Brevet FR2502713A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne les roulements à billes et notamment les roulements du type à deux rangées de billes tels que décrits dans la demande de brevet français n077 34 166 au nom de la même Demanderesse. On a décrit dans cette demande de brevet antérieu- re un roulement capable de supporter des sollicitations de di- rections variables et pouvant être utilisé de façon particulière- ment avantageuse dans un moyeu de roue de véhicule. UIn tel rou- lement comprend au moins deux rangées de billes circulant entre des paires de chemins de roulement, les chemins de roulement associés à chaque rangée de billes comportant deux portées à peu près symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan per- pendiculaire à l'axe de roulement et dont la section élémentaire est circulaire et de rayon légèrement supérieur à celui des billes. De préférence, l'arc de cercle constituant ladite section s'étend sur un angle au centre supérieur à 120 . Le principe de fonctionne- ment et les avantages d'un tel roulement sont décrits dans la de- mande de brevet précitée et n'ont pas à être repris dans ce mé- moire. Par rapport à cet état de la technique, le but re- cherché par la présente invention est de perfectionner encore un tel roulement de façon à obtenir des conditions de travail optima- les vis à vis d'une charge radiale de direction à peu près fixe, tout en conservant une robustesse suffisante des différents élé- ments et un fonctionnement sans jeu en toute circonstance. Ce résultat est obtenu dans un roulement tel que défini ci-dessus caractérisé en ce que la distance entre le fond d'au moins une des gorges constituant un chemin de roulement et un plan de référence perpendiculaire à l'axe du roulement est variable. 25027 13 De plus - la ou chaque gorge présentant cette caractéris- tique est ménagée dans une bague fixe du roulement - la distance précitée passe par deux valeurs mi- nimales en deux points diamétralement opposés situés dans un plan diamétral parallèle à la direction d'une charge radiale et par deux valeurs maximales en deux points situés dans un plan dianmé- tral perpendiculaire à la direction de cette charge; - de préférence, la variation de ladite distance otu flèche maximale du fond de la ou chaque gorge par rapport au plan de référence est comprise entre 0, 4 et 2%o environ du diamètre.des billes. - la ou chaque bague comportant une gorge dont le profil est ainsi modulé comporte des moyens permettant de la po- sitionner angulairement par rapport à son support. Des exemples de réalisations et d'applications vont être donnés cidessous en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un roulement suivant l'invention - la Fig. 2 est une vue partielle en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 d'une variante; - la Fig. 4 est une vue partielle en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3; - la Fig. 5 est une vue partielle en coupe d'une autre variante de réalisation; et - les Fig. 6 et 7 sont deux vues en coupes suivant deux directions orthogonales d'une pièce pouvant être utilisée dans un roulement analogue à celui de la Fig. 5. 25027 1 3 La Fig. 1 représente un roulement 10 suivant l'invention d'axe X-X. Ce roulement est interposé entre deux or- ganes coaxiaux pouvant être constitués respectivement, l'organe intérieur par un moyeu de roue (non représenté) et l'organe ex- térieur par un pivot de roue 1. Le roulement proprement dit comprend une ba- gue centrale 11 délimitant sur chacune de ses faces radiales un chemin de roulement 12 et deux bagues latérales fixes 13 déli- mitant sur leurs faces radiales dirigées vers la bague centrale des chemirrs de roulement 14. Chaque chemin de roulement est constitué par une gorge de section circulaire ou à peu près cir- culaire. Le rayon R de ces chemins de roulement est légèrement supérieur au rayon r des billes 15,le rapport entre ces deux rayons correspondant aux rapports de conformité pratiqués habi- tuellement dans cette technique des roulements à billes.C'eest ainsi qu'à titre d'exemple le rapport R entre le rayon d'une gor- ge -et le rayon d'une bille peut être compris entre 1, 05 et 1, 03. Sur les dessins les différences de rayons et le décalage de la bague cen- trale par rapport aux bagues fixes ont été exagérés dans un but de clarté et pour une meilleure compréhension du fonctionnement. L'angle au centre de chaque chemin de roulement dans une section élémentaire est de préférence supérieur à 120 pour obtenir un angle suffisant d'enveloppement des billes. Les bagues latérales fixes 13 sont reçues dans un alésage 2 du pivot de roue, séparées par une entretoise 3 et serrées entre un épaulement 4 du pivot de roue et une bague filetée 5 vissée dans une partie 6 formant écrou, du pivot de roue. Ces bagues latérales ont une certaine capacité de déformation élastique suivant la direction axiale et elles ont une position angulaire bien déterminée par rapport au pivot de roue, fixée dans l'exemple représenté par des ergots 16 reçus dans des sai- gnées 17. La bague axiale tournante comporte des gorges recti- fiées de révolution. _5 Suivant l'invention, et comme cela est visible sur le dessin, le fond des gorges 14 ménagées dans les deux bagues latérales fixes 13 n'est pas tangent en tout point à un même plan perpendiculaire à l'axe X-X. Au contraire, la distance entre le fond d'une gorge et un plan de référence P perpendiculaire à cet axe et tel que représenté au dessin varie depuis une valeur mini- male nulle en deux points A, B diamétralement opposés, situés dans un plan diamétral parallèle à la direction d'application d'une charge radiale pure C de direction à peu près constante, et une va- leur maximale j en deux points diamétralement opposés situés dans un plan diamétral perpendiculaire à la direction de la char- ge C. La valeur dei peut être de l'ordre de 0, 05 à 0, 2 mm pour des billes de 12, 7mm de diamètre et d'une façon générale est comprise entre 0, 4 et 2% du diamètre d'une bille. Une valeur théo- rique de la flèche_ peut être calculée de la façon suivante: j = R - (R r) sinc - r j(R -r) (1 - sine) ou L=(R - 1) (1 - sinoc) r r A titre d'exemple si le diamètre des billes est égal à 12, 7mm, R = 1, 05, r =0, 35mm, R = 6, 6675. Pour OC = 30e, on obtient une valeur théorique de la flèchej = 0, 15875mm. Cependant, cette valeur théorique peut être modifiée suivant le taux et la répartition de la précontrainte souhaités. En effet, les efforts exercés sur les billes qui se trouvent dans un plan diamétral perpendiculaire à la direction de la charge 25027 1 3 fixe peuvent être nulles, si l'on souhaite un léger jeu ou un mon- tage sans jeu ni précontrainte,ou présenter une certaine valeur faible selon la précontrainte souhaitée. Cette précontrainte est donc directement liée à la valeur de la flèche maximales j Dans ce premier mode de réalisation o les bagues sont massives et usinées, la modulation de profondeur des gorges des bagues latérales est réalisée au moment de la rectification. Un roulement tel que celui qui vient d'être dé- crit permet, dans le cas d'une charge radiale pure de direction sensiblement fixe, représentée par le vecteur C sur la Fig. 1, d'obtenir des angles de pression, l de 25 à 450 ce qui correspond à des conditions de travail opti- males pour le roulement, tout en gardant une robustesse suffi- sante des constituants et un fonctionnement sans jeu en toute circonstance au niveau des billes qui ne sont pas chargées ou qui supportent une charge réduite par rapport aux billes situées dans et au voisinage d'un plan parallèle à la direction de la charge radiale. Dans le mode de réalisation des Fig. 3 et 4 le roulement 20 a la même structure générale que celui des Fig. 1 et 2. Toutefois, les bagues latérales fixes 21 sont fabriquées en tôle emboutie et délimitent une collerette 21- et un chemin b de roulement 21-. Elles sont séparées par une entretoise 22 et maintenues axialement à l'intérieur de l'alésage du pivotou autre support grâce à une bague filetée 23. Comme dans l'exem- ple précédent, ces bagues sont positionnées angulairement par rapport au pivot grace à des ergots 24 reçus dans des logements correspondants 25. Comme précédemment, également, la dis- tance séparant le fond des gorges des bagues fixes d'un plan 2 5 027 13 de référence P perpendiculaire à l'axe X -X du roulement varie, la flèche relative étant de l'ordre de 0, o% à 4 %. r De la sorte, comme dans la première réalisation, lorsqu'une charge radiale C est appliquée, les billes restent en contact continu avec les chemins de roulement sur toute la péri- phérie de ces derniers bien que dans les zones supportant la char- ge radiale, les angles de contact " de façon-à exercer une précontrainte. Il est à noter que plus la souplesse axiale des bagues latérales est grande, plus le réglage de la précontrainte est aisé et plus la valeur de la flèches peut être faible. Cependant, les bagues devant conserver une certaine robustesse,notamment pour résister aux sollicitations élevées des moments de dévers dûs aux efforts et aux chocs latéraux exercés sur les roues, leur souplesse est en pratique tout à fait insuffisante pour produire le ré- sultat -obtenu par la forme particulière donnée aux gorges cons- tituant les chemins de roulement. Avec des bagues latérales embouties, la variation de distance définie précédemment peut être obtenue par diffé- rents moyens b - le chemin de roulement 21- peut être réalisé par emboutissage de précision ou par rectification et être de révolution autour de l'axe de la bague,lorsque cette dernière est à l'état libre. Par contre, la collerette 21- présente un voile latéral avec deux déports diamétralement opposés de sorte que 25027 13 lors du serrage axial entre l'entretoise 22 et la bague 23,la col- lerette est déformée élastiquement jusqu'à devenir plane et le fond du chemin de roulement prend alors la forme représentée au dessin. - lors de sa rectification, la bague 21 peut être bridée sur le plateau porte-pièce de la rectifieuse de telle manière qu'elle présente un voile ou une déformation inverse de celle qui est souhaitée. Après rectification, la collerette redevient plane par retour élastique et le chemin de roulement présente alors la forme souhaitée. Un autre mode de réalisation est représenté à la Fig. 5. Dans ce cas, un bottier 30 assure l'assemblage des divers éléments qui constituent le roulement, à savoir deux bagues fixes 31, des billes 32 et une bague tournante 33. Ce bottier comporte un fat cylindrique 30- et deux rebords 30- dirigés radialement vers l'axe du roulement. Il est emmanché à force dans l'alésage 34 du pivot de roue 35 par rapport auquel il est positionné angulairement au moyen d'un ergot 36 et d'une saignée 37. Un jonc élastique 38 enclenché dans une gorge 38 assure la sécurité en empêchant toute possibilité de déboftement. Cependant, l'emmanchement du bottier dans l'alésage doit être assez serré pour qu'aucun glissement de ce bottier ne soit possible sous les couples de dévers courants. Là encore, la variation de distance entre les fonds de chemins de roulement des bagues fixes et un plan de référence P peut être obtenue de plusieurs manières, par exemple: - en utilisant des bagues fixes dont la profondeur est variable comme représenté à la Fig. 3; - en utilisant des bagues fixes de profondeur cons- tante mais avec un bottier dont l'écartement entre les rebords 30- est plus faible dans un plan horizontal que dans uh plan vertical, en supposant que la force radiale fixe est verticale en considérant le dessin. La réduction d'écartement souhaitée entre les rebords 20- peut être obtenue par déformation du bof- tier sous un effort axial, avec déplacement contrôlé, dans un montage sur presse, par exemple. Dans la version représentée à la Fig.;, il est a prévu une bague tournante 33 munie de dentures frontales 33- capables de transmettre le couple moteur et de centrer avec précision les pièces mécaniques bloquées axialement de part et d'autre de cette bague. L'introduction des bagues et des billes à l'intérieur du bottier 30 peut s 'opérer de plusieurs manié res et de façon non limitative suivant les deux processus suivants - on réalise le bottier au tour ou à la molette à un diamètre supérieur de 7% environ au diamètre final, en acier traité pour une résistance de l'ordre de 80 à 120 kg/mm mais conservant un allongement à la rupture suffisant. Les bagues et les billes peuvent ainsi être mises en place à l'intérieur de ce bottier qui est ensuite rétreint diamétralement par passage dans une filière ce qui assure le serrage diamétral sur les ba- gues et une cote extérieure précise. Une dernière opération est réalisée par compres- sion axiale sur une presse et permet d'effectuer le rapproche- ment modulé de faible valeur des rebords et la mise à la pré- contrainte axiale désirée du roulement. - une autre solution illustrée à la Fig. 6 consiste à utiliser un bottier fendu 40 qui peut être ouvert élastiquement vpour permettre l'introduction des bagues. La précontrainte dia- métrale dans l'alésage du pivot de roue ou organe analogue, lors du montage est alors transmise directement aux deux bagues fixes 2502 7 13 puisque le boftier, selon cette solution, est élastique diamétra- lement. La fente 41 du bohtier peut également être utilisée de façon avantageuse pour réaliser le positionnement angulaire ou l'indexage du roulement par rapport au pivot de roue ou autre support. - REVENDICATIONS - 1 - Roulement à billes, comprenant au moins deux rangées de billes (15) circulant entre des paires de chemins de roulement constitués par des gorges (12, 1.1) délimitées dans les faces radiales en regard d'une bague centrale (11i) et deux bagues latérales (13), ces gorges avant une section élémentaire circulaire, de rayon légèrement supérieur à celui des billes, caractérisé en ce que la distance entre le fond d'au moins une des gorges (12,14) constituant un chemin de roulement et un plan de référence (P) perpendiculaire à l'axe (X-X) du roulement est variable. 2 - Roulement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la ou chaque gorge (14) dont le fond a un profil variable est ménagée dans une bague fixe (13). 3 - Roulement suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2,caractérisé en ce que la distance précitée passe par deux valeurs minimales en deux points (A, B) diamétralement oD. posés situés dans un plan diamétral parallèle à la direction d'une charge radiale (C) et par deux valeurs maximales en detux points situés dans un plan diamétral perpendiculaire à la direc- tion de cette charge. 4 - Roulement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que de préférence, la variation de ladite distance ou flèche maximale (j) du fond de la ou chaque gorge (14) par rapport au plan de référence (P) respectif est comprise entre 0, 4 et 2% environ du diamètre des billes. 5 - Roulement suivant l'une quelconque des revendica- tions caractérisé en ce que la variation de distance entre le fond de la ou chaque gorge et le plan de référence est choisie de façon à engendrer une force de précontrainte déterminée s'exerçant parallèlement à l'axe de roulement, notamment au niveau des billes situées au voisinage d'un plan passant par cet axe et perpendiculaire à la direction de ladite charge. 6 - Roulement suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou chaque bague (3) comportant une gorge (14) dont le profil est ainsi modulé com- porte des moyens (16, 17) permettant de la positionner angulai- rement par rapport à son support. 7 - Roulement suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le pro-il variable de la ou chaque gorge (14) est obtenu par rectification. 8 - Roulement suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à l'état libre la ou chaque bague présente un voile ou une déformation et le profil variable de la ou chaque gorge est obtenu par déformation élastique de la bague,lors du montage du roulement. 9 - Roulement suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un bottier (30;40) comportant un fûlt (30-) à peu près cylindrique et deux rebords (30-) dirigés radialement vers l'axe du roulement, ce bottier assurant l'assemblage des divers composants du roulement, à savoir deux bagues latérales (31), une bague centrale (32) et deux rangées de billes (32). - Roulement suivant la revendication 9, caracté- risé en ce que le bottier (40) est fendu (en 41) pour pouvoir être ouvert par déformation élastique. 11 - Roulement suivant la revendication 10, caracté- risé en ce que ladite fente (41) fait partie des moyens de position- nement angulaire du roulement par rapport à son support. 12 - Application d'un roulement suivant l'une quelcon- que des revendications précédentes à un moyeu de roue de vé- hicule automobile.