<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux roulements à rouleaux.
La présente invention est relative à des roulements à rouleaux et plus particulièrement à des roulements dans les- quels une pluralité de rouleaux sont placés entre une bague intérieure et une bague extérieure ayant même axe. Lorsque des roulements de ce genre sont soumis à une charge, les for- ces produites par la charge sont transmises par l'intermé- diaire des rouleaux de l'une des bagues à l'autre, et l'une des difficultés qui se produisent consiste à obtenir d'une manière certaine que les rouleaux soient dans un état d'équi- libre sous la charge et ne tendent pas à exécuter unmouvement dé torsion ou à tourner en spirale..
<Desc/Clms Page number 2>
L'un des objets de la présente invention consiste dans la réalisation d'une construction perfectionnée dans laquelle ces tendances sont supprimées ou réduites au minimum et dans laquelle les rouleaux sont maintenus dans un état d'équilibre ou presque dans toutes les conditions de charge. D'autres objets de la présente invention consistent dans la réalisa- tion de combinaisons perfectionnées et de détails de cons- tructions perfectionnés qui vont ressortir de la description s uivante .
Dans la pratique habituelle, les bagues sont de même longueur, c'est à dire que la dimension dans le sens paral- lèle à l'axe est la même, et l'instabilité des rouleaux et leur tendance à un mouvement de torsion qu'on observe avec cons- truction proviennent du fait qu'ils appuient sur la surface extérieure convexe de la bague intérieure et sur la surface intérieure concave de la bague extérieure. Chacun des rouleaux prend appui contre ses deux bagues le long des bandes de la surface qui s'élargissent lorsque la charge s'applique sur le roulement , mais qui sont toujours plus larges sur la por- tée extérieure que sur la portée intérieure d'appui du rou- leau .
C'est ainsi par exemple qu'avec un roulement destiné à un arbre dé 127 mm. légèrement chargé, la largeur de la ban- de contact de,la bague intérieure est de 0,391 mm et la lar- geur de celle de la bague extérieure de 0,44Q mm. Comme la pression de la charge est transmise, par l'intermédiaire des rouleaux, de l'une des bagues à l'autre et par conséquent à travers une surface de contact de la bague extérieure qui est plus grande que celle de la bague intérieure, lorsque les deux bandes de contact sont de longueur égale parallèlement aux rouleaux , comme cela est habituel, il s'ensuit que la pres- si.on par unité de surface de la bage extérieure est normale- ment plus faible que la pression appliquée par unité de sur- face de la bague intérieure.
<Desc/Clms Page number 3>
Dans de telles conditions, le rouleau est dans un étant d'équilibre instable en ce qui concerne la bague inté- rieure et tend à exécuter un mouvement de torsion . Cela se produit parce que le rouleau n'a.aucune tendance à effectuer de mouvement de torsion tant que ce ne sont que des forces situées dans le-plan radial qui agissent sur le rouleau, le rouleau ayant tendance à effectuer un mouvement de torsion toutes les fois qu'il y a des forces tangentielles non équi- librées agissant entre la bague inférieure et le rouleau.
Il est évident que, dans les conditions ci-dessus exposées, les fordes qui agissent sur le rouleau de la part de la bague in- férieure et qui tendent à altérer son équilibre seront plus grandes que n'importe quelles forces agissant sous un certain angle par rapport au plan radial et provenant de la bague ex- térieure et ayant tendance à rétablir son équilibre; et de telles forces ayant tendance à altérer l'équilibre se produi- sent constamment quand un roulement est en service.
On a observé qu'on peut obtenir d'une manière certaine la stabilité désirée des rouleaux et combattre leur tendance à un mouvement de torsion en réduisant suffisamment la portée effective d'appui des rouleaux de la bague extérieure par rap- port à celle de la bague intérieure, ceci/ayant pour effet que la force transmise par unité de surface de contact entre la bague extérieure et chaque rouleau est augmentée.
Ainsi que le deman- deur l'a découvert, on peut obtenir ce résultat facilement en exécutant la surface d'appui effective de la bague extérieure avec une longueur inférieure à celle de la bague intérieure, de n'importe quelle manière appropriée, de telle sorte qu'à tout instant la force transmise d'une manière générale par uni- té de longueur de la portée effective entre la bague extérieure et un rouleau soit égale au moins d'une manière approphée, et de préférence supérieure à la force transmise simultanément par
<Desc/Clms Page number 4>
unité de longueur entre le même rouleau et la bague intérieure.
Pour obtenir les meilleurs résultats, on peut avoir recours à certains calculs exposés ci-après. On voit que les surfaces effectives d'appui de la bague extérieure et de la bague in- térieure doivent être ajustées l'une par rapport à l'autre au point de vue de leur superficie (comme par exemple par ré- glage de leur longueur) de façon que la force exercée par unité de surface (par exemple par unité de longueur), par le rouleau sur la bague extérieure soit au moins égale et de préférence supérieure à la force exercée par unité de sur- face (par exemple par unité de longueur) par le rouleau sur la bague intérieure.
Ceci est nécessaire parce que les farces de déséquilibre qui agissent sous un certain angle par l'in- termédiaire de la bague intérieure sur le rouleau seront équi- librées ou plus qu'équilibrées par les forces de rétablisse- ment agissant sous un angle et exercées par la bague exté- rieure sur le rouleau. D'après cela, on peut calculer que le carré de la fatigue par unité de surface agissant sur la ba- gue extérieure doit être au moins égal et de préférence su- périeur au carré de la fatigue par unité de surface agissant en même temps sur la bague intérieure. Les longueurs relati- ves d'appui sont inversement proportionnelles au carré des fatigues,par unité de surface de chadune des bagues, de sorte qu'on peut facilement déterminer les valeurs des longueurs qui conviennent.
Pour faire ressortir d'une façon plus détaillée les principes de la présente invention, celle-ci va être décrite ci-après à l'aide des dessins joints qui sont solidaires de la présente description et qui représentent certaines formes de réalisation de la présente invention. '
Sur ces dessins :,
La fig. 1 est une coupe verticale d'un coussinet ou roulement à rouleaux matérialisant une première forme
<Desc/Clms Page number 5>
de la présente invention, 1"arbre étant représenté en élé- vation.
La fig. 2 est uhe coupe verticale à plus grande échelle de la bague extérieure de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe semblable d'une variante du coussinet ou roulement, appliquée à un roulement d'une seule pièce à rouleaux, l'arbre n'étant pas représenté.
La fig. 4 est une vue en élévation en bout d'un roulement conforme à la fig. 3.
La fig. 5 est-une coupe verticale .d'un roulement à rouleaux coniques constituant une forme différente de réalisation.
Les fig. 6,7 et 8 sont des coupes verticales d'au- tres variantes de construction appliquées à des roulements fendus ou massifs ayant des rouleaux du type à aiguille ou d'un type allongé .
La fig. 9 est un graphique qui représente le rap- port entre la fatigue par unité de surface de la bague in- térieure et celle de la bague extérieure d'un roulement ayant des bagues d'égales longueurs, dans le sens de l'axe, pour différents rapports entre le rayon de la bague intérieure et le rayon du rouleau , la fatigue par unité de surface de la bague intérieure étant prise comme unité.
Si on se reporte à la construction représentée dans les fig. 1 et 2, on voit qu'un roulement à rouleaux du type divisé ou fendu est muni d'une bague intérieure 2 en acier trempé, d'une bague extérieure 3 en acier trempé, et d'une série de rouleaux 4 en acier trempé placés entre ces bagues. La bague extérieure 3 est représentée comme étant munie d'une gorge annulaire 6 située entre ses extrémités , et qu'on peut obtenir de n'importe quelle manière appropriée,
<Desc/Clms Page number 6>
comme par exemple par usinage ou à la meule.
La largeur de cette gorge est calculée d'une manière appropriée, de façon à réduire la longueur de la surface d'appui des rouleaux sur la bague extérieure, cest à dire sa dimension dans le sens de l'axe des rouleaux et de l'arbre, afin de réduire la sur- face effective d'appui de la bague extérieure par rapport à celle de la bague intérieure conformément aux principes qui ont été indiqués ci-dessus.
Ainsi que le montre la fig. 1, les rouleaux peu- vent être supportés ou maintenus par une cage à rouleaux 7 qu'on peut toutefois supprimer dans certains cas, Le fait que les rouleaux sont maintenus en équilibre stable dans un roule- ment convenablement exécuté conformément à la présente inven- tion permet de remplir les espaces annulaires entre les deux vagues avec les rouleaux, ce qui permet au roulement de sup- porter une plus grande charge que cela n'est habituellement lusage ou bien, en variante, et ainsi que le montre par exemple la fig.4, on peut utiliser des rouleaux plus petits que les rouleaux habituels.
D'autres détails de construction sont indiqués dans les diverses fig. 1 à 8, L'invention peut être appliquée soit à des roulements ou coussinets fendus, soit à des roulements ou coussinets d'une seule pièce. Dans le cas, ou on utilise une bague intérieure fendue, on peut la fixer à son emplacement sur l'arbre 8 de n'importe quelle manière appropriée, comme par exemple à l'aide de bagues de serrage 10 en acier et sé- parées, comme le montre la fig.1.
Dans les cas où le roule- ment doit absorber une poussée axiale, ou bien lorsqu'il faut éviter que les rouleaux se déplacent dans le sens longitudinal par rapport à la bague extérieure, cette dernière peut être munie d'une gorge servant à loger les rouleaux, comme cela est
<Desc/Clms Page number 7>
indiqué en 11 dans la fig.3, auquel cas la gorge 6 ci-dessus décrite peut être pratiquée dans le fond d'une telle gorge et disposéé soit symétriquement soit d'une façon non symétri- que dans cette dernière.
Bien entendu, la réduction de la surface effective d'appui de la bague extérieure peut ëtre réalisée autrement que par la réalisation d'une;gorge comme la gorge 6 précèdent ment décrite. Ainsi que le montre la fig.7, la bague extérieu- re 3a peut par exemple recevoir une longueur totale c'est à dire une dimension dans le sens del'axe, qui soit inférieure à la longueur totale de la bague intérieure, 2a, les extré- mités des rouleaux 4a s'étendant ou faisant saillie au-delà des extrémités de la bague extérieure.
En variante, la lon- gueur utile de la surface d'appui de la bague extérieure peut être réduite dans la mesure nécessaire par la réalisation de cette bague sous une forme telle qu'elle se compose de deux éléments ou davantage, comme les éléments 3b et 3a , de la bague extérieure , tels qu'ils sont représentés dans la fig. 8 où ils sont disposés côte à côte autour des rouleaux 4b avec un intervalle d'une dimension appropriée qui les sépare, com- me l'intervalle 12 représenté dans la fig.8. Quelle que soit la construction, il est seulement nécessaire que la bague extérieure soit réduite par rapport à la bague intérieure de la quantité nécessaire en ce qui concerne sa longueur utile ou sa surface effective d'appui.
Dans la fig.6, l'invention est représentée dans son application à un roulement contenant des rouleaux, comme le rouleau 4c, la longueur effective ou utile de la bague exté- rieure 3 étant réduite par le fait qu'on a prévu une gorge 5 semblable à celle qui a été décrite ci-dessus. L'invention peut également être appliquée à des roulements munis de portées ou de rouleaux de forme conique ou allant en diminuant.
Une cons-
<Desc/Clms Page number 8>
truction de ce genre est représentée dans la fig.5 dans laquelle les rouleaux 4d vont légèrement en diminuant et sont interposéentre une bague intérieure conique 2d et une bague extérieure 3d également conique, cette dernière étant munie d'une gorge 6d sur sa surface intérieure, cette gorge étant dans une position dissymétrique comme le montre le dessin, en même temps qu'elle est d'une largeur qui ré- duit la surface effective d'appui des rouleaux sur la bague extérieure, comme cela a été décrit ci-dessus.
On se rendra compte que, dans les constructions dans lesquelles l'arbre ou axe doit pouvoir se déplacer librement dans le sens longitudinal à travers le roulement il faut, si la surface d'appui de la bague extérieure est munie d'une gorge ou de cavités comme cela a été décrit ci-dessus, prévoir le nécessaire pour permettre un tel mouvement entre la bague intérieure et le rouleau, et de telle sorte que ce dernier ne soit pas déplacé par papport à la bague extérieure, à moins que la construction soit telle que la bague extérieure ait une longueur, par exemple dans le sens parallèle à l'axe, qui soit supérieure à celle du roulement.
Pour la fixation de l'emplacement des roul- leaux par rapport à la bague extérieure, on peut prévoir n'importe quelle disposition appropriée, comme par exemple munir la bague extérieure de lèvres ou rebords s'étendant vers l'intérieur sur ses bords latéraux.
Pour discuter désormais la théorie qui est à la base de la présente invention d'une façon plus détaillée, dans le cas où la longueur du contact entre un rouleau et une bague est la même pour les deux bagues, on peut dire que la force moyenne sur la bande de contact entre un rouleau et la bague intérieure, évaluée par unité de surface, est toujours plus grande que la force moyenne sur la bande de contact entre ce rouleau et la bague extérieure, ce quire-
<Desc/Clms Page number 9>
vient à dire que la force transmise à un moment quelconque entre un rouleau et la bague intérieure par unité de surface est toujours plus grande que la force transmise simultané- ment entre le rouleaux et la bague extérieure, toujours en l'évaluant par unité de surface. Le rouleau:est par consé- quent dans une position instable.
Toutefois, on peut donner à cette force sur la bande extérieure de contact une valeur plus grande qu'à la force qui s'exerce sur la bande ce contact intérieure, et cela par modification de la surface relative .. d'appui, ou bien de la longueur de chacune des deux bagues, ainsi que cela a été déjà dit ci..dessus, et ceci constitue dans l'exécution de la présente invention la condition générale qui est nécessaire pour obtenir la stabilité du rouleau.
Pour exposer la question d'une façon plus exacte, on peut dire, ainsi que cela apparait, que le rouleau-,est insta- ble quand la forcé exercée par unité de surface parce rouleau sur la bague intérieure est plus grande que la force exercée par unité de surface sur la bague extérieure, comme cela est toujours le cas lorsque la longueur de contact est la même pour les deux bagues.
Inversement, il apparait que, lorsque la force exercée par unité de surface est la même sur les deux bagues, il ne se produit aucune force ayant tendance à faire effectuer au rouleau un mouvement de torsion et, ce qui est plus désirable, lorsque la force par unité de sur- face exercée sur la bague extérieure est plus grande que celle qui s'exerce sur la bague intérieure, les forces qui sont alors transmises tendent à maintenir le rouleau dans une posi- tion stable.
La force exercée par le rouleau sur la bague inté- rieure est proportionnelle à la fatigue moyenne (qui sera désignée ci-après par 0 1 )sur la bande de contact intérieure mul- tipliée par la largeur (désignée ci-après par a1) de la bande de contact du rouleau sur la bague intérieure, lorsqu- une telle force est transmise.
<Desc/Clms Page number 10>
D'une façon semblable, la force exercée par le rouleau sur la bague extérieure est proportionnelle à la fatigue moyenne (désignée par O2) sur la bande extérieure de contact, multipliée par la largeur (désignée ci-après par a) de la bande de contact du rouleau sur la bague extérieure lorsqu'une telle force est transmise. On peut donc dire que, pour obtenir l'équilibre, les longueurs respectives des deux bandes de contact des deux bagues doivent être proportionnées de façon que O2 a soit égal ou de préférence supérieur à O1 a1.
On peut alors démontrer facilement que a1 est pro- portonnel à O1 et nue a est proportionnel à O2, et que par conséquent nous pouvons faire une substitution dans la relation indiquée ci-dessus et O22 doit être égal ou de p référence su- périeur à O21 comme condition d'équilibre. Les longueurs ef- fectives des bandes pour les coussinets peuvent être désignées par L1 et L2 et ces longueurs seront inversement proportion- nelles aux carrés des fatigues unitaires respectives O1 et O2.
Les fagigues re latives dans les deux bagues peuvent être représentées sous la forma d'un graphique pour les dif- férentes valeurs du rapport entre le diamètre des rouleaux et le diamètre des bagues intérieures utilisées dans la pratique, lorsque les longueurs des deux bandes de contact sont égales.
Ceci. est 'indiqué dans la fig.9 où. la courbe 13 représente la fatigue par unité de surface de la bague extérieure, expriè mée sous la forme d'une fraction de la fatigue par unité de surface de la bague intérieure, cette fatigue dans la bagua inférieure étant considérée comme unité, et les fatigue; cor- respordantes dans la bague extérieure étant indiquées sous la forme de fractions. La courbe 13 varie d'inclinaison, comme on la voit, suivant les différentes valeurs du rapport entre le rayon de la bague intérieure et la rayon de la bague extérieure, ces rapports étant indiqués, pour des cas qu'on rencontre sou- vent dans la pratique, le long de l'axe.horizontal de coordon- née du graphique.
On voit par conséquent et par exemple que,
EMI10.1
lorsque la valeur du rapport est égale à 7, la fatil1n"Í ,,\
<Desc/Clms Page number 11>
moyenne qui se produit dans la bague extérieure est égale aux 9/10 de celle de la bague intérieure, comme cela est indiqué par le point 14 sur la courbe 13.
Le carré de 0,9 est égal à 0,81 et il s'ensuit que la longueur dans le sens de l'axe (ou de la surface utile d'appui) de la bague extérieure doit être réduite suffisamment pour porter la valeur du carré de la fatigue unitaire de la bague extérieure de 0,81 à 1,0 ou davantage, ou bien, ce qui revient au même, il faut que la longueur de la bague intérieure soit; augmentée suffisamment pour réduire le carré de la fatigue 'unitaire à.0,81. On peut obtenir ce résultat facilement quand on sait que les deux longueurs sont inversement proportionnelles aux carrés des fa- tigues respectives.