Brevet FR2628802A1 — publié le 19890922

Cette invention concerne les roulements possédant une cage avec des éléments roulants. Plus particulièrement, l'objet de l'invention est un ensemble formé d'une cage et d'éléments roulants et dont La cage présente un profil extérieur qui améliore la lubri- fication de la cage. Les roulements classiques de ce type comportent une bague intérieure, une bague extérieure, une cage et un certain nombre d'éléments roulants situés dans les ouvertures ou poches de la cage entre les bagues intérieure et extérieure. Le profil typique de la cage d'un tel roulement est généralement carré ou rectangulaire et les côtés des parties transversales ou traverses de la cage sont, en règle générale, perpendiculaires à la surface extérieure de la cage. Habituellement, cette surface extérieure est plane, de - manière à former un ajustement tournant affleuré entre la surface extérieure de la cage et la piste de roulement extérieure. Des exemples de ce type de profil de cage peuvent être trouvés dans le brevet des E.U.A. n 2 933 803 pour "Method of Producing Cages For Roller Bearings And More Particularly For Needle Roller Bearings" délivré le 26 avril 1960 au nom de Georg Shaeffler et dans le brevet des E.U.A n 3 114 960 pour "Method of Manufacturing Metal Cages for Needle Bearings" délivré le 24 décembre 1963 au nom de Giacomo Einaudi. D'autres cages de l'art antérieur présentent ces profils avec des surfaces extérieures non droites sur les traverses de la cage. Des exemples de cages de ce type peuvent être trouvés notam- ment dans les brevets des E.U.A n 3 582 165 pour "Cage-And-Roller Combination" et 3 626 565 pour "Cage and Roller Method", délivrés tous deux au nom de Hans W. Koch, respectivement le 1er juin 1971 et le 14 décembre 1971, ainsi que dans le brevet des o E.U.A n 3 675 292 pour "Method For Making A Roller Bearing Retainer", délivré au nom de James L. Vannest le 11 juillet 1972. L'un des problèmes posés par les cages de ce type est l'absence de lubrification adéquate entre la piste de roulement extérieure et la surface extérieure de la cage. Les profils exté- rieurs de certaines cages sont tels que les lubrifiants sont enlevés par raclage d'un point particulier sur la piste de roule- ment extérieure, par le bord avant des traverses de la cage, avant que le reste de La surface extérieure de la cage passe par ce point de la piste extérieure. Il en résulte un frottement accru, un plus important développement de chaleur et la diminution de la durée du roulement. La présente invention apporte un profil extérieur pour une cage de roulement, qui assure une lubrification supérieure à tous les dispositifs de l'art antérieur décrits dans ce qui précède. Décrit sommairement, un roulement selon l'invention com- prend une cage avec de multiples traverses qui sont concentriques à l'axe longitudinal du roulement et sont réunies à leurs extrémités par deux cercles. Les traverses et les cercles définissent un grand nombre de poches destinées à recevoir chacune un élément roulant et à le retenir dans les deux directions radiales. Les parties extrêmes de chaque traverse, voisines des cercles, forment des surélévations sur la surface extérieure pour constituer des portées par lesquelles la cage glisse sur la piste de roulement extérieure. Les bords extérieurs de ces portées sont refoulés dans la direction circonférentielle, ce qui donne un profil extérieur qui a tendance à "écoper" ou à forcer le lubrifiant dans l'espace entre la surface extérieure des portées et la piste extérieure. Cet effet de coin hydrodynamique augmente la pression du lubrifiant à des valeurs supérieures à la normale, ce qui accroît l'action lubrifiante sur les surfaces concernées. L'invention est appliquable de façon particulièrement avantageuse aux roulements pour bielles de moteurs à combustion interne. Plus spécifiquement encore, son application est particulièrement intéressante dans un moteur à deux temps o un mélange finement pulvérisé de carburant et d'huile assure la fonction de graissage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation partielle, en direction axiale, d'une cage et d'éléments roulants selon l'inven- tion; - la figure 2 est une vue en élévation en direction radiale de La cage de L'ensemble représenté sur La figure 1, montrant la surface extérieure de la cage; - La figure 3 est une vue en perspective partielle et à plus grande échelle de la cage montrée par la figure 2; - la figure 4 est une vue partielle à plus grande échelle encore de la seule cage, prise radialement vers l'intérieur et montrant la surface extérieure de la cage, comme sur la figure 2; - la figure 5 est une coupe prise suivant la ligne 5-5 de la figure 4 de cette même cage; - la figure 6 est une coupe semblable à celle de la figure 5, mais montrant en plus une bague intérieure et une bague extérieure, ceci afin d'illustrer les positions relatives des différentes parties d'un tel roulement; et - la figure 7 est une vue en coupe du roulement de la figure 6, prise suivant la ligne 7-7, la vue étant prise en direc- tion axiale. La figure 1 représente un ensemble 10, constituant en lui-même un roulement, comprenant un certain nombre de rouleaux 20, possédant- des surfaces d'extrémité 22 et des surfaces circonféren- tielles ou latérales extérieures 24, ainsi qu'une cage 30. Comme représenté sur les figures 2 à 5, la cage 30 est formée de différents éléments et notamment de traverses 32, de deux cercles 34 et de poches 36 définies entre les traverses 32 et les cercles 34. La cage 30 possède plusieurs surfaces importantes, notamment les faces extérieures 38 des parties médianes des traverses, des portées 40 formées sur les traverses, les surfaces extérieures 42 des cercles, les faces latérales 44 des traverses et la surface intérieure 46 de la cage. La cage 30 est de préférence construite en deux parties, constituant deux moitiés identiques. Chaque poche 36 est dimensionnée pour contenir un rouleau avec jeu. Les faces latérales 44 des traverses situées de part et d'autre de la poche 36, sont conformées pour, en combinaison avec les portées 40 et La surface intérieure 46 de La cage, retenir le rouleau 20, c'est-à-dire pour l'empêcher de sortir radialement de la poche 36, soit vers l'extérieur, soit vers l'intérieur. Les cercles 34 limitent le mouvement du rouleau en direction axiale. L'ensembLe 10 peut ainsi être retiré à l'ét.at complet de son emplacement normaL pendant le fonctionnement, par exemple dans une bieLLe, sans que les rouleaux tombent de la cage. L'ensemble 10 forme une unité ou roulement entièrement autonome. Les figures 6 et 7 montrent clairement la configuration des surfaces 40, 42, 44 et 46 pour faire ressortir de quelle manière la cage 30 retient les rouleaux 20 dans les poches 36 et aussi pour illustrer les moyens de lubrification apportés par l'invention et qui seront décrits plus en détail dans ce qui va suivre. Les deux portées 40 de chaque traverse sont façonnées, notamment par refoulement, pour être flanquées chacune de deux rampes 48. Les portées 40 glissent sur la bague extérieure 50, présentant une piste de roulement extérieure 52. La surface intérieure 46 de la cage est située près d'une bague intérieure 54, présentant une piste de roulement intérieure 56. Les portées 40 ont un plus grand diamètre que les faces extérieures 38 des parties médianes des traverses et que les surfaces extérieures 42 des cercles (voir les figures 5 et 6), ceci afin de laisser suffisam- ment de jeu pour les surfaces 42 dans des applications particu- lières o la piste extérieure 52 présente des irrégularités qui pourraient entrer en contact avec les surfaces 42, ce qui augmen- terait le frottement entre la piste 52 et l'ensemble 10. Le processus de refoulement, ou un autre processus de façonnage des parties radialement extérieures des traverses 38, a produit des saillies circonférentielles, de sorte que les rampes 48 avancent davantage dans les deux poches 36 voisines. Ce prolonge- ment des rampes 48 a donné naissance à des arêtes 58 et contribue à doter les faces latérales 44 des traverses d'un profil légèrement concave en section (voir la figure 7), lequel correspond mieux au profil sphérique convexe, en section, des rouleaux 20, de sorte que le mouvement radial de ceux-ci est limité à la fois vers l'inté- rieur et vers l'extérieur. La particularité la plus importante de la structure de cage selon l'invention est la proximité des portées 40 des traverses par rapport à la piste extérieure 52. Les portées 40 glissent ou planent virtuellement sur la piste extérieure 52, conjointement avec le roulement sur elle des rouleaux 20. Les por- tées sont seulement séparées de la piste 52 par un film très mince de lubrifiant sous pression (non représenté). Lorsque les portées 40 sont situées à peu de chose près à la même distance radiale du centre du roulement que les parties radialement extérieures des surfaces latérales des rouleaux 20, les arêtes 58 contribuent à la formation d'un excellent film lubrifiant entre la piste extérieure 52 et les portées 40 en faisant pénétrer le lubrifiant à la façon d'entonnoirs dans l'espace compris entre la piste extérieure 52 et les rampes 48. Le lubrifiant peut être n'importe quel fluide adéquat, tel qu'un liquide ou un lubrifiant gazeux/vaporeux. Dans un moteur à deux temps par exemple, la fonction de lubrification est assurée par un mélange de carburant et d'huile. Ce mélange carburant/huile est pulvérisé finement à proximité du roulement de bielle, si bien que le lubrifiant est un brouillard très fin. Ce brouillard est en fait un fluide formé d'un mélange de particules liquides et de vapeur. L'effet d'entonnoir ou d'écopage provoque une mise sous pression du lubrifiant à son passage sur l'arête 58 en direction de la portée 40 le long de la rampe 48. L'effet de coin hydrodynamique, ainsi obtenu, produit un film lubrifiant présentant une pression relativement élevée entre la piste de roulement extérieure 52 et les portées 40, ce qui réduit l'usure du roulement à un minimum et améliore ainsi les performances de l'organe associé, c'est-à-dire d'une bielle par exemple. Ainsi qu'iL ressort des dessins et de ce qui précède, les rouleaux 20, ou d'autres éléments roulants, sont concentriques à la piste extérieure 52 et les rampes 48 s'étendent axialement de part et d'autre de chaque portée 40, chaque rampe étant formée à la jonction d'une portée et l'une des faces latérales 44 d'une traverse et chaque rampe formant un angle avec la tangente à la portée à laquelle elle est coordonnée. Parmi d'autres modifications possibles du mode de réali- sation préféré de l'invention, on peut utiliser aussi des traverses dont la surface extérieure a été façonnée autrement que par refou- lement. Par exemple, des surfaces usinées correspondant aux rampes 48 pourraient être aussi efficaces pour améliorer la lubrification. Une autre modification possible est le changement du nombre de parties composant la cage 30. Bien que le mode de réalisation préféré utilise une construction en deux parties, la cage pourrait être faite aussi d'une seule pièce sous forme d'un anneau fermé, d'une pièce sous forme d'un anneau fendu, de trois pièces ou de n'importe quel autre nombre de pièces dont t'assemblage convenable procure une cage de 360 . D'autres modifications possibles et avantages de la présente invention seront évidents à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Ensemble formé d'une cage annulaire (30) et de rouleaux (20) ou d'autres éléments roulants, circulant concentriquement et radialement à l'intérieur d'une piste de roulement extérieure (52) et lubrifiés par un fluide lubrifiant, dans lequel la cage (30) est constituée de parties transversales ou traverses (32) et de deux cercles (34), chaque traverse présentant une partie médiane avec une face extérieure (38), au moins une portée (40), deux faces latérales (44) et deux extrémités, chacune des extrémités étant réunies à l'un des cercles (34), lesquels présentent des surfaces extérieures (42), les cercles (34) et les traverses (32) définis- sant des ouvertures ou poches (36) dimensionnées pour recevoir chacune un rouleau (20), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (40, 48, 58) pour à la fois limiter le mouvement radial des rouleaux (20) et augmenter la pression du lubrifiant, de manière à améliorer la lubrification entre la piste de roulement extérieure (52) et les surfaces extérieures (42, 40) des cercles (34) et des traverses (32). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour Limiter le mouvement radial et augmenter la pression du lubrifiant, sont constitués par des portées (40) des traverses (32), portées qui sont situées radialement plus,à l'exté- rieur que les faces extérieures (38) des parties médianes des traverses et les surfaces extérieures (42) des cercles (34), de manière que les portées (40) puissent glisser sur la piste de rou- lement extérieure (52), ainsi que par des rampes (48) s'étendant axialement de part et d'autre de chacune des portées (40) des traverses, chaque rampe étant formée à la jonction d'une portée et l'une des deux faces latérales (44) d'une traverse et chaque rampe formant un angle avec La tangente à la portée (40) à laquelle elle est coordonnée et s'étendant circonférentiellement à l'intérieur de la poche (36) adjacente à partir de la portée en question, de manière à limiter le mouvement radialement vers L'extérieur du rouleau (20) retenu dans cette poche, l'orientation des rampes (48) produisant un effet d'écopage de lubrifiant et d'augmentation de la pression du Lubrifiant entre Les portées (40) et La piste exté- rieure (52). 3. EnsembLe seLon La revendication 2, caractérisé en ce que Les rampes (48) sont formées par un processus de refouLement. 4. Ensemble seLon La revendication 2, caractérisé en ce que Les rampes (48) sont formées par un processus d'usinage.