TITRE : Palier de roulement mécanique à pistes en ogives Domaine technique de l’invention

L’invention concerne le domaine des paliers à roulement et plus particulièrement les paliers à roulement ayant des pistes en ogives.

Etat de la technique antérieure

Dans les machines mécanique telles les pompes cryogéniques et les turbines de turbomachines, les liaisons pivots entre des éléments tournants et des éléments fixes peuvent être assurées par des paliers.

Un palier 10 classique est représenté sur la figure 1 , 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 tels des billes sont agencés entre la bague externe et la bague interne distribués circonférentiellement autour de l’axe de rotation.

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 écrou 5 vissés respectivement sur l’arbre 1 et le carter 2. La figure 2 est un agrandissement du palier 10 représentant la disposition des billes 6 en contact avec les bagues interne et externe en particulier avec une première demi-bague 3a et une seconde demi-bague 3b de la bague externe 3. La demi-bague 3a présente une section en arc de cercle dans un plan transversal du palier 10 ayant un premier rayon Re1 et un premier centre 01 . De la même façon, la demi-bague 3b présente une section en arc de cercle dans le plan transversal du palier 10 ayant un second rayon Re2 et un second centre 02. Le premier rayon Re1 et le second rayon Re2 sont identiques et les demi-bagues 3a et 3b sont agencées de sorte que le premier centre 01 et le second centre 02 ne sont pas confondus mais agencés à une distance dite épaisseur de cale Ep l’un de l’autre. Ainsi, la bague interne et la bague externe comprenant les demi-bagues 3a et 3b présentent chacune une forme générale en ogive dans le plan transversal.

La position axiale et radiale des centres 01 et 02 ainsi que la valeur des rayons Re1 et Re2 ont une grande influence sur la pré-charge et les charges internes au palier 10, ainsi que sur la gestion des jeux axiaux et radiaux propres au palier 10.

Lors du fonctionnement du palier 10, d’important chargements ou variations de température peuvent occasionner l’apparition de déviations de jeu occasionnant des fatigues de contact anormales, des déplacements dans des directions ou amplitudes non souhaitées, des glissements de roulements, et/ou des balourds vibratoires.

Il est nécessaire donc de trouver un compromis sur la géométrie des bagues interne et externe pour maintenir un jeu axial et radial acceptable lors du fonctionnement du palier et d’assurer un jeu minimal axial et radial pour chaque condition de fonctionnement.

Résumé de l’invention

Un des buts de l’invention est de remédier aux problèmes précités.

Un autre but de l’invention est de proposer un palier réduisant le jeu axial de l’arbre dans la plupart des cas de fonctionnement.

Un autre but de l’invention est de proposer un palier plus fiable et plus performant.

A cet effet, l’invention propose un ensemble pour un roulement comprenant :

- un palier ayant un axe de rotation comprenant une bague interne fixée à un arbre et une bague externe fixée à un moyeu, chacune de la bague interne et de la bague externe étant formée par deux demi-bagues adjacentes,

- une entretoise intra-palier interne annulaire agencée entre la bague interne et l’arbre,

- une entretoise intra-palier externe annulaire agencée entre la bague externe et le moyeu, dans lequel au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise intra-palier interne et de l’entretoise intra-palier externe présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur ou inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces environnantes de l’entretoise intra-palier interne et/ou de l’entretoise intra-palier externe.

La différence du coefficient thermique entre les entretoises intra-palier interne et externe et les pièces agencées autour de ces entretoises engendre une pré-charge contrôlée dans le palier et permet aussi de modifier le jeu du palier. Ainsi, ces déformations thermiques permettent d’ajuster le jeu axial et radial du palier ainsi que sa pré-charge interne pour s’adapter aux chargements en fonctionnement du palier. L’ensemble proposé est donc plus fiable et plus performant.

Selon un mode de réalisation, au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise intra- palier interne et de l’entretoise intra-palier externe peut présenter un coefficient de rigidité d’au moins 70% supérieur au coefficient de rigidité de l’une ou des pièces environnantes. L’ensemble peut comprendre un écrou externe vissé dans le moyeu et maintenant la bague externe fixe en translation dans la direction de l’axe de rotation.

L’ensemble peut en outre comprendre un écrou interne vissé dans l’arbre et maintenant la bague externe fixe en translation dans la direction de l’axe de rotation.

Selon un mode de réalisation, le coefficient de dilatation thermique d'au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise intra-palier interne et de l’entretoise intra-palier externe peut être d’au moins 10% supérieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, lorsque l’ensemble est soumis à de hautes températures par exemple une température supérieure à 50°C, en particulier supérieure à 100°C, et plus particulièrement supérieure à 500°C.

Selon un mode de réalisation, le coefficient de dilatation thermique d'au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise intra-palier interne et de l’entretoise intra-palier externe peut être d’au moins 10% inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, lorsque l’ensemble est soumis à de basses températures par exemple une température inférieure à - 50°C, en particulier inférieure à -100°C, et plus particulièrement inférieure à -150°C.

Selon un mode de réalisation, l’ensemble peut comprendre une entretoise extra-palier externe agencée entre la bague externe et un épaulement prévu dans le moyeu, et une entretoise extra-palier interne agencée entre la bague interne et l’écrou interne.

Dans ce cas, au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise extra-palier interne et de l’entretoise extra-palier externe présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% supérieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes.

Selon un mode de réalisation, le coefficient de dilatation d'au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise extra-palier interne et de l’entretoise extra-palier externe peut être d’au moins 10% supérieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, lorsque l’ensemble est soumis à de hautes températures par exemple une température supérieure à 50°C, en particulier supérieure à 100°C, et plus particulièrement supérieure à 500°C.

Selon un mode de réalisation, le coefficient de dilatation d'au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise extra-palier interne et de l’entretoise extra-palier externe peut être d’au moins 10% inférieur au coefficient de dilatation d’une ou plusieurs pièces, lorsque l’ensemble est soumis à de basses températures par exemple une température inférieure à - 50°C, en particulier inférieure à -100°C, et plus particulièrement inférieure à -150°C.

Selon un mode de réalisation, au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise extra palier interne et de l’entretoise extra-palier externe présente un coefficient de rigidité d’au moins 70% supérieur au coefficient de rigidité de l’une ou des pièces environnantes.

Selon un mode de réalisation, chacune, ou au moins l’une, de l’entretoise extra-palier interne et de l’entretoise extra-palier externe peut présenter une longueur variable dans la direction de l’axe de rotation, ledit ensemble comprenant un moyen de commande de ladite longueur variable.

Selon un mode de réalisation au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise intra-palier interne, de l’entretoise intra-palier externe, de l’entretoise extra-palier interne et de l’entretoise extra-palier externe présente un coefficient de dilatation thermique d’au moins 10% à 20% supérieur au coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes.

Selon un autre mode de réalisation, au moins l’une, en particulier chacune, de l’entretoise intra-palier interne, de l’entretoise intra-palier externe, de l’entretoise extra-palier interne et de l’entretoise extra-palier externe présente un coefficient de dilatation thermique égal à deux fois le coefficient de dilatation de l’une ou des pièces environnantes.

Les pièces environnantes peuvent comprendre l’une parmi : la bague interne, la bague externe, l’écrou interne, l’écrou externe, l’arbre et/ou le moyeu, l’élément roulant.

La bague externe peut comprendre un évidement prévu pour recevoir l’entretoise intra-palier externe.

La bague interne peut comprendre un évidement prévu pour recevoir l’entretoise intra-palier interne.

Brève description des figures

Figure 1 , déjà décrite, représente un ensemble de roulement mécanique connu de l’état de la technique.

Figure 2, déjà décrite, représente une vue agrandie d’un palier et un élément de roulement de l’ensemble de roulement mécanique de la figure 1 .

Figure 3 représente un premier exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du palier.

Figure 4 représente un deuxième exemple de réalisation d’un ensemble de roulement selon l’invention, vu en coupe dans un plan transversal du palier.

Description détaillée de l’invention

En référence à la figure 3, l’ensemble de roulement 100 comprend un palier 20 ayant un axe de rotation X-X monté entre un arbre 1 , par exemple un arbre de turbine reliant un compresseur basse pression à une turbine, et un support fixe 2, par exemple un carter de la turbine. En particulier le palier 20 comprend une bague externe formée par deux demi- bagues externes 4a et 4b montés serrées dans le support fixe 2. Le palier 20 comprend en outre une bague interne formée par deux demi-bagues interne 3a et 3b montées serrées contre l’arbre 1 . La bague externe est maintenue immobile en translation suivant l’axe de rotation X-X par un écrou externe 5b. L’écrou externe 5b est vissé dans le support fixe 2 contre la bague externe laquelle est en butée contre un épaulement 101 prévu dans le support fixe 2. La bague interne est aussi maintenue immobile en translation suivant l’axe de rotation X-X par un écrou interne 5a. L’écrou interne 5a est vissé sur l’arbre 1 contre la bague interne laquelle est en butée contre un épaulement 102 prévu dans l’arbre 1.

Une pluralité d’éléments de roulement tels que des billes 11 sont agencés entre la bague externe et la bague interne distribués circonférentiellement autour de l’axe de rotation. L’ensemble de roulement 100 comprend en outre une entretoise intra-palier externe 6 annulaire agencée dans un évidement annulaire prévu dans les demi-bagues externes 4a et 4b. En particulier, l’entretoise intra-palier externe 6 est en appui, dans un premier sens S1 de la direction de l’axe de rotation X-X, sur une face annulaire d’épaulement 4a1 de l’une des demi-bagues externes 4a, 4b qui délimite, dans la direction de l’axe de rotation X-X, une première extrémité de l’évidement annulaire prévu dans les demi-bagues externes 4a, 4b.

De même, l’entretoise intra-palier externe 6 est en appui, dans un second sens S2 de la direction de l’axe de rotation X-X, sur une face annulaire d’épaulement 4b1 de l’autre des demi-bagues externes 4a, 4b qui délimite, dans la direction de l’axe de rotation X-X, une seconde extrémité de l’évidement annulaire prévu dans les demi-bagues externes 4a, 4b. La face annulaire d’épaulement 4a1 , 4b1 de chacune des demi-bagues externes 4a, 4b est ici normale à la direction de l’axe de rotation X-X.

L’ensemble de roulement 100 comprend en outre une entretoise intra-palier interne 7 annulaire agencée dans un évidement annulaire prévu dans les demi-bagues internes 3a et 3b. En particulier, l’entretoise intra-palier interne 7 est en appui, dans le premier sens S1 de la direction de l’axe de rotation X-X, sur une face annulaire d’épaulement 3a1 de l’une des demi-bagues internes 3a, 3b qui délimite, dans la direction de l’axe de rotation X-X, une première extrémité de l’évidement annulaire prévu dans les demi-bagues internes 3a, 3b. De même, l’entretoise intra-palier interne 7 est en appui, dans le deuxième sens S2 la direction de l’axe de rotation X-X, sur une face annulaire d’épaulement 3b1 de l’autre des demi- bagues internes 3a, 3b qui délimite, dans la direction de l’axe de rotation X-X, une seconde extrémité de l’évidement annulaire prévu dans les demi-bagues internes 3a, 3b. La face annulaire d’épaulement 3a1, 3b1 de chacune des demi-bagues internes 3a, 3b est ici normale à la direction de l’axe de rotation X-X.

L’entretoise intra-palier externe 6 et l’entretoise intra-palier interne 7 sont qualifiées par le terme « intra-palier » en ce qu’elles ont ici chacune un rôle d’entretoise dans la direction de l’axe de rotation X-X. En d’autres termes, l’entretoise intra-palier externe 6 et l’entretoise intra-palier interne 7 maintiennent chacune un écartement dans la direction de l’axe de rotation X-X, respectivement, entre les demi-bagues externes 4a, 4b et entre les demi- bagues internes 3a, 3b. Ainsi, de manière remarquable, il existe un jeu annulaire j1 dans la direction de l’axe de rotation X-X entre les demi-bagues externes 4a, 4b. De même, il existe un jeu j2 dans la direction de l’axe de rotation X-X entre les demi-bagues internes 3a, 3b.

Par ailleurs, comme représenté à la figure 3, un jeu annulaire j3 peut être formé dans la direction radiale entre l’entretoise intra-palier externe 6 et chaque demi-bague externe 4a,

4b, et un jeu annulaire j4 peut être formé dans la direction radiale entre l’entretoise intra- palier interne 7 et chaque demi-bague interne 3a, 3b. L’entretoise intra-palier externe 6 est ici montée en appui radialement vers l’extérieur sur une surface radialement interne du support fixe 2. De même, l’entretoise intra-palier interne 6 est ici montée en appui radialement vers l’intérieur sur une surface radialement externe de l’arbre 1. Les entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 présentent chacune un coefficient de dilatation thermique supérieur/ou inférieur d’au moins 10% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes telles que les demi-bagues internes 3a et 3b, des demi- bagues externes 4a et 4b, de l’arbre 1 et du support fixe 2. En particulier le coefficient de dilatation thermique de chacune des entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 est supérieur ou inférieur de 10% à 20% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique de chacune des entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 peut être égale à deux fois le coefficient de dilation thermique des pièces environnantes.

Par exemple, le coefficient de dilatation thermique de chacune des entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 est supérieur de 10% à 20% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes lorsque l’ensemble est soumis à une température supérieure à 100°C. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique de chacune des entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 est inférieur de 10% à 20% du coefficient de dilation thermique des pièces environnantes lorsque l’ensemble est soumis à une température inférieure à -100°C. En particulier, le matériau et la forme des entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 sont choisis pour obtenir de tels coefficient de dilatation thermique et coefficient de rigidité.

La différence du coefficient thermique entre les entretoises intra-palier interne 7 et externe 6 et les pièces agencées autour de ces entretoises engendre une pré-charge contrôlée dans le palier et permet aussi de modifier le jeu du palier. Ainsi, ces déformations thermiques permettent d’ajuster le jeu axial et radial du palier ainsi que sa pré-charge interne pour s’adapter aux chargements en fonctionnement du palier. L’ensemble de la figure 3 est donc plus fiable et plus performant.

En variante, de telles entretoises pourraient n’être appliquées qu’à la bague intérieure ou à la bague extérieure.

La figure 4 représente un deuxième exemple d’ensemble de roulement 200 comprenant les mêmes éléments que l’ensemble de roulement 100 de la figure 3. En plus, l’ensemble de roulement 200 comprend une entretoise extra-palier externe 8 annulaire et agencée entre la bague externe du palier 20 et un épaulement 201 prévu dans le support fixe 2. A la différence de l’ensemble de roulement 100 de la figure 3, la bague externe ne repose pas contre l’épaulement 101 mais contre l’entretoise extra-palier externe 8.

L’ensemble de roulement 200 comprend une entretoise extra-palier interne 9 annulaire et agencée entre la bague interne du palier 20 et l’écrou 5. A la différence de l’ensemble de roulement 100 de la figure 3, la bague externe ne repose pas directement contre l’écrou mais contre l’entretoise extra-palier interne 9. A la différence de l’ensemble de roulement 100 de la figure 3, les deux demi-bagues internes peuvent être montée glissantes.

A la différence de l’ensemble de roulement 100 de la figure 3, les deux demi-bagues externes peuvent être montée glissantes.

Les entretoise extra-palier externe 8 et interne 9 présentent chacune une longueur variable de façon passive par exemple sous l’influence de la température.

En variante, les entretoise extra-palier externe 8 et interne 9 présentent chacune une longueur variable de façon active sous l’effet d’un actionneur, par exemple un moteur linéaire, agencé dans l’ensemble de roulement 200, non représenté sur la figure 4.

En outre, les entretoises extra-palier externe 8 et interne 9 peuvent présenter des coefficients de dilatation thermiques identiques aux coefficients de dilatation thermiques des entretoises intra-palier interne 3 et externe 4.

En variante, de telles entretoises pourraient n’être appliquées qu’à la bague intérieure ou à la bague extérieure.

Les entretoises extra-palier externe 8 et interne 9 peuvent aussi présenter des coefficients de rigidité identiques aux coefficients de rigidité des entretoises intra-palier interne 3 et externe 4.