Brevet FR2784147A1 — publié le 20000407

Dispositif de support de roue ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de support de roue permettant de supporter une roue sur un essieu par l'intermédiaire de roulements à rouleaux coniques. Les roulements à rouleaux coniques sont des roulements conçus pour supporter une charge radiale, une charge axiale et leur charge combinée. En raison de leur grande capacité de charge, ils sont utilisés pour supporter les essieux des automobiles. La figure 5 représente un exemple de dispositif de support de roue pour une roue non entraînée d'un camion. Ce dispositif de support de roue comprend un roulement à rouleaux coniques à deux rangées 22, équipé d'une paire de bagues intérieures 23 montées sur un essieu 21. Un moyeu 26 et un rotor de frein 27 sont fixés par des boulons 28 à une bride s'étendant vers l'extérieur 25, disposée à une extrémité d'une bague extérieure 24. Les bagues intérieures 23 ne peuvent pas sortir d'un écrou 29. Un moyeu 26 supporte les boulons de montage de la roue 30. Sur la périphérie intérieure de la bague extérieure 24, deux rangées d'anneaux de roulement 31 sont disposées. En face de chaque anneau de roulement 31 se trouve la paire de bagues intérieures 23 avec chacune une rangée d'anneaux de roulement 32. Entre ces paires d'anneaux de roulement opposés 31 et 32, une pluralité de rouleaux coniques 33 sont disposés sur deux rangées. Chaque rouleau conique 33 roule avec son extrémité à grand diamètre 34 en butée contre les brides 35 disposées aux extrémités extérieures de la paire de bagues intérieures 23. Par conséquent, le moyeu 26 et le rotor de frein 27 fixés à la bague extérieure 24 sont supportés de façon à pouvoir tourner par rapport à l'essieu 21. Un joint en caoutchouc de type contact 36 est disposé à l'extrémité intérieure, c'est-à-dire, l'extrémité près du centre de l'essieu 21, d'un espace annulaire dans lequel les rouleaux coniques 33 sont disposés sur deux rangées. Un capot 37 couvre l'extrémité extérieure, c'est à dire l'extrémité près de l'extrémité de l'essieu, avec l'extrémité de l'essieu sur lequel est monté l'écrou 29, pour empêcher la diffusion de graisse lubrifiante dans le support et l'entrée de poussières et d'eau provenant de l'extérieur. La partie formant roulement d'un tel dispositif de support de roue comme décrit ci-dessus est périodiquement graissée et maintenue. Compte tenu de la puissance en chevaux et de la capacité de charge croissantes des voitures modernes, une plus grande résistance à une charge élevée et à une température élevée pendant la conduite à haute vitesse est requise des dispositifs de support de roue. L'absence d'entretien à long terme est également recherchée. Dans des conditions de charge élevée à haute température, la graisse enfermée dans la partie formant roulement d'un dispositif de support de roue tend à se détériorer rapidement. Par conséquent, une graisse très résistante à la chaleur et à longue durée de vie est souhaitée. De même, il est requis de maintenir une durée de vie prolongée des membres formant roulement dans des conditions de charge élevée et à haute température. Comme mentionné ci-dessus, étant donné que les rouleaux coniques d'un roulement à rouleaux coniques roulent avec leurs extrémités à grand diamètre en butée contre les brides des bagues intérieures, de la chaleur est produite au niveau des parties de glissement entre les extrémités des rouleaux et les brides. Plus la charge est importante, plus la pression de contact entre les extrémités des rouleaux et la bride est élevée et donc, plus la chaleur produite est importante. Jusqu'à aujourd'hui, pour la forme de surface circonférentielle de la bague extérieure 24, la partie située entre la paire d'anneaux de roulement 31 était façonnée de façon droite et aucune mesure de réduction de son poids n'était prise. De même, un des facteurs influençant la durée de vie du support est la lubrification plus ou moins bonne du dispositif. La quantité de graisse lubrifiante enfermée dépend du volume de l'espace interne du support. Mais jusqu'ici, il n'était pas structuré en fonction de la quantité de graisse enfermée, ce qui limitait la quantité de graisse. Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif de support de roue qui garantisse une longue durée de vie, même dans des conditions de charge élevée à haute température. La présente invention a un autre objet: diminuer !e poids d'un dispositif de support de roue pour un essieu et augmenter sa durée de vie. RESUME DE L'INVENTION Selon la présente invention, il est proposé un dispositif de support de roue comprenant un roulement à rouleaux coniques, qui permet de supporter une roue en rotation sur un essieu, le roulement à rouleaux coniques, qui comprend une bague extérieure équipée d'un anneau de roulement sur sa périphérie extérieure, de façon à faire face à l'anneau de roulement de la bague extérieure, et plusieurs rouleaux conicues disposés entre les anneaux de roulement opposés, caractérisé en ce que des couches cémentées et nitrurées contenant 0,80% en masse, ou plus, de carbone et présentant une dureté Rockwell de 58 ou plus sont formées sur les surfaces de la bague intérieure ou des rouleaux coniques, les couches cémentées et nitrurées contenant une teneur résiduelle en austénite de 25 à % en volume. Les couches cémentées et nitrurées sont formées sur les bagues intérieures et les rouleaux coniques pour les raisons suivantes. L'austénite résiduelle dans une couche cémentée, obtenue par cémentation ordinaire, présente des caractéristiques de dureté et de durcissement à froid élevées. Par conséquent, si elle est présente dans une quantité appropriée, elle peut arrêter le développement et la progression des fissures tout en maintenant la dureté requise de la couche cémentée. Mais elle est instable à la température. Par contre, si elles sont soumises à un traitement de nitruration dans des conditions appropriées, les atomes d'azote sont fondus dans l'austénite résiduelle à l'état solide, rendant ainsi l'austénite résiduelle stable à la chaleur. Dans une couche cémentée et nitrurée, obtenue par traitement de nitruration, une contrainte de compression résiduelle plus importante est formée dans une couche cémentée, de telle sorte qu'il est possible d'améliorer encore la résistance à la fatigue. Les couches cémentées ou nitrurées doivent contenir 0,80% en masse, ou plus, de carbone et présenter une dureté Rockwell échelle C de 58 ou plus, afin de réduire le frottement au niveau des parties de glissement entre les plus grandes extrémités des rouleaux coniques et les brides des bagues extérieures. La teneur en austénite résiduelle doit être de 25 à 35% en volume, afin de conférer une dureté appropriée à la couche cémentée et nitrurée et soulager l'augmentation excessive de contrainte due à l'arrachement de la poudre d'abrasion produite, par exemple, par les parties en glissement et contenue dans la graisse. C'est à dire que, si la teneur en austénite résiduelle est inférieure à 25% en volume, la dureté est insuffisante. Si elle est supérieure à 35% en volume, la dureté diminue de façon excessive, conduisant à la détérioration de la rugosité de surface due à la déformation plastique. Les couches cémentées et nitrurées décrites ci- dessus peuvent être formées par les étapes de traitement suivantes. La surface est chauffée et maintenue pendant une durée prédéfinie tout en maintenant le potentiel de carbone dans une atmosphère de cémentation à 0,8% ou plus, puis soumise à un durcissement par cémentation en la refroidissant dans l'huile. Elle est alors chauffée et maintenue pendant une durée prédéfinie dans l'ammoniac gazeux pour nitruration. La nitruration peut être conduite pendant la cémentation. Afin d'ajuster la teneur en austénite résiduelle, un traitement en dessous de zéro ou un recuit peut être conduit. Afin d'atteindre le deuxième objet, selon la présente invention, l'espace interne du support est augmenté par formation d'un évidement annulaire dans la périphérie intérieure de la bague extérieure, au niveau d'une partie située entre les rangées d'anneaux de roulement de la bague extérieure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue partielle en coupe verticale d'un dispositif de support de roue représentant un mode de réalisation de l'invention; la figure 2A est une vue en coupe verticale du roulement à rouleaux coniques du même dispositif; la figure 2B est une vue en coupe verticale partielle et agrandie de la figure 2A; la figure 3 est une vue en coupe verticale d'un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue partielle agrandie de la figure 3; et La figure 5 est une vue en coupe verticale partielle représentant un dispositif de support de roue conventionnel. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE En référence aux dessins en annexe, les modes de réalisation de l'invention sont décrits. La figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif de support de roue monté sur un essieu pour des roues non entraînées d'un camion. Ce dispositif de support de roue comprend un roulement à rouleaux coniques à deux rangées 2 comportant des bagues intérieures 3 montées sur un essieu 1. Un moyeu 6 et un rotor de frein 7 sont fixés par des boulons 8 à une bride s'étendant vers l'extérieur 5, disposée à une extrémité d'une bague extérieure 4. Les bagues intérieures 23 sont bloquées par un écrou 9. Un moyeu 6 supporte les boulons de montage de la roue 10. Comme décrit sur la figure 2A, sur la périphérie intérieure de la bague extérieure 4, deux rangées d'anneaux de roulement 11 sont formées. En face de chaque anneau de roulement 11, chaque paire de bagues -7 intérieures 3 sont comporte une rangée d'anneaux de roulement 12. Entre ces paires d'anneaux de roulement opposés 11 et 12, une pluralité de rouleaux coniques 13 sont disposés sur deux rangées. Chaque rouleau conique 13 roule avec son extrémité de grand diamètre 14 en contact avec les brides 15 disposées aux extrémités extérieures de la paire de bagues intérieures 3. Un joint en caoutchouc de type à contact 16 est disposé à l'extrémité intérieure, c'est-à-dire, l'extrémité près du centre de l'essieu 1, d'un espace annulaire dans lequel les rouleaux coniques 13 sont disposés sur deux rangées. A son extrémité extérieure, c'est à dire l'extrémité près de l'essieu 1, une protection en acier de type non- contact est montée afin de sceller de façon compacte l'intérieur du support défini par l'espace annulaire, évitant ainsi les fuites de graisse enfermée afin de maintenir de façon stable la quantité de graisse enfermée. Les bagues intérieures 3 et les rouleaux coniques 13 sont fabriqués en acier cémenté SCr435. Comme décrit sur la figure 2B, sur leurs surfaces, des couches cémentées et nitrurées 3a, 13a contenant 0,80% en masse, ou plus, de carbone, et présentant une dureté Rockwell échelle C de 58 ou plus et une teneur en austénite résiduelle de 25 à 35% en volume sont formées. Pour la bague extérieure 4, de l'acier au carbone de construction trempé par induction S53C est utilisé. Dans ce mode de réalisation, le SCr435 est utilisé comme matériau pour les bagues intérieures et les rouleaux coniques. Mais des aciers pour roulement tels que SCM420, SCM430, SCM435, SCr420, SCr430, SAR5130, SAE8620 peuvent également être utilisés. De même, la présente invention est également applicable aux roulements à rouleaux coniques à simple rangée et à des roulements à rouleaux coniques à rangées multiples (plus de deux). Des exemples de l'invention et des exemples comparatifs sont décrits ci-dessous [Exemples de l'invention] On a préparé des roulements à rouleaux coniques à rangées multiples comprenant des bagues intérieures et des rouleaux coniques fabriqués en acier cémenté SCr435 et comportant sur leur surfaces des couches cémentées nitrurées contenant 0,80% en masse, ou plus, de carbone et présentant une dureté Rockwell échelle C de 58 ou plus et une teneur en austénite résiduelle de 25 à 35% en volume (exemples 1 à 3 du tableau 1). Les roulements mesurent 65 mm de diamètre intérieur et 130 Emi de large. [Exemples comparatifs] De façon similaire aux exemples, nous avons préparé des roulements à rouleaux coniques comprenant des bagues intérieures et des rouleaux coniques fabriqués en acier cémenté SCr435 et comportant sur leurs surfaces des couches cémentées nitrurées contenant 0,80% en masse de carbone ou plus et présentant une dureté Rockwell échelle C de 58 ou plus, avec seulement "a teneur en austénite résiduelle étant en dehors de l'intervalle de la présente invention (exemples comparatifs 1 et 2 dans le tableau 1), un roulement à rangées multiples dans lequel la teneur en austénite résiduelle est située dans l'intervalle de la présente application, mais des couches uniquement cémentées sont formées sur les surfaces des bagues intérieures et des rouleaux coniques (exemple comparatif 3 dans le tableau 1) et un roulement à rangées multiples dans lequel des couches uniquement cémentées sont formées et dont la teneur en austénite résiduelle est en dehors de l'intervalle de la présente application (exemple comparatif 4 dans le tableau 1). Leurs dimensions sont les mêmes que pour les exemples de l'invention. Les roulements à rangées multiples des exemples et des exemples comparatifs sont montés sur l'axe d'un système d'essai d'endurance et un essai de limite d'endurance est conduit. Les conditions d'essai sont les suivantes: (essai de limite d'endurance) Charge radiale: 63 kN Charge axiale: 25 kN Vitesse de rotation: 400 trs/min Les résultats d'essai sont indiqués dans le tableau 1. La limite d'endurance de l'essai est évaluée en terme de nombre de tours avant que la durée de vie L10 (durée au cours de laquelle 90% des roulements sont utilisables sans aucun dommage) soit atteinte. Pour le rapport de durée de vie, la limite d'endurance de l'exemple comparatif 4 est utilisée comme référence. Les roulements à rouleaux coniques à rangées multiples des exemples présentent tous d'excellentes limites d'endurance et leurs rapports de durée de vie sont 3 fois supérieurs ou plus à celui de l'exemple comparatif 4. D'autre part, pour les exemples comparatifs 1 et 2, dans lesquels les couches cémentées et nitrurées sont formées mais leur teneur en austénite résiduelle est en dehors de l'intervalle de la présente application, le rapport de durée de vie n'augmente que de 30 à 40%. Pour l'exemple comparatif 3, dans lequel la teneur en austénite résiduelle est située dans l'intervalle de la présente application, mais des couches uniquement cémentées sont formées, aucune amélioration n'est observée. Comme décrit ci-dessus, dans le dispositif de support de roue de la présente invention, des couches cémentées et nitrurées contenant 0, 80% en masse, ou plus, de carbone, et présentant une dureté Rockwell échelle C de 58 ou plus et une teneur en austénite résiduelle de 25 à 35% en volume sont formées sur les surfaces des bagues intérieures et des rouleaux coniques du roulement à rouleaux coniques pour supporter un essieu. Par conséquent, il est possible d'améliorer les propriétés mécaniques et les caractéristiques d'endurance de ces éléments et, également, de maintenir de façon stable la dureté des couches de surface de ces éléments et donc, d'améliorer la limite d'endurance dans des conditions de charge élevée et à haute température. Le mode de réalisation décrit sur la figure 3 n'est pas différent, en ce qui concerne sa structure de base, du dispositif de support de roue décrit sur la figure 1. Le roulement à rouleaux coniques à double rangée 2 comprend une paire de bagues intérieures 3 comportant des anneaux de roulement 12 disposés sur leurs surfaces périphériques extérieures, une bague extérieure 4 avec deux rangées d'anneaux de roulement 11 sur sa surface périphérique intérieure, deux rangées de rouleaux coniques 13 disposés entre les anneaux de roulement 12 des bagues intérieures 3 et les anneaux de roulement 11 de la bague extérieure 4, des cages 18 pour maintenir les rouleaux coniques 13 dans chaque rangée espacée de façon circonférentielle l'une de l'autre et des joints 16, 17 assurant l'étanchéité de l'espace annulaire du roulement. La bague extérieure 4 comprend une paire d'anneaux de roulement 11 sur lesquels les rouleaux coniques 13 roulent. Elle comprend une partie formant un manchon sensiblement cylindrique 19, formée par les deux rangées d'anneaux de roulement 11 sur sa surface périphérique intérieure, une bride 5 s'étendant radialement vers l'extérieur formée à une de ses extrémités et plusieurs renforts s'étendant axialement disposés dans une région intermédiaire entre la partie formant manchon 19 et la bride 5. Dans une partie intermédiaire entre les deux rangées d'anneaux de roulement axialement adjacents 11, un évidement annulaire 40 est formé. L'évidement 40 sert non seulement de réservoir de graisse, mais réduit également le poids de la bague extérieure 4 dans une mesure correspondant au volume de l'évidement 40. Par conséquent, plus le volume de l'évidement 40 est important, plus la contribution à la diminution du poids est importante et plus grande est la quantité de graisse enfermée. Mais, pour la direction radiale, étant donné la résistance de la bague extérieure 4 et pour la direction axiale, étant donné la position par rapport aux anneaux de roulement 11, le volume de l'évidement est limité. La forme de la section de l'évidement 40 peut être rectangulaire, comme décrit sur les figures 3 et 4, ou traoézoidale ou semi- circulaire. En référence à la figure 4, la dimension de l'évidement permettant d'optimiser l'épaisseur de paroi de la bague extérieure 4 doit être déterminée de la façon suivante. Pour la dimension radiale, c'est à dire la profondeur de l'évidement 40, afin de garantir une épaisseur de paroi de la partie formant manchon 19 de la bague extérieure 4 qui puisse supporter un moment qui agisse depuis la roue sur le roulement, elle doit être fixée de telle sorte que la relation A = 2X soit satisfaite, o X est la profondeur de l'évidement 40 et A est la différence de rayon entre la surface périphérique intérieure 41, du côté des plus petites extrémités des rouleaux coniques 13, et la surface périphérique intérieure 42 du côté des plus grandes extrémités de ceux-ci. Pour la dimension axiale de l'évidement 40, la distance L de l'extrémité axiale de l'évidement 40 à l'extrémité de l'anneau de roulement 11 sur les plus petites extrémités des rouleaux coniques 13 est fixé à 3 mm ou plus (L > 3 mm). Etant donné que les anneaux de roulement 11 sont des parties soumises à de fortes contraintes lorsque les rouleaux coniques 13 roulent, il est préférable que l'évidement 40 commence à des positions espacées d'au moins 3 mm de leurs extrémités. La ligne tiretée sur la figure 4 représente une couche trempée de chaque anneau de roulement 11. Selon la présente invention, dans un dispositif de support de roue pour un essieu qui supporte une roue par l'intermédiaire d'un roulement à rouleaux coniques à double rangée, l'excès de matériau entre les deux rangées d'anneaux de roulement du roulement à rouleaux coniques à double rangée est éliminé afin d'augmenter l'espace intérieur du support. Ceci rend possible la diminution du poids par augmentation du volume de l'espace interne du support, ainsi que le prolongement de sa durée de vie par augmentation du volume de graisse enfermée. De même, en disposant un évidement à une position située entre la paire d'anneaux de roulement, la chaleur produite par frottement avec les rouleaux coniques peut être facilement absorbée par la graisse contenue dans l'évidement. TABLEAU 1 Roulement à Teneur Limite Rapport de rouleaux coniques en austénite d'endurance durée de résiduelle (temps) vie (% vol.) Exemple 1 28 569 x 104 3,31 Exemple 2 30 776 x 104 4,51 Exemple 3 33 629 x 104 3,67 Exemple 20 234 x 104 1,36 comparatif 1 Exemple 38 252 x 104 1,47 comparatif 2 Exemple 28 182 x 104 1,06 comparatif 3 (couche cémentée uniquement) Exemple 45 172 x 104 1,00 comparatif 4 (couche nitrurée uniquement) Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de support de roue comprenant un roulement à rouleaux coniques supportant une roue sur un essieu, ledit roulement à rouleaux coniques comprenant une bague extérieure équipée d'un anneau de roulement formé sur sa périphérie intérieure, une bague intérieure comprenant un anneau de roulement sur sa périphérie extérieure de façon à faire face à l'anneau de roulement de ladite bague extérieure et plusieurs rouleaux coniques disposés entre lesdits anneaux de roulement, caractérisé en ce que des couches cémentées et nitrurées contenant 0,80% en masse, ou plus, de carbone et présentant une dureté Rockwell de 58 ou plus sont formées sur les surfaces de ladite bague intérieure et lesdits rouleaux coniques, lesdites couches cémentées et nitrurées contenant une teneur en austénite résiduelle de 25 à 35% en volume. 2. Dispositif de support de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité de rangées d'anneaux de roulement sont formées sur la périphérie intérieure de ladite bague extérieure, caractérisé en ce que plusieurs rangées d'anneaux de roulement sont disposés sur lesdites bagues intérieures sur sa périphérie extérieure, de façon à faire face auxdits anneaux de roulement de ladite bague extérieure, et caractérisé en ce que plusieurs rouleaux coniques sont disposés entre lesdites paires opposées d'anneaux de roulement en plusieurs rangées. 3. Dispositif de support de roue selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une bride de montage de roue est intégrée à ladite bague extérieure. 4. Dispositif de support de roue selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que des membres formant joint sont proposés aux deux extrémités d'un espace annulaire formé entre ladite bague extérieure et lesdites bagues intérieures dans lesquelles sont disposés lesdits rouleaux coniques en une pluralité de rangées, pour fermer ledit espace annulaire, un desdits membres formant joint disposé près du centre de l'essieu étant formé d'un joint en caoutchouc de type à contact et l'autre dit membre formant joint près de l'extrémité de l'essieu étant formé d'une protection en acier de type non-contact. 5. Dispositif de support de roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'essieu supportant ladite roue par l'intermédiaire dudit roulement à rouleaux coniques est un essieu pour roues non entraînées. 6. Dispositif de support de roue selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'espace intérieur du support est augmenté en éliminant l'excès de matériau dans une partie située entre lesdites rangées d'anneaux de roulement. 7. Dispositif de support de roue selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bride de ladite bague extérieure est couplée à un moyeu et à un rotor de frein, et un évidement annulaire est formé dans la périphérie interne de ladite bague extérieure en une position située entre lesdites rangées desdits anneaux de roulement. 8. Dispositif de support de roue selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la distance entre les extrémités axiales dudit évidement aux extrémités desdits anneaux de roulement situés du côté des plus petites extrémités desdits rouleaux coniques est fixé à 3 mm ou plus. 9. Dispositif de support de roue selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la profondeur dudit évidement est fixée à environ la moitié de la différence de rayon entre la surface périphérique intérieure de ladite bague extérieure du côté de la petite extrémité desdits rouleaux coniques et la surface périphérique intérieure de ladite bague extérieure du côté de la plus grande extrémité de ceux- ci.