Brevet FR2825320A1 — publié le 20021206

Moyeu de roue et roue avant un tel moyeu L'invention concerne un moyeu de roue, ainsi qu'une roue ayant un tel moyeu. Notamment mais non exclusivement, l'invention concerne un moyeu et une roue de bicyclette. De façon connue, un tel moyeu comprend un axe par lequel il est assemblé à la fourche ou le cadre de la bicyclette, un corps de moyeu auquel les rayons de liaison avec la jante sont accrochés. Entre l'axe et le corps de moyeu se trouvent des roulements, généralement deux, un à chacune des extrémités de l'axe. Compte tenu du rapport entre le diamètre de la roue et la distance entre les roulements, il est nécessaire de régler avec précision le jeu axial des roulements pour éliminer tout jeu latéral au niveau de la jante. Une des solutions largement utilisée consiste à utiliser des roulements avec des cônes cuvette. Une telle solution est décrite dans de nombreux brevets, et par exemple décrite dans le brevet FR 780 617. Pour un tel montage, le jeu de roulement est ajusté de façon relativement simple, en resserrant plus ou moins les cônes cuvettes dans lesquels les billes circulent. Une autre solution consiste à utiliser des roulements industriels à cages coaxiales. Un tel montage est par exemple décrit dans la demande de brevet FR 2 724 431. Selon un montage classique de ces roulements, la cage externe est montée à force dans son logement du corps de moyeu, et le jeu de roulement est ajusté en agissant sur les cages internes à l'aide d'un écrou vissé sur l'axe du moyeu, de façon à générer sur les billes une pré-charge avec une composante axiale. Un tel montage donne de bons résultats. Toutefois il exige que le diamètre de l'axe de moyeu soit parfaitement ajusté au diamètre intérieur du roulement dans les zones où les roulements sont montés. En effet, le réglage du jeu de roulement ne permet pas de corriger le jeu radial entre la cage interne et l'axe. Pour limiter ce jeu une opération de rectification de l'axe est nécessaire avec des tolérances d'usinage très petites, inférieures généralement à 10 microns pour être compatible avec la tolérance de la cage interne du roulement qui est de l'ordre de 8 microns. Dans ces conditions l'axe du moyeu est cher à usiner. Pour remédier à cela, la demande de brevet FR 2 771 370 propose d'utiliser un roulement dont la cage intérieure est tronconique, et où le jeu est ajusté à l'aide d'une bague tronconique complémentaire que l'on force plus ou moins dans la cage intérieure. Un tel montage permet de régler simultanément le jeu axial et le jeu radial. Son inconvénient est qu'il faut un roulement spécifique à cage tronconique, donc cher par rapport à un roulement industriel standard. Un but de l'invention est de proposer un moyeu à roulements industriels amélioré en ce qu'il est possible d'ajuster avec précision le jeu de roulement sans avoir besoin d'un usinage de l'axe avec une tolérance précise, ni d'un roulement spécifique. De ce fait il est possible de réaliser un moyeu à roulements industriels plus simple à fabriquer et plus économique que les moyeux actuellement connus. Le moyeu selon l'invention comprend un arbre de moyeu, un corps de moyeu monté en rotation libre autour de l'arbre, et au moins un roulement ayant des cages externe et interne coaxiales, la cage externe du roulement étant logée dans un logement épaulé du corps de moyeu et l'arbre étant fileté sur au moins une portion de sa longueur et un écrou étant vissé sur la portion filetée de l'arbre. Le moyeu est caractérisé par le fait que la portion filetée de l'arbre s'étend jusque dans la zone du roulement, que la cage interne du roulement est montée sur une zone de portée d'une bague expansible vissée sur la portion filetée de l'arbre, et l'expansion de la bague expansible étant provoquée par le serrage de l'écrou relativement à ladite bague. Ainsi l'ajustement du jeu de roulement est réalisé d'une part avec le serrage de la bague expansible contre la cage interne pour générer une composante axiale, et d'autre part avec le serrage de l'écrou contre la bague pour provoquer son expansion et rattraper le jeu radial entre la bague et le roulement. L'écrou fait également office de contre-écrou relativement à la bague et empêche un desserrage accidentel. Comme l'expansion de la bague permet de rattraper un jeu radial éventuel avec le roulement, son diamètre externe ne nécessite pas une tolérance très précise. L'ensemble est donc simple à réaliser et présente un coût économique tout en étant performant. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description ci-dessous et aux dessins en annexe qui lui sont rattachés. La figure 1 représente en perspective le moyeu de la figure 1. La figure 2 est une vue en section d'un moyeu selon un plan axial. La figure 3 représente en coupe l'une des bagues. La figure 4 est une vue partielle en coupe des files de l'arbre et de la bague expliquant l'expansion de la bague. La figure 5 représente en vue de côté une bague selon une variante de mise en oeuvre de l'invention. La figure 6 est relative à une autre variante de réalisation. La figure 7 montre la bague de la figure 6 en vue de côté. La figure 1 représente à titre d'illustration de l'invention un moyeu avant 1 prévu pour une roue de bicyclette à rayons sous tension. Mais comme cela apparaîtra plus clairement dans la suite, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation. Le moyeu 1 présente un arbre central 2 et un corps de moyeu 3 monté en rotation libre autour de l'arbre 2. Selon le mode de réalisation illustré, l'arbre 2 est creux pour permettre le montage ultérieur d'un axe de blocage rapide. Par exemple, il est fabriqué à partir d'un tube. De façon connue, la longueur de l'arbre est déterminée en fonction de la distance entre les bras de la fourche, pour que la fourche repose sur les extrémités de l'arbre. Le corps de moyeu 3 est cylindrique de révolution, il est de tout type approprié. Par exemple il présente extérieurement deux disques 5 et 6 situés vers chacune de ses extrémités. Chacun des disques présente une série de perçages prévus pour l'accrochage de rayons. Les disques sont ici prévus pour des rayons coudés. Ce n'est par limitatif, et le corps de moyeu pourrait présenter des créneaux ou tout autre dispositif d'accrochage prévu pour des rayons coudés ou droits. Le corps de moyeu pourrait également être prévu pour avoir une liaison avec la jante par des bâtons ou des disques. Dans le cas d'une roue à bâtons ou à disque, le corps de moyeu pourrait être d'un seul tenant avec ces éléments. Le corps de moyeu est creux, il est traversé de part en part par l'arbre 3. Deux roulements 9 et 10 relient le corps de moyeu à l'arbre. Ces roulements sont de type industriel standard, c'est-à-dire qu'ils ont des cages internes 13 et 14 et externes 11 et 12 entre lesquelles circulent des billes. Les roulements sont de tout type approprié du commerce, ils peuvent être ou non étanches. Pour la construction illustrée, on a utilisé des roulements de type 6001, présentant les caractéristiques de dimensions suivantes, diamètre interne égal à 12 millimètres, diamètre externe égal à 28 millimètres, et largeur égale à 8 millimètres. Ces dimensions n'ont pas de valeur limitative pour l'invention. Il suffit que le diamètre interne du roulement soit supérieur au diamètre externe de l'arbre. De façon classique, les cages externes 11 et 12 sont montées à force dans des logements 15 et 16 du corps de moyeu qui sont ouverts vers l'extérieur. Chacun des logements est délimité vers l'intérieur du corps de moyeu par un épaulement 17,18 contre lequel porte la cage externe des roulements selon une direction axiale. L'arbre 2 présente une portion filetée 21,22 à chacune de ses extrémités, qui encadrent une portion lisse 23. Les portions filetées s'étendent vers l'intérieur du corps de moyeu au-delà de la zone des roulements 9 et 10. Une bague 23,24 est vissée sur chacune des portions filetées. La bague 23 est représentée seule en figure 3. L'autre bague est identique. En se reportant donc à la figure 3, la bague 23 présente trois zones. Une première zone 25 de portée du roulement est prévue pour être engagée dans la bague interne du roulement. A cet effet, elle présente une longueur au moins égale à la largeur du roulement, et un diamètre extérieur très légèrement inférieur au diamètre interne du roulement. Pour l'exemple cité plus haut, le diamètre intérieur du roulement étant de 12 millimètres, la zone 25 de la bague est usinée avec une cote de 11,94 millimètres, et des tolérances de +0,05 et-0, 01 millimètre soit une tolérance totale de 0,06 millimètre. Une telle tolérance de l'ordre de 0,05 millimètre est bien plus large que celle pratiquée autrefois avec un montage direct du roulement sur l'arbre. Elle est relativement facile à atteindre pour un coût de fabrication raisonnable. La bague a une seconde zone 26 d'épaulement, qui est prévue pour être appliquée contre la cage interne du roulement. La troisième zone 27 est une zone d'accouplement d'un outil de serrage. Cette zone vient en saillie à l'extérieur du corps de roue libre, par exemple elle présente deux méplats parallèles qui permettent l'accouplement d'une clé plate. Toute autre forme extérieure permettant l'accouplement d'un outil de serrage convient également. Intérieurement, la bague a une zone 30 filetée au pas des portions filetées de l'arbre, et une zone non filetée 31 de diamètre supérieur. La zone filetée s'étend pour l'essentiel dans la zone du roulement. De préférence, tel que cela est visible dans la figure 1, la frontière entre les zones 30 et 31 se situe légèrement vers l'intérieur du roulement, et la zone filetée 31 traverse le reste du roulement et s'étend jusqu'à l'extrémité de la bague. La raison de cela apparaîtra plus clairement dans la suite. Les bagues sont réalisées dans un matériau à faible module d'élasticité, par exemple un alliage d'aluminium, et dans ce cas de préférence un alliage chargé au plomb, ou bien un alliage connu sous le nom de"Zamak"ou encore en laiton. Enfin, le moyeu présente deux écrous 35,36 qui sont vissés sur les portions filetées de l'arbre, à l'extérieur des bagues 23 et 24, ainsi que deux flaques de protection 37 et 38 en matière plastique qui sont montés sur la zone 26 des bagues. Les deux écrous sont réalisés en tout matériau approprié, notamment en acier. De préférence, ils sont relativement plats et de dimension supérieure en section à celle de la zone d'accouplement 27 de la bague. L'idée maîtresse de l'invention est la suivante. En serrant chaque écrou contre la bague à la manière d'un contre- écrou, on augmente la contrainte des filets de la bague contre ceux de l'arbre. L'augmentation de contrainte sur les filets provoque une expansion locale de la paroi externe de la bague. Ce phénomène est surtout sensible sur les premiers filets situés du côté de l'écrou. C'est la raison pour laquelle on situe ces premiers filets vers le milieu du roulement. L'expansion est de faible amplitude mais elle est suffisante pour rattraper un jeu axial. Ainsi que cela est visible dans la figure 4 pour la bague 23 et la zone 21, les filets portent les uns sur les autres par la moitié seulement des pans. Compte tenu de l'orientation des pans actifs du filet, la résultante des efforts de contrainte qui s'exercent sur les pans actifs de la bague présente une composante axiale dirigée dans la direction opposée à l'écrou, et une composante radiale orientée vers l'extérieur. Comme la bague est en une matière relativement tendre, cette composante radiale induit une légère dilatation de la zone 25 de la bague. Avantageusement, cette dilatation est relativement régulière sur toute la circonférence de la zone 25. On s'arrange pour que la dilatation potentielle de la bague soit supérieure à la plus grande différence possible entre le diamètre interne de la bague et le diamètre extérieur de la zone 25. De cette façon, la dilatation ou le gonflement de la bague se produit jusqu'à ce que le jeu radial entre la bague et le roulement soit totalement annulé. Pour revenir à l'exemple précédent, en utilisant pour la bague un alliage d'aluminium on arrive à provoquer une dilatation de la bague de 0,05 millimètre pour un couple de serrage de l'écrou de 25 Newtons. mètres. Cette valeur est bien du même ordre de grandeur que la tolérance totale qui existe entre la bague et le roulement. Le phénomène de dilatation de la bague peut être amplifié par l'utilisation de filetages ayant un angle au sommet plus important que l'angle normalisé qui est de 60 degrés. On peut aussi provoquer une déformation plus homogène de la bague sur sa longueur en réalisant un taraudage de pas légèrement supérieur sur la bague, par exemple 1.03 mm pour la bague contre 1 mm pour l'arbre, de sorte que les contraintes sur flancs de filets soient mieux réparties sur la longueur des flancs de filetages en contact. Compte tenu de ce qui a été décrit précédemment, le réglage du jeu de roulement du moyeu se réalise de la façon suivante. Après assemblage des différentes pièces du moyeu, on réalise dans un premier temps un réglage du jeu radial. Pour cela on serre plus ou moins chacune des bagues pour induire entre les cages des roulements une pré-charge axiale. Cette opération tient compte des opérations ultérieures qui sont susceptibles de modifier la valeur de la pré-charge axiale. Une fois ce premier réglage opéré, on serre chacun des écrous 35 et 36 contre les bagues 23 et 24 à la manière d'un contre-écrou pour provoquer l'expansion de chacune des bagues. Cette opération est de préférence réalisée en serrant l'écrou à l'aide d'un outil dynamométrique. Lors du serrage des contre-écrous, le jeu du filetage dans la liaison bague/arbre change de sens de sorte que cette opération réduit le jeu axial dans le roulement en rattrapant le jeu axial vis/écrou. Ainsi, de préférence avant de bloquer le contre-écrou, on desserre légèrement pour compenser le jeu du filetage. Le desserrage tient compte également de la contrainte axiale additionnelle générée par l'axe de blocage rapide. En plus de sa fonction d'expansion de la bague, l'écrou a une fonction de contre-écrou qui évite un desserrage accidentel de la bague. Pour un moyeu de roue tel que celui de la figure 1, de préférence on opère de la façon suivante. D'un premier côté on maintient la bague en appui sur son épaulement contre le roulement qui est déjà monté serré dans le corps de moyeu et on bloque alors le contre-écrou. Ensuite on vient monter la deuxième bague en la vissant jusqu'au contact de son épaulement avec le roulement, on desserre alors d'1/4 de tour environ, puis en maintenant l'épaulement de cette deuxième bague contre le deuxième roulement on bloque le second contre-écrou et le montage est alors terminé. D'autres modes opératoires pourraient également convenir. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit. Des variantes de construction sont possibles, l'idée générale étant de monter le roulement non pas directement sur l'axe mais sur une bague intermédiaire expansible à l'aide de laquelle on ajuste un serrage axial du roulement, et d'un écrou que l'on serre contre la bague pour provoquer son expansion. Dans cet esprit, la figure 5 représente une variante de réalisation où la bague est semblable aux bagues 23 et 24 précédentes, sauf qu'elle présente au moins une fente 43,44 dans sa zone 45 de portée du roulement. L'expansion de cette bague sera alors obtenue par une ouverture de la ou des fentes. Cette bague peut être réalisée dans un matériau tel que l'acier. Une autre variante est représentée dans les figures 6 et 7. La bague 50 a une zone de portée de roulement 51 plus longue que les bagues précédentes pour que sa zone filetée 52 soit déportée vers l'intérieur du corps de moyeu, au-delà du roulement. Vers la zone épaulée 55 la paroi de la bague est percée d'ouvertures oblongues 58,59 réparties à sa périphérie. L'expansion de la bague est ici obtenue par flambage des portions de paroi situées entre ces ouvertures oblongues. D'autres variantes de construction sont possibles. En particulier, on pourrait ajuster le jeu axial des roulements uniquement par adhérence de la zone de portée de la bague sur le roulement. C'est-à-dire que l'épaulement de la bague n'est pas indispensable, on pourrait s'en passer. L'invention n'est pas limitée non plus au mode de mise en oeuvre qui a été décrit. Tout d'abord, elle s'applique de la même façon à un moyeu de roue arrière, ou un moyeu de roue à disque, c'est-à-dire des moyeux qui ne sont pas symétriques par rapport à un plan médian. Egalement l'invention pourrait être mise en oeuvre sur un côté seulement du moyeu. Enfin l'invention pourrait être appliquée de façon générale au réglage du jeu de roulement de tout élément monté sur un arbre à l'aide d'au moins un roulement permettant la rotation de l'un relativement à l'autre. REVENDICATIONS 1-Moyeu comprenant un arbre (2) de moyeu, un corps de moyeu (3) monté en rotation libre autour de l'arbre, et au moins un roulement (9,10) ayant des cages externe (11,12) et interne (13,14) coaxiales, la cage externe (11,12) du roulement étant logée dans un logement épaulé (15,16) du corps de moyeu et l'arbre étant fileté sur au moins une portion (21,22) de sa longueur et un écrou (35,36) étant vissé sur la portion filetée de l'arbre, caractérisé par le fait que la portion filetée (21,22) de l'arbre s'étend jusque dans la zone du roulement (9,10), que la cage interne (13, 14) du roulement est montée sur une zone de portée (25,45, 50) d'une bague expansible (23,24, 42,50) vissée sur la portion filetée de l'arbre, et l'expansion de la bague expansible étant provoquée par le serrage de l'écrou (35,36) relativement à ladite bague. 2-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague (23,24, 42,50) a un épaulement (26,55) en appui contre la cage interne (13,14) du roulement. 3-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone de portée (25) de la bague est réalisée avec une tolérance de l'ordre totale de l'ordre de 0,05 millimètre. 4-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague a intérieurement une zone filetée (30) qui s'étend dans la zone du roulement et une zone non filetée (31) qui s'étend en direction de l'écrou (35,36), et qu'elle est réalisée en un matériau relativement tendre. 5-Moyeu selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'angle au sommet des filets de la portion filetée (21, 22) de l'arbre et de la zone filetée de la bague est supérieur à 60 degrés. 6-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la portion filetée de l'arbre et la portion filetée de la bague ont un pas légèrement différent l'un de l'autre. 7-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague (42) présente dans sa zone de portée (45) au moins une fente (43,44). 8-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague (50) a une zone de portée (51) de longueur supérieure à la largeur du roulement, et des ouvertures oblongues (58,59) traversant sa paroi à proximité de son épaulement (55). 9-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague (23,24, 42,50) présente sur l'extérieur trois zones, une zone de portée de roulement (25,45, 51), une zone d'épaulement (26,55) et une zone d'accouplement (27). 10-Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une bague (23,24) et un écrou (35,36) à chaque extrémité de l'arbre (2). 11-Roue pour un véhicule à deux roues, caractérisée par le fait qu'elle présente un moyeu selon l'une quelconque des revendications précédentes.