Brevet FR2688842A1 — publié le 19930924

La présente invention concerne une roue libre à éléments de serrage, comprenant une bague de roulement externe et une bague de roulement interne avec des sur- faces de serrage globalement cylindriques et concen- triques l'une à l'autre, et entre lesquelles des éléments de serrage, suspendus de manière basculante, sont guidés dans une cage. De telles roues libres à cage sont décrites par exemple dans le document DE-PS 12 51 596 La fabrica- tion des éléments de serrage implique de nécessaires opé- rations d'usinage, c'est-à-dire, fabrication d'une barre profilée à partir d'un matériau étiré, découpage des élé- ments individuels de serrage, durcissage des éléments de serrage découpés et ébavurage des éléments de serrage durcis par vibro-rectification De tels éléments de ser- rage présentent du fait de leur procédé de fabrication une sorte de forme de coussin, ce qui signifie qu'ils ont une surface de serrage incurvée faiblement vers l'intérieur qui, dans le cas de fonctionnement avec des pistes de roulement cylindriques de bagues interne et ex- terne, mène à un appui sur les arêtes En raison de la contrainte de compression plus élevée dans la région de l'arête de la piste de serrage, il s'y produit des éclats Ces éclats des arêtes constituent des points faibles qui favorisent la détérioration ultérieure des éléments de serrage et peuvent conduire à la rupture im- médiate des éléments de serrage et, par conséquent, à la défaillance fonctionnelle de la roue libre Dans l'état engagé, l'appui sur les arêtes diminue la durée de vie possible de la roue libre à éléments de serrage et, en marche à vide, il se produit dans la région des arêtes, une augmentation de friction et donc d'usure. Dans le cas de roulements à galets ou de roues libres à rouleaux de serrage, on a déjà essayé de préve- nir ou bien de limiter de telles surcharges par arrondis- sage ou chanfreinage des arêtes des galets ou des rou- leaux de serrage, en conservant la forme cylindrique de la partie centrale Or, compte tenu du coût important qui résulte de cette opération, on n'effectue pas un tel pro- filage pour des éléments de serrage de roues libres. L'invention a pour but d'augmenter la durée de vie d'une roue libre à éléments de serrage et d'en assu- rer sa fabrication d'une manière économique. A cet effet, l'invention propose une roue libre à éléments de serrage du type précité et qui est caractérisée en ce que la partie centrale des surfaces de serrage de la bague de roulement externe et/ou interne a un diamètre inférieur et/ou supérieur à celui de leurs extrémités. Par un tel profilage des surfaces de serrage, on obtient une réduction de la charge spécifique appli- quée sur les arêtes des éléments de serrage Une compres- sion nuisible des arêtes peut ainsi être évitée car, en raison du profilage selon l'invention, des contraintes de pointe dans la région des arêtes se trouvent diminuées. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, on conforme la surface de serrage de la bague de roulement interne de telle façon que la partie centrale de la surface de serrage reste cylindrique et que la région des arêtes présente un profil tombant, c'est-à-dire que la partie centrale de la surface de ser- rage présente le plus grand diamètre Ceci s'explique par le fait qu'en comparaison avec la bague externe, la bague interne, en raison de son plus petit diamètre, a une plus petite surface périphérique et qu'elle est soumise, par conséquent, à une charge spécifique plus importante de sorte qu'elle est nettement plus sujette à la fatigue que la bague externe Etant donné que pour respecter les to- lérances requises et pour obtenir une bonne qualité de surface, la bague interne doit être polie de toute façon, ce n'est qu'une toute petite dépense supplémentaire qu'il faut pour réaliser un profil tombant déterminé dans la région des arêtes. Selon différents exemples de réalisation, la surface de serrage de la bague interne est limitée en di- rection axiale par deux rebords, par un rebord et une plaque d'arrêt ou bien, par deux plaques d'arrêt. Une autre possibilité de guidage axial de la cage et des éléments de serrage vis-à-vis de la surface de serrage profilée consiste à employer une cage encli- quetable qui est guidée dans une rainure annulaire de la bague interne Ce guidage axial précis des éléments de serrage ou de la cage étant indispensable pour obtenir l'effet souhaité d'une charge uniforme de contact entre élément de serrage et surface de serrage. Selon une autre variante de l'invention, la roue libre à éléments de serrage peut être conformée avec un arbre qui sert de bague de roulement interne Dans ce cas, la surface de serrage de l'arbre est conformée de telle manière que sa partie centrale reste cylindrique, alors que la région des arêtes a un profil tombant, c'est-à-dire que la partie centrale de la surface de ser- rage présente le plus grand diamètre Une telle concep- tion d'une roue libre à éléments de serrage permet d'obtenir une construction à encombrement radial particu- lièrement réduit De même, il est également possible de conformer la surface de serrage d'un moyeu, par exemple d'une roue dentée, de telle sorte qu'elle soit également bombée. Avantageusement, la surface de serrage de l'arbre-est limitée en direction axiale par une plaque d'arrêt et par un épaulement prévu sur l'arbre, ou par deux plaques d'arrêt Ce guidage axial des éléments de serrage et de la cage guidée par des éléments de serrage sur l'arbre à profil bombé assure la charge de contact uniforme souhaitée. Les réalisations de l'invention décrites jusqu'ici se limitent aux cas de contraintes d'arêtes sous une charge hertzienne symétrique Cependant, on ren- contre souvent le cas o les bagues interne et/ou externe d'une roue libre à éléments de serrage fléchissent radia- lement d'une façon différente, et elles sont soumises de ce fait à une charge radiale différente Ce fléchissement radial non-uniforme des bagues de roulement est provoqué par les différences dans leurs épaisseurs de paroi ou par un effet de support de matériau adjacent. Pour obtenir une charge radiale uniforme, c'est-à-dire, une pression hertzienne uniforme sur -la ré- gion entière de contact entre surfaces de serrage et élé- ments de serrage, les surfaces de serrage de la bague ex- terne et/ou interne présentent, dans la région des arêtes ayant la plus grande rigidité, un diamètre qui est supé- rieur et/ou inférieur à celui des autres parties des sur- faces de serrage. Dans ce cas également, on obtient par le pro- filage unilatéral des surfaces de serrage, qu'en cet en- droit, la charge spécifique élevée sur les arêtes des éléments de serrage est réduite, car ces derniers ne viennent pas en contact avec les parties correspondantes des surfaces de serrage. Enfin, dans une autre forme de réalisation de l'invention, les surfaces de serrage des bagues de roule- ment ont un profil linéaire, bombé ou logarithmique La forme optimum du profil des surfaces de serrage peut être déterminée, en fonction du type d'élément de serrage et de la charge régnante en fonctionnement, tant par le cal- cul qu'expérimentalement par des essais d'enfoncement avec l'élément de serrage sur un coussin fait du même ma- tériau que la piste de roulement, et par mesure subsé- quente de l'empreinte. D'autres avantages, caractéristiques et dé- tails de l'invention ressortiront de la description ex- plicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage avec guidage axial des élé- ments de serrage par deux rebords, la figure 2 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage avec guidage axial des élé- ments de serrage par un rebord et une plaque d'arrêt. la figure 3 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage avec guidage axial des élé- ments de serrage par deux plaques d'arrêt, la figure 4 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage avec guidage axial des élé- ments de serrage par une cage encliquetable, la figure 5 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage dans laquelle un arbre est employé en tant que piste de roulement intérieure, avec guidage axial des éléments de serrage par un épaulement et une plaque d'arrêt, la figure 6 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage dans laquelle un arbre est employé en tant que piste de roulement intérieure, avec guidage axial des éléments de serrage par deux plaques d'arrêt, la figure 7 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage avec profilage unilatéral de la surface de serrage de la bague de roulement externe, et la figure 8 est une vue en coupe d'une roue libre à éléments de serrage avec profilage unilatéral de la surface de serrage de la bague de roulement interne. La roue libre à éléments de serrage selon la figure 1 comprend essentiellement une bague de roulement externe 1 avec sa surface de serrage 7, une bague de rou- lement interne 2 avec une surface de serrage 8, et des éléments de serrage 5 qui sont agencés entre les surfaces de serrage 7 et 8 La surface de serrage 7 de la bague de roulement externe 1 est munie d'une surface périphérique cylindrique s'étendant sur la largeur entière des élé- ments de serrage 5, c'est-à-dire que la bague de roule- ment externe 1 possède un diamètre constant sur sa lar- geur entière Au contraire, la surface de serrage 8 de la bague de roulement interne 2 est bombée de telle façon que sa partie centrale présente le plus grand diamètre et que la région des arêtes présente un profil défini tom- bant, ce qui veut dire que la partie centrale de la sur- face de serrage 8 reste cylindrique Dans ces conditions, les éléments de serrage 5 roulent d'un côté sur la sur- face cylindrique de serrage 7 de la bague de roulement externe 1 et, de l'autre côté, sur la partie centrale cy- lindrique de la surface de serrage 8 de la bague de rou- lement interne 2. Le guidage des éléments de serrage 5 s'effectue par une cage 6 En plus de la convexité préci- tée de la surface de serrage 8, il faut encore, pour ob- tenir une charge uniforme de contact souhaitée, un gui- dage axial des éléments de serrage 5 Comme on peut le voir sur la figure 1, la limitation du mouvement latéral des éléments de serrage 5 est obtenue par des rebords 3,4 de la bague de roulement interne 2 Cette figure 1 montre également qu'il est prévu une mobilité axiale entre les éléments de serrage 5 et la bague de roulement externe 1 pour la compensation de tolérances et de dilatations thermiques différentes de l'arbre et du boîtier. La roue libre à éléments de serrage représen- tée aux figures 2 et 3 se distingue de celle représentée à la figure 1 seulement en ce qui concerne la limitation axiale de la surface de serrage 8 Alors que selon la fi- gure 2, la limitation de la surface de serrage 8 se fait par le rebord 4 et par une plaque d'arrêt 9, selon la fi- gure 3, on utilise les plaques d'arrêt 9 et 10 pour la limitation de la surface de serrage 8. Dans le cas de la roue libre à éléments de serrage représentée à la figure 4, le guidage axial né- cessaire pour obtenir une charge uniforme de contact entre élément de serrage 5 et surface de serrage 8 est obtenu par la cage 6 en forme d'une cage encliquetable qui est guidée dans une rainure annulaire 13 de la bague de roulement interne 2. La roue libre à éléments de serrage représen- tée aux figures 5 et 6 comprend la bague de roulement ex- terne 1 à surface de serrage cylindrique 7 et un arbre Il servant de bague de roulement interne avec la surface de serrage bombée 8 Dans ce cas également, la surface de serrage 8 est conformée de telle sorte que sa partie cen- trale reste cylindrique, alors qu'en direction de la ré- gion des arêtes des éléments de serrage 5, elle présente un profil tombant Selon la figure 5, la surface de ser- rage 8 est décalée vers l'axe central de l'arbre 11, de sorte que le mouvement axial des éléments de serrage 5 est limité par un épaulement 12 de l'arbre 11 et par la plaque d'arrêt 9. Selon la figure 6, l'arbre 11 présente une augmentation de diamètre dans la région des éléments de serrage 5, de sorte que la surface de serrage 8 fait saillie en direction radiale par rapport au reste de l'arbre 11 Dans ce cas, la limitation axiale de la sur- face de serrage 8 se fait à l'aide des plaques d'arrêt 9 et 10. La roue libre à éléments de serrage représen- tée à la figure 7 comprend une bague de roulement externe 1 qui est munie d'un rebord 4 Du côté opposé, le jeu de mouvement de l'élément de serrage 5 est limité en direc- tion axiale par une plaque d'arrêt 9. Du fait du raccord unilatéral du rebord 4 à la bague de roulement externe 1, celle-ci présente une rigi- dité variable dans la direction axiale Cette rigidité35 est la plus grande au voisinage direct du rebord 4 et di- minue en direction de la plaque d'arrêt 9 Cette rigidité 8 variable mène à un élargissement non-uniforme de la bague de roulement 1 en direction radiale, de sorte qu'une pression hertzienne différente se produit à travers la section droite sous charge Cette pression hertzienne a 5 sa plus grande valeur à l'endroit o la bague de roule- ment externe 1 présente sa déformation mécanique la plus faible, c'est-à-dire, au voisinage direct du rebord 4. Pour cette raison, la surface de serrage 7 de la bague de roulement externe 1 est dotée d'un plus grand diamètre dans la région d'arête ayant la plus grande ri- gidité, tandis qu'en direction axiale, en regardant vers la droite, le diamètre de la surface de serrage 7 conserve une valeur constante De cette manière, on as- sure une charge radiale uniforme sur la surface entière de contact entre l'élément de serrage 5 et la surface de serrage 7. Au contraire de la figure 7, la roue libre à éléments de serrage représentée à la figure 8 se caracté- rise par le fait que la bague de roulement interne 2, en regardant en direction axiale, présente une section droite affaiblie de sorte que, sous charge, il se produit une dilatation différente et donc une pression hertzienne différente Celle-ci a sa plus grande valeur à l'endroit o la bague de roulement interne 2 présente sa plus grande section de matériau et par conséquent, seulement une déformation mécanique faible. Pour cette raison, la bague de roulement in- terne 2 est pourvue en cet endroit d'un profil selon l'invention, de sorte que sa surface de serrage 8 a un diamètre réduit alors que les autres parties de la sur- face de serrage 8 ont un diamètre constant. L'invention vise à éviter des surcharges dans les régions des arêtes des bagues de roulement 1 et/ou 2 par un profilage de leurs surfaces de serrage 7 et/ou 8. Pour des raisons de fabrication, il est avantageux de profiler les surfaces de serrage; il reste, cependant, 9 des possibilités, éventuellement en raison de procédés d'usinage améliorés, de profiler seulement les éléments de serrage dans la région des arêtes, ou bien, de profi- ler tant les pistes de serrage que les éléments de ser-5 rage dans les régions des arêtes. Il faudrait alors chanfreiner les surfaces de contact des éléments de serrage dans la région des arêtes ou conformer lesdites surfaces avec un profil bombé dans ladite région de contact. REVENDICATIONS 1 Roue libre à éléments de serrage comprenant une bague de roulement externe ( 1) et une bague de roule- ment interne ( 2) avec des surfaces de serrage ( 7,8) cy- lindriques et concentriques l'une à l'autre entre les- quelles des éléments de serrage ( 5), suspendus de manière basculante, sont guidés dans une cage ( 6), caractérisée en ce que la partie centrale des surfaces de serrage ( 7,8) de la bague de roulement externe ( 1) et/ou interne ( 2) a un diamètre inférieur et/ou supérieur à celui de leurs extrémités. 2 Roue libre à éléments de serrage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de serrage ( 8) de la bague de roulement interne ( 2) est li- mitée par deux rebords ( 3,4). 3 Roue libre à éléments de serrage selon la revendications 1, caractérisée en ce que la surface de serrage ( 8) de la bague de roulement interne ( 2) est li- mitée par un rebord ( 4) et par une plaque d'arrêt ( 9). 4 Roue libre à éléments de serrage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de serrage ( 8) de la bague de roulement interne ( 2) est li- mitée par deux plaques d'arrêt ( 9,10). Roue libre à éléments de serrage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cage ( 6) est guidée dans une rainure annulaire ( 13) de la bague de roulement interne ( 2). 6 Roue libre à éléments de serrage dont les surfaces de serrage ( 7,8) sont constituées directement par une surface périphérique d'un arbre ( 11) et/ou par un alésage d'un moyeu, et entre lesquelles des éléments de serrage ( 5), suspendus de manière basculante, sont guidés dans une cage ( 6), caractérisée en ce que la partie cen- trale de la surface de serrage ( 8) de l'arbre ( 11) pré- sente un diamètre supérieur à celui de ses extrémités, et/ou la partie centrale de la surface de serrage ( 7) il formée sur le moyeu présente un diamètre inférieur à ce- lui de ses extrémités. 7 Roue libre à éléments de serrage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface de serrage ( 8) de l'arbre ( 11) est limitée par un épaule- ment ( 12) de l'arbre ( 11) et par une plaque d'arrêt ( 9). 8 Roue libre à éléments de serrage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface de serrage ( 8) de l'arbre ( 11) est limitée par des plaques d'arrêt ( 9,10). 9 Roue libre à éléments de serrage comprenant une bague de roulement externe ( 1) et une bague de roule- ment interne ( 2) avec des surfaces de serrage ( 7,8) cy- lindriques et concentriques l'une à l'autre entre les- quelles des éléments de serrage ( 5), suspendus de manière basculante, sont guidés dans une cage ( 6), caractérisée en ce que les surfaces de serrage ( 7,8) des bagues de roulement externe ( 1) et/ou interne ( 2) présentent dans la région des arêtes ayant la plus grande rigidité, un diamètre supérieur et/ou inférieur à celui de leurs autres parties. Roue libre à éléments de serrage selon la revendication 1 ou 9, caractérisée en ce que les surfaces de serrage ( 7,8) de la bague de roulement externe ( 1) et/ou interne ( 2) ont un profil linéaire, ou bombé, ou logarithmique, la forme optimum de profil des surfaces de serrage ( 7,8) étant déterminée par le calcul ou expéri- mentalement par des essais d'enfoncement avec l'élément de serrage ( 5).