Brevet FR3002603A1 — publié le 20140829

Roulement, système mécanique à embrayage unidirectionnel comprenant un tel roulement et alternateur comprenant un tel système Description La présente invention concerne le domaine des roulements, en particulier des roulements dont les éléments roulants sont des galets ou des aiguilles. L'invention concerne également un système mécanique à embrayage unidirectionnel, appelé aussi mécanisme à roue libre, tel qu'une poulie pour alternateur de véhicule automobile, comprenant entre autres un tel roulement. De manière générale, un roulement comprend une bague intérieure présentant une piste de roulement sur sa surface extérieure, une bague extérieure présentant une piste de roulement sur sa surface intérieure et une pluralité d'éléments roulants sont pourvus dans la chambre de roulement définie entre les pistes de roulement des deux bagues. Un roulement peut également comprendre une cage pourvue d'une portion axiale annulaire dans laquelle est ménagée une pluralité de fenêtres pour le logement des éléments roulants et leur maintien avec un espacement circonférentiel régulier. Un roulement dont les éléments roulants sont des galets est tel que les pistes de roulement pour les galets sur les bagues intérieure et extérieure sont circulaires. Toutefois, les galets peuvent glisser axialement sur les pistes de roulement et le roulement doit alors être pourvu de surfaces formant des butées axiales en fermant tout ou partie la chambre de roulement pour les galets montés dans leur cage. Le contact axial entre lesdites surfaces et la cage génère un couple de friction pouvant être trop important dans certaines utilisations du roulement à galets, en particulier un système mécanique à embrayage unidirectionnel, tel qu'une poulie pour alternateur de véhicule automobile. -2- C'est à ces problèmes qu'entend plus particulièrement répondre l'invention en proposant un nouveau roulement particulièrement économique, simple à fabriquer et à monter, et ayant une durée de vie prolongée. A cet effet, l'invention concerne un roulement comprenant une bague intérieure présentant une piste de roulement sur sa surface circulaire extérieure, une bague extérieure présentant une piste de roulement sur sa surface circulaire intérieure, une pluralité de galets pourvus dans la chambre de roulement définie entre les pistes de roulement des deux bagues, une cage pourvue d'une portion axiale annulaire délimitée entre deux bordures radiales et dans laquelle est ménagée une pluralité de fenêtres pour le logement des galets, et au moins une butée axiale pour les galets montés dans leur cage. Conformément à l'invention, au moins une bordure radiale de la cage est pourvue d'au moins une protrusion pouvant entrer en contact avec la butée axiale. Grâce à l'invention, la friction entre la surface de contact entre la cage maintenant les galets en position et la portion radiale qui est générée pendant la rotation relative entre les deux bagues est réduite. Ainsi, à une vitesse de rotation donnée du roulement, l'énergie requise pour atteindre cette vitesse est réduite tandis que l'échauffement du roulement est également réduit. De plus, la durée de vie des éléments du roulement, en particulier la cage et les galets, est augmentée. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel roulement peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - La au moins une protrusion est telle que son extrémité pouvant entrer en contact avec la butée axiale comprend une surface dont la hauteur radiale est strictement inférieure à la hauteur radiale de la bordure radiale de la cage pourvue de la protrusion. - Dans un plan de coupe axial, la au moins une protrusion a une extrémité de forme arrondie faisant office de surface de contact avec la portion formant butée du roulement. -3- - Dans un plan de coupe axial, la au moins une protrusion a une extrémité en demi-sphère. - La au moins une protrusion est formée monobloc sur la cage. - La au moins une protrusion est un élément distinct de la cage sur laquelle elle est montée. - La au moins une bordure radiale de la cage est pourvue d'au moins un évidement dans lequel est monté le au moins un élément formant protrusion. - Le au moins un élément formant protrusion est un élément roulant, tel une bille ou un rouleau. - La au moins une bordure radiale est pourvue d'une pluralité de protrusions sur sa surface radiale. - Les protrusions sont au moins au nombre de trois. - Les protrusions sont régulièrement espacées sur la bordure radiale sur laquelle elles sont ménagées. - La protrusion de la bordure radiale de la cage et/ou la cage est réalisée en matière plastique ou synthétique, par exemple du PA66, du PA46 ou du PEEK. - La protrusion de la bordure radiale de la cage et/ou la cage est réalisée en matériau métallique, par exemple de l'acier, un alliage de cuivre ou un alliage d'aluminium. - La protrusion de la bordure radiale est recouverte d'une couche de revêtement antifriction, par exemple un revêtement DLC (« Diamond-Like Carbon »), du bisulfure de tungstène, du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou un traitement thermique adapté. - Au moins une butée axiale pour les galets montés dans leur cage est constituée d'au moins une portion radiale de la bague extérieure du roulement coudée vers l'intérieur du système mécanique. - Au moins une butée axiale pour les galets montés dans leur cage est 30 constituée d'au moins une portion radiale de la bague intérieure du roulement coudée vers l'extérieur du système mécanique. - Au moins une butée axiale pour les galets montés dans leur cage est constituée d'un élément distinct des éléments constitutifs du roulement, en particulier des bagues intérieure et extérieure. -4- L'invention concerne également un système mécanique à embrayage unidirectionnel, notamment une poulie pour alternateur de véhicule automobile, comprenant un premier élément et un deuxième élément qui sont mobiles l'un par rapport à l'autre en rotation autour d'un axe central et délimitent un logement annulaire radialement à l'axe central, et un mécanisme à roue libre disposé dans le logement annulaire. Le système mécanique comprend également au moins un roulement disposé dans le logement annulaire et pourvu de galets maintenus circonférentiellement par une cage conforme à l'invention dans une chambre de roulement définie entre une bague intérieure et une bague extérieure. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel système mécanique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Le système mécanique comprend au moins deux roulements dont au moins un est à galets retenus circonférentiellement par une cage conforme à l'invention. - Le système mécanique comprend au moins deux roulements disposés, le long de l'axe central, de part et d'autre du mécanisme à roue libre. - Le dispositif d'embrayage unidirectionnel comprend une bague intérieure, une bague extérieure, des organes tels des cames disposés entre les deux bagues et une cage pourvue d'une portion axiale annulaire dans laquelle est ménagée une pluralité de fenêtres pour le logement des organes et leur maintien avec un espacement circonférentiel régulier. - La cage du mécanisme à roue libre comprend au moins un organe élastique de rappel de chaque organe en position. - La cage du mécanisme à roue libre comprend au moins un évidement sur au moins une bordure radiale dans lequel est engagé au moins une protrusion de la cage d'un roulement à galets adjacent axialement audit dispositif. - L'évidement est annulaire et continu sur la bordure radiale de la cage montée dans le dispositif d'embrayage unidirectionnel. - L'évidement est sensiblement en concordance de forme avec la au moins une protrusion avec laquelle il coopère. -5- - La cage du dispositif d'embrayage unidirectionnel est réalisée en matière plastique ou synthétique, par exemple du PA66, du PA46 ou du PEEK. - La cage en matière plastique est revêtue d'un matériau antifriction, tel du polytétrafluoroéthylène (PTFE). - La cage du dispositif d'embrayage unidirectionnel est réalisée en matériau métallique, par exemple de l'acier, un alliage de cuivre ou un alliage d'aluminium. - La cage métallique est revêtue d'un matériau antifriction, tel du DLC (« Diamond-Like Carbon »), du bisulfure de tungstène ou du polytétrafluoroéthylène (PTFE). - Les bagues intérieures du mécanisme à roue libre et d'au moins un roulement à galets adjacent audit dispositif sont communes. - Les bagues extérieures du mécanisme à roue libre et d'au moins un roulement à galets adjacent audit dispositif sont communes. - Au moins une bague, intérieure et/ou extérieure, du mécanisme à roue libre et/ou d'au moins un roulement à galets, est constituée par une bande de métal estampée. - Une surface de la bague intérieure qui définit une piste de roulement pour mécanisme à roue libre et au moins un roulement à galets et/ou une surface de la bague extérieure qui définit une piste de roulement pour mécanisme à roue libre et au moins un roulement à galets est étagée de telle manière que les pistes de roulement entre les organes du mécanisme à roue libre et les galets du roulement sont de diamètres différents. L'invention peut être mise en oeuvre avec tout type de système mécanique à embrayage unidirectionnel, par exemple un alternateur ou un compresseur d'air conditionné. Elle trouve toutefois une application particulière dans le domaine des alternateurs pour véhicule automobile. C'est pourquoi l'invention a également pour objet un alternateur qui comprend un système mécanique tel que mentionné ci-dessus, conformé comme une poulie à embrayage unidirectionnel. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif de butée conforme à son principe, donnée -6- uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe axiale d'un système mécanique conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation, du type poulie d'alternateur, comprenant des roulements et un dispositif d'embrayage unidirectionnel disposés entre une couronne et un moyeu ; - la figure 2 est une vue en en perspective d'une cage d'un roulement d'un système mécanique selon la figure 1 ; et - la figure 3 est une coupe axiale d'un système mécanique selon un second mode de réalisation. Sur les figures 1 à 3 est représentée une poulie 1 conforme à l'invention. Cette poulie 1 est adaptée pour équiper un alternateur de véhicule automobile, non représenté dans un but de simplification. La poulie 1 est centrée sur un axe central X1 et comprend une couronne externe 2, un moyeu interne 3, un dispositif d'embrayage unidirectionnel ou mécanisme à roue libre 4 et deux roulements 5 et 6 disposés de part et d'autre du dispositif 4 le long de l'axe Xl. Par la suite, pour faciliter le repérage de la poulie 1 dans l'espace, les adjectifs « axial » et « radial » et l'adverbe « axialement » sont définis par rapport à l'axe central X1 de la poulie 1. Ainsi, une portion ou partie axiale est parallèle à l'axe Xl, alors qu'une partie ou portion radiale est perpendiculaire à cet axe et l'entoure. La couronne 2 est équipée de gorges externes 2a conformées pour recevoir partiellement une courroie non représentée de transmission d'un couple, alors que le moyeu interne 3 définit un alésage interne 3a conformée pour recevoir un arbre d'alternateur et présentant des cannelures 3b facilitant la transmission d'un couple du moyeu interne 3 vers l'arbre d'alternateur. Le dispositif 4 et les roulements 5 et 6 sont disposés à l'intérieur d'un espace annulaire El qui est défini radialement entre la couronne 2 et le moyeu interne 3, lesquels sont mobiles l'un par rapport à l'autre en rotation autour de l'axe Xl, grâce aux roulements 5 et 6. La poulie 1 comprend deux joints 7 et 8 délimitant axialement l'espace annulaire El. Les joints 7 et 8 sont fixés sur la couronne 2 et pourvus -7- chacun d'une lèvre en appui glissant contre une surface radiale externe du moyeu 3 afin d'éviter l'intrusion de pollution et d'impuretés à l'intérieur de l'espace annulaire El. Le dispositif 4 et les roulements 5 et 6 comprennent de manière 5 commune une bague extérieure 9 solidaire en rotation avec la couronne 2, et de manière commune une bague intérieure 10 solidaire en rotation avec le moyeu interne 3. Les bagues 9 et 10 comprennent chacune une portion centrale axiale 9a et 9b respectivement. Les bagues 9 et 10 sont réalisées par estampage à partir d'une feuille de métal. 10 La surface intérieure 9b de la portion axiale 9a bague extérieure 9 et la surface extérieure 10b de la portion annulaire 10a de la bague intérieure 10 sont chacune essentiellement circulaires et centrées sur l'axe Xl. La bague extérieure 9 comprend également deux portions radiales 9b et 9c à chacune de ses extrémités, ces portions étant coudées à partir de la 15 portion axiale 9a et toutes deux dirigées vers le moyeu interne 3, c'est-à- dire vers l'axe Xl. En variante non représentée, la bague intérieure 10 peut comprendre deux portions radiales 10b et 10c à chacune de ses extrémités, ces portions étant coudées à partir de la portion axiale 10a et toutes deux dirigées vers la couronne 2. 20 Le mécanisme à roue libre 4 comprend une pluralité de cames de coincement 4a maintenues en place entre les bagues 9 et 10 par une cage 4b. Les cames sont respectivement en appui axial contre une partie centrale de la surface intérieure 9a de la bague extérieure 9 et une partie centrale de la surface extérieure 10a de la bague intérieure 10, de telle sorte que les 25 surfaces 9a et 10a forment des pistes cylindriques à section circulaire, centrées sur l'axe Xl. Par ailleurs, le mécanisme à roue libre 4 peut comprendre un élément à ressort non représenté qui exerce sur chaque came 4a un effort élastique qui tend à ramener chaque came dans une position moyenne. 30 Les roulements 5 et 6 sont identiques et, dans un but de simplification, seul le roulement 5 sera décrit par la suite. Le roulement 5 comprend une pluralité de galets 5a montés radialement entre une partie latérale de la surface 9a de la bague extérieure 9 et une partie latérale de la surface -8- extérieure 10a de la bague intérieure 10, de telle sorte que les surfaces 9a et 10a constituent des pistes de roulement circulaires pour ces galets 5a. Le roulement 5 comprend également une cage 5b pourvue d'une portion axiale annulaire 5c dans laquelle est ménagée une pluralité de fenêtres 5d 5 pour le logement des galets 5a et leur maintien avec un espacement circonférentiel régulier. La cage peut être réalisée en matière plastique ou synthétique, par exemple du PA66, du PA46 ou du PEEK, ou bien en en matériau métallique, par exemple de l'acier, un alliage de cuivre ou un alliage d'aluminium. 10 La portion axiale annulaire 5c comprend deux bordures radiales 5e et 5f, la première bordure 5e étant dirigée vers l'extérieur de la poulie et la seconde bordure 5f étant dirigée vers l'intérieur de la poulie, c'est-à-dire vers le mécanisme à roue libre 4. Conformément à l'invention, la bordure radiale 5e de la cage 5b 15 comprend des protrusions 5g dirigées vers la portion radiale 9d de la bague extérieure 9. Ainsi, la portion radiale 9d de la bague extérieure 9 sert de butée axiale pour l'ensemble roulant constitué des galets 5a et de la cage 5b en cas de déplacement axial. 20 L'extrémité de chaque protrusion 5g définit une surface pouvant entrer en contact avec la portion radiale 9d formant butée. Ladite surface de contact a une hauteur radiale strictement inférieure à la hauteur radiale de la bordure radiale 5e de la cage 5b. Les frottements sont ainsi fortement réduits entre la cage 5b et la butée axiale 9d de part une surface de contact 25 réduite. Les protrusions 5g peuvent être recouvertes d'une couche de revêtement antifriction, par exemple un revêtement DLC (« Diamond-Like Carbon »), du bisulfure de tungstène, du polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou un traitement thermique. 30 De plus, la bordure radiale 5e comprend une pluralité de protrusions 5g régulièrement réparties sur la surface annulaire de la bordure 5e, ici au nombre de 8 comme illustré en Figure 2, et ayant une extrémité en demi-sphère permettant ainsi de réduire encore les frottements. -9- Selon un premier mode de réalisation, comme représenté aux Figures 1 et 2, les protrusions 5g sont formées monobloc sur la cage 5b. Les protrusions 5g peuvent ainsi entrer en contact glissant avec la portion radiale 9d de la bague extérieure 9. Selon un second mode de réalisation illustré en Figure 3, les protrusions 5g consistent en des billes montées dans des évidements 5h ménagés sur la bordure radiale 5e de la cage 5. Les billes formant protrusions 5g peuvent ainsi rouler sur la paroi radiale interne de la portion radiale 9d de la bague extérieure 9, permettant de réduire encore les frottements par rapport à un contact glissant. Les billes formant protrusions 5g peuvent être réalisées dans le même matériau que la cage ou préférentiellement en matériau métallique, par exemple de l'acier, un alliage de cuivre ou un alliage d'aluminium, ou en céramique. Elles peuvent être revêtues d'un matériau antifriction, tel du DLC (« Diamond-Like Carbon »), du bisulfure de tungstène ou du polytétrafluoroéthylène (PTFE). La bordure radiale 5f de la cage 5b peut comprendre des protrusions 5i dirigées vers le mécanisme à roue libre 4 et plus particulièrement vers la cage 4b de maintien des cames 4a. Ainsi, la cage 4b sert de butée axiale pour l'ensemble roulant constitué des galets 5a et de la cage 5b en cas de déplacement axial. Dans les exemples des Figures 1 à 3, les protrusions 5i de la bordure radiale 5f dirigée vers l'intérieur de la poulie 1 sont identiques aux protrusions 5g de la bordure radiale 5e dirigée vers l'extérieur de la poulie 1. Selon une variante de l'invention non représentée, les protrusions 5i sont différentes des protrusions 5g en forme, en nombre, en type (monobloc avec la cage ou distinctes de la cage) et/ou en position. La cage 4b de maintien des cames 4a du mécanisme à roue libre 4 comprend un évidement annulaire 4c sur chaque bordure radiale 4d pouvant 30 être en contact avec les protrusions des cages des roulements 5 et 6 la jouxtant. Les évidements annulaires 4c sont en concordance de forme avec les protrusions Si avec lesquelles ils coopèrent, de manière à ce qu'elles puissent s'y insérer en cas de déplacement des ensembles roulants -10- constitués de la cage et des galets de chaque roulement 5 et 6. De tels évidements 4c permettent d'une part de réduire l'encombrement axial de la poulie 1 et d'autre part peuvent permettre de réduire les frottements en faisant un choix de matériau spécifique pour la cage 4b ou bien en apposant un revêtement antifriction dans les évidements 4c. Selon une autre variante non représentée de l'invention, la poulie 1 peut comprendre un seul roulement ou bien plus de deux roulements. En outre, deux roulements peuvent être disposés côté à côté, du même côté du mécanisme à roue libre 4. Les roulements peuvent ne pas tous être à galets. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes envisagées ci-dessus peuvent être combinées entre elles. REVENDICATIONS1. Roulement (5, 6) comprenant une bague intérieure (10) présentant une piste de roulement sur une surface circulaire extérieure (10b), une bague extérieure (9) présentant une piste de roulement sur une surface circulaire intérieure (9b), une pluralité de galets (5a) pourvus dans une chambre de roulement (El) définie entre les pistes de roulement des deux bagues (9, 10), une cage (5b) pourvue d'une portion axiale annulaire (5c) délimitée entre deux bordures radiales (5e, 5f) et dans laquelle est ménagée une pluralité de fenêtres (5d) pour le logement des galets (5a), et au moins une butée axiale (9c, 9d) pour les galets (5a) montés dans leur cage (5b), caractérisé en ce qu'au moins une bordure radiale (5e, 5f) de la cage (5b) est pourvue d'au moins une protrusion (5g, 5i) pouvant entrer en contact avec la butée axiale (9c, 9d). 2. Roulement selon la revendication 1 caractérisé en ce que la au moins une protrusion (5g, 5i) est telle que son extrémité pouvant entrer en contact avec la butée axiale (9c, 9d) comprend une surface dont la hauteur radiale est strictement inférieure à la hauteur radiale de la bordure radiale (5e, 5f) de la cage (5b) pourvue de la au moins une protrusion (5g, 5i). 3. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la au moins une protrusion (5g, 5i) a une extrémité de forme arrondie dans un plan de coupe axiale faisant office de surface de contact avec la portion radiale (9c, 9d) formant butée du roulement (5, 6). 4. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la au moins une protrusion (5g, 5i) est formée monobloc avec la cage (5b). 5. Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en la au moins une bordure radiale (5e, 5f) de la cage (5b) est pourvue d'au moins un évidement (5h) dans lequel est monté le au moins un élément formant protrusion (5i) consistant en un élément roulant.-12- 6. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé la au moins une bordure radiale (5e, 5f) est pourvue d'une pluralité de protrusions (5g, 5i) régulièrement espacées. 7. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en la au moins une protrusion (5g, 5i) de la bordure radiale (5e, 5f) est recouverte d'une couche de revêtement antifriction 8. Système mécanique (1) à embrayage unidirectionnel (4), notamment une poulie pour alternateur de véhicule automobile, comprenant un premier élément (2) et un deuxième élément (3) qui sont mobiles l'un par rapport à l'autre en rotation autour d'un axe central (X1) et délimitant un logement annulaire (El) radialement à l'axe central (X1), et un mécanisme à roue libre (4) disposé dans le logement annulaire (El), caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un roulement (5, 6) disposé dans le logement annulaire (El) et pourvu de galets (5a) dans une chambre de roulement définie entre une bague intérieure (10) et une bague extérieure (9) qui sont maintenus circonférentiellement par une cage (5b) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 9. Système selon la revendication 7 caractérisé en ce que le mécanisme à roue libre (4) comprend une bague intérieure (10), une bague extérieure (9), des organes (4a) tels que des cames disposés entre les deux bagues (9, 10) et une cage (4b) de maintien desdits organes (4a), ladite cage (4b) comprenant un évidement (4c) sur au moins un bordure radiale (4d) dans lequel est engagée au moins une protrusion (5i) de la cage (5b) d'un roulement (5) adjacent axialement audit mécanisme (1). 10. Système selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'évidement (4c) est annulaire et continu sur la bordure radiale (4d) de la cage (4b) montée dans le mécanisme à roue libre (4).-13- 11. Alternateur caractérisé en ce qu'il comprend un système mécanique selon l'une des revendications précédentes conformé comme une poulie (1) à embrayage unidirectionnel.