Brevet FR2579699A1 — publié le 19861003

ROULEMENT A BILLES POUR MOUVEMENTS LONGITUDINAUX ENTRE UN ARBRE ET UN CORPS DE PALIER L'invention concerne un roulement à billes pour mouvements longitudinaux entre un arbre et un corps de palier, ce roulement comportant: un manchoncage entourant au moins partiellement l'arbre et doté de pistes de guidage dirigées longitudinalement, agencées côte-à-côte sur le pourtour, pour guider les billes chargées et non chargées, et doté de guides de billes constitués par des pistes de renvoi à tracé semi-circulaire qui relient ces pistes de guidage par paires entre elles, des rangées de billes sans fin étant guidées dans ces pistes; et des rails de roulement qui supportent la charge et sont montés chacun dans une ouverture radiale du manchon-cage, ces rails de roulement présentant, sur leur face radialement tournée vers l'intérieur, une surface médiane avec une rainure de roulement dirigée longitudinalement pour le roulement des billes chargées d'une rangée, et à chaque extrémité longitudinale de cette surface médiane une surface terminale qui recouvre, radialement par l'extérieur, la piste de renvoi de cette rangée de billes. On connaît un roulement à billes du genre mentionné dans lequel chaque rail de roulement présente, pour les billes chargées de la rangée de billes concernée, une rainure de roulement rectiligne et continue en direction longitudinale (figure 5 de la demande de brevet DE 2 003 535). Sur les deux extrémités de la longueur du rail de roulement est aménagée, dans ce rail de roulement, une rainure de renvoi ayant un tracé en arc de cercle, qui part de la rainure de roulement rectiligne des billes chargées et qui est affectée à la piste de renvoi du manchon-cage. Afin d'éviter les coincements dommageables des billes dans la piste de renvoi, la rainure de renvoi doit être réalisée avec une très grande précision de forme et doit être agencée exactement au-dessus de la piste de renvoi y afférente du manchon-cage. Ce roulement à billes connu présente donc l'inconvénient que l'obtention d'un maintien précis du rail de roulement exige que l'ouverture y relative du manchon-cage ait des tolérances de fabrication très étroites. A cela s'ajoute le fait que les rainures de renvoi ayant une section droite adaptée aux billes ne peuvent être que difficilement aménagées dans les rails de roulement. Le roulement à billes connu pour mouvements longitudinaux est donc compliqué et onéreux à fabriquer. L'invention a pour but de réaliser un roulement à billes du genre indiqué au début, qui pourra être fabriqué de manière particulièrement économique et avec lequel on évitera notamment le risque d'un coincement des billes dans la région des pistes de renvoi du manchon-cage, en dépit de tolérances de fabrication relativement larges. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la rainure de roulement de chaque rail de roulement présente un épaulement extérieur qui est tourné vers la piste de guidage y relative des billes non chargées et qui se prolonge en direction longitudinale dans chaque surface terminale de la face du rail de roulement tournée radialement vers l'intérieur, et présente un épaulement intérieur qui n'est en vis-à- vis dudit épaulement extérieur que dans la région de la piste de guidage y relative, et qui, en ses deux extrémités, se raccorde à la surface terminale adjacente, laquelle est agencée de manière à être parallèle à la surface du demi-cercle de la piste de renvoi y relative et à déboucher sans discontinuité dans le fond de la rainure de roulement. Avec le roulement à billes selon l'invention, chaque rail de roulement peut être introduit, en étant légèrement -déplacé en direction longitudinale, dans l'ouverture y afférente du manchon-cage, sans que les billes se trouvent coincées dans les pistes de renvoi du guide de billes y afférent du manchon-cage. Il en résulte que les dimensions des ouvertures du manchon-cage peuvent avoir, en direction longitudinale, de larges plages de tolérances, économiquement avantageuses. - Lorsqu'elles passent par la piste de renvoi, les billes de chaque rangée de billes subissent un changement de direction, de sorte qu'elles sont soumises à des forces centrifuges qui les appuient contre la paroi extérieure de la piste de renvoi et les guident le long de cette paroi extérieure. Sur leur trajet de la piste de renvoi à la piste de guidage longitudinale des billes chargées, les billes non chargées viennent d'abord au contact de l'épaulement extérieur de la rainure de roulement du rail de roulement et roulent ensuite sur le fond des rainures de roulement et contre l'épaulement intérieur du rail de roulement. Les billes arrivant dans la piste de guidage sont soulagées de la force centrifuge et progressivement chargées par l'arbre, de sorte quAil y a une admission, sans secousses et avec un faible frottement, des billes de la piste de renvoi à la piste de guidage des billes chargées. De manière analogue, les billes de chaque rangée de billes sont amenées, à l'extrémité côté sortie de la rainure de roulement y relative, sans secousse et avec un faible frottement, à la piste de renvoi suivante du manchon-cage. L'invention prévoit en outre que chaque rail de roulement est immobilisé en direction circonférencielle dans l'ouverture concernée du manchon-cage de façon que la rainure de roulement soit agencée avec, par rapport à la piste de guidage concernée des billes chargées, un déport de valeur déterminée en direction de la piste de guidage des billes non chargées de la rangée de billes concernée. Avec ce perfectionnement, le rail de roulement inséré dans l'ouverture y relative du manchon-cage prend, par rapport au guide de billes y relatif, une position périmétrique dans laquelle la ligne médiane du rail de roulement présente, par rapport à la ligne médiane de la piste de guidage y relative des billes chargées, un déport d'une valeur déterminée vers la piste de guidage y relative des billes non chargées. De cette manière, le jeu des billes chargées, entre l'épaulement extérieur de la rainure de roulement et une paroi que la piste de guidage longitudinale présente en direction périmétrique en vis-à-vis de cet épaulement extérieur, est relativement faible, cela aussi bien à l'entrée des billes dans cette piste de guidage qu'à leur sortie de cette piste. Les billes chargées sont alors, aux deux extrémités de la piste de guidage, successivement et en alignement, admises dans la piste de renvoi qui lui fait suite, et, respectivement, sorties de celle-ci. La valeur du déport que la rainure de roulement du rail de roulement présente, dans le sens périmétrique, par rapport à la piste de guidage des billes chargées ne peut, bien entendu, pas être supérieure à la moitié du jeu latéral des billes dans cette piste de guidage, sinon les billes -chargées seraient coincées, de manière dommageable, dans le sens périmétrique, entre l'épaulement extérieur de la rainure de roulement et la paroi opposée de la piste de guidage. Parmi les différents modes de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment que: - l'ampleur du déport que la rainure de roulement présente dans le sens périmétrique est de l'ordre de 0,02 fois le diamètre des billes; - dans le sens périmétrique, l'intervalle entre parois en vis-àvis de chaque piste de guidage des billes chargées est de l'ordre de 1,06 fois le diamètre des billes; - le centre du demi-cercle de chaque piste de renvoi est situé à distance, côté extrémité, de l'extrémité voisine de l'épaulement intérieur de la rainure de roulement du rail de roulement; la distance, côté extrémité, comprise entre le centre du demi-cercle de la piste de renvoi et l'extrémité voisine de l'épaulement intérieur de la rainure de roulement est de l'ordre de 0,2 fois le diamètre des billes; la section droite de la rainure de roulement de chaque rail de roulement est étroitement conformée au contour circulaire des billes de la rangée de billes y relative; - l'épaulement extérieur de la rainure de roulement de chaque rail de roulement s'étend sans discontinuité de l'une à l'autre des deux extrémités du rail de roulement; - le rail de roulement présente, sur sa face radialement tournée vers l'intérieur, une portion de surface qui recouvre, radialement par l'extérieur, la piste de guidage des billes non chargées et qui se raccorde progressivement aux deux surfaces terminales du rail de roulement; - ladite portion de surface du rail de roulement est aménagée en forme de segment de cylindre, avec une courbure dont le centre se trouve sur l'axe médian longitudinal du roulement à billes. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés, dont les figures représentent: - la figure 1, une coupe transversale d'un roulement à billes pour mouvement longitudinaux monté dans un corps de palier; - la figure 2, une vue en coupe longitudinale faite le long de la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3, une vue en perspective agrandie de l'un des rails de roulement du roulement à billes représenté sur les figures 1 et 2; - la figure 4, une vue partielle agrandie, en coupe transversale, de l'un des rails de roulement montés dans le manchon-cage du roulement à billes représenté sur les figures 1 et 2; et - la figure 5, une vue partielle en plan d'un rail de roulement, considéré dans la direction de la flèche B de la figure 4. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un roulement à billes pour mouvements longitudinaux, et la référence 2 désigne un corps de palier fixe. Des trous traversants 3 sont aménagés dans les deux pieds de ce corps de palier fixe. Ce corps de palier 2 est immobilisé sur une fondation ou sur un bâti de machine (non représenté), au moyen de vis à tête (non représentées) qui traversent les trous 3. Le roulement à billes 1 possède un manchon-cage 4 qui entoure un arbre cylindrique 5 (représenté en trait mixte sur les figures 1 et 2). Dans le cas présent, le manchon-cage est réalisé en une matière plastique élastique, par moulage par injection. Plusieurs guides 6 pour le guidage de billes sont formés et répartis sur le pourtour du manchon-cage 4. Une rangée sans fin de billes, 7, est disposée dans chaque guide 6. Chacun des guides 6 est constitué de deux pistes de guidage 8 et 9 dirigées longitudinalement, situées l'une à côté de l'autre sur le pourtour et mutuellement reliées, en leurs deux extrémités, à chaque fois par une piste de renvoi 10 en forme de demi-cercle. Les billes chargées 11 de chaque rangée de billes 7 roulent dans la piste de- guidage 8, et les billes non chargées 12 roulent dans les deux pistes de renvoi 10 et dans la piste de retour 9 qui y est raccordée. Les billes 11 et 12 sont en acier pour roulements à billes. Chaque guide 6 que le manchon-cage 4 comporte pour guider des billes est recouvert, radialement depuis l'extérieur, par un rail de roulement 13 supportant la charge, fait en acier trempé, qui prend appui dans un alésage du corps de palier 2. Le rail de roulement 13 est réalisé à partir d'ébauches qui ont été tronçonnées dans une barre d'acier. Lors de leur mise en place, les rails de roulement 13 sont enfoncés radialement, de l'extérieur vers l'intérieur, chacun dans une ouverture 14 du manchon-cage 4, de sorte que des saillants terminaux 15 de chaque rail de roulement 13 s'enclenchent chacun dans un partie en contre- dépouille 16 de la paroi opposée de l'ouverture 14, d'o il résulte que chacun des rails de roulement 13 se trouve maintenu, de manière imperdable, dans une ouverture 14 (figure 2). La paroi (dans le sens périmétrique du manchon-cage) de chaque ouverture 14 possède des reliefs-arrêtoirs 17 qui sont agencés côte-à-côte en direction longitudinale et qui coopèrent avec le bord longitudinal opposé 18 du rail de roulement 13 qu'ils maintiennent à une position déterminée par rapport à la piste de guidage 8 de la rangée de billes 7 y relative (figure 5). Sur son côté tourné radialement vers l'intérieur, chaque rail de roulement possède une surface médiane 19 avec une rainure de roulement longitudinale 20 dont la section droite est étroitement conformée au contour circulaire des billes 11, 12. Les billes chargées 11 de la rangée de billes concernée 7 roulent entre l'arbre 5 et la rainure de roulement 20 du rail de roulement 13 (figure 4). A chacune des deux extrémités longitudinales de la surface médiane 19 de la face du rail de roulement 13 tournée radialement vers l'extérieur se raccorde une surface terminale 21 qui recouvre, radialement par l'extérieur, la piste de renvoi 10 de la rangée de billes 7 et qui est parallèle à la surface plane du demi-cercle 22 de la piste de renvoi 19 et débouche dans le fond de la rainure de roulement 20, sans discontinuité sensible. La rainure de roulement 20 du rail de roulement 13 possède un épaulement extérieur 23 qui est tourné vers la piste de guidage y relative 9 des billes non chargées 12 et qui, par chacune de ses extrémités, se prolonge en direction longitudinale dans une surface terminale 21 de la face du rail de roulement 13 radialement tournée vers l'intérieur. Dans le cas présent, l'épaulement extérieur 23 s'étend en ligne droite de l'une à l'autre des deux extrémités du rail de roulement 13. La rainure de roulement 20 possède en outre un épaulement intérieur 24 qui, seulement dans la région de la piste de guidage y relative 8, est en vis-à-vis de l'épaulement extérieur 23 et qui, en ses deux extrémités, se raccorde à la surface terminale adjacente 21. C'est par rectification au moyen d'une meule profilée que la rainure de roulement 20 du rail de roulement 13 est soumise à un usinage de finition, sur toute sa longueur, en même temps que son épaulement intérieur 24 et son épaulement extérieur 23. Chaque rail de roulement 13 est immobilisé dans une ouverture 14 de façon que sa rainure de roulement 20 soit agencée avec, par rapport à la piste de guidage y relative 8, un déport 25, de valeur déterminée, en direction de la piste de guidage de la rangée de billes 7 concernée. Dans le présent exemple de réalisation, l'ampleur 25 de ce déport périmétrique est égale à 0,02 fois le diamètre des billes 11, 12. Les parois en vis-à- vis, 26 et 26A, de chaque piste de guidage 8 ont alors un intervalle mutuel périmétrique 27 qui est égal à 1,06 fois le diamètre des billes 11, 12 (figure 4). Il ressort de la figure 3 que le centre 28 du demi-cercle 22 de chaque piste de renvoi 10 est situé à une distance 29, côté extrémité, de l'extrémité voisine de l'épaulement intérieur 24. Dans le cas présent, cette distance est égale à 0,2 fois le diamètre des billes 11, 12. Sur son côté tourné vers l'intérieur, le rail de roulement 13 possède une portion de surface 31 qui recouvre, radialement par l'extérieur, la piste de guidage des billes non chargées 12 et qui se raccorde progressivement aux deux surfaces terminales 21 du rail de roulement 13. Cette portion de surface 31 est en forme de segment de cylindre et possède une courbure, de rayon R, dont le centre se trouve sur l'axe longitudinal 32 du palier à billes 1 (figure 4). Le roulement à billes pour mouvements longitudinaux décrit dans ce qui précède peut être réalisé de différentes manières dans le cadre de l'invention. Par exemple, il n'est pas nécessaire que le manchon-cage du roulement à billes soit à pourtour fermé. Bien au contraire, il peut être muni d'une fente continue en direction longitudinale, de sorte qu'il n'entoure l'arbre que partiellement. Les billes chargées de certaines rangées ou de chaque rangée de billes du manchon-cage peuvent aussi rouler dans une rainure de roulement aménagée dans l'arbre et dirigée longitudinalement. Ces billes transmettent alors non seulement des forces radiales mais aussi des efforts circonférenciels (couples) de l'arbre au corps de palier, par l'intermédiaire du rail de roulement concerné. En outre, il n'est pas absolument nécessaire que la surface du demicercle des pistes de renvoi du manchon-cage (et donc également la surface terminale par laquelle le rail de roulement recouvre par l'extérieur ces pistes de renvoi) soit réalisée plane. Cette surface peut aussi être dotée d'un tracé bombé radialement vers l'extérieur, en forme de segment de cylindre, la surface terminale y relative, qui lui est parallèle, du rail de roulement étant alors également réalisée en forme de segment de cylindre. REVENDICATIONS: 1. Roulement à billes pour mouvements longitudinaux entre un arbre et un corps de palier, comportant: un manchon-cage entourant au moins partiellement l'arbre et doté de pistes de guidage dirigées longitudinalement, agencées côte-à-côte sur le pourtour, pour guider les billes chargées et non chargées, et doté de guides de billes constitués par des pistes de renvoi à tracé semi-circulaire qui relient.ces pistes de guidage par paires entre elles, des rangées de billes sans fin étant guidées dans ces pistes; et des rails de roulement qui supportent la charge et sont montés chacun dans une ouverture radiale du manchon-cage, ces rails de roulement présentant, sur leur face radialement tournée vers l'intérieur, une surface médiane avec une rainure de roulement dirigée longitudinalement pour le roulement des billes chargées d'une rangée, et à chaque extrémité longitudinale de cette surface médiane une surface terminale qui recouvre, radialement par l'extérieur, la piste de renvoi de cette rangée de billes, caractérisé en ce que la rainure de roulement (20) de chaque rail de roulement (13) présente un épaulement extérieur (23) qui est tourné vers la piste de guidage y relative (9) des billes non chargées (12) et qui se prolonge en direction longitudinale dans chaque surface terminale (21) de la face du rail de roulement (13) tournée radialement vers l'intérieur, et présente un épaulement intérieur (24) qui n'est en vis-à-vis dudit épaulement extérieur que dans la région de la piste de guidage y relative (8), et qui, en ses deux extrémités, se raccorde à la surface terminale adjacente (21), laquelle (21) est agencée de manière à être parallèle à la surface du demi-cercle (22) de la piste de renvoi y relative (10) et à déboucher sans discontinuité dans le fond de la rainure de roulement (20). 2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rail de roulement (13) est immobilisé en direction circonférencielle dans l'ouverture concernée (14) du manchon-cage (4) de façon que la rainure de roulement (20) soit agencée avec, par rapport à la piste de guidage concernée (8) des billes chargées (11), un déport (25) de valeur déterminée en direction de la piste de guidage (9) des billes non chargées (12) de la rangée de billes concernée (7). 3. Roulement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ampleur (25) du déport que la rainure de roulement (20) présente dans le sens périmétrique est de l'ordre de 0,02 fois le diamètre des billes (11,12). - 4. Roulement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, dans le sens périmétrique, l'intervalle (27) entre parois en vis-à-vis (26, 26A) de chaque piste de guidage (8) des billes chargées (11) est de l'ordre de 1,06 fois le diamètre des billes (11,12). 5. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en -ce que le centre (28) du demi-cercle (22) de chaque piste de renvoi (10) est situé à distance (29), côté extrémité, de l'extrémité voisine (30) de l'épaulement intérieur (24) de la rainure de roulement (20) du rail de roulement (13). 6. Roulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la distance (29), côté extrémité, comprise entre le centre (28) du demi-cercle (22) de la piste de renvoi (10) et l'extrémité voisine (30) de l'épaulement intérieur (24) de la rainure de roulement (20) est de l'ordre de 0,2 fois le diamètre des billes (11,12). - 7. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section droite de la rainure de roulement (20) de chaque rail de roulement (13) est étroitement conformée au contour circulaire des billes (11,12) de la rangée (7) de billes y relative. 8. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaulement extérieur (23) de la rainure de roulement (20) de chaque rail de roulement (13) s'étend sans discontinuité de l'une à l'autre des deux extrémités du rail de roulement (13). 9. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rail de roulement (13) présente, sur sa face radialement tournée vers l'intérieur, une portion de surface (31) qui recouvre, radialement par l'extérieur, la piste de guidage (9) des billes non chargées (12) et qui se raccorde progressivement aux deux surfaces terminales (21) du rail de roulement (13). 10. - Roulement selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite portion de surface (31) du rail de roulement (13) est aménagée en forme de segment de cylindre, avec une courbure (de rayon R) dont le centre se trouve sur l'axe médian longitudinal (32) du roulement à billes.