Brevet FR2899293A1 — publié le 20071005

BAGUE EXTÉRIEURE DE ROULEMENT DE ROUE L'invention a trait à une bague extérieure de roulement de roue pourvue de deux chemins de roulement au moins, à un roulement comportant une telle bague, à une roue munie d'une telle bague et à un procédé de fabrication de cette bague. Sur la figure 1 est représenté un roulement 110 intégré de moyeu de roue non motrice comportant une bague extérieure rotative 112, deux bagues intérieures fixes 114 et 115 et deux rangées de billes 116, 118 agencées entre les deux bagues 112, 114 et maintenues par des cages 120, 122. La bague extérieure 112 de ce roulement forme une pièce intégrée monobloc incluant un flasque 124 pour l'assemblage d'une roue et un fût 126 pourvu de deux chemins de roulement 128, 130, disposés l'un du côté de la roue, à gauche sur la figure, et l'autre du côté de la caisse du véhicule, à droite sur la figure. À l'extrémité 132 du fût située du côté de la caisse du véhicule est fixé un codeur annulaire 134 disposé à distance d'entrefer d'un capteur non représenté fixé à un porte-capteur solidaire de la bague intérieure fixe du roulement. Les dimensions du chemin de roulement 130 côté caisse sont déterminantes pour la charge utile de l'essieu et en pratique, le chemin de roulement 130 côté caisse a un diamètre plus important que le chemin de roulement 128 côté roue. Toutefois, du fait du procédé de fabrication, le diamètre extérieur du fût 126 croît progressivement de l'extrémité axiale 132 côté caisse vers le flasque 124. Il existe donc un surplus de matière, en d'autres termes une surépaisseur inutile 136, dans la partie du fût située entre les deux chemins de roulement 118, 120, et/ou au niveau du chemin de roulement 118 côté roue. Cette surépaisseur 136, outre qu'elle augmente inutilement la masse et le moment d'inertie de la roue, rend délicates les opérations du traitement thermique de la pièce car l'inertie thermique est plus importante dans les parties de la pièce les plus épaisses et n'est notamment pas identique pour les parties de la pièce comportant les deux chemins de roulement 128, 130. Par ailleurs, pour augmenter la charge utile de l'essieu, il est nécessaire d'augmenter la taille du roulement 130 côté caisse, ce qui ne peut pas se faire sans augmenter les autres dimensions de la bague extérieure 112, et nécessite également de changer les dimensions des autres éléments de la roue, en particulier la jante et/ou les disques de frein. La figure 2 représente une autre bague extérieure de roulement de l'état de la technique. Les mêmes signes de référence que ceux de la figure 1 ont été utilisés pour désigner des parties similaires. Cette bague se distingue de la bague de la figure 1 par le fait que le chemin de roulement 128 côté roue a le même diamètre que le chemin de roulement 130 côté caisse. Ici également, le diamètre extérieur du fût 126 croît progressivement de l'extrémité axiale 132 côté caisse vers le flasque 124. On rencontre pour ce type de roulement les mêmes problèmes que ceux identifiés précédemment. L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer une bague de roulement qui donne notamment plus de liberté pour dimensionner le deuxième chemin de roulement indépendamment des autres dimensions de la bague. A cet effet, et suivant un premier aspect de l'invention, celle-ci a pour objet une bague extérieure de roulement pour une roue d'un véhicule comportant d'une part un fût définissant un axe de rotation de la roue, ayant une paroi radialement extérieure et une paroi radialement intérieure pourvue d'un premier chemin de roulement et d'une gorge annulaire, axialement espacée du premier chemin de roulement, la gorge constituant soit un deuxième chemin de roulement soit un logement pour une deuxième bague extérieure formant un deuxième chemin de roulement, et d'autre part une extension radiale pourvue de moyens de fixation de la bague à une roue ou à un élément de suspension interposé entre la bague et la caisse du véhicule, l'extension radiale étant axialement plus proche du premier chemin de roulement que de la gorge annulaire. La paroi extérieure du fût a un diamètre qui, mesuré dans un plan de section radial, varie en fonction de la position axiale du plan de section radial, suivant une fonction qui passe par un minimum dans un plan de section radial situé axialement entre la gorge annulaire et l'extension radiale. Le fût s'évase donc vers son extrémité côté caisse, ce qui permet d'une part pour un diamètre de premier chemin de roulement donné, d'accroître le diamètre du deuxième chemin de roulement, et d'autre part, pour un diamètre de deuxième chemin de roulement donné, de réduire l'épaisseur du fût à proximité du roulement côté roue. L'uniformisation de l'épaisseur du fût diminue sa masse et son moment d'inertie. Elle permet en outre le cas échéant de mieux contrôler les traitements thermiques, par exemple la trempe, de la pièce. La fonction passe par un maximum relatif mesuré dans un plan de section radial situé entre le plan de section radial correspondant au minimum et une extrémité axiale libre du fût. Préférentiellement, le minimum est inférieur d'au moins 10% au maximum. Le rétrécissement de section est donc significatif. Préférentiellement, la bague forme une pièce monobloc. La 30 pièce intègre alors les fonctions de moyeux et de bague extérieure de roulement. Avantageusement, cette pièce est en acier. Toutefois, d'autres matériaux, tels que le duralumin, sont envisageables. Selon un mode de réalisation, le premier chemin de roulement est disposé axialement entre l'extension radiale et la gorge annulaire. Alternativement, l'extension radiale peut être disposée substantiellement dans le même plan radial que le premier chemin de roulement. Une jupe de centrage s'étendant axialement du côté de l'extension radiale opposé au fût peut être prévue, notamment pour assurer un centrage de la roue dans le cas où la bague serait une bague tournante. Selon un mode de réalisation préféré, la gorge constitue le deuxième chemin de roulement, ce qui permet de réunir un plus grand nombre de fonctions dans la même pièce et diminue le nombre d'étapes de montage. Préférentiellement, la distance minimale entre le premier chemin de roulement et la paroi extérieure est inférieure à 1,5 fois la distance minimale entre le deuxième chemin de roulement et la paroi extérieure. En d'autres termes, les épaisseurs du fût au niveau des deux chemins de roulement sont comparables, ce qui permet d'optimiser les épaisseurs et de faciliter les traitements thermiques. Selon un mode de réalisation particulièrement bien adapté aux fortes charges, le deuxième chemin de roulement a un diamètre de fond de chemin supérieur au diamètre de fond de chemin du premier chemin de roulement. Le deuxième chemin de roulement est celui qui est le plus sollicité et peut être équipé avec un plus grand nombre de corps roulants et/ou des corps roulants de plus grand diamètre. Alternativement, le deuxième chemin de roulement a un diamètre de fond de chemin égal au diamètre de fond de chemin du premier chemin de roulement. Il est remarquable que l'invention permet de dimensionner le deuxième chemin de roulement indépendamment du premier, et donc, de proposer des roulements supportant différentes charges mais adaptables à des roues identiques. Avantageusement, la paroi extérieure est pourvue d'une piste de codeur optique, magnétique ou électromagnétique. La circonférence de la piste est importante, permettant une bonne résolution lors des mesures d'angle ou de vitesse. Préférentiellement la bague extérieure est obtenue par un procédé de forgeage comportant une étape d'évasement du fût par coup de poinçon de forge. Selon un deuxième aspect de l'invention, celle-ci a trait à un roulement de roue comportant une bague extérieure telle que décrite ci-dessus, une bague intérieure, et des corps roulants. Selon un mode de réalisation, les corps roulants sont des billes. Préférentiellement, le premier chemin de roulement et le deuxième chemin de roulement sont à contact oblique et définissent des lignes de charge qui coupent l'axe de rotation du roulement dans des plans radiaux situés de part et d'autre des premier de deuxième chemins de roulement. Selon un autre mode de réalisation, les corps roulants sont des rouleaux coniques. Préférentiellement, les chemins de roulement coniques forment des surfaces tronconiques convergeant l'une vers l'autre. Selon un troisième aspect de l'invention, celle-ci a trait à une roue de véhicule comportant une bague extérieure telle que décrite ci-dessus et un corps de roue fixé à l'extension radiale de la bague. Selon un quatrième aspect de l'invention, celle-ci a trait à un procédé de forgeage d'une bague extérieure de roulement, comportant une étape de d'évasement du fût par coup de poinçon de forge. Préférentiellement, l'étape d'évasement est faite à mi-chaud, de préférence à 730 C environ, et peut être suivie d'un usinage des pistes de roulement, puis d'une trempe, préférentiellement locale au niveau des pistes de roulement, puis si nécessaire d'un revenu. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 3 illustre une bague extérieure de roulement suivant un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 illustre une pièce ébauchée, avant un forgeage lui donnant la forme finale de la figure 3 ; - la figure 5 illustre une bague extérieure de roulement suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 illustre une bague extérieure de roulement suivant un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 illustre une bague extérieure de roulement 20 suivant un quatrième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8 illustre une bague extérieure de roulement suivant un cinquième mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 3, un roulement 10 selon l'invention comporte une bague extérieure tournante 12 et deux bagues 25 intérieures fixes 14, 15. Les bagues sont pourvues de chemins de roulement 28, 30, 29, 31 pour loger deux rangées de billes 16, 18. Deux cages 20, 22 maintiennent un espacement circonférentiel régulier entre les billes de chaque rangée. La bague extérieure 12 est constituée par une pièce monobloc en acier formant un flasque 24 s'étendant radialement par rapport à l'axe 35 de rotation de roulement, un fût axial 26 dont la paroi intérieure 27 est usinée de manière à former les chemins de roulement 28, 30, et un nez de centrage 17. Le flasque 24 est muni de trous 25, filetés ou non, pour l'assemblage d'une roue. Le nez de centrage permet de centrer la roue lors de son montage sur la bague et d'accéder aux bagues intérieures lors du montage du roulement. Une fois le roulement monté sur véhicule, ce nez de centrage 17 est destiné à être fermé par un bouchon. Le roulement 10 a une orientation axiale et l'on distinguera un côté tourné vers la caisse du véhicule, à droite sur la figure, et un côté tourné vers la roue fixée au flasque, à gauche sur la figure. Du fait de cette disposition, le chemin de roulement 30 situé du côté de la caisse du véhicule, en d'autres termes le chemin de roulement le plus éloigné du flasque 24, subit également la plus forte charge. C'est la raison pour laquelle ce chemin de roulement a, dans ce mode de réalisation, un diamètre plus important que le chemin de roulement 28 situé du côté de la roue. Les deux chemins de roulements sont à contact oblique, avec des lignes de charge 60, 62 qui coupent l'axe de rotation du roulement 35 dans des plans radiaux situés de part et d'autre du roulement. La paroi extérieure 33 du fût a un diamètre qui varie le long de l'axe 35 de la bague et passe par un minimum dans un plan de section radial situé axialement entre le chemin de roulement côté caisse 30 et le flasque 24. À l'extrémité 32 du fût située du côté de la caisse du véhicule est fixé un codeur annulaire 34 disposé à distance d'entrefer d'un capteur 36 fixé à un porte-capteur 38 solidaire de la bague intérieure fixe 14 du roulement. Du fait de l'évasement du fût 26, le codeur 34 a un diamètre important. La bague 12 est réalisée par forgeage. Dans une première étape de forgeage, la pièce ébauchée 12', visible sur la figure 4, comporte un fût 26' dont la paroi extérieure 33' est légèrement tronconique et diminue progressivement de diamètre du flasque vers l'extrémité axiale côté caisse. L'angle de la génératrice de ce tronc de cône avec l'axe de rotation 35 doit être suffisant pour permettre l'éjection de la pièce hors de la matrice où elle est forgée. En pratique, un angle de 1 à 3 peut être suffisant. Cette pièce est ensuite placée à demi-chaud, à une température comprise entre 600 C et 800 C environ, de préférence une température de 730 C environ, en phase martensitique dans une presse pour une opération de forgeage. Un poinçon de forge est inséré dans le fût et vient s'appliquer notamment sur la partie du fût qui deviendra le chemin de roulement côté caisse, pour déformer l'extrémité libre du fût qui s'évase pour prendre sa forme définitive représentée sur la figure 3. Alternativement, le formage de la partie évasée du fût peut être fait par austéniformage à une température voisine de la 20 limite inférieure du domaine de l'austénite. Alternativement, l'évasement peut également être obtenu par un tournage à mi-chaud en introduisant une molette à l'intérieur du fût pour déformer son extrémité, après avoir si nécessaire serré la pièce dans une matrice. 25 L'étape d'évasement de l'extrémité du fût est suivie d'un usinage du profil intérieur de la pièce, notamment des chemins de roulements. A la suite de cet usinage, on vient effectuer une trempe localisée au niveau des chemins de roulement en chauffant par induction puis en refroidissant 30 par jet d'eau. Du fait de la faible épaisseur 40 de la pièce à proximité du chemin de roulement 28 côté roue (comparé à la pièce de la figure 1), la quantité de chaleur emmagasinée dans la pièce est plus faible et plus uniforme le long du fût. La profondeur de trempe est donc plus uniforme, et il est plus facile de contrôler la trempe et d'éviter une fragilisation de la pièce. Ceci est particulièrement utile pour obtenir l'état final de surface souhaité pour les chemins de roulement. Le traitement de trempe peut être suivi d'un revenu, c'est-à-dire un chauffage avec maintien plus ou moins prolongé à une température inférieure au point de transformation. Ce revenu a pour effet un adoucissement avec, simultanément, une diminution de la fragilité. Il permet d'ajuster les caractéristiques de résistance et de ductilité de l'acier. Sur la figure 5 est représenté un roulement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les signes de référence de la figure 3 ont été conservés pour des éléments identiques ou similaires. Ce roulement diffère du précédent essentiellement par le fait que les chemins de roulement côté caisse 30 et côté roue 28 ont un diamètre identique. Lorsque l'on compare la forme à celle du roulement de l'art antérieur de la figure 2, on note la moindre épaisseur 40 à proximité du premier chemin de roulement. Sur la figure 6 est représenté un roulement selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Les signes de référence de la figure 3 ont été conservés pour désigner des éléments identiques ou similaires. Ce mode de réalisation diffère des précédents essentiellement par le fait que la bague extérieure tournante 12 est pourvue d'un premier chemin de roulement 28, et d'une gorge annulaire 42 de logement d'une deuxième bague extérieure tournante 44 elle-même pourvue d'un deuxième chemin de roulement 30. Sur la figure 7 est représenté un roulement selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, plus particulièrement destiné à une roue motrice. Les signes de référence de la figure 3 ont été conservés pour des éléments identiques ou similaires. Ce roulement comporte une bague extérieure fixe 12 et deux bagues intérieures tournantes 14, 15. Les bagues sont pourvues de chemins de roulement 28, 30, 29, 31 pour loger deux rangées de billes 16, 18. Deux cages 20, 22 maintiennent un espacement circonférentiel régulier entre les billes de chaque rangée. La bague extérieure 12 est constituée par une pièce monobloc en acier formant d'une part un flasque 50 constituant une patte munie de trous, filetés ou non, pour l'assemblage à une jambe de suspension interposé entre le roulement et la caisse du véhicule, et d'autre part un fût 26 dont la paroi intérieure 27 accueille les chemins de roulement 28, 30. La bague intérieure 14 forme également un fût. La bague 14 s'évase, du côté opposé à la caisse du véhicule et tourné vers la roue, pour former un flasque de fixation d'une jante de roue. Comme dans les modes de réalisation précédents, la paroi extérieure 33 du fût de la bague extérieure 12 a un diamètre qui varie le long de l'axe 35 de la bague et passe par un minimum dans un plan de section radial situé axialement entre le chemin de roulement côté caisse 30 et le flasque 24, ce qui permet d'uniformiser l'épaisseur du fût, et d'ainsi obtenir un gain de poids et un meilleur contrôle des traitements thermiques du fût. Sur la figure 8 est représenté un roulement selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. Les signes de référence de la figure 3 ont été conservés pour désigner des éléments identiques ou similaires. Ce mode de réalisation diffère des précédents essentiellement par le fait que le roulement est à rouleaux coniques. Les chemins de roulements sont tronconiques et convergent l'un vers l'autre. Naturellement, diverses modifications sont possibles. La bague peut avoir plus de deux chemins de roulement. Les corps roulants peuvent être des rouleaux, notamment des rouleaux coniques. On peut également prévoir une ou plusieurs rangées de billes et une ou plusieurs rangées de rouleaux, en particulier de rouleaux coniques. Le flasque peut être remplacé par tout autre type d'extension radiale permettant la fixation à l'élément tournant ou fixe auquel est associé la bague extérieure, notamment par une ou plusieurs pattes de fixation. La bague peut être réalisée dans un matériau autre que l'acier. L'évasement de la bague peut être obtenu par tout moyen 10 approprié. La roue peut être associée à la bague extérieure par tout moyen. La bague extérieure peut par ailleurs être pourvue d'un disque de freinage. 15 Les deux bagues du roulement peuvent le cas échéant être équipées de canaux formant un passage d'air au travers du roulement. REVENDICATIONS 1. Bague extérieure (12) de roulement pour une roue d'un véhicule comportant : a. un fût (26) définissant un axe de rotation (35) de la roue, ayant une paroi radialement extérieure (33) et une paroi radialement intérieure (27) pourvue d'un premier chemin de roulement (28), et d'une gorge annulaire (30, 42) axialement espacée du premier chemin de roulement (28), la gorge annulaire (30, 42) constituant soit un deuxième chemin de roulement (30) soit un logement pour une deuxième bague extérieure (44) formant un deuxième chemin de roulement (30), et b. une extension radiale (24) pourvue de moyens de fixation (25) de la bague (12) à une roue ou à un élément de suspension interposé entre la bague et la caisse du véhicule, l'extension radiale étant axialement plus proche du premier chemin de roulement que de la gorge annulaire (30), la paroi extérieure (33) du fût ayant un diamètre qui, mesuré dans un plan de section radial, varie en fonction de la position axiale du plan de section radial, suivant une fonction qui passe par un minimum dans un plan de section radial situé axialement entre la gorge annulaire (30) et l'extension radiale (24). 2. Bague selon la revendication 1, dans laquelle la fonction passe par un maximum relatif mesuré dans un plan de section radial situé entre le plan de section radial correspondant au minimum et une extrémité axiale libre (32) du fût, le minimum étant inférieur d'au moins 10% au maximum. 3. Bague selon la revendication 1 on la revendication 2, formant une pièce monobloc. 4. Bague selon la revendication 3, formant une pièce en acier. 5. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, le premier chemin de roulement (28) étant disposé axialement entre l'extension radiale (24) et la gorge (30). 6. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, la paroi extérieur (33) étant pourvue d'une piste (34) de codeur optique, magnétique ou électromagnétique. 7. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, pourvue en outre d'une jupe de centrage s'étendant axialement du côté de l'extension radiale (24) opposé au fût (26). 8. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la gorge constitue le deuxième chemin de roulement (30). 9. Bague selon la revendication 8 dans laquelle la distance minimale (40) entre le premier chemin de roulement (28) et la paroi extérieure (33) est inférieure à 1,5 fois la distance minimale entre le deuxième chemin de roulement (30) et la paroi extérieure. 10. Bague selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans laquelle le deuxième chemin de roulement (30) a un diamètre de fond de chemin supérieur au diamètre de fond de chemin du premier chemin de roulement (30). 11. Bague selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans laquelle le deuxième chemin de roulement (30) a un diamètre de fond de chemin égal au diamètre de fond de chemin du premier chemin de roulement (28). 12. Bague selon l'une quelconque des revendications précédentes, obtenue par un procédé de forgeage comportant une étape d'évasement du fût par coup de poinçon de forge. 13. Roulement de roue comportant une bague extérieure selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, une bague intérieure, et des corps roulants. 15 14. Roulement de roue selon la revendication 13, dans lequel les corps roulants sont des billes. 15. Roulement selon la revendication 14, dans lequel le premier chemin de roulement (28) et le deuxième chemin de 20 roulement (30) sont à contact oblique et définissent des lignes de charge (60, 62) qui coupent l'axe de rotation du roulement dans des plans radiaux situés de part et d'autre des premier de deuxième chemins de roulement. 25 16. Roulement selon la revendication 13, dans lequel les corps roulants sont des rouleaux coniques. 17. Roulement selon la revendication 16, dans lequel les chemins de roulement coniques forment des surfaces 30 tronconiques convergeant l'une vers l'autre. 18. Roue de véhicule comportant une bague extérieure selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 et un corps de roue fixé à l'extension radiale (24) de la bague. 10 35 19. Procédé de forgeage d'une bague extérieure de roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comportant une étape de d'évasement du fût par coup de poinçon de forge. 20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel l'étape d'évasement est faite à mi-chaud. 21. Procédé de forgeage d'une bague extérieure de roulement 10 selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, comportant une étape de d'évasement du fût par coup de poinçon de forge, suivie d'une étape d'usinage des chemins de roulement puis d'une étape de trempe.5