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Procède pour réaliser des;ajustements de précision de pièces . oylindriques dans des pièces ayant des coefficients de dila- tation différents, et bagues anti-serrage pour l'application de ce procédé. 1
La présente invention qui résulte des recherches ef- fectuées par Monsieur Louis Pierre MIGNY, concerne l'ajuste- ment de préoision de pièces en matières n'ayant pas le même coefficient de dilatation.
Il est généralement impossible, dès que la tempéra- ture peut varier de quelques dizaines de degrés, de réaliser des ajustements de haute précision de pièces cylindriques en acier dans des pièces en métaux tels que par exemple des alliages d'aluminium ou de magnésium, lorsque cet ajustement doit permettre néanmoins un mouvement relatif des pièces en présence.
En effet, d'une part les coefficients de dilatation des alliages d'aluminium (20 à 23 x 10-6) ou de magnésium
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(26 x 10-6) sont très différents de celui des aciers (10 à 14 x 10-6), d'autre part la seule variation annuelle de- l'ambiance ..voisine 50 C alors qu'un grand nombre-de ma- chines sont destinées à supporter en outre de grands écarts
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de latitude et d!àltitude.
Les variations de dimensions qui en résultent ont pour effet, soit un jeu excessif aux températures les plus hautes, soit, aux températures les plus basses, un serrage prohibitif,, incompatible avec le mouvement relatif des piè- ces, ou même simplement avec leur bonne conservation.
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Elle consiste essentiellement à garnir l'alé- sage pratiqué dans la pièce, ou carter, dans laquelle doit être ajustée la pièce cylindriqué en acier, d'une matière solide possédant à la fois,par rapport à la matière dont est constituée ce carter, un coefficient de dilatation lar- gement supérieur, et u module d'élasticité beaucoup moins élevé, cette matière solide rapportée constituant en fait 'un anneau cylindrique interposé entre ledit alésage et la pièce en acier.
L'inventeur a trouvé qu'il était possible de réaliser son invention de deux manières différentes : a) la bague interposée est solidarisée aveo le car-, ter, soit par adhérence, soit par le seul fait de son élas- ticité, et il est alors possible d'obtenir, si le rapport des diamètres intérieur et axtérieur de ladite bague possède une valeur bien définie en regard du même rapport de.diamè- tres de la partie du carter où se fait l'ajustement, que le coefficient apparent de dilatation du diamètre intérieur de la bague soit le même que celui de la pièce en acier, ce qui élimine toute variation de l'ajustement en raison de la température;
si cet ajustement est serré, la pression exer- cée sur la pièce en acier reste sensiblement constante lors. que la température varie; si cet ajustement permet le cou-
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lissement, il reste coulissant à toute température sans variation appréciable du jeu.
b) la bague interposée est solidarisée avec la pièce intérieure en acier, soit par adhérence, soit par le seul fait de son élasticité, et il est alors possible,d'obtenir, si le rapport des diamètres-intérieur et extérieur de ladite bague possède une valeur bien définie en regard du même rap- port de diamètre de la pièce intérieure avec laquelle elle est solidarisée, que le coefficient apparent de dilatation du diamètre extérieur de ladite bague soit le même que'ce- lui de l'alésage du carter dans lequel l'ensemble est monté, ce qui élimine toute variation de l'ajustement dans le car- ter en raison de la température dans les mêmes conditions que précédemment.
En soumettant au calcul l'équilibre mécanique des trois pièces concentriques en présence dans le cas où la bague interposée ne présente aucune solution de continuité, si l'on désigne par
Do D D1 les diamètres extérieurs, do d d1 les diamètres intérieurs, a0 a a les coefficients de dilatation thermique linéaire, e0 E e1 les modules d'élasticité (ou module de Young),
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m m m. les coefficients de Poisson, 2 2 ' . d Q Q Q les modules dimensionnels Q = ' -...-e- D2¯ d2 respectivement :
de la pièce.'centrale en acier (indice 0), de la bague interposée (sans indice), et du carter extérieur (indice 1) l'inventeur a trouvé que la condition exprimée en a) est remplie lorsque l'on satisfait à l'équation :
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(Q + 1) (a - a1i =(a -"ao[ 1 (Q1 + m1)+ Q - m et que la condition exprimée en b) revient à satisfaire à l'équation :
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(Q - 1) (a - a ) = (a - a1) i 1 # o (Ro-mo) + 9 + m j LOo
Il est avantageux que la matière constitutive de la bague interposée ait un coefficient de dilatation compris entre 50 et:150 x 10-6, un module d'élasticité inférieur .à 700 kg/mm2, et une limite élastique à la compression su- périeure à 2 kg/mm2.
Dans ces conditions, le rapport entre les diamètres extérieur et intérieur de la bague interposée varie de pré- férence entre 1,05 et 1,30 selon les cas.
De ce fait, peuvent convenir l'ébonite, ou caoutchouc durci, et un grand nombre de plastiques parmi lesquels les polyamides ou Nylons semblent'particulièrement désignés, le choix devant en être fait en raison des autres conditions à remplir,' par exemple la tenue en présence d'huiles de grais- sage, d'hydrocarbures, ou de produits aqueux, les interval- les de température, etc...
Une application particulièrement intéressante de la présente invention est le montage des roulements à billes dans les carters de moteurs du de machines.
Mais il est évident que le procédé peut être utilisé chaque fois que l'on désire compenser une dilatation gênante' pour réaliser un ajustement plus précis, comme par exemple pour les pistons plongeurs des pompes-hydrauliques ou des appareils connexes, les pistons de pompes d'injection de combustible dans les moteurs thermiques, etc.'..
Le coefficient apparent de dilatation de l'alésage interne de la bague peut mêmeêtre ramené à une valeur nul- le ou tout au moins très voisine de zéro, ce qui permet également des applications en métrologie.
Pour la mise en oeuvre du procédé, la bague inter- posée peut être coulée ou injectée en place dans le carter, ou exécutée séparément aux cotes convenables.
Dans ce cas, elle peut être exécutée à une cote lé- gèrement supérieure à celle du logement dans lequel elle
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doit être introduite, et mise en place à la presse. File peut également être collee dans son logement eu bien serrée par dudgeonnage ou par tout autre procedé provoquant un auto-frettage.
On peut également confectionner à part des bagues anti-serrage,simples ou composites,' ces dernières cômpor- tant une bague mince intérieure en acier suffisamment adhé- rente, et éventuellement une Dague mince extérieure exécutée en la même matière que le carter dans lequel la bague anti- serrage doit être montee. Ces bagues metalliques peuvent également comporter des joues latérales, de telle sorte que la matière d'interposition soit.plus ou moins complètement enserree par le métal.
On peut aussi constituer la bague par un revêtement extérieur fortement adhèrent de la pièce intérieure en acier (par exemple : de la bague extérieure d'un roulement à billes ou à rouleau, ou du piston plongeur d'une pompe Hydraulique).
Deux inconvenients sont à eviter.
@ plastique a La matière de base ne polyamides perd progressi- vement ses qualites de résistance elastique lorsque la tem- perature s'élève, et devient sujette au phénomène de fluage, ce qui peut faire varier son épaisseur relative; ce fluage 100 C. commence à se faire sentir notablement qu'au-dessus de carter,en tempera-cure qui n'est généralement pas atteinte en .service normal dans la grande majorité des mécanismes, mais peut être dépassée accidentellement dans certains cas.
2/ L'épaisseur totale de la bague composite doit être évi- demment reservee dans le plus du rayon de la pièce a ajuster, et cela oblige à un suralésage qui peut être gê- nant.
La figure 1 représente une section par un plan radial pratiquée en un point de la circonférence d'une bague anti- serrage, constitues eu vue d'éviter les inconvénients sus- indiques.
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La figure 2 représente, toujours en une section pra- tiquée suivant un pian radial, la même bague ajustée dans un logement de carter.
' La figure 3 est une section, selon un plan radial d'un roulement à billes dont la bague extérieure est équi- pée en-bague anti-serrage selon l'invention.
La figure 4 est un graphique donnant, en fonation.de la température, les variations du serrage déduites d'essais pratiques comparés entre un roulement à rouleaux de construc- tion ordinaire et un roulement de même type, modifié selon l'invention, tous deux emmanchés à force dans un carter en alliage d'aluminium, Une bague anti-serrage selon l'inven- tion est constituée.(figure 1) d'une bague en acier 1 sur le pourtour de laquelle est pratiquée une gorge 2 dans la- quelle sera coulée ou injectée à chaud une matière d'inter- position, par exemple une.matière.'plastique à base de poly- amide.
Cette gorge 2 est limitée de part et d'autre par des joues 3, et son fond est formé de fines stries circulaires
4, qui dans la partie située du côté droit (selon la figure) présentent chacune sur leur ganche une surface d'appui an- nulaire plane 5,-alors aue 3a partie gauche de la même gorge, c'est sur leur droite ou'elles présentent des surfa- ces d'appui analogues 6. La matière d'interposition est li- mitée à l'extérieur. selon une surface cylindrique de diamé- tre D, légèrementsupérieur au diamétre extérieur D2 des joues latérales de la bague en acier.
L'épaisseur totale e à donner à ladite matière est déterminée en fonction des coefficients de dilatation a de la matière d'interposition a0 de l'acier a1 de la matière constituant le carter Le nombre et les dimensions des stries 4 sont déterminés par la condition que le¯total des surfaces d'appui'5 (ou elui des surfaces d'appui 6 qui en principe lui est égal) beuit nettement supérieur à la section annulaire de la matière
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d'interposition dans la région centrale, indiquée sur la figure par son épaisseur e1.
Lorsque la bague anti-serrage (figure 2) est montée soit "à force", soit "coulissante" dans le carter en allia' ge léger ou ultra léger, il faut que les diamètres : -IL intérieur du logement du carter
D2 extérieur des joues latérales de la bague en acie diffèrent entre eux d'une quantité suffisante, pour qu'à la température la plus basse où peut être envisagée le fonc- tionnement du dispositif, et compte tenu de la différence (a1- a0) des coefficients de dilatation, les deux pièces ne viennent pas en contact, Mais cette différence de dia- mètres est une quantité très petite, et l'on voit sur la figure que la matière d'interposition se trouve enserrée en- tièrement par le métal,
à l'exception de chaque o8té d'un jeu circulaire dont la largeur 1 n'est en général qu'une petite fraction de millimètre. Pratiquement, par suite des tolérances d'exécution, le jeu i sera généralement compris entre 0,0005 et 0,0015 D. Au cas où la température viendrait à s'élever suffisamment pour que le risque de fluage soit à craindre, il faudrait, pour que la matière s'écoule par de si petits orifices , des pressions infiniment plus considé- rables que celles qui s'exercent dans la réalité ; résul- tat en est que la matière doit se confiner dans le volume, qui lui a été réservé, ce qui résout la première des diffi- cultes signalées.
En ce qui concerne la seconde, il faut remarquer que la coulée ou l'injection dé:la matière d'interposition se faisant à chaud, le refroidissement provoque une contraction notablement plus grande de cette matière que de l'acier, puisqu'elle a été choisie en raison notamment de son très grand coefficient de dilatation. Il en résulte qu'aux tempé- 1 ratures d'utilisation, ladite matière se trouve soumise à une extension élastique, aussi bien dans le sens circonféren-,
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tiel, puisqu'il s'agit en somme d'un frettage, que dans la direction parallèle à l'axe, grâce à l'accrochage de la ma- tière sur les surfaces d'appui 5 et.6.
Cette double extension, variable avec la température provoque dans le. sens radial une déformation proportionnelle qui s'ajoute à la dilatation linéaire de la matière dans cette direction.
On peut dire en somme schématiquement, en raison de l'écart important qui est recherché entre les coefficients de dilatation a et a0,que si l'on néglige l'intervention du coefficient de Poisson, c'est la presque totalité du coefficient de dilatation cubique 3a qui se reporte sur la direction radiale, puisque dans les 2 autres dimensions, la dilatation de la matière se trouve limitée à la faible va- leur de celle de,l'acier a0. L'augmentation considérable de la dilatation radiale permet de n'utiliser qu'une épais- seur très faible de matière d'interposition.
En fait, s'il s'agit de ratière plastique à base de polyamide, on a trouvé qu'il suffisait que e soit compris entre 0,012 et 0,018 D pour montage dans des carters en al- liages d'aluminium et entre 0,016 et 0,025 D pour des carter en alliages de magnésium. La faible importance de cette épaisseur permet de réduire l'encombrement total de la bague anti-serrage.
Mais elle est en outre suffisamment faible, lorsqu'on aménage en bague anti-serrage la bague extérieure d'un roulement à billes, à rouleaux, ou à aiguilles (figure pour que le logement de la.matière plastique soit pris entièrement sur l'épaisseur normale des bagues en acier, de sorte qu'il n'y a aucune augmentation du diamètre extérieur
D normalisé, et par suite qu'aucun suralésage n'est nécessai- re.
,
Le graphique de la figure 4 a été tracé à partir des déformations mesurées sur des bagues en alliage d'aluminium, dit "Alliage Y", contenant environ 4% de cuivre, 2% de nickel,
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et 1,5% de magnésium,Dagues dans lesquelles avaient été emmanchés à la presse, d'une part un roulement à rouleau pris dans le -commerce (courbe A),d'autre part un roulement de même type dont l'extérieur avait été aménagé en bague anti-serrage selon l'invention'(courbe moyennant 'un revêtement en Rilsan graphité d'épaisseur e = 0,014D;
' le diamètre extérieur de chacun des deux roulements était de 85 mm, et les stries circulaires à fond de gorge,au nombre de 7 de chaque côté avaient 0,2 mm de profondeur.
REVENDICATIONS -------------------------------
1.- Procédé pour réaliser des ajustements de précision de pièces cylir ques dans des carters en matériaux plus dilatables sous l'effet de la température,consistant à interposer entre ces pièces et ces carters une matière solide possédant un coefficient de dilatation largement supérieur et un module d'élasticité très inférieur à ceux dudit carter.