Brevet FR2916026A1 — publié le 20081114

ROULEMENT À BILLES POURVU D'UNE GORGE DE MONTAGE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention a trait à un roulement à billes et, plus spécifiquement, à un ensemble composé d'une bague extérieure de roulement et d'un anneau de billes, la bague présentant un chemin de roulement et une portée cylindrique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE L'une des méthodes de montage des billes dans une bague extérieure de roulement consiste à monter dans un premier temps les billes dans une cage, puis, dans un deuxième temps, à monter l'anneau de billes ainsi constitué dans la bague extérieure de roulement, afin que les billes soient positionnées sur le chemin de roulement formé dans la bague extérieure. Or certaines bagues extérieures de roulement sont pourvues sur leur face tournée radialement vers l'intérieur d'une portée cylindrique située entre le chemin de roulement et le rebord de la bague et servant notamment à réceptionner un élément de garniture d'étanchéité, ou d'un dispositif de mesure associé au roulement. Cette portée cylindrique peut être plus ou moins éloignée du chemin de roulement en direction axiale, et sa dimension axiale peut également être plus ou moins importante, suivant par exemple la taille de l'élément de garniture d'étanchéité. La présence de la portée cylindrique complique les opérations d'assemblage décrite ci-dessus, d'autant plus que le diamètre de la portée cylindrique est généralement plus petit que le diamètre de fond de chemin. Il est alors nécessaire de présenter l'anneau de billes en biais dans l'ouverture de la bague extérieure et de déformer la cage pour permettre son insertion, cette déformation étant d'autant plus importante que la dimension axiale de la portée est importante. Pour limiter cette déformation axiale et éviter de marquer les billes lors de l'assemblage, il a déjà été proposé de prévoir, entre le chemin de roulement et la portée cylindrique, un portée cylindrique intermédiaire dont le diamètre est supérieur au diamètre de fond de chemin mais inférieur au diamètre de la première portée cylindrique. Toutefois, cette solution n'est pas totalement satisfaisante. En effet, la portée intermédiaire a pour effet de diminuer la largeur du chemin de roulement et donc l'enveloppement des billes par la paroi du chemin de roulement, de sorte que le guidage des billes est insuffisant. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise donc remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer un ensemble constitué d'une bague extérieure de roulement et d'un anneau de billes qui soit plus facile à assembler. Pour ce faire, il est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un ensemble pour roulement à billes comportant d'une part une bague extérieure définissant un axe géométrique de révolution et présentant une face tournée radialement vers l'intérieur, la face formant au moins un premier chemin de roulement annulaire ayant un diamètre de fond de chemin Oc donné et une portée cylindrique ayant un diamètre de portée Op inférieur au diamètre de fond de chemin Oc, et d'autre part un anneau de billes formé par une cage portant des billes, les billes ayant un diamètre de bille OB donné, la face intérieure de la bague comportant une gorge annulaire située axialement entre la portée cylindrique et le chemin de roulement, et un renflement annulaire séparant la gorge du chemin de roulement, le renflement annulaire étant situé à une distance D de l'axe telle que (0,01 X eB) (ec -D) (0,12X eB) ; la gorge étant telle qu'une sphère de diamètre OB positionnée dans la gorge a avec la face deux points de contact, l'un au moins des deux points de contact étant situé à une distance de l'axe (22) supérieure à D et supérieure à la distance p entre la portée cylindrique 2 et l'axe. Lors du montage, l'anneau de billes est inséré en biais dans la bague et les billes trouvent dans la gorge un espace supplémentaire qui permet de limiter la déformation de l'anneau de billes et donc de la cage. Le nombre de billes simultanément en contact avec la face intérieure de la bague diminue, ce qui permet de diminuer également les efforts de montage et les risques de marquage des billes. Le renflement permet quant à lui d'assurer un enveloppement suffisant des billes par le chemin de roulement. Le profil de la face radiale intérieure de la bague permet donc de concilier les impératifs de facilité de montage et de tenue des billes. Le profil de la face radiale intérieure est aisé à obtenir par roulage, une molette étant le cas échéant utilisée pour repousser axialement vers le renflement tout ou partie de la matière ôtée de la gorge. Selon un mode de réalisation préféré, le renflement a un rayon de courbure R,s qui, mesuré dans un plan axial, est compris entre 1% et 30% du diamètre de bille OB, ce qui évite les angles vifs et par conséquent le risque de marquage des billes lors du montage. Selon un mode de réalisation préféré, les deux points de contact sont situés chacun à une distance de l'axe supérieure à D. De même, les deux points de contact sont chacun situés à une distance de l'axe supérieure à Op/2. Les tangentes à la gorge aux points de contact ont préférentiellement un angle d'inclinaison par rapport à l'axe géométrique de révolution, qui, mesuré dans un plan axial, est compris entre 10 et 80 . Selon un mode de réalisation préféré, la gorge présente, dans sa partie la plus éloignée de l'axe géométrique de révolution, un rayon de courbure qui, mesuré dans un plan axial, est compris entre 1% et 30% du diamètre de bille OB. Selon un mode de réalisation préféré, la gorge présente un rebord commun avec la portée cylindrique, ayant un rayon de courbure compris entre 1% et 30% du diamètre de bille OB, mesuré dans un plan axial. Selon un mode de réalisation, la face forme au moins un deuxième chemin de roulement annulaire coaxial avec le premier chemin de roulement annulaire. Dans ce cas, on peut prévoir avantageusement que la face soit symétrique par rapport à un plan médian situé entre le premier et le deuxième chemins de roulement, de sorte que la bague n'ait pas de sens de montage. Selon un mode de réalisation préféré, le chemin de roulement, la gorge et la portée ont une enveloppe géométrique de révolution ayant une génératrice qui est une courbe continue et dérivable. En d'autres termes, la face radiale intérieure de la bague n'a pas d'angles vifs, notamment dans les parties joignant la portée cylindrique, la gorge et le chemin de roulement, ce qui diminue considérablement les risques de marquage des billes. Selon un deuxième aspect de l'invention, celle-ci a trait à un roulement à billes à contact oblique comportant un ensemble tel que décrit ci-dessus et une bague intérieure. Ce roulement peut comporter en outre un joint ou un déflecteur inséré en force sur la portée cylindrique. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre une vue en coupe axiale 15 d'un roulement selon l'invention; - la figure 2 illustre schématiquement un détail d'une face radiale intérieure d'une bague extérieure du roulement de la figure 1; et - la figure 3 décrit schématiquement une étape de 20 montage du roulement de la figure 1. EXEMPLE DE RÉALISATION Sur la figure 1 est représenté un roulement 10 à deux rangées de billes, présentant une bague extérieure 12 et deux bagues intérieures 14 définissant des chemins de 25 roulement 16, 18 pour deux anneaux de billes 20. Les chemins de roulement 16, 18 définissent un axe géométrique 22 de révolution situé dans la plan de la figure 1. Le roulement 10 est symétrique par rapport à un plan géométrique 24 perpendiculaire à l'axe 22. Le volume 30 intérieur 26 du roulement, entre la face radiale intérieure 28 de la bague extérieure et les faces radiales extérieures 30 des bagues intérieures 14, est protégé par deux garnitures d'étanchéité 32 de type cassette. Chaque garniture comporte un déflecteur radial intérieur 34 inséré en force sur une portée cylindrique 36 de la bague intérieure correspondante, une armature extérieure 38 insérée en force sur une portée cylindrique 40 de la bague extérieure et un joint élastomère 42 solidaire de l'armature 38 et pourvu d'une ou plusieurs lèvres venant au contact du déflecteur 34 correspondant. Chaque anneau 20 de billes est constitué d'une cage 44 et d'une pluralité de billes 46 logées dans des alvéoles périphériques 48 constituées dans la cage 44, comme illustré en particulier sur la figure 3. La cage peut être en une ou deux pièces en matériau synthétique. Les chemins de roulement 16, 18 ont un rayon de courbure légèrement supérieur au rayon des billes 46 de sorte que chaque bille 46 a idéalement un point de contact unique avec chaque chemin de roulement. Le roulement 10 est à contact oblique, ce qui signifie que les deux points de contact de chaque bille 46 avec les chemins de roulement 16, 18 correspondants sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre. Par ailleurs, on peut définir géométriquement pour chaque chemin de roulement 16 de la bague extérieure un diamètre de fond de chemin Oc qui est le double de la distance entre la partie du chemin de roulement 16 la plus éloignée de l'axe de révolution et ce dernier. Ce diamètre correspond sensiblement au plus grand diamètre de l'anneau de billes 20 inséré dans le chemin. En pratique, ce diamètre Oc est plus grand que le diamètre Op de la portée cylindrique , d'où un problème lors du montage de l'anneau de billes dans le chemin. Pour faciliter ce montage, la face intérieure 28 de la bague extérieure présente, entre le chemin de roulement 16 et la portée cylindrique 40, une gorge 50 visible en détail sur la figure 2. La gorge a une profondeur supérieure à la portée cylindrique 40, à laquelle elle se raccorde par un rebord 52 sans angle vif ayant un rayon de courbure RR mesuré dans un plan axial. La gorge 50 se raccorde par ailleurs au chemin de roulement 16 par un renflement 54 situé, dans sa partie la plus proche de l'axe de révolution 22, à une distance D de celui-ci. Le fond de la gorge 50 présente, dans sa partie la plus éloignée de l'axe de révolution, un rayon de courbure RG, mesuré dans un plan axial. Pour définir les règles de conception de la gorge, on a en outre représenté sur la figure 2 une sphère 56 ayant un diamètre égal au diamètre OB des billes, venant au contact en deux points A et A' avec la paroi de la gorge. Selon une première règle, la distance D entre le renflement 54 et l'axe de révolution 22 est liée au diamètre de fond de chemin Oc du chemin de roulement 16 adjacent et au diamètre de bille OB par l'inégalité suivante: (0,01 X B) ( -D) (0,12 X B) L'inégalité traduit le fait que les billes sont suffisamment enveloppées par le chemin de roulement 16 du côté adjacent à la gorge 50. Le renflement 54 constitue donc un obstacle empêchant l'éjection des billes 46 hors du chemin de roulement. Selon une deuxième règle de conception, le point A doit être situé à une distance DA de l'axe de révolution 22 qui est supérieure à D. On traduit ainsi le fait que le renflement 54 constitue un seuil à franchir lors du montage de l'anneau de bille dans le chemin de bille. En pratique, il en va de même du point A'. De même, les distances DA et DA, sont préférentiellement supérieures à la distance 'I/2 de la portée cylindrique 40 à l'axe. Les tangentes à la paroi de la gorge, mesurées aux points de contact A et A' dans un plan axial, font avec l'axe de révolution un angle fl,respectivement /3', qui de préférence ont chacun une valeur comprise entre 10 et 80 . Les rayons de courbure Rs, RG, et RR peuvent avantageusement avoir des valeurs comprises entre 1 et 30% du diamètre de bille. Dans le mode de réalisation représenté, le renflement est plus éloigné de l'axe de révolution que la 15 portée cylindrique, ce que l'on traduit par l'inégalité 2xDqbp Idéalement, la génératrice de l'enveloppe géométrique de la face intérieure 28 de la bague extérieure dans un plan axial est une courbe sans rupture de pente, c'est-à-dire, au sens mathématique, une courbe engendrée 20 par une fonction dérivable. Pour monter le roulement, on procède de la manière suivante. Dans un premier temps, les billes 46 sont montées dans les cages 44 pour constituer les deux anneaux de billes 20. Dans un deuxième temps, chaque anneau 20 est 25 inséré obliquement dans la bague extérieure 12 par l'une des extrémités axiales de la bague, comme illustré sur la figure 3, jusqu'à ce qu'une bille se loge dans le chemin de roulement, en B1 sur la figure 3. Il reste alors à redresser l'anneau de billes. Du fait des dimensions de 30 l'anneau de billes, certaines billes viennent au contact de la portée, puis pénètrent dans la gorge comme en B2 sur la figure 3. Cette insertion en force induit un mouvement des billes dans leurs alvéoles accompagné le cas échéant d'une légère déformation de la cage 44. Toutefois, les billes 46 trouvent momentanément au cours du montage un volume libre dans la gorge 50, ce qui permet de limiter la déformation de l'anneau 20 et les forces de frottement. Lorsque l'insertion oblique de l'anneau dans la bague extérieure se poursuit, les billes 46 franchissent une à une le seuil constitué par le renflement 54, pour finalement venir se loger dans le chemin de roulement 16, l'anneau 20 se redressant de lui-même en venant prendre sa position finale dans le chemin de roulement 16. Après l'insertion des anneaux de billes 20, les armatures 38 de garniture d'étanchéité sont insérées en force dans la bague extérieure, en contact serré avec les portées cylindriques 40. Puis les deux bagues intérieures 14, pourvues chacune de leur déflecteur 34, sont introduites par les extrémités axiales de la bague extérieure 12, jusqu'à entrer en contact l'une avec l'autre. La gorge 50 permet de grandement limiter les efforts de contact entre l'anneau 20 de bille et la bague extérieure 12 lors du montage de l'anneau 20 dans sa position opérationnelle. Naturellement, l'exemple ci-dessus a été présenté de manière non limitative, et de nombreuses variantes sont possibles. Le roulement n'a pas nécessairement un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de révolution. Les deux parties du roulement peuvent en effet être différentes, avec des garnitures différentes et des billes différentes. L'invention est d'ailleurs applicable non seulement à des roulements à deux rangées de billes, mais également à des roulements à une rangée de bille. Les garnitures d'étanchéité peuvent être de tout type connu de l'homme du métier, et peuvent par exemple être constituées de deux déflecteurs sans contact l'un avec l'autre. Alternativement le déflecteur intérieur peut être omis, la garniture se réduisant à un déflecteur fixé à la portée cylindrique de la bague extérieure, ou à un joint à lèvre fixé de la même manière et venant frotter contre la portée cylindrique de la bague intérieure. Selon une autre variante, la portée cylindrique de la bague extérieure peut servir non pas de surface de fixation d'un élément de garniture d'étanchéité, mais de surface de frottement pour une lèvre de joint fixée à la bague intérieure. Selon un autre mode de réalisation, la portée cylindrique de la bague extérieure peut avoir une fonction qui ne soit pas liée à l'étanchéité du roulement, par exemple une fonction de fixation d'un capteur ou d'un codeur pour un dispositif de mesure associé au roulement. La cage peut être de tout type connu de l'homme du métier et permettant un jeu des billes dans les alvéoles et/ou une légère déformation élastique de la cage lors de l'insertion dans la bague extérieure. En particulier, la cage peut être constituée par une structure polymère solide partiellement surmoulée sur les billes, par exemple une structure polymère comprenant des pores dans lesquels un lubrifiant se trouve emprisonné. On peut également envisager un anneau de billes dont la déformation, nécessaire pour l'insertion dans la bague extérieure, soit obtenue non pas par une déformation de la cage, mais par un mouvement des billes dans les alvéoles de la cage où elles sont logées. Enfin, l'ensemble constitué par la bague extérieure et le ou les anneaux de billes peut être directement inséré sur une arbre, pour former un palier d'arbre, sans bague intérieure. REVENDICATIONS 1. Ensemble pour roulement à billes comportant : - une bague extérieure (12) définissant un axe géométrique de révolution (22) et présentant une face (28) tournée radialement vers l'intérieur, la face formant au moins un premier chemin de roulement annulaire (16) ayant un diamètre de fond de chemin Oc donné et une portée cylindrique (40) ayant un diamètre de portée Opinférieur au diamètre de fond de chemin Oc, et - un anneau (20) de billes formé par une cage (44) portant des billes (46), les billes (46) ayant un diamètre de bille OB donné, caractérisé en ce que la face intérieure (28) de la bague comporte une gorge annulaire (50) située axialement entre la portée cylindrique (40) et le chemin de roulement (16), et un renflement annulaire (54) séparant la gorge (50) du chemin de roulement (16), le renflement annulaire (54) étant situé à une distance D de l'axe telle que (0,01 X B) ( -D) (0,12X B) la gorge (50) étant telle qu'une sphère (56) de diamètre OB positionnée dans la gorge (50) a avec la face (28) deux points de contact (A, A'), l'un au moins des deux points de contact étant situé à une distance de l'axe (22) supérieure à D et supérieure à la distanceP entre la 2 portée cylindrique et l'axe. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renflement (54) a un rayon de courbure Rs mesurédans un plan axial compris entre 1% et 30% du diamètre de bille OB. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux points de contact sont chacun situés à une distance de l'axe (22) supérieure à D. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux points de contact sont chacun situés à une distance de l'axe (22) supérieure à la distance p entre la portée 2 cylindrique (40) et l'axe (22). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tangentes à la gorge (50) aux points de contact avec la sphère ont un angle d'inclinaison mesuré dans un plan axial par rapport à l'axe géométrique de révolution compris entre 10 et 80 . 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gorge présente, dans sa partie la plus éloignée de l'axe géométrique de révolution, un rayon de courbure qui mesuré dans un plan axial, est compris entre 1% et 30% du diamètre de bille "B. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gorge présente un rebord commun avec la portée cylindrique, ayant un rayon de courbure qui, mesuré dans un plan axial, est compris entre 1% et 30% du diamètre de bille "B. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face(28) forme au moins un deuxième chemin de roulement annulaire (16) coaxial avec le premier chemin de roulement annulaire (16). 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face est symétrique par rapport à un plan médian (24) situé entre le premier et le deuxième chemins de roulement et perpendiculaire à l'axe de révolution (22). 1O.Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chemin de roulement, la gorge et la portée ont une enveloppe géométrique de révolution ayant une génératrice qui est une courbe continue et dérivable. 11.roulement à billes à contact oblique comportant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes et au moins une bague intérieure (14). 12.Roulement à billes selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément de garniture d'étanchéité (38) ou un élément de dispositif de mesure associé au roulement, inséré en force sur la portée 20 cylindrique (40).