FR3036752A1 - AERONAUTICAL BEARING FOR PIVOT SYSTEM AND AIRCRAFT PROVIDED WITH SUCH A BEARING - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un roulement aéronautique (10) comportant une bague extérieure (14) et une bague intérieure (16) entre lesquelles est définie une chambre de roulement (22) pour des éléments roulants (18), et du lubrifiant (20) pourvu dans la chambre de roulement (22). Les inventeurs proposent que le lubrifiant (20) soit pourvu dans la forme d'une matrice polymérique saturée d'huile qui remplit tout l'espace libre dans la chambre de roulement (22).The invention relates to an aircraft bearing (10) comprising an outer ring (14) and an inner ring (16) between which is defined a rolling chamber (22) for rolling elements (18), and lubricant (20) provided in the rolling chamber (22). The inventors propose that the lubricant (20) is provided in the form of an oil saturated polymeric matrix which fills all the free space in the rolling chamber (22).
Description
201500117 1 Roulement aéronautique pour système pivotant et aéronef équipé d'un tel roulement L'invention concerne un roulement aéronautique pour système pivotant et un aéronef équipé d'un tel roulement. Il est connu d'utiliser des roulements aéronautiques dans des aéronefs comportant des éléments pivotants tel que des surfaces ou éléments de commande réglables, par exemple des gouvernes de direction, des surfaces stabilisatrices réglables, des ailerons ou encore des pieds de pale. Les exigences pour les roulements aéronautiques sont très hautes non seulement pour des raisons de sécurité mais aussi pour les paramètres de leur environnement dans l'application, y compris pour les environnements les plus contaminés avec des fluctuations de température très importantes. De plus, la nécessité de contrôles visuels ou de maintenance minimale doit être prise en compte. Afin de maximiser les intervalles de maintenance, les roulements aéronautiques sont en général équipés de canaux de lubrifiant. Ces canaux de lubrifiant risquent de réduire la stabilité des composants, ce qui doit être compensé par du matériel supplémentaire, requièrent de l'espace et doivent, eux-mêmes, être contrôlés et maintenus.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to an aeronautical bearing for a pivoting system and to an aircraft equipped with such a bearing. It is known to use aeronautical bearings in aircraft comprising pivoting elements such as adjustable surfaces or control elements, for example rudders, adjustable stabilizing surfaces, fins or blade feet. The requirements for the aeronautical bearings are very high not only for safety reasons but also for the parameters of their environment in the application, including for the most contaminated environments with very large temperature fluctuations. In addition, the need for visual checks or minimal maintenance must be taken into account. In order to maximize the maintenance intervals, the aeronautical bearings are generally equipped with lubricant channels. These lubricant channels may reduce the stability of the components, which must be compensated for by additional equipment, require space and must themselves be controlled and maintained.
Les pertes de lubrifiant des roulements en contact avec l'environnement sont polluantes et les lubrifiants dans des roulements des gouvernes ou des trains d'atterrissage sont souvent contaminés par des agents de déglaciation. Dans le cas des applications avec des petites oscillations fréquentes avec des amplitudes au-dessous de l'angle critique du roulement, le roulement risque de quitter le régime de re-lubrification de la piste par les éléments roulants adjacents et, en conséquence, montrer une augmentation de son couple de frottement et une usure prématurée au niveau de ses pistes, suite à des contacts secs.Lubricant losses from bearings in contact with the environment are polluting and lubricants in control surface bearings or landing gear are often contaminated with de-icing agents. In applications with small frequent oscillations with amplitudes below the critical bearing angle, the bearing may leave the track's re-lubrication regime by the adjacent rolling elements and, consequently, show increase of its friction torque and premature wear on its tracks, following dry contacts.
C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un roulement aéronautique pour un système pivotant, comportant une bague 3036752 201500117 2 extérieure et une bague intérieure entre lesquelles est définie une chambre de roulement pour des éléments roulants, et du lubrifiant pourvu dans la chambre des éléments roulants.It is these drawbacks that the invention intends to remedy by proposing an aeronautical bearing for a pivoting system, comprising an outer ring 3036752 and an inner ring between which is defined a rolling chamber for rolling elements, and lubricant provided in the rolling elements chamber.
5 Selon un aspect avantageux de l'invention, le lubrifiant est pourvu dans la forme d'une matrice polymérique saturée d'huile qui remplit essentiellement tout l'espace libre dans la chambre de roulement. L'huile peut sortir de la matrice directement au point de contact entre les éléments roulants et les pistes du roulement et peut éviter une usure prématurée au niveau de ses pistes suite à 10 des contacts secs en raison de faibles oscillations, c.à.d. au-dessous de l'angle critique du roulement. L'angle critique du roulement est défini comme l'angle de rotation pour lequel les trajectoires des éléments roulants sur les pistes se touchent mais ne se chevauchent pas.According to an advantageous aspect of the invention, the lubricant is provided in the form of an oil saturated polymeric matrix which essentially fills all the free space in the rolling chamber. The oil can exit the die directly at the point of contact between the rolling elements and the bearing tracks and can avoid premature wear on its tracks as a result of dry contacts due to small oscillations, i.e. . below the critical angle of the bearing. The critical angle of the bearing is defined as the angle of rotation for which the trajectories of rolling elements on the tracks touch but do not overlap.
15 Grâce à l'invention, les cycles de maintenance peuvent être prolongés, des canaux de lubrifiant peuvent être évités et la durabilité du roulement peut être augmentée, en particulier dans des applications de faibles oscillations fréquentes avec des amplitudes au-dessous de l'angle critique du roulement.Thanks to the invention, the maintenance cycles can be prolonged, lubricant channels can be avoided and the durability of the bearing can be increased, particularly in applications of low frequent oscillations with amplitudes below the angle. critical of the bearing.
20 De préférence, une telle matrice polymérique saturée d'huile remplit tout l'espace libre dans le roulement, entourant les éléments roulants et la ou les cages. La structure poreuse du polymère retient l'huile de lubrification par ses millions de micropores. Les pores sont si petits qu'ils retiennent l'huile dans le matériau par sa tension de surface. À mesure que le matériau polymère rempli d'huile est 25 injecté dans le roulement, un espace très réduit se forme autour des éléments roulants et des pistes qui permettent aux composants du roulement de tourner librement. De telles matrices sont connues sous le nom de « Solid Oil ». Quand la matrice 30 glisse contre les éléments roulants ou les pistes d'un roulement, le métal est recouvert d'un film d'huile uniforme et consistant. Une légère augmentation de la température de fonctionnement fait alors remonter l'huile vers la surface de la matrice polymère. Ce débit d'huile à l'intérieur de la matrice polymérique se produit car le coefficient de dilatation thermique de l'huile est supérieur à celui de 35 la matrice et car la viscosité de l'huile diminue à mesure que la température 3036752 201500117 3 augmente. Lorsque le roulement cesse de tourner, la matrice polymère absorbe l'excès d'huile. Un roulement avec Solid Oil peut contenir deux à quatre fois plus d'huile que les 5 roulements classiques lubrifiés à la graisse car le roulement est entièrement rempli de Solid Oil, tandis qu'un roulement graissé fonctionne normalement avec environ un tiers de son espace libre rempli de graisse. L'huile standard utilisée pour Solid Oil est une huile synthétique de haute qualité 10 qui répond aux besoins de la plupart des applications. Des huiles présentant d'autres viscosités et caractéristiques sont également disponibles.Preferably, such an oil saturated polymeric matrix fills all the free space in the bearing, surrounding the rolling elements and the cage (s). The porous structure of the polymer retains the lubricating oil through its millions of micropores. The pores are so small that they retain the oil in the material by its surface tension. As the oil filled polymeric material is injected into the bearing, a very small gap is formed around the rolling elements and tracks which allow the bearing components to rotate freely. Such matrices are known as "Solid Oil". When the die 30 slides against the rolling elements or tracks of a bearing, the metal is covered with a uniform and consistent film of oil. A slight increase in the operating temperature then causes the oil to rise towards the surface of the polymer matrix. This oil flow inside the polymer matrix occurs because the coefficient of thermal expansion of the oil is greater than that of the matrix and because the viscosity of the oil decreases as the temperature increases. increases. When the bearing stops rotating, the polymer matrix absorbs excess oil. A bearing with Solid Oil can hold two to four times more oil than the standard 5 grease lubricated bearings because the bearing is fully filled with Solid Oil, while a greased bearing normally works with about a third of its free space filled with fat. The standard oil used for Solid Oil is a high quality synthetic oil that meets the needs of most applications. Oils with other viscosities and characteristics are also available.
15 Étant donné que la matrice polymère remplit tout le roulement, il est difficile pour les polluants solides ou liquides d'atteindre les surfaces internes du roulement, même en l'absence de joints. Cependant, dans des environnements hautement contaminés, il est possible d'utiliser des joints à frottement en combinaison avec la matrice polymère remplie de l'huile.Since the polymer matrix fills the entire bearing, it is difficult for solid or liquid pollutants to reach the internal surfaces of the bearing, even in the absence of seals. However, in highly contaminated environments, it is possible to use friction seals in combination with the polymer matrix filled with the oil.
20 Selon un autre aspect avantageux mais non obligatoire de l'invention, ni la bague extérieure ni la bague intérieure ne comporte un canal de lubrification. On peut ainsi obtenir la stabilité requise tout en réduisant le poids.According to another advantageous but not compulsory aspect of the invention, neither the outer ring nor the inner ring has a lubrication channel. This provides the required stability while reducing weight.
25 De préférence, la matrice polymérique assure la séparation des éléments roulants et a donc la fonction d'une cage. La souplesse de la matrice polymérique entraîne une atténuation dans des environnements vibrants. Dans des modes de réalisation préférés, les éléments roulants sont des rouleaux 30 ou des aiguilles. Un autre aspect de l'invention concerne une poulie aéronautique comportant un roulement aéronautique comme décrit ci-dessus.Preferably, the polymeric matrix separates the rolling elements and thus has the function of a cage. The flexibility of the polymeric matrix results in attenuation in vibrating environments. In preferred embodiments, the rolling elements are rollers or needles. Another aspect of the invention relates to an aeronautical pulley comprising an aeronautical bearing as described above.
35 D'autres aspects avantageux de l'invention concernent un système comportant un élément pivotant supporté par un roulement aéronautique comme décrit ci- 3036752 201500117 4 dessus ou par une poulie comme décrit ci-dessus ou un aéronef comportant un tel système. De préférence, l'élément pivotant est un aileron ou une gouverne de direction.Other advantageous aspects of the invention relate to a system comprising a pivoting element supported by an aeronautical bearing as described hereinabove or by a pulley as described above or an aircraft comprising such a system. Preferably, the pivoting element is a fin or a rudder.
5 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description ci-dessous faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexes dans lesquels : La figure 1 est une vue éclatée d'un roulement aéronautique selon l'invention ; 10 La figure 2 est un rouleau équipé d'un roulement selon l'invention dans une vue éclatée ; La figure 3 est une vue en coupe d'un roulement aéronautique selon un autre mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 est un graphique schématique de l'angle de rotation d'un 15 aileron d'un avion pour un cycle de vol intercontinental ; et La figure 5 est un graphique d'un couple sous charge pour plusieurs roulements testés. La figure 1 est une vue éclatée d'un roulement aéronautique 10 selon l'invention.The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the following description given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a view exploded of an aeronautical bearing according to the invention; Figure 2 is a roller equipped with a bearing according to the invention in an exploded view; Figure 3 is a sectional view of an aeronautical bearing according to another embodiment of the invention; Fig. 4 is a schematic graph of the angle of rotation of an airplane wing for an intercontinental flight cycle; and Figure 5 is a graph of a load torque for several tested bearings. Figure 1 is an exploded view of an aeronautical bearing 10 according to the invention.
20 Le roulement aéronautique 10 est adapté pour l'utilisation dans un rouleau de guidage pour des gouvernes ou des volets d'une aile d'un avion. La figure 2 est une poulie 12 équipé d'un roulement 10 selon une autre forme de réalisation de l'invention dans une vue éclatée.The aeronautical bearing 10 is adapted for use in a guide roller for control surfaces or flaps of a wing of an aircraft. Figure 2 is a pulley 12 equipped with a bearing 10 according to another embodiment of the invention in an exploded view.
25 Le roulement 10 comporte une bague extérieure 14 et une bague intérieure 16 entre lesquelles est définie une chambre de roulement 22 pour des éléments roulants 18 réalisés sous la forme d'aiguilles. Un lubrifiant 20 est pourvu dans la forme d'une matrice polymérique saturée 30 d'huile qui remplit tout l'espace libre dans la chambre de roulement 22. Comme une lubrification externe pendant le temps de vie du roulement n'est plus nécessaire, ni la bague extérieure 14 ni la bague intérieure 16 ne comporte un canal de lubrification. De plus, le roulement 16 ne comporte aucune cage 3036752 201500117 5 métallique puisque la matrice polymérique assure la séparation des éléments roulants 18. La figure 3 est une vue en coupe d'un roulement aéronautique 10 selon un autre 5 mode de réalisation de l'invention. Le roulement 10 est un roulement pour l'utilisation dans un actionneur d'un aileron dans lequel les éléments roulants 18 sont des rouleaux toroïdaux. La figure 4 est un graphique schématique de l'angle de rotation du roulement 12 10 selon la figure 3 pour un cycle de vol intercontinental. L'aileron est pivoté quelques fois avec des angles de rotation de l'ordre de 25° pendant le décollage et l'atterrissage et des centaines de fois avec des angles de rotation de l'ordre de 3° pendant le reste du vol.The bearing 10 has an outer ring 14 and an inner ring 16 between which is defined a rolling chamber 22 for rolling elements 18 in the form of needles. A lubricant 20 is provided in the form of a saturated polymeric matrix of oil which fills all the free space in the rolling chamber 22. As external lubrication during the life of the bearing is no longer necessary, nor the outer ring 14 and the inner ring 16 does not include a lubrication channel. In addition, the bearing 16 has no metal cage since the polymer matrix separates the rolling elements 18. FIG. 3 is a sectional view of an aeronautical bearing 10 according to another embodiment of the invention. invention. The bearing 10 is a bearing for use in an actuator of a fin in which the rolling elements 18 are toroidal rollers. Fig. 4 is a schematic diagram of the rotation angle of the bearing 12 according to Fig. 3 for an intercontinental flight cycle. The fin is rotated a few times with rotation angles of the order of 25 ° during take-off and landing and hundreds of times with rotation angles of around 3 ° for the rest of the flight.
15 La figure 5 est un graphique schématique d'un couple sous charge pour plusieurs roulements testés. La ligne solide représente le couple de démarrage d'un roulement selon l'invention en fonction du nombre des cycles de vol. La ligne mixte représente le couple de démarrage d'un roulement standard graissé selon l'art antérieur en fonction du nombre des cycles de vol. Le roulement standard 20 graissé a été regraissé après 2400 et 4800 cycles de vol. Il se trouve que le roulement selon l'invention a une durée de vie comparable à celle du roulement standard même sans re-lubrification. Dans les exemples décrits précédemment les éléments roulants sont des 25 rouleaux ou des aiguilles. Cependant, il pourrait également s'agir de billes.FIG. 5 is a schematic diagram of a load torque for several tested bearings. The solid line represents the starting torque of a bearing according to the invention as a function of the number of flight cycles. The mixed line represents the starting torque of a standard bearing greased according to the prior art as a function of the number of flight cycles. The standard greased bearing 20 was regreased after 2400 and 4800 flight cycles. It turns out that the bearing according to the invention has a service life comparable to that of the standard bearing even without re-lubrication. In the examples described above, the rolling elements are rollers or needles. However, it could also be marbles.
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