Brevet FR2650353A1 — publié le 19910201

Cage pour palier à contact de roulement et palier équipé d'une telle cage. La présente invention a pour objet une cage annulaire monobloc destinée à être utilisée dans un palier à contact de roulement, en particulier un palier pour éléments de cycle, tel que palier à roue libre, palier de moyeu de roue ou de pédalier ou encore palier de colonne de direction de cycle. Les paliers à contact de roulement de ce type comportent généralement deux rangées d'éléments roulants, habituellement des billes, montés avec contact oblique entre des chemins de roulement aménagés sur des organes jouant le rôle de bagues extérieure et intbrieure, lesdits organes étant animés d'un mouvement de rotation relatif l'un par rapport à l'autre. Suivant les cas, les chemins de roulement extérieurs peuvent être aménagés sur un seul et meme organe ou sur deux organes distincts. Il en est de même pour les chemins de roulement intérieurs qui, dans le cas des moyeux de pédalier par exemple, peuvent être aménagés directement sur l'axe du pédalier. Bien que les chemins de roulement puissent être ainsi aménagés sur des éléments spécifiques au palier utilisé, on peut également mettre en oeuvre deux roulements à billes de type standard, généralement des roulements du type rigide à une seule rangée de billes. Dans tous les cas, les billes peuvent être jointives ou comporter une cage assurant un espace circonférentiel réduit entre les billes. Des dispositifs d'étanchéité peuvent être prévus et sont alors généralement rapportés sur les bagues du palier ou intégrés au roulement dans le cas de l'utilisation de roulements standards. Les dispositifs à billes jointives présentent un certain nombre d'inconvénients, dans la mesure où ils engendrent des frottements et des choc entre les billes. De plus, leur montage est délicat, du fait que rien ne retient les billes pendant les opérations d'assemblage. Les dispositifs d'étanchéité rapportés sur les bagues des paliers sont complexes, onéreux et délicats à réaliser,-du fait du peu de place dont on dispose généralement entre les bagues extérieure et intérieure, en particulier dans les paliers à contact de roulement pour éléments de cycles. On connaît par ailleurs, par le brevet français 2 229 566, une butée à billes pour une suspension du type c Pherson, dans laquelle les billes sont maintenues dans une cage comportant des lèves d'étanchéité dont la structure est telle qu'elles ne permettent ni une bonne étanchéité, ni un couple de frottement optimal, du fait de leur faible flexibilité. On retrouve les mêmes inconvénients dans le brevet français 2 389 036, dans lequel on cherche en outre, en augmentant la rigidité des lèvres d'étanchéité, à augmenter le frottement dans la suspension. La présente invention a pour objet la réalisation d'une cage de conception simple, permettant un assemblage aisé des billes et qui présente en outre des caractéristiques améliorées en ce qui concerne l'étanchéité, l'encombrement, le bruit de fonctionnement et le couple de frottement. L'invention a également pour objet un palier à contact de roulement équipé d'une telle cage et appliqué en particulier à des éléments de cycle, dans lesquels l'espace entre les organes intérieur et extérieur au voisinage des rangées de billes est de dimensions particulièrement réduites. La cage annulaire monobloc pour palier à contact de roulement selon l'invention, comprend d'un côté une couronne présentant une pluralité d'alvéoles adaptées pour recevoir et maintenir des billes et de l'autre côté une portion annulaire en saillie munie de moyens d'étanchéité. Selon l'invention, la portion en saillie présente une gorge annulaire profonde s'étendant depuis le bord extrême de la portion en saillie et sur la majeure partie de ladite portion en saillie. La gorge est pratiquée sensiblement dans la partie médiane de la portion en saillie, de façon à définir deux lèvres d'étanchéité flexibles dirigées vers l'extérieur du palier. Le profil externe de la portion en saillie présente avantageusement une épaisseur croissante vers l'extérieur du palier. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, adapté à un palier à contact de roulement oblique, la couronne présentant les alvéoles est disposée obliquement par rapport à la portion en saillie de la cage. La couronne munie desdites alvéoles peut présenter la forme d'un cylindre coaxial à l'axe de rotation de la cage ou d'un cône également coaxial à l'axe de rotation de la cage. La cage annulaire monobloc de l'invention est de préférence réalisée par moulage de matière plastique. Le palier à contact de roulement, en particulier pour éléments de cycle, selon l'invention, comprend au moins une rangée de billes, de préférence à contact oblique, entre des chemins de roulement aménagés respectivement sur un organe extérieur et un organe intérieur, les deux organes pouvant tourner l'un par rapport à l'autre. Les billes sont maintenues dans la cage annulaire monobloc de l'invention. Les lèvres flexibles de la cage annulaire de l'invention sont en contact respectif avec des surfaces de portée entraînées en rotation relative l'une par rapport à l'autre et faisant partie des organes extérieur et intérieur. Les dimensions des lèvres flexibles sont telles qu'elles soient légèrement précontraintes en direction radiale après leur montage entre les surfaces de portée précitées. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels la figure 7 est une vue en coupe partielle d'un palier à contact de roulement, selon l'invention, appliqué à un moyeu de roue libre de cycle; la figure 2 est une vue agrandie montrant en coupe la disposition de l'une des rangées de billes du palier de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle agrandie en perspective d'une des alvéoles de la cage annulaire monobloc de l'invention; la figure 4 est une vue en coupe de la cage utilisée dans le mode de réalisation de la figure 1, avant montage; la figure 5 est une vue en coupe analogue à la figure 4, d'une variante de réalisation de la cage ae l'invention;; la figure 6 est une vue en coupe analogue aux figures 4 et 5, d'une autre variante de la cage de l'invention; la figure 7 est une vue avec arrachement en coupe partielle d'un palier à contact de roulement selon l'invention, appliqué à un moyeu de roue de bicyclette; et la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un palier à contact de roulement selon l'invention, appliqué à un moyeu de pédalier de bicyclette. Tel qu'il est représenté sur la figure 1, le palier à contact de roulement, selon la présente invention, est utilisé dans un moyeu de roue libre de cycle. Un organe intérieur 1 est solidaire de la roue non représentée du cycle et peut entrer en rotation par rapport à un organe extérieur 2, solidaire du pignon de pédalier non représenté sur la figure. Entre ces deux éléments, est monté un dispositif de roue libre dont une came de coincement 3 est visible sur la figure, ce dispositif autorisant une rotation uniquement dans un sens de l'organe extérieur 2 par rapport à l'organe intérieur 1. Le palier à contact de roulement est constitué par deux rangées de billes 4 et 5, toutes deux à contact oblique. Les billes 4 sont montées entre un chemin de roulement 6 aménagé sur l'organe extérieur 2 et un chemin de roulement 7 aménagé sur l'organe intérieur 1. Les billes 5 sont, quant à elles, montées entre un chemin de roulement 8 aménagé sur l'organe extérieur 2 et un chemin de roulement 9 aménagé sur une bague intermédiaire 10 qui vient fermer l'ensemble du palier et qui est fixée par vissage sur une portion filetée 11 de l'organe intérieur 1. Les billes 4 et 5 sont montées respectivement dans une cage annulaire monobloc 12 dont la structure apparaît de manière plus nette sur la vue agrandie de la figure 2, à laquelle on se reportera. Comme on peut le voir sur la figure 2 et sur les figures 3 et 4, la cage 12 réalisée en une seule pièce par moulage d'une matière plastique synthétique, comprend d'un côté une couronne 13 annulaire, présentant une pluralité d'alvéoles 14, permettant la réception des billes 4, 5, ainsi que leur maintien en position. A cet effet, chaque alvéole 14 est délimitée par deux parois latérales 15,16 (figure 3) de forme et de profil internes adaptés à la forme sphérique des billes 4,5-. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 7 à 4, les alvéoles 14 débouchent à la fois axialement par rapport à la couronne 13 selon deux orifices 17,18 (figure 4) et radialement vers l'intérieur selon l'orifice 19. Du côté opposé aux alvéloles 14 par rapport à la couronne 13, la cage 12 présente une portion annulaire en saillie 20. Cette portion en saillie présente une gorge annulaire profonde 21 qui s'étend depuis le bord extrême 22 de la portion en saillie 20 et sur la majeure partie de ladite portion en saillie. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, la gorge annulaire s'étend sur plus des deux tiers de la longueur totale de la portion en saillie 20. La gorge 27 est pratiquée sensiblement dans la partie médiane de la portion en saillie 20. Do cette manière, se trouve définie de chaque côté de la gorge annulaire 21, une lèvre d'étanchéité flexible 23,24. Grâce à la profondeur importante de la gorge annulaire 21, les deux Ièvres d'étanchéité dirigées vers l'extérieur du palier présentent en effet une grande flexibilité en direction radiale. Par ailleurs, le profil externe de la portion en saillie 20 présente globalement une épaisseur croissante vers l'extérieur du palier, de sorte que les lèvres d'étanchéité 23,24 ont tendance à aller en s'écartant l'une de l'autre vers l'extérieur du palier. Dans ces conditions, lorsque les billes 4,5 introduites dans les alvéoles 14 des cages 12 sont montées dans le palier à contact de roulement, comme illustré sur la figure 2, les lèvres d'étanchéité flexibles 23,24 viennent frotter sur des portées respectives 25,26 de l'organe extérieur et de l'organe intérieur, avec une légère précontrainte radiale.On notera que, pour améliorer encore la souplesse et la flexibilité des lèvres d'étanchéité 23,24, la forme de la gorge 21 et celle de la portion en saillie 20 sont telles, que l'épaisseur des lèvres 23,24 va en diminuant vers l'extérieur du palier, comme on peut le voir sur les figures 2 et 4. Dans ce mode de réalisation particulièrement adapté à un palier à contact de roulement oblique, la couronne annulaire 13 munie des alvéoles 14 est disposée obliquement par rapport à la portion en saillie 20. En d'autres termes, la couronne 13 présente la forme générale d'un cône coaxial à l'axe du palier. Lorsque le palier est monté, comme illustré sur la figure 2, la couronne annulaire 13 munie des alvéoles 14 se trouve donc sensiblement perpendiculaire à l'axe qui joint les deux points de contact oblique de la bille 4 sur les chemins' de roulement respectifs 6 et 7. Au contraire, la portion en saillie 20 est de forme générale cylindrique coaxiale à l'axe du palier à contact de roulement, comme illustré sur la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, la cage annulaire monobloc 12 de l'invention permet, grâce à sa structure spécifique, d'obtenir d'une manière simple une excellente étanchéité et un excellent maintien des billes, et ce malgré le très faible espace raaial subsistant entre les portées 25 et 26 des organes extérieur et intérieur. Dans le-mode de réalisation illustré sur la figure 5 où les pièces identiques portent les mêmes références, la cage 27, adaptée à un palier à contact de roulement radial, présente une couronne munie d'alvéoles 14, l'ensemble de lâ cage 27 étant de forme générale cylindrique coaxiale à l'axe du palier. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6 où les pièces identiques portent les mêmes références, la cage annulaire 28 qui est de même forme générale que la cage 27 illustrée sur la figure 5, comporte des alvéoles 14 qui ne débouchent pas vers l'intérieur de la couronne et sont donc obturées par une portion de paroi 29, de sorte que les billes sont enveloppées par les alvéoles 14 sur toute une bande équatoriale. La cage annulaire de la présente invention peut être utilisée dans différentes applications, en particulier dans les paliers à contact de roulement pour éléments de cycle. La figure 7 montre une application à un moyeu de roue de bicyclette référencé 30 dans son ensemble. Chaque rangée de billes 4 à contact oblique est montée entre une bague intérieure 31 et une bague extérieure 32. La cage 12 a la même structure que dans le mode de réalisation. illustré sur les figures 1 à 4. La figure 8 illustre l'application de l'invention à un moyeu de pédalier de bicyclette, les deux rangées de billes 4,5 étant ici montées entre un chemin de roulement 34 usiné directement sur l'axe 35 et une bague de fermeture 36,37. Les cages 12 utilisées ont la même structure que sur les figure 1 à 4, bien qu'elles soient montées de manière inversée, c'est-àdire avec les lèves d'étanchéité placées radialement vers l'intérieur par rapport aux alvéoles 14. REVENDICATIONS 1. Cage annulaire monobloc pour palier à contact de roulement, comprenant d'un côté une couronne (13) présentant une pluralité d'alvéoles (14) adaptées pour recevoir et maintenir des billes (4,5) et de l'autre côté, une portion annulaire en saillie (20) munie de moyens d'étanchéité, caractérisée par le fait que la portion en saillie (20) présente une gorge annulaire profonde (21) s'étendant depuis le bord extrême (22) de la portion en saillie (20) et sur la majeure partie de ladite portion en saillie, ladite gorge (21) étant pratiquée sensiblement dans la partie médiane de la portion en saillie (20), de façon à définir deux lèvres d'étanchéité flexibles (23,24) dirigées vers l'extérieur du palier. 2. -Cage annulaire monobloc selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le profil externe de la portion t en saillie (20) présente une épaisseur croissante vers l'extérieur du palier. 3. Cage annulaire selon les revendications 1 ou 2, adaptée à un palier à contact de roulement oblique, caractérisée par le fait que la couronne (13) présentant lesdites alvéoles (14) est disposée obliquement par rapport à la portion en saillie (20) de la cage. 4. Cage annulaire monobloc selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la couronne (13) a la forme générale d'un cylindre coaxial à l'axe de rotation de la cage. 5. Cage annulaire monobloc selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la couronne (13) a la forme générale d'un cône coaxial à l'axe de rotation de la cage. 6. Cage annulaire monobloc selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée par moulage de matière plastique. 7. Palier à contact de roulement, en particulier palier pour élément de cycle, comprenant au moins une rangée de billes à contact oblique entre des chemins de roulement (6,7;8,9) aménagés respectivement sur un organe extérieur (2) et sur un organe intérieur (1), les deux organes (1,2) pouvant tourner l'un par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que les billes (4,5} sont maintenues dans une cage annulaire monobloc (12) telle que définie dans l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Palier à contact de roulement selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les lèvres flexibles (23,24) des cages (12) sont en contact respectif avec des -surfaces de portée (25,26) en mouvement de rotation relatif, des organes extérieur et intérieur et sont de dimensions telles qu'elles soient précontraintes radialement.