roulement. Selon une réalisation, les rouleaux sont des rouleaux en forme de tonneau et le chemin de roulement de la bague extérieure est de forme sphérique, ce qui est une solution optimale pour un roulement à rotule. Selon une réalisation, le joint d'étanchéité peut comprendre un talon en élastomère agencé sur l'armature au voisinage de sa portion de fixation, ledit talon en élastomère étant en appui radial contre la portée de la bague intérieure, de manière à assurer une étanchéité entre le joint d'étanchéité et la bague intérieure. Moyennant quoi, le joint d'étanchéité peut fermer de manière hermétique l'espace intérieur de l'unité de roulement vis-à-vis de l'extérieur, non seulement à l'endroit de son contact avec la bague extérieure mais aussi en outre à l'endroit de son contact avec la bague intérieure, dans les conditions dynamiques mais aussi dans des conditions statiques.
L'invention a pour deuxième objet un procédé de montage de l'unité de roulement telle qu'elle a été décrite, comprenant au moins les étapes consistant à : a- assembler la bague intérieure, une première rangée de rouleaux et une deuxième rangée de rouleaux avec leurs première et deuxième cages respectives dans une bague extérieure. b- centrer la première cage sur le premier axe c- emmancher le joint d'étanchéité sur une portée de la bague intérieure, la portion de fixation s'intercalant entre la cage et la bague intérieure. Selon une réalisation, le procédé peut comprendre en outre : d- centrer la deuxième cage sur le premier axe, e- emmancher un second joint d'étanchéité sur une autre portée de la bague intérieure, la portion de fixation de ce second joint s'intercalant entre la cage et la bague intérieure. On décrit maintenant brièvement les figures des dessins.
La figure 1 est un représente une coupe axiale d'une unité de roulement selon l'invention. La figure 2 est analogue à la figure 1, dans lequel est un représenté un désalignement des bagues.
La figure 3 illustre une variante de réalisation avec un talon d'étanchéité en appui sur la bague intérieure.
Ci-après un exposé détaillé d'un mode de réalisation de l'invention assorti d'exemples et de référence aux dessins.
Une unité de roulement 10 conforme à l'invention, telle qu'illustrée sur la figure 1, comprend deux bagues, une bague intérieure 1 généralement de révolution autour d'un premier axe Xl, et une bague extérieure 2 généralement de révolution autour d'un deuxième axe X2. Les axes X1 et X2 sont soit confondus, soit légèrement écartés l'un de l'autre angulairement, ceci afin de de se conformer à un certain désalignement des organes (non représentés) que relie l'unité de roulement 10.
Ce désalignement peut se produire au repos ou pendant la rotation de l'une des bagues par rapport à l'autre. Le désalignement des axes X1 et X2 reste modéré, généralement inférieur à 2°, le plus souvent inférieur à 1,5°. Une telle unité de roulement 10 tolérant un tel désalignement est appelée roulement 'à rotule' ou encore roulement 'sphérique'.
Sur la figure 2, il est représenté la bague extérieure 2 dans une situation de désalignement, la bague extérieure 2 ayant pivoté par rapport à un centre de rotation C situé au voisinage de l'intersection du plan médian P du roulement avec l'axe principal X1. En pratique, on forme un chemin de roulement 20 (surface intérieure) dans la bague extérieure 2 comme une portion de sphère centrée sur le point C, de rayon R.
C forme un centre de symétrie pour le roulement et le plan médian P forme un plan de symétrie pour le roulement perpendiculairement à l'axe X1. Entre la bague intérieure 1 et la bague extérieure 2 est défini un espace intérieur 12 qui contient deux rangées de rouleaux 3,5, qui portent d'une part sur des zones de surface extérieure 14,15 de la bague intérieure 1 et sur la surface intérieure 20 susmentionnée de la bague extérieure 2. La première rangée de rouleaux comprend des premiers rouleaux 3, dont l'axe X3 est incliné de quelques degrés par rapport à l'axe principal du roulement X1, et des seconds rouleaux 5 dont l'axe X5 est incliné à l'opposé de quelques degrés par rapport à l'axe principal du roulement X1. L'axe X3 est tel qu'il est perpendiculaire à la direction \N1 qui passe par le centre de symétrie C. De manière analogue l'axe X5 est tel qu'il est perpendiculaire à la direction W2 qui passe lui aussi par le centre de symétrie C. Selon un aspect avantageux, les premiers et seconds rouleaux ont une forme en tonneau, avec deux faces d'extrémité planes 35,36 et une surface de roulement convexe 30 avec un rayon de courbure R qui correspond sensiblement au rayon de courbure de la surface intérieure de roulement 20 de la bague extérieure 2 ; de sorte que l'on maximise la surface de portée entre le rouleau en forme de tonneau et la surface intérieure 20 de la bague extérieure afin de répartir au mieux les charges. Par ailleurs, sur la surface extérieure de la bague intérieure 1 sont formées deux chemins de roulement, tout d'abord un premier chemin de roulement 14, configuré pour recevoir les premiers rouleaux 3, et formé comme une surface de révolution dont la génératrice dans le plan de la figure 1 est un arc de cercle ayant un rayon R sensiblement égal au rayon de courbure du chemin de roulement 20 de la bague extérieure 2. Le second chemin de roulement 15 est symétrique du premier chemin de roulement 14 par rapport au plan médian P. Grâce aux formes complémentaires des rouleaux et des chemins de roulement 14,15, les surfaces d'appui sont maximisées, et donc les charges bien réparties. La configuration géométrique ci-dessus autorise ainsi un léger désaxement ou un léger désalignement des axes X1,X2 des bagues intérieures et extérieures du roulement, assurant une bonne capacité de rotation relative d'une bague par rapport à l'autre, quel que soit l'angle de désalignement.. Les premiers rouleaux 3 sont maintenus en position par une première cage 4 de roulement, et de manière similaire les seconds rouleaux 5 sont maintenus en position par une seconde cage 6 de roulement, symétrique de la première cage par rapport au plan médian P, et solidarisée à la première cage au moins selon la direction axiale (selon une disposition connue en soi non représentée).
La première cage 4 comprend une portion annulaire intérieure 44 auprès du plan médian P, puis une portion intermédiaire 40 pourvue d'une pluralité d'évidements qui reçoivent les rouleaux, et enfin une portion annulaire extérieure 41 appelé aussi dans la suite 'anneau radial' 41, car cette portion s'étend principalement selon la direction radiale Y, le long de la face d'extrémité plane 35 extérieure des rouleaux.
La seconde cage 6 est construite de façon similaire à la première en symétrie par rapport au plan médian P. En outre, le roulement à rotule est équipé d'au moins un joint d'étanchéité 9 ; dans l'exemple représenté il est équipé de deux joint étanchéité 9,90, un de chaque côté du roulement. Le joint étanchéité 9 s'étend entre la bague intérieure 1 et la bague extérieure 2 au voisinage du premier côté du roulement. Plus précisément, le joint d'étanchéité 9 présente une symétrique de révolution autour de l'axe du roulement X1 et comprend une armature 8, de préférence fabriquée en matière métallique emboutie d'épaisseur E ou en matière plastique haute performance, et une portion souple 7 de préférence réalisée en matière élastomère, et de préférence adhérisée sur ladite armature 8.
Avantageusement selon l'invention, le joint étanchéité 9 comprend une portion de fixation 81 emmanchée sur une portée 11 de la bague intérieure 1, ladite portion de fixation 81 étant réalisée de préférence dans l'armature 8 comme un manchon cylindrique d'axe X1. Dans le cas illustré, l'armature 8 comprend ainsi ladite portion de fixation 81 cylindrique d'axe X1, laquelle est prolongée selon la direction radiale Y par une portion annulaire radiale 82 et une portion radiale extérieure d'extrémité 83 sur laquelle est fixée par adhérisation une portion souple en élastomère 7 s'étendant radialement vers l'extérieur. La portion souple 7 comprend par ailleurs une lèvre d'extrémité extérieure 71 qui porte sur une zone de portée 21 en bordure du chemin de roulement 20 de la bague extérieure 2, un tel contact frottant assurant la fonction d'étanchéité à l'interface entre le joint d'étanchéité 9 et la bague extérieure 2. La portion souple 7 comprend par ailleurs une portion de liaison 72 dans la zone où la portion souple élastomère 7 est fixée sur l'armature 8. Du côté radialement intérieur, la portion de fixation 81 cylindrique est reçue sur la portée 11 qui est également sensiblement cylindrique de révolution autour de l'axe X1. Cette portée 11 se termine par un épaulement 13 qui la sépare du premier chemin de roulement 14 ménagé dans la bague intérieure 1. L'épaulement 13 susmentionné sert de butée de fin de course lors du mouvement d'emmanchement de la portion de fixation sur la portée 11.
Comme cela ressort de la figure 1, la portion de fixation 81 est interposée au moins en partie, selon la direction radiale Y, entre la cage 4 et la bague intérieure 1, en particulier entre l'extrémité radiale intérieure de l'anneau radial 41 et la bague intérieure 1. Plus précisément dans l'exemple illustré, la dimension axiale D de la portion de fixation 81 est au moins deux fois l'épaisseur E de l'armature 8, de préférence trois fois supérieure à l'épaisseur E de l'armature. Moyennant quoi on obtient une surface de contact relativement importante qui permet de garantir d'une part l'anti rotation du joint étanchéité 9 par rapport à la bague intérieure 1 et d'autre part une bonne étanchéité aux liquides à ce niveau. On remarque aussi que la dimension axiale D de la portion de fixation 81 est supérieure à l'épaisseur G dudit anneau radial 41. On peut aussi remarquer que selon la direction axiale X1, l'anneau radial 41 est interposé entre la face plane d'extrémité 35 du premier rouleau 3 et la portion annulaire radiale 82 de l'armature 8. Selon l'exemple illustré, on dispose un second joint étanchéité 90 similaire en tout point au premier joint d'étanchéité à la symétrie près par rapport au plan médian P. Ainsi, les deux surfaces latérales opposées du roulement sont équipées d'un joint étanchéité et l'espace interne 12 du roulement est bien protégé contre l'entrée de liquide(s) extérieur(s), tout comme le lubrifiant présent dans l'espace interne 12 est isolé de l'environnement extérieur. De façon similaire à ce qui a été décrit pour premier joint 9, la portion de fixation 91 du second joint d'étanchéité 90 est interposée entre la seconde portée 110 de la bague intérieure 1 et la seconde cage 6 de roulement, en particulier l'anneau radial 61 de la seconde cage de roulement. Pour procéder au montage des joints d'étanchéité sur le roulement, après avoir assemblé les bagues intérieure et extérieure 1,2 avec les deux rangées de rouleaux 3,5, avec leurs cages on centre la première cage 4 sur le premier axe X1 puis on emmanche le premier joint étanchéité 9 sur la portée 11 de la bague intérieure, la portion de fixation 81 s'intercalant entre la cage 4 et la bague. Le mouvement d'emmanchement effet selon la direction axiale (flèche M1) jusqu'à ce que la portion de fixation 81 bute sur la butée 13. On procède de la même façon du côté opposé pour le second joint d'étanchéité 90, à savoir on centre la seconde cage 6 sur le premier axe X1 puis on emmanche le joint étanchéité 90 sur la portée 110 de la bague intérieure, la portion de fixation 91 s'intercalant entre la cage 6 et la bague. . Le mouvement d'emmanchement effet selon la direction axiale (flèche M2) jusqu'à ce que la portion de fixation 91 bute sur la butée 13. Les bagues intérieure 1 et extérieure 2 sont réalisées en métal, de préférence comme des pièces monobloc. On peut prévoir au moins un orifice de lubrification 28 dans une des bagues, ici la bague extérieure 2. Selon une variante de réalisation représentée à la figure 3, le joint d'étanchéité 9 peut comprendre en outre un talon d'étanchéité 75 destiné à assurer une fermeture hermétique entre le joint d'étanchéité proprement dit et la bague intérieure 1. Comme pour la portion souple extérieure 7, ce talon 75 est formé par de la matière élastomère que l'on vient adhériser ou surmouler sur la portion annulaire radiale 82 de l'armature 8 au voisinage de la portion de fixation cylindrique 81. Il faut noter que le talon susmentionné pourrait former une seule pièce en élastomère avec la portion souple extérieure 7 déjà mentionnée plus haut. De façon avantageuse, le talon 75 comprend une portion principale radiale 76 destinée à assurer la fixation avec la portion annulaire radiale 82, et un bourrelet (ou lèvre) élastomère 77 dirigée radialement vers l'axe et destiné à se plaquer contre la portée 11 de la bague intérieure 1, une fois le joint monté. Le bourrelet (ou lèvre) élastomère 77 est disposé sur l'armature 8 en arrière de la portion de fixation 81, de sorte qu'il ledit bourrelet 77 ne peut pas être endommagé par le mouvement d'insertion.
Ainsi, ledit bourrelet 77 forme une fermeture étanche entre le corps du joint d'étanchéité 9 et la bague intérieure 1, non seulement en condition dynamique mais aussi statique. Bien entendu, lorsque l'unité de roulement 10 comprend un second joint d'étanchéité 90 du côté opposé, ce dernier peut lui aussi être équipé d'un talon d'étanchéité identique ou similaire.
Bien que l'unité de roulement décrit ici comprend deux rangées de rouleaux, il n'est pas exclu d'utiliser d'autres formes de corps roulants. Il faut aussi noter que la configuration du joint d'étanchéité pourrait être différente de celle illustrée ici, il pourrait être réalisé d'une seule matière de type souple-dur, avec le cas échéant un traitement thermique local préalable à l'opération d'emmanchement.20

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Unité de roulement (10) à rotule, comprenant : - une bague intérieure (1) présentant une géométrie de révolution autour d'un premier axe (X1), - une bague extérieure (2) de révolution autour d'un deuxième axe (X2), configuré pour pouvoir s'écarter légèrement angulairement du premier axe (X1), - deux rangées de rouleaux (3,5) arrangées dans un espace intérieur (12) délimité par les première et deuxième bagues, chacune des rangées étant respectivement guidée par une cage (4,6), - au moins un joint d'étanchéité (9), pour fermer latéralement de manière étanche ledit espace intérieur, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité comprend une portion de fixation (81) emmanchée sur une portée (11) de la bague intérieure et en ce que la portion de fixation est interposée au moins en partie, selon la direction radiale (Y), entre la cage (4,6) et la bague intérieure (1).
  2. 2. Unité de roulement (10) selon la revendication 1, dans laquelle la portion de fixation se présente comme un manchon cylindrique.
  3. 3. Unité de roulement (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le joint d'étanchéité (9) comprend d'une part une armature (8) dans laquelle est formée la portion de fixation, et d'autre part une portion souple (7), de préférence en matière élastomère, adhérisée sur ladite armature, pour former un contact frottant hermétique sur une zone de portée (21) de la bague extérieure, ledit contact assurant l'étanchéité.
  4. 4. Unité de roulement (10) selon la revendication 3, dans laquelle la dimension axiale (D) de la portion de fixation (81) est au moins deux fois l'épaisseur (E) de l'armature, de préférence trois fois supérieure à l'épaisseur (E) de l'armature.
  5. 5. Unité de roulement (10) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la cage (4) comprend un anneau radial (41) interposé axialement entre les rouleaux (3) et l'armature (8) du joint, la portion de fixation (81) étant intercalée entre ledit anneau radial et la portée (11) de la bague interne.
  6. 6. Unité de roulement (10) selon la revendication 5, dans laquelle la dimension axiale (D) de la portion de fixation (81) est supérieure à l'épaisseur (G) dudit anneau radial (41).
  7. 7. Unité de roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la bague intérieure comprend un épaulement (13) adapté pour limiter la course d'emmanchement de la portion de fixation (81) du joint (9).
  8. 8. Unité de roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant deux joints d'étanchéité (9,90) disposés respectivement de chaque coté de l'unité de roulement.40
  9. 9. Unité de roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le joint d'étanchéité (9) comprend un talon en élastomère (75) agencé sur l'armature (8) au voisinage de la portion de fixation (81), ledit talon en élastomère (75) étant en appui radial contre la portée (11) de la bague intérieure, de manière à assurer une étanchéité entre le joint d'étanchéité (9) et la bague intérieure (1).
  10. 10. Procédé de montage de l'unité de roulement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins les étapes consistant à : a- assembler la bague intérieure (1), une première rangée de rouleaux (3) et une deuxième rangée de rouleaux (5) avec leurs première et deuxième cages (4,6) respectives dans une bague extérieure (2). b- centrer la première cage (4) sur le premier axe (X1) c- emmancher le joint d'étanchéité (9) sur une portée (11) de la bague intérieure, la portion de fixation s'intercalant entre la cage (4) et la bague intérieure (1). 15
  11. 11. Procédé de montage de l'unité de roulement (1) selon la revendication 9, comprenant en outre les étapes consistant à : d- centrer la deuxième cage (6) sur le premier axe (X1) e- emmancher un second joint d'étanchéité (90) sur une seconde portée (110) de la bague 20 intérieure, la portion de fixation de ce second joint s'intercalant entre la cage (6) et la bague intérieure.
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