Brevet FR3011596A1 — publié le 20150410

L'invention concerne une cage de rétention de corps roulants dans un palier à roulement, ainsi qu'un palier à roulement comprenant une telle cage. On connaît de nombreuses géométries de cages, notamment obtenues par emboutissage d'une tôle métallique ou par moulage d'une matière thermoplastique, présentant deux couronnes espacées axialement et entre lesquelles s'étend une pluralité de ponts de sorte à définir un logement de part et d'autre de chaque pont. Pour permettre la rétention des corps roulants, chaque logement est délimité axialement par un secteur de chacune des couronnes. Un palier à roulement comprend un organe intérieur et un organe extérieur qui sont chacun pourvus d'une piste de roulement, lesdites pistes de roulement formant entre elles un espace de roulement dans lequel chaque corps roulant est maintenu dans un logement d'une cage pour permettre la rotation relative desdits organes. Dans certaines applications, le palier présente une géométrie qui nécessite une déformation de la cage de rétention et donc un déplacement relatif des corps roulants retenus dans les logements afin de disposer lesdits corps roulants dans l'espace de roulement, ladite déformation étant ensuite relâchée pour disposer lesdits corps roulants sur les pistes de roulement. En particulier, lorsque l'organe intérieur présente un épaulement dont la dimension extérieure est supérieure au diamètre intérieur de la cage de rétention, celle-ci doit être déformée pour passer axialement au-delà dudit épaulement afin d'être disposée autour de la piste de roulement intérieure. Toutefois, un tel montage peut être problématique pour certains types de cage en raison notamment de leur manque d'élasticité, comme par exemple les cages de rétention d'aiguilles dont la rigidité doit être suffisante pour supporter d'importantes charges radiales. En particulier, ce type de cages doit être réalisé en deux parties ou être ouvert pour pouvoir être déformé, et ce au détriment de la capacité de charge du palier. Par ailleurs, dans certaines applications par exemple à haute vitesse, des problèmes d'usure en fonctionnement peuvent apparaître sous charges radiales et/ou axiales, notamment en cas de désalignement de la charge sur des paliers à roulement à contact oblique. En effet, en raison du désalignement, les corps roulants peuvent présenter des vitesses de rotation différentes et tourner sur des cercles primitifs décalés, ce qui induit des efforts de traction et de cisaillement sur la cage pouvant être à l'origine de cassure, notamment au niveau des ponts de ladite cage. Ainsi, que ce soit pour des raisons de montage des cages de rétention dans l'espace de roulement ou de fonctionnement notamment sous désalignement, il est souhaitable que les corps roulants puissent se déplacer les uns par rapport aux autres dans l'espace de roulement, tout en étant maintenus dans les logements sans pouvoir entrer en contact afin de ne pas contraindre leur rotation respective. L'invention a pour but de résoudre les problèmes de l'art antérieur en proposant notamment une cage de rétention de corps roulants dans un palier à roulement qui est agencée pour permettre le déplacement relatif des corps roulants notamment lors du montage de ladite cage dans l'espace de roulement et/ou lors du fonctionnement du palier. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une cage de rétention de corps roulants dans un palier à roulement, ladite cage présentant deux couronnes espacées axialement et une pluralité de ponts s'étendant entre lesdites couronnes de sorte à définir un logement de part et d'autre de chaque pont, chacun desdits logements étant délimité axialement par un secteur de chacune desdites couronnes pour permettre la rétention d'un corps roulant dans ledit logement, au moins l'un parmi les ponts et les secteurs délimitant chacun des logements présentant deux segments reliés circonférentiellement par une jonction élastique qui est agencée pour permettre un débattement relatif des segments afin d'autoriser la déformation et/ou le déplacement relatif des logements. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un palier à roulement comprenant un organe extérieur et un organe intérieur pourvus chacun d'une piste annulaire de roulement entre lesquelles sont disposés des corps roulants de sorte à permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe, chaque corps roulant étant retenu dans un logement d'une telle cage de rétention, lesdits corps roulants pouvant se déplacer relativement par débattement relatif des segments. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : - les figures 1 sont des représentations en perspective d'une cage de rétention équipée de corps roulants pour un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention, respectivement en état contraint déformé (figure la) et en état non déformé (figure 1b) ; - les figures 2 à 7 représentent chacune en perspective une cage de rétention pour un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention, montrant ladite cage respectivement en vue avant (figures 2a-7a) et en vue arrière (figures 2b-7b), lesdites cages étant en état non déformé sur les figures 3 et 5 à 7 et en état légèrement déformé sur les figures 2 et 4. En relation avec les figures, on décrit ci-dessous une cage de rétention dans laquelle sont maintenus des corps roulants 1 et qui est destinée à être montée dans un palier à roulement comprenant un organe extérieur et un organe intérieur. De façon connue, les organes du palier sont chacun pourvus d'une piste annulaire de roulement, lesdites pistes étant espacées pour former entre elles un espace de roulement dans lequel sont disposés les corps roulants 1 retenus dans la cage pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe. Dans la description, les termes « extérieur » et « intérieur » sont définis par rapport à l'axe de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. Les termes « axial » et « radial » sont également définis par rapport à l'axe, respectivement pour une direction suivant cet axe et s'éloignant ou se rapprochant de lui. La cage de rétention est agencée pour assurer, notamment lors de la rotation du palier, le maintien des corps roulants 1 dans l'espace de roulement en permettant la rotation desdits corps sur les pistes de roulement des organes, et ce en empêchant tout contact entre lesdits corps roulants afin de ne pas contraindre leur rotation respective. Pour ce faire, la cage de rétention présente deux couronnes 2, 3 espacées axialement et une pluralité de ponts 4 répartis circonférentiellement en s'étendant axialement entre lesdites couronnes de sorte à définir un logement 5 de part et d'autre de chaque pont 4. Chaque logement 5 est délimité axialement par un secteur 6, 7 de chacune des couronnes 2, 3 pour permettre la rétention d'un corps roulant 1 dans ledit logement par interaction géométrique. En particulier, chaque logement 5 est délimité circonférentiellement par deux ponts 4 et axialement par deux secteurs 6, 7 qui s'étendent entre les extrémités desdits ponts, chaque pont 4 étant ainsi commun à deux logements 5 adjacents. La géométrie des logements 5 peut être agencée pour pouvoir disposer les corps roulants 1 en appui circonférentiel de part et d'autre sur respectivement une face latérale d'un pont 4, les faces latérales pouvant présenter un profil de géométrie complémentaire à celle de la périphérie desdits corps roulants, de sorte à faciliter leur roulement sur lesdites faces. En outre, au moins un pont 4 et/ou un secteur 6, 7 de chacun des logements 5 présente deux segments 4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b qui sont reliés circonférentiellement par une jonction élastique 8 agencée pour permettre un débattement relatif desdits segments afin d'autoriser la déformation et/ou le déplacement relatif des logements 5. Ainsi, les logements 5 peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres en vue de permettre ou de faciliter le montage de la cage autour de la piste de roulement de l'organe intérieur. En outre, le déplacement relatif des logements 5 induit celui des corps roulants 1 retenus dans lesdits logements, permettant dans certaines applications, notamment sous désalignement de la charge appliquée sur le palier, de fiabiliser le fonctionnement dudit palier en limitant les contraintes sur la cage dues à des vitesses de rotation différentes des corps roulants 1. En relation avec les figures 1 à 3, on décrit ci-dessous trois modes de réalisation d'une cage de rétention selon l'invention, dans laquelle chaque pont 4 présente deux segments 4a, 4b reliés circonférentiellement par une jonction élastique 8 afin d'autoriser le déplacement relatif des logements 5 par débattement relatif des segments 4a, 4b desdits ponts. Chacun des segments 4a, 4b d'un pont 4 délimite un des logements 5 formés respectivement de part et d'autre dudit pont, chaque segment 4a, 4b s'étendant entre les secteurs 6, 7 des couronnes 2, 3 qui délimitent axialement ledit logement. Pour assurer un débattement relatif des segments 4a, 4b, au moins une couronne 2, 3 peut être déformée élastiquement. Pour ce faire, la couronne 2, 3 comprend un anneau élastique 9 continu qui forme les jonctions élastiques 8 entre lesdits segments, ledit anneau étant déformable circonférentiellement afin d'écarter et de rapprocher lesdits segments de manière réversible. Un anneau élastique 9 peut être disposé dans des empreintes formées respectivement le long de chacun des secteurs 6, 7 d'une ou des couronnes 2, 3. La cage peut être réalisée par moulage d'un matériau polymère, notamment thermoplastique, par exemple en polyamide 6.6 éventuellement chargé, par exemple par des fibres de verre, les empreintes étant formées pendant le moulage de ladite cage. L'anneau élastique 9 peut être disposé dans les empreintes par surmoulage d'un matériau élastomère présentant une élasticité supérieure au matériau du corps de la cage. Dans un premier mode de réalisation (figures 1), la cage comprend des logements 5 agencés pour la rétention d'aiguilles 1, les couronnes 2, 3 de ladite cage présentant un diamètre extérieur sensiblement égal. Les secteurs 6, 7 des couronnes 2, 3 comprennent chacun une face interne qui est disposée en regard axial de respectivement une extrémité d'une même aiguille 1, chaque pont 4 comprenant des segments 4a, 4b qui présentent une face latérale disposée en regard d'un côté respectivement d'une aiguille 1 retenue dans les logements 5 formés de part et d'autre dudit pont. La cage est déformable entre un état initial de fonctionnement dans lequel les aiguilles 1 sont maintenues dans les logements 5 pour pouvoir être mises en rotation sur les pistes de roulement, et un état déformé dans lequel le diamètre de ladite cage est augmenté pour permettre son montage autour de la piste de roulement intérieure. La cage peut ainsi être montée dans l'espace de roulement en étant maintenue fermée, sans besoin de supprimer un logement 5 et donc une aiguille 1 pour ce faire. Pour permettre la déformation de la cage, chaque couronne 2, 3 comprend un anneau élastique 9 formant les jonctions élastiques 8 entre les segments 4a, 4b des ponts 4, les secteurs 6, 7 de ladite couronne étant chacun pourvus d'une empreinte de réception dudit anneau qui est formée sur la face externe desdits secteurs. En particulier, la cage comprend des fentes de débattement 10 qui séparent les segments 4a, 4b de chaque pont 4, lesdites fentes s'étendant axialement entre les couronnes 2, 3 en débouchant entre les secteurs 6, 7 desdites couronnes. Chaque fente 10 est disposée entre une position fermée et une position ouverte par déformation des anneaux élastiques 9, le passage d'une position à l'autre induisant le débattement relatif des segments 4a, 4b des ponts 4. Lors du montage, la déformation réversible des anneaux 9 permet un écartement et un rapprochement relatifs des logements 5 par ouverture et fermeture des fentes 10, et ce sans avoir à déformer lesdits logements notamment afin d'assurer le maintien des aiguilles 1 dans lesdits logements par interaction géométrique. L'écartement relatif des logements 5 est agencé pour permettre la translation axiale de la cage pourvue d'aiguilles 1 autour de la piste de roulement intérieure, notamment lorsque ladite piste de roulement est bordée par un épaulement qui s'étend radialement au-delà de ladite piste. Le passage axial de la cage au-delà de l'épaulement peut être réalisé en augmentant élastiquement et réversiblement le diamètre des anneaux 9 par appui de l'ensemble corps roulants 1 - couronnes 2, 3 sur ledit épaulement ou à l'aide d'un outillage afin d'augmenter la dimension intérieure de ladite cage de sorte qu'elle soit supérieure à la dimension extérieure de l'épaulement (figure la). Ensuite, après la course d'appui, le relâchement de la déformation permet le retour élastique des anneaux 9 dans leur diamètre nominal pour disposer la cage en état de fonctionnement autour de la piste de roulement intérieure avec les aiguilles 1 maintenues en rotation (figure lb). Il en résulte un montage optimal de la cage, tout en conservant les caractéristiques mécaniques de ladite cage et la capacité de charge du palier. Cette déformation des anneaux 9 permet également de limiter et/ou d'éviter la mise en traction des secteurs 6, 7 des couronnes 2, 3 sur leur course d'appui en translation sur l'épaulement et donc de prévenir les risques d'amorce de rupture, notamment au niveau des zones d'association entre lesdits secteurs et les segments 4a, 4b des ponts 4. L'utilisation des anneaux élastiques 9 n'est pas limitée à un type de cage particulier, pouvant être intégrés de façon analogue dans les couronnes 2, 3 de cages de géométries différentes, en formant des jonctions élastiques 8 pour permettre le montage desdites cages et/ou de fiabiliser la retenue et la rotation des corps roulants 1 en fonctionnement. Ainsi, dans un deuxième mode de réalisation (figures 2), on prévoit une cage permettant la rétention de billes dans un palier à roulement à contact oblique, ladite cage comprenant des anneaux élastiques 9 disposés dans des empreintes de ses couronnes 2, 3. La déformation des anneaux 9 permet d'améliorer le fonctionnement du palier notamment lorsqu'il est fortement chargé sous désalignement et/ou lorsqu'il est soumis à des vitesses de rotation élevées. La cage à billes comprend une couronne intérieure 3 qui est inscrite dans un diamètre qui est inférieur au diamètre dans lequel est inscrite la couronne extérieure 2. Chaque secteur 6, 7 et chaque pont 4 présentent respectivement une face interne et une face latérale sphériques pour la rétention des billes dans les logements 5 en contact glissant sur lesdites faces afin de favoriser la rotation desdites billes sur elles-mêmes lors de la rotation du palier. Selon la réalisation représentée, la couronne intérieure 3 présente un bord intérieur équipé de crochets 11 qui sont disposés au niveau des extrémités des secteurs 7 de ladite couronne, de part et d'autre de chaque fente de débattement 10. Les crochets 11 sont saillants intérieurement et destinés à être engagés radialement dans une gorge de l'organe intérieur afin de limiter le déplacement axial de la cage relativement audit organe. En particulier, le maintien axial de la cage par l'intermédiaire des crochets 11 permet de maintenir les billes en contact oblique sur les pistes de roulement. Le débattement relatif des segments 4a, 4b des ponts 4 induit par la déformation des anneaux 9 autorise le déplacement relatif des logements 5 pour limiter les efforts de traction et de cisaillement sur la cage, notamment au niveau desdits ponts, qui peuvent être dus à des vitesses de rotation différentielle des billes sur les pistes de roulement. En variante, au moins certaines jonctions élastiques 8 peuvent être formées par des éléments élastiques discrets qui sont interposés entre les segments 4a, 4b. Par exemple, une couronne 2, 3 peut comprendre un anneau élastique 9, l'autre couronne 3, 2 comprenant des éléments discrets. On peut également prévoir de remplacer les deux anneaux élastiques 9 de la cage par des éléments élastiques discrets. En relation avec les figures 3, les segments 4a, 4b de chaque pont 4 sont reliés par un élément élastique 12 qui s'étend axialement et radialement entre lesdits segments de façon à occuper la fente de débattement 10, les extrémités dudit élément étant disposées entre deux secteurs 6, 7 adjacents de respectivement une couronne 2, 3. Similairement aux anneaux 9, les éléments élastiques 12 peuvent être réalisés à partir d'un matériau élastomère pour pouvoir être déformés circonférentiellement et réversiblement afin de permettre le débattement relatif des segments 4a, 4b. Pour optimiser le fonctionnement du palier, notamment relativement à la fiabilité mécanique de la cage sous désalignement, le déplacement relatif des logements 5 peut s'accompagner d'une déformation desdits logements en intégrant une jonction élastique 8 dans chaque secteur 6, 7 d'au moins une couronne 2, 3, ladite jonction reliant deux segments 6a, 6b ; 7a, 7b dudit secteur. En relation avec les figures 4 à 7, on décrit ci-dessous quatre modes de réalisation d'une cage de rétention de billes à contact oblique selon l'invention, dans laquelle chaque secteur 6, 7 d'au moins une couronne 2, 3 présente deux segments 6a, 6b ; 7a, 7b reliés circonférentiellement par une jonction élastique 8 pour autoriser la déformation des logements 5 par débattement relatif desdits segments. Dans le mode de réalisation des figures 4, les secteurs 6, 7 des deux couronnes 2, 3 comprennent chacun une encoche de débattement 13 séparant les segments 6a, 6b; 7a, 7b desdits secteurs, lesdites encoches étant alignées axialement. Chaque couronne 2, 3 est pourvue d'empreintes formées dans respectivement chacun des segments 6a, 6b ; 7a, 7b et dans lesquelles un anneau élastique 9 continu est retenu. En particulier, chaque anneau 9 relie les bords des encoches 13 pour former les jonctions élastiques 8 entre les segments 6a, 6b; 7a, 7b, la déformation élastique dudit anneau permettant l'écartement réversible desdits bords pour autoriser la déformation des logements 5. Ainsi, par rapprochement, respectivement éloignement, des bords des encoches 13, les logements 5 sont déformés élastiquement afin de limiter les contraintes sur la cage tout en conservant une rigidité suffisante au niveau des ponts 4 pour empêcher tout contact entre lesdits billes. En relation avec les figures 5, on peut prévoir que seule la couronne intérieure 3 présente un anneau élastique 9, les secteurs 6 de la couronne extérieure 2 étant continus de sorte à limiter la déformation des logements 5 au niveau de ladite couronne intérieure. Dans d'autres modes de réalisation, l'anneau élastique 9 d'au moins une couronne 2, 3 peut être remplacé par des éléments élastiques discrets qui sont interposés entre les segments 6a, 6b; 7a, 7b des secteurs 6, 7 en s'étendant dans les encoches de débattement 13. Les éléments élastiques peuvent être réalisés en une seule pièce avec les segments 6a, 6b ; 7a, 7b, notamment lors du moulage de la cage, en présentant une géométrie permettant leur déformation élastique circonférentielle. En variante, les éléments élastiques peuvent être rapportés entre les segments 6a, 6b; 7a, 7b qu'ils relient, lesdits éléments présentant deux bords respectivement associés à un segment 6a, 6b ; 7a, 7b. En relations avec les figures 6 et 7, les éléments élastiques peuvent se présenter sous la forme de ressorts 14, 15 disposés entre les segments 7a, 7b. Sur les figures 6, les ressorts 15 sont réalisés en une seule pièce avec le corps de la cage, les extrémités desdits ressorts étant solidarisées aux bords des segments 7a, 7b. Sur les figures 7, les ressorts 16 sont des ressorts rapportés de type hélicoïdal, chaque ressort 16 étant en appui sur le bord de chaque segment 7a, 7b qu'il relie. Le corps de la cage peut être surmoulé entre les ressorts 16 de sorte que les bords libres des segments 7a, 7b soient associés aux extrémités desdits ressorts. REVENDICATIONS1. Cage de rétention de corps roulants dans un palier à roulement, ladite cage présentant deux couronnes (2, 3) espacées axialement et une pluralité de ponts (4) s'étendant entre lesdites couronnes de sorte à définir un logement (5) de part et d'autre de chaque pont (4), chacun desdits logements étant délimité axialement par un secteur (6, 7) de chacune desdites couronnes pour permettre la rétention d'un corps roulant (1) dans ledit logement, ladite cage étant caractérisée en ce qu'au moins l'un parmi les ponts (4) et les secteurs (6, 7) délimitant chacun des logements (5) présente deux segments (4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b) reliés circonférentiellement par une jonction élastique (8) qui est agencée pour permettre un débattement relatif des segments (4a, 4b ; 6a, 6b; 7a, 7b) afin d'autoriser la déformation et/ou le déplacement relatif des logements (5). 2. Cage de rétention selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque pont (4) présente deux segments (4a, 4b) reliés circonférentiellement par une jonction élastique (8) afin d'autoriser le déplacement relatif des logements (5). 3. Cage de rétention selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque secteur (6, 7) d'au moins une couronne (2, 3) présente deux segments (6a, 6b; 7a, 7b) reliés circonférentiellement par une jonction élastique (8) afin d'autoriser la déformation des logements (5). 4. Cage de rétention selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins une couronne (2, 3) comprend un anneau élastique (9) continu formant les jonctions (8) entre les segments (4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b) des ponts (4) et/ou des secteurs (6, 7) de ladite couronne. 5. Cage de rétention selon la revendication 4, caractérisée en ce que les secteurs (6, 7) comprennent des empreintes dans lesquelles l'anneau (9) est disposé. 25 30 6. Cage de rétention selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins certaines jonctions (8) sont formées par des éléments élastiques discrets qui sont interposés entre les segments (4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b). 7. Cage de rétention selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments élastiques s'étendent axialement entre les segments (4a, 4b) des ponts (4). 8. Cage de rétention selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que les éléments élastiques sont réalisés en une seule pièce avec les segments (4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b) qu'ils relient. 9. Cage de rétention selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que les éléments élastiques sont rapportés entre les segments (4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b) qu'ils relient, lesdits éléments présentant deux bords respectivement associées à un segment. 10. Palier à roulement comprenant un organe extérieur et un organe intérieur pourvus chacun d'une piste annulaire de roulement entre lesquelles sont disposés des corps roulants (1) de sorte à permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe, chaque corps roulant (1) étant retenu dans un logement (5) d'une cage de rétention selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lesdits corps roulants pouvant se déplacer relativement par débattement relatif des segments (4a, 4b ; 6a, 6b ; 7a, 7b).