Brevet FR2669087A1 — publié le 19920515

BAGUE EXTERIEURE DE PALIER DE ROUE La présente invention concerne une bague extérieure d'un palier de roue, cette bague présentant dans son alésage au moins une surface de portée concentrique à l'axe du palier et possédant une partie manchon dotée d'une surface périphérique et, succédant à celle-ci du côté extérieur, une partie bride s'étendant radialement vers l'extérieur et dotée d'une surface frontale du côté intérieur, la partie bride présentant, pour le vissage de vis de fixation, des trous axialement traversants qui sont filetés et débouchent directement dans une dépression radiale de la surface périphérique de la partie manchon. Une bague extérieure connue du type indiqué possède une partie bride avec des trous filetés, axialement traversants (brevet allemand DE- OS 3 708 600) Les trous filetés débouchent chacun dans une dépression radiale de la surface périphérique de la partie manchon Les trous filetés sont ainsi agencés sur un cercle primitif de diamètre relativement petit Le diamètre extérieur de la partie bride peut ainsi rester relativement petit, et il y a, entre la bague extérieure et la jante de la roue, une place suffisamment importante pour l'agencement d'éléments de frein. La bague extérieure connue présente toutefois cet inconvénient que des contraintes notables, par effet d'entaille, surviennent aussi bien sur les filets à arêtes vives des trous filetés que sur les transitions du fond des dépressions à la surface frontale de la partie bride Ces contraintes sont provoquées par les efforts de roue pendant la marche, avec sollicitation en flexion alternée correspondante de la bague extérieure A cela s'ajoute le fait que des contraintes dommageables, au sein de la matière, peuvent s'établir à l'occasion du traitement thermique, par exemple lors de la trempe des surfaces de roulement, dans les coins ou angles relativement aigus des dépressions de la bague extérieure connue. Enfin, les bords et coins des dépressions sont aussi sollicités par des contraintes de contact (contraintes de compression) des forces du palier, lesquelles se propagent de la surface de portée jusqu'au fond des dépressions, par l'intermédiaire de la paroi affaiblie de la partie manchon. Avec la bague extérieure connue, tout ceci conduit à la possibilité de formation de fissures de fatigue dommageables dans la bague extérieure, pendant le fonctionnement du palier de roue Ce risque est particulièrement important si la bague extérieure est fixée à une jante de roue d'un véhicule automobile par des vis de fixation, et se trouve donc chargée dynamiquement. L'invention a pour but de réaliser une bague extérieure du genre indiqué au début, de manière qu'en dépit de sa forme de réalisation ramassée, avec un petit diamètre, optimal, du cercle primitif des trous filetés de sa partie bride, présentera une résistance à la fatigue suffisamment élevée En outre, cette bague extérieure devra pouvoir être réalisée de manière particulièrement économique. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que chaque dépression de la partie manchon présente des contours qui, en coupe longitudinale, sont concaves et cintrés radialement vers l'intérieur et se raccordent à la surface frontale que la partie bride comporte du côté intérieur et à la surface périphérique de la partie manchon; est disposée sensiblement radialement au-dessus d'une surface de portée de la bague extérieure, dans un domaine de la surface périphérique de la partie manchon qui est adjacent à la surface frontale que la partie bride comporte côté intérieur; et est réalisée par un procédé de formage par roulage et/ou par refoulement, comprimant la matière de la bague extérieure en direction de la surface de portée. La bague extérieure selon l'invention possède, dans sa partie bride, des trous filetés dont les filets hélicoïdaux sont formés par taraudage traversant en direction axiale et peuvent être facilement nettoyés par élimination des copeaux par rinçage après le taraudage En outre, ces trous filetés débouchent dans leur extrémité côté intérieur, dans la dépression de la surface périphérique de la partie manchon de sorte que ces trous sont agencés sur un cercle primitif de petit diamètre optimal Le diamètre extérieur de la bride peut donc rester très petit, de sorte que la bague extérieure présente une forme ramassée. Chaque dépression de la bague extérieure selon l'invention possède notamment des contours qui, en coupe longitudinale, sont cintrés radialement vers l'intérieur de sorte que cette dépression présente, au moins en direction axiale, une surface de fond continue et progressive, sans discontinuité ni angle dommageable. A cela s'ajoute le fait que chaque dépression se trouve au-dessus d'une surface de portée de la bague extérieure et est aménagée par un procédé de formage par roulage et/ou par refoulement refoulant la matière de la bague extérieure La surface de portée concernée se trouve donc ainsi particulièrement renforcée quant à sa résistance aux endommagements, par exemple écaillage, par fatigue La surface de portée usinée- finie, par exemple par meulage, après aménagement des dépressions, est comprimée et peut recevoir des charges de portée particulièrement élevées En même temps, chaque dépression a pour effet de réduire ou supprimer les contraintes par effet d'entaille dans les filets à arêtes vives des trous filetés, et de réduire ou supprimer les pointes de contrainte de flexion dans le congé entre la surface frontale côté intérieur de la partie bride et la surface périphérique de la partie manchon La bague extérieure selon l'invention possède donc une résistance à la fatigue particulièrement élevée, bien qu'au voisinage de sa partie bride cette bague soit d'une épaisseur affaiblie par la ou les dépressions. Dans une forme de réalisation possible, la bague extérieure comporte, dans son alésage, une surface de portée côté extérieur et une surface de portée côté intérieur, et la ou les dépressions sont agencées au- dessus de la surface de portée située côté extérieur. L'avantage ainsi atteint est que la ou les dépressions ne sont situées qu'au-dessus de la surface de portée côté extérieur, plus fortement chargée en fonctionnement puisque raidie radialement par la partie bride. Chaque dépression peut présenter, en coupe longitudinale, un contour dont le maximum de profondeur se trouve au moins à proximité de lignes d'action de forces de la surface de portée de la bague extérieure. Il en résulte que la matière de la bague extérieure en- dessous de la surface de portée est particulièrement fortement comprimée et renforcée en un endroit qui est fortement chargé par les forces du palier, par exemple par les forces de contact de corps roulants Lors de la réalisation de la ou des dépressions, il est avantageux que l'outil de roulage et/ou le poinçon de compression soit déplacé et appuyé contre la bague extérieure, dans la direction des lignes d'action de force de la surface de portée côté extérieur. Il est en outre avantageux que la ou les dépressions pénètrent en plus dans la surface frontale que la partie bride comporte côté intérieur Ainsi, la dépression pénètre non seulement dans la surface périphérique de la partie manchon mais aussi dans la surface frontale côté intérieur de la partie bride On obtient ainsi une réduction supplémentaire des pointes de contrainte susceptibles d'être produites par les sollicitations de flexion de la partie bride pendant le fonctionnement du palier de roue. Le ou les contours en coupe longitudinale de chaque dépression ont sensiblement une configuration en forme de segment de cercle L'avantage ainsi obtenu est que les outils pour aménager la ou les dépressions de la bague extérieure peuvent avoir une forme particulièrement simple. Il est avantageux que, pour chaque trou fileté de la partie bride, une dépression délimitée sur la périphérie de la bague extérieure soit aménagée dans la surface périphérique de la partie manchon Les contraintes dangereuses par effet d'entaille, en premier lieu aux endroits des filets à arête vive des trous filetés de la partie bride, sont ainsi réduites. L'invention prévoit aussi qu'une seule dépression, périphérique et concentrique à l'axe du palier, peut être aménagée dans la surface périphérique de la partie manchon Il en résulte que la surface de roulement ou portée concernée de la bague extérieure est comprimée par l'aménagement d'une dépression périphérique, sur tout son pourtour, et est ainsi particulièrement insensible à l'écaillage par fatigue et/ou à l'usure par contact. Parmi les différents modes de réalisation possibles de la bague extérieure selon l'invention, on peut notamment citer: la réalisation par un procédé de forgeage, roulage et/ou refoulement à la presse; la fabrication en un acier pour roulements, du type Cr Mo 7, apte au traitement de trempe et revenu; et la trempe superficielle de la ou les surfaces de portée de la bague extérieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif, de deux formes de réalisation représentées sur les dessins Les figures représentent: la figure 1, une vue partielle en coupe longitudinale d'un roulement de roue doté d'une bague extérieure selon l'invention; la figure 2, une vue partielle en coupe le long de la ligne A-A de la figure 1; et la figure 3, une vue partielle en coupe longitudinale d'un roulement de roue avec une bague extérieure modifiée. Sur les figures l et 2, la référence l désigne une bague extérieure d'un palier de roue, tournant autour d'un axe de palier 2 Cette bague a été réalisée par un procédé de formage par roulage et/ou par refoulement, à partir d'un acier du type 100 Cr Mo 7 apte à la trempe et au revenu, pour roulements Le palier de roue est réalisé sous la forme d'un module se maintenant en condition assemblée En plus de la bague extérieure 1, ce module présente deux bagues intérieures 3 et, roulant entre la bague extérieure 1 et les deux bagues intérieures 3, des corps roulants coniques 4 et 5 répartis en une rangée côté extérieur et en une rangée côté intérieur Les deux bagues intérieures 3 sont maintenues ensemble par un anneau en tôle 6. Dans son alésage, la bague extérieure 1 possède une surface de portée conique côté extérieur 7 et une surface de portée conique côté intérieur 8 Les deux surfaces de portée 7, 8 s'étendent concentriquement à l'axe 2 du palier Les lignes d'action de force 9 de la surface de portée côté extérieur 7 et les lignes d'action de force 10 de la surface de portée côté intérieur 8 sont dirigées obliquement par rapport à l'axe 2 du palier, de manière telle qu'elles divergent radialement en direction de l'axe (agencement en 0). Les bagues intérieures 3 du palier de roue sont montées sur un tourillon cylindrique Il d'un essieu fixe 12 Ces bagues intérieures 3 sont arrêtées axialement sur le tourillon Il par un écrou 13 avec rondelle d'appui 14. La bague extérieure 1 possède une partie manchon avec une surface périphérique sensiblement cylindrique 16 et, s'y raccordant, une partie bride 17 s'étendant vers l'extérieur et présentant une surface frontale 18 côté extérieur et une surface frontale 19 côté intérieur. La partie bride 17 possède des trous filetés 20 qui sont axialement traversants et dans chacun desquels est vissée une vis de fixation 21 Les vis de fixation 21 fixent conjointement une jante de roue 22 et un couvercle ou enjoliveur 23 sur la surface frontale 18 que la partie bride 17 comporte côté extérieur Chaque vis de fixation 21 est arrêtée en rotation par une rondelle d'arrêt 24. La jante de roue 22 possède dans son alésage une surface de centrage cylindrique qui prend assise sur une surface cylindrique radialement extérieure 25 du bord de la partie bride 17. A l'extrémité libre, située côté intérieur, de la partie manchon 15 on a monté un anneau d'étanchéité 26 qui, par une lèvre d'étanchéité, glisse sur un rebord de guidage de rouleaux de la bague intérieure 3 située côté intérieur. En leur extrémité côté intérieur, les trous filetés 20 de la partie bride 17 débouchent directement chacun dans une dépression radiale 27 de la surface périphérique 16 de la partie manchon 15 Les dépressions 27 sont délimitées sur la périphérie de la bague extérieure 1 et sont donc aménagées dans la surface périphérique 16 en nombre correspondant à celui des trous filetés 20. Chaque dépression 27 possède des contours qui, en coupe longitudinale, sont concaves et cintrés radialement vers l'intérieur et se raccordent par un arrondi, sans discontinuité, à la surface périphérique 16 de la partie manchon Chaque dépression possède une surface de base d'allure concave aussi bien en direction circonférentielle qu'en direction axiale. Dans le cas présent, aux endroits des trous filetés 20, chaque dépression 27 pénètre dans la surface frontale 19 que la partie bride 17 comporte côté intérieur. Par ailleurs, chaque dépression 27 est disposée radialement au- dessus de la surface de portée 7 située côté extérieur Elle présente des contours qui, en coupe longitudinale, ont leurs profondeurs maximales 28 au moins à proximité des points o les lignes 9 d'action des forces traversent ces contours en coupe longitudinale. Toutes les dépressions 27 sont façonnées sans enlèvement de copeaux dans un domaine de la surface périphérique 16 de la partie bride 17 qui est adjacent à la surface frontale 19 de la partie bride 17 Ce f açonnage est notamment réalisé à l'aide d'un procédé de formage par roulage et/ou par refoulement, connu en soi, comprimant localement la matière de la bague extérieure 1 en direction de la surface de portée 7. Après ce formage, les deux surfaces de portée 7 et 8 ont été durcies superficiellement par un procédé par électro-induction et ont été rectifiées-finies. Sur la figure 3, on peut voir une variante de bague extérieure 29 d'un palier de roue pour un véhicule automobile Ce palier de roue est de construction analogue à celle du palier de roue représenté sur les figures 1 et 2 Il possède donc, en plus de la bague extérieure 29, les deux bagues intérieures 3 et des corps roulants coniques 4 et 5 roulant entre la bague extérieure 1 et les deux bagues intérieures 3. La bague extérieure 29 possède toutefois une unique dépression 30, périphérique, entourant concentriquement l'axe 2 du palier Cette dépression 30 possède en coupe longitudinale un contour 31 qui est constant sur la périphérie et qui est sensiblement en forme de segment de cercle Le segment de cercle du contour en coupe longitudinale 31 possède un rayon 32 dont le centre 33 est situé sur les lignes d'action de force 9 de la surface de portée 7 côté extérieur prolongées radialement vers l'extérieur Le contour en coupe longitudinale -31 possède ainsi un maximum de profondeur qui se situe au voisinage des points o les lignes d'action de force 9 traversent le contour en coupe longitudinale 31 C'est après le forgeage de la bague extérieure 29, et alors que celle-ci se trouve à l'état chaud ou froid, que la dépression périphérique est aménagée-terminée dans la surface périphérique 16 et dans la surface frontale 19 que la bague extérieure 29 comporte côté intérieur, cette dépression étant notamment aménagée par un procédé par roulage au moyen d'un outil de roulage connu en soi Le roulage a pour effet que la matière de la bague extérieure, laquelle peut être en acier pour cémentation, est comprimée en direction de la surface de portée 7 côté extérieur, de sorte qu'elle est ainsi renforcée quant à sa résistance à la fatigue aux endroits critiques. La surface de portée côté intérieur 8 est agencée à l'extrémité libre que la partie manchon 15 comporte côté intérieur Il en résulte que cette surface de portée n'est pas soutenue aussi rigidement par la partie bride 17 que l'est la surface de portée 7 Pour cette raison, en présence de charges impulsives très élevées de la roue, la surface de portée 8 peut céder quelque peu en direction radiale, de sorte qu'il n'est pas nécessaire que cette surface soit capable de recevoir complètement les pointes de telles impulsions de charge Il en résulte que dans de nombreux cas les exigences de résistance à la fatigue de la surface de portée 8 sont moins élevées comparativement à la surface de portée 7 Pour la surface de portée côté intérieur 8, il n'est pas absolument nécessaire qu'il y ait une compression de la matière comme dans le cas de la surface de portée côté extérieur 7. Les deux exemples de réalisation décrits plus haut peuvent être modifiés dans le cadre de l'invention, il pour ce qui est de leur conception-réalisation Au lieu de corps roulants coniques, on peut donc aussi monter des corps roulants coniques, en une ou deux rangées, dans l'alésage de la bague extérieure Côté bride, la surface de portée des corps roulants est alors de nouveau aménagée dans l'alésage de la bague extérieure, de manière telle que la ou les dépressions de la partie manchon soient agencées sensiblement radialement au- dessus de cette surface de portée. Dans certains cas exceptionnels, les surfaces de portée de la bague extérieure peuvent aussi être aménagées en tant que surfaces de palier de glissement qui coopèrent avec des surfaces conjuguées correspondantes du tourillon ou fusée de l'essieu de roue Les surfaces de la ou des dépressions de la bague extérieure peuvent en outre être écrouies par grenaillage ou par sablage après leur réalisation par un procédé de formage par roulage et/ou par refoulement. REVENDICATIONS 1 Bague extérieure d'un palier de roue, cette bague présentant dans son alésage au moins une surface de portée concentrique à l'axe du palier et possédant une partie manchon dotée d'une surface périphérique et, succédant à celle-ci du côté extérieur, une partie bride s'étendant radialement vers l'extérieur et dotée d'une surface frontale du côté intérieur, la partie bride présentant, pour le vissage de vis de fixation, des trous axialement traversants qui sont filetés et débouchent directement dans une dépression radiale de la surface périphérique de la partie manchon, caractérisée par le fait que chaque dépression ( 27, 30) de la partie manchon qui, en coupe longitudinale, sont concaves et cintrés radialement vers l'intérieur et se raccordent à la surface frontale ( 19) que la partie bride ( 17) comporte du côté intérieur et à la surface périphérique ( 16) de la partie manchon ; est disposée sensiblement radialement au-dessus d'une surface de portée ( 7, 8) de la bague extérieure ( 1, 29), dans un domaine de la surface périphérique ( 16) de la partie manchon ( 15) qui est adjacent à la surface frontale portée ( 7,8 >. 2 Bague extérieure selon la revendication 1, comportant, dans son alésage, une surface de portée côté extérieur et une surface de portée côté intérieur, caractérisée par le fait que la ou les dépressions ( 27, ) sont agencées au-dessus de la surface de portée ( 7) située côté extérieur. 3 Bague extérieure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que chaque dépression ( 27, 30) présente, en coupe longitudinale, un contour ( 31) dont le maximum de profondeur ( 28 > se trouve au moins à proximité de lignes d'action de forces ( 9) de la surface de portée . 4 Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la ou les dépressions ( 27, 30) pénètrent en plus dans la surface frontale ( 19) que la partie bride ( 17) comporte côté intérieur. Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le ou les contours en coupe longitudinale ( 31) de chaque dépression ( 27) ont sensiblement une configuration en forme de segment de cercle. 6 Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que, pour chaque trou fileté ( 20) de la partie bride ( 17), une dépression ( 27) délimitée sur la périphérie de la bague extérieure périphérique ( 16) de la partie manchon ( 15). 7 Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'une seule dépression ( 30), périphérique et concentrique à l'axe ( 2) du palier, est aménagée dans la surface périphérique 8 Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée par un procédé de forgeage, roulage et/ou refoulement à la presse. 9 Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est fabriquée en un acier pour roulements, du type 100 Cr Mo 7, apte au traitement de trempe et revenu. Bague extérieure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la ou les surfaces de portée extérieure ( 1, 29) sont trempées superficiellement.