Brevet FR2926247A1 — publié le 20090717

La présente invention concerne un moyeu de roue arrière de bicyclette comportant des moyens de réduction et de ralentissement de l'usure du moyeu, notamment des roulements logés à l'intérieur de celui- ci pour permettre la rotation d'une roue arrière de bicyclette et des pignons de chaîne. De façon connue, un moyeu de roue arrière de bicyclette est généralement composé d'un axe de rotation allongé sur lequel sont assemblés libres en rotation un corps de moyeu sur lequel s'attachent les rayons et un corps de cassette sur lequel se monte un jeu de pignons de chaîne. Le corps de moyeu et le corps de cassette coopèrent de façon classique par un système d'engrènement à cliquets et roue dentée qui permet au corps de cassette d'être en roue libre par rapport au corps de moyeu quand il n'y a pas de pédalage ou alors d'engrener les deux corps lors du pédalage. Communément, le corps de moyeu et le corps de cassette sont montés sur l'axe de rotation du moyeu par l'intermédiaire de roulements à billes qui favorisent un bon roulement et un bon rendement de transmission de couple. L'accroissement de performances dans le domaine des matériels de cyclisme et cyclotourisme étant fortement dépendant de la masse de ces matériels, les roulements utilisés dans les moyeux de roue sont habituellement dimensionnés pour être les plus petits et plus légers possible et les billes qu'ils contiennent sont donc souvent de petits diamètres, de l'ordre de 2,4 mm à 4,8 mm. Pour fonctionner correctement, de tels roulements de précision nécessitent entre eux une coaxialité inférieure à 0,01 mm, c'est-à-dire que la distance de chacun des roulements à leur axe de rotation commun doit être égale et sensiblement constante et en tout état de cause inférieure à 0,01 mm. Or, les tolérances d'usinages, la flexion de l'axe de rotation du moyeu lors des efforts de pédalage et la position des cliquets d'entraînement sur la bague crantée occasionnent la plupart du temps une mauvaise coaxialité du corps de cassette et du corps de moyeu sur l'axe de rotation du moyeu et donc une mauvaise coaxialité des bagues intérieures et extérieures des roulements à billes qui portent sur cet axe. De cette mauvaise coaxialité découle des dégradations des roulements situés à l'intérieur du moyeu, et plus particulièrement des plus petits d'entre eux qui sont situés dans le corps de cassette du moyeu, qu'il convient de remplacer trop fréquemment. La présente invention à pour but de réduire ce problème de dégradation des roulements de précision à l'intérieur du corps de cassette des moyeux de roues 5 arrières de bicyclettes. La présente invention a également pour but de proposer une solution simple et peu onéreuse pour palier le problème sus-évoqué. Ces différents buts sont atteints conformément à l'invention grâce à un moyeu de roue arrière de bicyclette, comportant un axe de rotation sur lequel sont 10 assemblés libres en rotation un corps de moyeu et un corps de cassette aptes à coopérer en rotation autour de l'axe par des moyens d'engrènement solidaires ou formés sur le corps de cassette et le corps de moyeu. Les moyens d'engrènement sont bien entendus adaptés pour, dans un premier sens de rotation autour de l'axe, réaliser un accouplement du corps de moyeu et idu corps de cassette et, 15 dans un sens de rotation opposé, permettre leur désaccouplement et leur rotation indépendante autour de l'axe. De façon originale, le rnoyeu de l'invention est caractérisé en ce que le corps de cassette est assemblé sur l'axe de rotation par l'intermédiaire d'au moins : - un premier roulement à billes, positionné à proximité des moyens 20 d'engrènement et du corps de moyeu et solidaire par sa bague intérieure de l'axe de rotation et réalisant une liaison pivot glissant élastique entre l'axe et le corps de cassette par l'intermédiaire d'au moins un moyen de liaison élastique interposé entre la bague extérieure du premier roulement et le corps de cassette, et - un second roulement à billes, positionné à distance des moyens 25 d'engrènement et du corps de moyeu et solidaire par sa bague extérieure du corps de cassette et par sa bague intérieure de l'axe de rotation, et réalisant une liaison rotule entre l'axe et le corps de cassette. Selon une première variante de réalisation de l'invention, le moyen élastique de liaison entre la bague extérieure du premier roulement et le corps de cassette 30 comporte au moins une bague constitué d'un matériau élastomère. Dans une seconde variante, préférée pour sa simplicité de mise en oeuvre, le moyen élastique de liaison entre la bague extérieure du premier roulement et le corps de cassette comporte au moins un, et de préférence au moins deux, joint(s) torique(s) de matériau élastomère, de préférence logé(s) chacun dans une gorge usinée à cet effet dans le corps de cassette et/ou sur la bague extérieure du premier roulement. De préférence, le premier et le second roulements à billes sont logés dans un alésage formé à l'intérieur du corps de cassette. De préférence encore, le moyeu de l'invention comporte une entretoise entre le premier et le second roulements sur l'axe de rotation à l'intérieur du corps de cassette. Cette entretoise permet avantageusement d'assurer un positionnement et un écartement relatif adéquat du premier et du second roulement l'un par rapport à l'autre sur l'axe de rotation et à l'intérieur du corps de cassette. En complément de l'entretoise pour garantir le positionnement du premier et du second roulement sur l'axe de rotation à l'intérieur du corps de cassette, le second roulement est avantageusement bloqué en translation longitudinale sur l'axe de rotation par contrainte en butée des bagues intérieure et extérieure dudit second roulement respectivement contre l'entretoise et un épaulement pratiqué dans la paroi de l'alésage intérieur du corps de cassette au moyen d'un écrou de serrage vissé à une extrémité de l'axe de rotation et d'un deuxième écrou de serrage vissé à l'extrémité du corps de cassette. D'autre part, dans un mode de réalisation préféré du moyeu de l'invention, la bague intérieure du premier roulement est bloquée en translation sur l'axe de rotation par pincement entre un épaulement formé sur l'axe et l'entretoise sur cet axe et en ce que la bague extérieure du premier roulement présente un degré de liberté en translation selon une direction parallèle à l'axe autorisé par un jeu de débattement entre ladite bague extérieure du premier roulement et le fond de l'alésage intérieur du corps de cassette et le moyen de liaison élastique. Enfin, de façon traditionnelle mais préférée, les moyens d'engrènement du moyeu de l'invention comportent des cliquets mobiles coopérant avec des cannelures formés ou disposés respectivement au niveau d'extrémités en regard du corps de cassette et du corps de moyeu. Les cliquets peuvent notamment de façon préférée être disposés sur le corps de cassette et les cannelures sur le corps de moyeu, aussi bien sur leur circonférence pour réaliser une coopération radiale par rapport à l'axe de rotation qu'au niveau de faces opposées axialement pour réaliser une coopération en engrènement frontal. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention et parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du moyeu de la présente invention selon son axe de rotation ; - les figures 2A et 2B sont des vues en perspective éclatée du moyeu selon la présente invention le long de l'axe longitudinal X-X' du moyeu; -la figure 3 représente un détail de réalisation du moyeu de l'invention pris dans une vue analogue de celle de la figure 1. En référence aux figures 1, 2A et 2B, le moyeu 1 de roue arrière conforme à la présente invention se compose, dans le mode de réalisation préféré représenté sur ces figures d'un corps de cassette 2 et d'un corps de moyeu 3 tous deux assemblés libres en rotation sur un axe de rotation 4 d'axe longitudinal X-X'. Sur les figures le corps de cassette 2 présente une forme sensiblement cylindrique et le corps de moyeu une forme sensiblement tronconique mais cette forme ne revêt aucun caractère essentiel pour autant que ces deux corps remplissent leur fonction propre qui est pour le corps de cassette 2 de porter un jeu de pignons de chaîne (non représentés) et de transmettre le couple moteur d'entraînement au corps de moyeu 3 de la roue qui entraîne la jante par les rayons (également non représentés). Pour remplir ces fonctions respectives, le corps de cassette 2 présente une surface extérieure sensiblement cylindrique et cannelée apte à recevoir un jeu de pignons de chaîne, les cannelures extérieures permettant un enfilement sans rotation possibles des pignons. Le corps de moyeu quant à lui comporte pour fixer les extrémités des rayons d'une roue des encoches 15 pratiquées dans le flanc périphérique d'une gorge annulaire 16 formée à l'extrémité la plus large du corps de moyeu 3. Le corps de cassette 2 et le corps de moyeu 3 sont tous deux enfilés sur l'axe de rotation 4 du moyeu 1 par une des extrémités de cet axe et montés libres en rotation sur celui-ci par l'intermédiaire chacun d'un couple de roulements à billes 5,6 et 7,8. Le corps de moyeu 3 est lié à l'axe 4 par deux roulements à billes 5, 6 positionnés chacun en butée par leur bague externe dans un lamage cylindrique pratiqué à chaque extrémité du corps de moyeu 3. Les deux roulements 5, 6 portant le corps de moyeu 3 sur l'axe 4 sont en outre séparés par une entretoise 13 coaxiale à l'axe 4, cette entretoise formant butée contre les bagues internes des deux roulements 5, 6. Un écrou de serrage 17 vissé sur une extrémité de l'axe 4 permet de réaliser le blocage du corps de moyeu 3 en translation longitudinalement à l'axe 4 en forçant le positionnement de la bague interne du roulement 6 en butée contre un épaulement 26 formé sur la partie centrale 4a de l'axe 4 d'un côté et en appuyant sur la bague interne du second roulement 5 pour bloquer celle-ci en butée contre l'entretoise 13. Ainsi l'écartement entre les roulements 5, 6 est maintenu constant, sans 15 degré de mobilité possible desdits roulements et donc du corps de moyeu 3 longitudinalement à l'axe 4. Le corps de cassette 2 est lui aussi monté libre en rotation sur l'axe 4 d'une façon analogue au corps de moyeu 3, par l'intermédiaire de deux roulements à billes de précision 7, 8 qui sont logés dans un alésage intérieur 11 du corps de 20 cassette 2. Ledit corps de cassette 2 est enfilé par sa tête sur l'axe 4. Comme représenté plus clairement sur la figure 2A, la tête du corps de cassette est la partie extrême de celui-ci portant les cliquets 9 de roue libre du moyeu 1. Elle est de forme cylindrique et est séparée des cannelures de montage des pignons de chaîne par une corolle annulaire 14. 25 La tête du corps de cassette 2 présente un diamètre externe inférieur au reste du corps de cassette et porte sur sa circonférence externe les cliquets 9 de roue libre du moyeu, qui sont constitués de façon connues d'une dent métallique coopérant avec un ressort 9a, tous deux logés dans des logements creusés dans la surface externe de la tête du corps de cassette 2. Lorsque le corps de 30 cassette 2 et le corps de moyeu 3 sont assemblés sur l'axe 4, les cliquets 9 coopèrent avec une couronne dentée 10 solidaire de la paroi interne de l'extrémité la plus large du corps de moyeu 3 pour réaliser l'accouplement en rotation du corps de cassette 2 et du corps de moyeu et ainsi transmettre les efforts de pédalage à une roue de bicyclette. Le fût interne de la tête du corps de cassette présente lui aussi un diamètre inférieur à celui de l'alésage interne 11 du corps de cassette 2. Ce diamètre interne du fût de la tête est supérieur au diamètre externe de l'axe 4 au niveau d'un renflement 4a qui procure deux épaulements formant butée de positionnement du roulement 6 de montage du corps de moyeu 3 d'un côté de l'axe 4 et d'un premier roulement de montage 7 du corps de cassette 2 de l'autre côté de l'axe 4. Ainsi, lorsque le corps de cassette 2 est enfilé sur l'axe 4 le fût interne de sa tête vient recouvrir sans la toucher la circonférence du renflement 4a de l'axe 4. Comme précédemment indiqué et conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le corps de cassette 2 est monté sur l'axe 4 par l'intermédiaire d'un premier roulement à billes 7 et d'un second roulement à billes 8 qui, chacun, non seulement remplit sa fonction première de roulement pour autoriser la rotation du corps de cassette 2 sur l'axe 4, mais remplit également une seconde fonction destinée à permettre d'accepter les défauts de coaxialité lors de la transmission du couple d'entraînement du moyeu sans contrainte sur les roulements 7 et 8. Ainsi le premier roulement 7, situé au fond de l'alésage 11 juste derrière la tête du corps de cassette 2 a une fonction de liaison � pivot glissant élastique � entre le corps de cassette 2 et l'axe 4, et le second roulement 8, situé à l'extrémité opposée de l'alésage 11 par rapport à la tête du corps de cassette 2 remplit une fonction de liaison � rotule � entre le corps de cassette 2 et l'axe 4. La fonction � pivot glissant élastique � du premier roulement 7 a pour but de ménager ledit roulement 7 des contraintes générées par une mauvaise coaxialité entre le corps de cassette 2, l'axe 4 et le corps du moyeu 3. Cette liaison permet aussi au premier roulement 7 de ne subir que des charges radiales. Cette fonction de pivot glissant élastique est conférée au premier roulement 7 par l'intermédiaire de deux joints toriques 22 en matériau élastique intercalés entre la surface interne de l'alésage 11 et la surface externe de la bague externe 7b du premier roulement alors que la bague interne 7a du premier roulement est elle bloquée en butée sur l'axe 4 entre un épaulement 24 procuré par le renflement 4a de l'axe est une entretoise de montage 12 coaxiale à l'axe 4 et séparant le premier roulement 7 du second roulement 8. Les deux joints toriques 22 sont de préférence logés dans des gorges 5 usinées sur la paroi interne de l'alésage 11 du corps de cassette 2 ou en variante sur la bague externe 7b du premier roulement. La liaison pivot glissant élastique procurée par le premier roulement 7 permet au corps de cassette 2 de bouger axialement, réalisant ainsi une fonction de glissement élastique, par rapport au roulement 7 et l'axe 4. Le roulement 7 est 10 donc exempté de charges axiales. Cette fonction de glissement élastique avantageusement obtenue grâce aux caractéristiques suivantes originales du montage du moyeu de l'invention à savoir : - l'auto-centrage de la bague extérieure 7b du roulement 7 dans l'alésage intérieur 11 du corps de cassette 2 par l'intermédiaire des joints toriques 22, et 15 - le jeu libre 23 entre la bague extérieure 7b du roulement 7 et le fond de l'alésage 11 du corps de moyeu 2 à la base de la tête de celui-ci. Cette liaison élastique permet aussi au corps de cassette 2 de bouger radialement par rapport au roulement 7 et l'axe 4 et donc autorise une légère modification d'alignement du corps de cassette 2 et du corps de moyeu 3 20 lorsqu'ils s'engrènent par l'intermédiaire des cliquets 9 et de la couronne crantée 10 lors du pédalage ou lorsque le cycliste est en roue libre. La fonction rotule du second roulement est elle assurée par un montage en butée des ses bagues interne et externe 8a, 8b entre l'entretoise 12 et un écrou de serrage 21 vissé sur l'axe 4 pour la bague interne 8a et entre un épaulement 25 25 formé dans la paroi interne de l'alésage 11 et une bague d'arrêt 18 coaxiale à l'écrou de serrage 21 pour la bague externe 8b du second roulement 8. La bague d'arrêt 18 est maintenue en position bloquée par l'intermédiaire de deux écrous coaxiaux 20, 21 vissés à l'extrémité opposée de la tête du corps de cassette 2, l'écrou 20 appuyant sur une bague élastomère 19 elle-même contraignant la 30 bague d'arrêt 18 contre le roulement 8. Ainsi, tous les degrés de liberté de translation du roulement 8 le long de l'axe sont annulés. En revanche, tous les degrés de liberté de rotation, qui dépendent du jeu entre les billes et les bagues interne et externe 8a, 8b par rapport à l'axe 4, procurant ainsi une liaison rotule entre le corps de cassette 2 et l'axe 4. La combinaison de ces deux fonctions additionnelles de liaison pivot glissant élastique et de liaison rotule des deux roulements 7, 8 de montage du corps de cassette 2 sur l'axe 4 du moyeu de l'invention permettent ainsi une compensation et une correction automatique des défauts de coaxialité des roulements 7, 8 et du corps de cassette 2 par rapport à l'axe 4 et au corps de moyeu 3, ce qui permet de réduire considérablement l'usure des roulements 7, 8 par rapport aux moyeux traditionnels et donc de garantir une performance et un confort améliorés d'utilisation pour le cycliste. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Moyeu de roue arrière de bicyclette, comportant un axe de rotation (4) sur lequel sont assemblés libres en rotation un corps de moyeu (3) et un corps de cassette (2) aptes à coopérer en rotation autour de l'axe (4) par des moyens d'engrènement (9, 10) solidaires ou formés sur le corps de cassette et le corps de moyeu, les moyens d'engrènement étant adaptés pour, dans un premier sens de rotation autour de l'axe, réaliser un accouplement du corps de moyeu (3) et du corps de cassette (2) et, dans un sens de rotation opposé, permettre leur désaccouplement et leur rotation indépendante autour de l'axe, caractérisé en ce que le corps de cassette (2) est assemblé sur l'axe de rotation par l'intermédiaire d'au moins : -un premier roulement à billes (7), positionné à proximité des moyens d'engrènement et du corps de moyeu et solidaire par sa bague intérieure (7a) de l'axe de rotation (4) et réalisant une liaison pivot glissant élastique entre l'axe et le corps de cassette par l'intermédiaire d'au moins un moyen (22) de liaison élastique interposé entre la bague extérieure (7b) du premier roulement et le corps de cassette (2), et - un second roulement à billes (8), positionné à distance des moyens d'engrènement et du corps de moyeu et solidaire par sa bague extérieure (8b) du corps de cassette et par sa bague intérieure (8a) de l'axe de rotation, et réalisant une liaison rotule entre l'axe (4) et le corps de cassette (2). 2 - Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen élastique de liaison (22) entre la bague extérieure du premier roulement et le corps de cassette (2) comporte au moins une bague constitué d'un matériau élastomère 3 - Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen élastique de liaison entre la bague extérieure du premier roulement et le corps de cassette comporte au moins un joint torique (22) de matériau élastomère, de préférence logé dans une gorge usinée à cet effet dans le corps de cassette (2) et/ou sur la bague extérieure (7b) du premier roulement (7). 4 - Moyeu selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier et le second roulements à billes (7, 8) sont logés dans un alésage (11) formé à l'intérieur du corps de cassette (2). 5 - Moyeu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une entretoise (12) entre le premier et le second roulements sur l'axe de rotation (4) à l'intérieur du corps de cassette (2). 6 - Moyeu selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second roulement (8) est bloqué en translation longitudinale sur l'axe de rotation (4) par contrainte en butée des bagues intérieure et extérieure (8a, 8b) dudit second roulement respectivement contre l'entretoise (12) et un épaulement (25) pratiqué dans la paroi de l'alésage intérieur (11) du corps de cassette (2) au moyen d'un écrou de serrage (21) vissé à une extrémité de l'axe de rotation (4) et d'une bague d'arrêt (18) coaxiale à cet écrou. 7 - Moyeu selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la bague intérieure (7a) du premier roulement (7) est bloquée en translation sur l'axe de rotation (4) par pincement entre un épaulement (24) formé sur l'axe et l'entretoise (12) sur cet axe et en ce que la bague extérieure (7b) présente un degré de liberté en translation selon une direction parallèle à l'axe autorisé par un jeu (23) de débattement entre ladite bague extérieure (7b) du premier roulement et le fond de l'alésage intérieur (11) du corps de cassette et le moyen de liaison élastique (22). 8 - Moyeu selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'engrènement (9, 10) comportent des cliquets mobiles coopérant avec des cannelures et formés ou disposés respectivement au niveau d'extrémités en regard du corps de cassette (2) et du corps de moyeu (3).