Brevet FR2494360A1 — publié le 19820521

La présente invention concerne une structure de joint étanche amovible à poser sur une extrémité axiale d'un palier à roulement, tel que roulement à billes, dans laquelle les composants du joint sont immobilisés par la bague de roulement extérieure et positionnent un anneau d'étanchéité de façon à le maintenir élastiquement en contact frottant souple, circon- férentiellement continu, avec une surface d'étanchéité obli- que de la bague de roulement intérieure. Selon une technique connue d'obtention d'une telle étan- chéité, la bague de roulement extérieure présente une gorge de retenue de joint ouverte radialement vers l'intérieur, cir- conférentiellement continue, dont le profil transversal a une courbure continue entre un épaulement de butée axialement in- térieur et un ressaut d'extrémité axiale. Un anneau d'étan- chéité en matière souple prend appui sur le corps et porte contre le rebord d'un manchon à rebord intérieur, en métal déformable, et ledit rebord vient buter contre l'épaulement pendant que l'on étampe le manchon vers l'intérieur pour ser- tir l'anneau d'étanchéité et pour déformer vers l'extérieur la partie extérieure limite du manchon afin de la loger étroi- tement dans la gorge. Une telle structure de joint étanche, outre qu'elle ne saurait être déposée sans dommage, est rela- tivement onéreuse en ce sens qu'elle impose une opération d' étampage inutile avec d'autres techniques. Selon une seconde technique connue, la gorge de retenue de joint présente un fond cylindrique flanqué de parois laté- rales radiales plates, dont celle située axialement à l'in- térieur définit un épaulement de positionnement des pièces constitutives du joint, savoir un anneau de soutien, un anneau d'étanchéité en matière souple et un chapeau terminal formé d'un anneau fendu, ce dernier étant inséré dans la gorge, por- tant à plat contre laparoi latérale extérieure de celle-ci et appliquant sous compression l'anneau d'étanchéité contre l'anneau de soutien. Cette structure présente des inconvé- nients, résidant entre autres en ce qu'il est plus difficile et donc plus onéreux de réaliser la gorge à parois d'équerre qu'une gorge à courbure continue, et en ce qu'il est difficile de déposer et de reposer sans dommage le chapeau terminal (parce que celui-ci est nécessairement assez mince et, par là, fragile). La présente invention a pour but de réaliser une struc- ture de joint étanche pour palier du genre décrit. Elle a encore pour buts: - plus particulièrement, de réaliser une structure per- mettant de prévoir un chapeau terminal de retenue de joint plus robuste et doté d'une meilleure aptitude à comprimer l'anneau d'étanchéité; - d'une manière générale, d'atteindre les buts précités grâce à une structure peu onéreuse par nature qui rende plus simples la pose et la dépose sans atteinte à l'étanchéité en vue de l'examen et de l'entretien du roulement. Suivant l'invention, on atteint les buts précités, ainsi que d'autres, en prévoyant une structure de joint étanche qui, sous la forme représentée, comporte une gorge de bague de roulement extérieure, présentant un épaulement radial tangent à un profil transversal à courbure continue, caractérisée par la présence d'une rampe convergente près de l'extrémité axia- le de la bague extérieure, et en ce que l'anneau fendu ou le chapeau terminal présente, sur son arête radialement et axia- lement extérieure, un biseau de pente assurant une grande aire de contact de coincement avec la rampe de la gorge. Grâ- ce au contact biseau-rampe, on peut donner au chapeau terminal d'un palier à grandeur et à charge nominale données une épais- seur sensiblement accrue sans réduire l'épaisseur des autres parties constitutives du joint, ledit contact facilitant en outre l'assemblage du chapeau terminal et l'application d'une précontrainte de compression à la matière souple de l'anneau d'étanchéité. On va maintenant décrire en détail le mode de réalisa- tion préféré de l'invention en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue de détail en coupe d'un palier à roulement et de la structure de joint étanche selon l'inven- tion; - la figure 2 est une vue de détail en bout de la struc- ture selon la figure 1; - la figure 3 est, à plus grande échelle, une vue de détail en coupe illustrant les relations établies entre les pièces dans la région de contact entre les composants du joint étanche et la bague extérieure du roulement selon la figure 1; et - la figure 4 est une vue de détail en coupe, simplifiée, des relations établies entre les pièces suivant une variante. Le palier à roulement selon la figure 1 comprend des ba- gues intérieure 10 et extérieure 11 et des éléments de roule- ment interposés, formés par des billes 12 qui roulent sur les chemins de roulement 13 et 14 respectivement définis par les bagues 10 et 11. Entre le chemin de roulement extérieur 14 et l'une ou l'autre extrémité axiale du roulement, l'alésage de la bague de roulement extérieure 11 est caractérisé par un épaulement radial 15 (voir figure 3) auquel est tangente une gorge 16 (à profil transversal de courbure continue); la gorge 16 aboutit par une rampe 17 à un ressaut 18 situé à 1' extrémité axiale de la bague extérieure 11. Sous la forme re- présentée, la rampe 17 est définie par rebroussement de la courbure prépondérante de la gorge 16, la courbure inversée se poursuivant jusqu'à devenir tangente au ressaut 18. Le point d'inversion de courbure apparaît à un diamètre Di très nettement intérieur à l'intervalle radial entre le diamètre de ressaut D2 et le diamètre de fond de gorge D3, et l'on no- tera quela hauteur effective de l'épaulement 15 au-delà du ressaut 18 est déterminée par le diamètre plus faible D4. Il est préférable que la surface convergente ait, au point d'in- version de courbure, une inclinaison sur l'axe du palier com- prise entre 40 et 550 et par exemple de 45 . Les pièces constitutives du joint qui sont insérées dans la gorge 16 comprennent un anneau de soutien rigide 20, de diamètre extérieur voulu pour franchir le ressaut 18 et pour - pouvoir prendre fermement appui sur l'apaulement 15, et de diamètre intérieur voulu pour franchir la bague de roulement intérieure 10; un anneau d'étanchéité 21, en matière déforma- ble, de diamètre intérieur voulu pour entrer en contact frot- tant, sous sollicitation élastique, avec une surface d'étan- chéité biaise 22 de la bague de roulement intérieure; et un chapeau terminal ou anneau fendu 23 en matière relativement rigide. Le chapeau terminal 23 a un diamètre extérieur D5 su- périeur au diamètre D1 du point d'inversion de courbure préci- té, et un diamètre intérieur sensiblement égal à la moyenne entre le diamètre de cercle primitif du palier et le diamè- tre extérieur de la bague intérieure, afin de pouvoir subir une certaine déformation axiale pour assurer Dar sollicita- tion élastique le contact frottant de l'anneau d'étanchéité 21 avec la surface d'étanchéité 22 de la bague intérieure. Suivant un aspect de l'invention, le chapeau terminal 23 a une épaisseur T sensiblement supérieure (par exemple du double) à celle que permettait de prévoir les joints en plu- sieurs pièces des types décrits plus haut, et un biseau cir- conférentiellement continu 24, d'aire relativement importante, est défini sur l'arête radialement et axialement extérieure du chapeau 23, la pente du biseau 24 correspondant sensible- ment à l'inclinaison sus-indiquée que la surface de la gorge 16 présente au point d'inversion de courbure. Comme le montre la figure 3, le biseau 24 peut mordre sur 50% au moins de 1' épaisseur du chapeau terminal sans que le diamètre-limite intérieur D du biseau 24 cesse d'être supérieur au diamètre de ressaut D2, ce qui fait que le biseau 24 est entièrement intérieur à la gorge 16, une fois le joint assemblé. Afin d'assurer un auto-centrage et de ménager un volume intérieur accru de réception de lubrifiant pour roulements, les pièces rigides 20 et 23 de la structure de joint nrésen- tent des dépressions situées axialement en regard, ce qui fait apparaître un redan saillant axialement vers l'extérieur à un niveau 26 intermédiaire entre les limites radiales in- térieures et extérieures desdites pièces. En outre, on con- çoit que l'anneau d'étanchéité 22, étant déformable, épouse aussi le redan 26 lorsqu'ilest comprimé entre les pièces 20 et 23. Les pièces rigides 20 et 23 peuvent être réalisées par estampage en tôle d'acier d'une dureté nettement inférieure à celle dela bague deroulement extérieure 11. La largeur de la gorge et l'épaisseur des pièces onstitu- tives du joint 20, 21, 23 doivent être telles qu'une fois le chapeau terminal 23 posé en contact coinçant avec la rampe 17, l'anneau d'étanchéité 21 soit fermement pressé axialement sur tout son pourtour. Le contact coinçant est prévu sur une aire importante parce que la matière relativement peu dure formant le chapeau terminal 23 subit une lègère déformation en tentant de reprendre son diamètre extérieur à l'état non contraint D5 après avoir subi radialement vers l'intérieur une déformation transitoire en franchissant lors de son insertion le ressaut 18. On voit que la structure de joint et de siège de joint décrite ci- dessus permet d'atteindre tous les buts cités dans l'introduction. Un aspect important quant à la longévité de la structure et à sa fiabilité après des déposes et reposes répétées des pièces du joint réside dans le fait que le cha- peau terminal amovible 23 peut avoir une épaisseur au moins double de celle courante pour les joints en plusieurs pièces prenant appui dans des gorges à parois d'équerre. Le supplé- ment d'épaisseur permet de ménager un biseau 24 offrant une importante aire d'appui circonférentiellement continue; en outre, même si le chapeau terminal 23 est moins dur que la surface de rampe contre laquelle il porte, il présente la com- binaison de rigidité et de souplesse voulue pour pouvoir de- meurer en contact avec la rampe sous une force constante de précontrainte dirigée radialement vers l'extérieur. Par réac- tion de coincement contre la rampe, cette force de précon- trainte dirigée radialement vers l'extérieur se transforme en une force de compression s'exerçant axialement sur les autres pièces, 21 et 20, du joint. De manière générale, les dispositions décrites se prêtent à diverses modifications sans sortir, pour autant, du cadre de l'invention. Par exemple, selon la variante illustrée par la figure 4, la gorge 16 est caractérisée par une surface de rampe tronconique 30, tangente au profil arqué de la gorge 16 et dont la pente correspond à celle du biseau 24 du chapeau terminal. Le profil transversal de la gorge 16 ne présente pas d'inversion de courbure, et la surface 30 se termine à l'intersection avec le ressaut 18'. L'épaisseur T' du chapeau terminal 23' est supérieure à l'épaisseur T indiquée pour le chapeau 23 sur la figure 3, ce qui ménage un rentrant d'accès AR par lequel on peut insérer un outil pour atteindre et ma- nipuler plus aisément le chapeau 23', par exemple en vue de la déposer afin de changer l'anneau d'étanchéité 21 ou de faire subir au roulement d'autres opérations d'entretien. L'épais- seur accrue T' augmente la résistance à la contraction radiale et au risque consécutif de voir l'anneau fendu formant le chapeau terminal 23' s'échapper accidentellement du palier. En outre, l'aire accrue de contact entre les surfaces 24 et facilite la transformation de la force de précontrainte dirigée radialement vers l'extérieur en une force de compres- sion appliquée aux autres pièces 21 et 20 du joint, comme exposé à propos de la figure 3. REVENDICATIONS 1. Roulement étanche caractérisé en ce qu'il comporte des bagues intérieure (10) et extérieure (11) et des éléments de roulement intermédiaires (12) qui roulent sur les chemins de roulement de ces bagues, la bague extérieure présentant une gorge de retenue de joint (16) circonférentiellement con- tinue, ouverte radialement vers l'intérieur, dont le profil transversal a une courbure continue entre un épaulement de butée axialement intérieur (15) et un ressaut d'extrémité axiale (18) de diamètre (D2) supérieur au diamètre intérieur (D4) dudit épaulement, l'extrémité axialement extérieure dudit profil de la gorge (16) étant remarquable par une rampe (17) sensiblement tangente à ladite courbure continue, ladite bague intérieure (10) présentant une surface d'étanchéité biaise (22) sensiblement située, axialement, en face de ladite gorge, ladite rampe convergeant, axialement vers l'extérieur, vers ledit ressaut (18); et des pièces de joint comprenant un pre- mier anneau de soutien (20), rigide, de diamètre voulu pour franchir ledit ressaut (18) et venir buter contre ledit épau- lement (15), ledit anneau de soutien étant séparé par un in- terstice de ladite bague intérieure (10), un anneau d'étanché- ité (21) en matière souple qui bute contre ledit anneau de soutien en le dépassant radialement et présente un contact étanche souple, circonférentiellement continu, avec ladite surface d'étanchéité (22), et un anneau fendu ou chapeau an- nulaire (23) en matière dotée à la fois de rigidité et de sou- plesse, ayant à l'état non contraint un diamètre extérieur (D5) intermédiaire entre le diamètre (D2) dudit ressaut (18) et le diamètre (D3) du fond de gorge, ce chapeau butant sous compression contre ledit anneau d'étanchéité (21) et présen- tant sur son arête axialement et radialement extérieure un bi- seau (24) en contact de coincement avec ladite rampe (17). 2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit anneau de soutien (20) et ledit chapeau annulaire (23) présentent en regard des parties décalées axialement vers l'extérieur définissant des redans annulaires (26) entre les limites radialement intérieures et radialement extérieures desdits anneau de soutien (20) et chapeau annulaire (23). 3. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière constituant lesdites bagues de roulement a une plus grande dureté superficielle que celle constituant ledit anneau fendu (23). 4. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière constituant ledit anneau d'étanchéité (21) com- porte du "Téflon" en tant que constituant essentiel. 5. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de tangence entre ladite rampe (17) et le profil à courbure continue de ladite gorge (16) est sensiblement le point de rebroussement o la première courbure prédominante de la gorge (16) s'inverse en une rampe jusqu'à devenir sen- siblement tangente audit ressaut (18). 6. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chapeau terminal a à l'état non contraint un diamè- tre extérieur (D5) sensiblement supérieur au diamètre (D1) au- quel ladite rampe (17) est tangente au profil courbe de ladite gorge (16). 7. Roulement étanche, caractérisé en ce qu'il comprend des bagues de roulement intérieure (10) et extérieure (11) et des éléments de roulement interposés qui roulent sur les chemins de roulement de ces bagues, la bague extérieure (11) présentant une gorge de retenue de joint-étanche (16) ouverte radialement vers l'intérieur, circonférentiellement continue, dont le profil transversal a une courbure continue partant d' un épaulement de butée axialement intérieur (15) et coupant un ressaut d'extrémité axiale (18) de diamètre supérieur au diamè- tre intérieur dudit épaulement, l'extrémité axialement exté- rieure dudit profil de gorge étant remarquable par une rampe tronconique (30) sensiblement tangente audit profil à courbure continue, ladite bague intérieure présentant une surface d' étanchéité biaise (22) située axialement sensiblement au même niveau que ladite gorge (16); et des pièces de joint compre- nant un premier anneau de soutien (20), rigide, de diamètre voulu pour franchir ledit ressaut (18') et buter contre ledit épaulement (15), ledit anneau de soutien étant séparé par un interstice de ladite bague de roulement intérieur (10), un anneau d'étanchéité (21) en matière souple, qui bute contre ledit anneau de soutien(20) en le dépassant radialement et est en contact étanche souple, circonférentiellement continu, avec ladite surface d'étanchéité (22), et un chapeau annulaire for- mé d'un anneau fendu, en matière rigidement déformable, ayant à l'état non contraint un diamètre extérieur intermédiaire entre le diamètre dudit ressaut (18) et le diamètre du fond de gorge, ledit chapeau annulaire butant sous compression contre ledit anneau d'étanchéité (21) et présentant sur son arête axialement et radialement extérieure un biseau (24) en contact coinçant avec ladite rampe (30). 8. Roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite rampe (30) et ledit biseau (24) ont sensiblement la même gorge. 9. Roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité axiale dudit biseau a un diamètre inférieur au diamètre adjacent dudit ressaut.