Brevet FR3020420A1 — publié le 20151030

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention a trait à un roulement, particulièrement adapté à un assemblage sur un arbre creux par déformation radiale de l'arbre, à un assemblage entre un tel roulement et un arbre creux, et notamment un arbre à cames, et à un procédé de fabrication d'un arbre à cames mettant à profit un tel roulement. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Suivant un procédé connu de fabrication d'un arbre à cames de moteur à combustion interne, exposé dans le document FR 2 593 228, on forme des cames et des bagues de palier lisse avec un évidement cylindrique présentant des cannelures, puis on emmanche les cames et bagues de palier sur un arbre creux cylindrique, avant d'insérer axialement dans l'arbre un outil présentant des protubérances disposées dans l'alignement des cannelures. L'insertion de l'outil provoque un refoulement de la matière du tube radialement vers l'extérieur dans les cannelures, et permet d'obtenir une fixation positive des bagues et cames sur le tube. Ce procédé de fabrication impose une indexation angulaire de l'outil par rapport aux cannelures. Il induit sur les cames et bagues de palier des contraintes importantes après déformation de l'arbre, qui se traduisent par des déformations des surfaces fonctionnelles des cames et des bagues. Ces déformations ne sont pas pénalisantes dans la mesure où les cames et les bagues de paliers lisses sont généralement rectifiées après la phase d'assemblage sur l'arbre. Mais elles deviennent un problème si l'on souhaite remplacer les paliers lisses par des roulements, dont la finition des chemins de roulement est faite antérieurement à l'assemblage sur l'arbre. [0003] On connaît par ailleurs un procédé de fabrication d'un arbre à cames, divulgué dans le document US 4,875,270, et suivant lequel on insère un arbre creux préalablement refroidi à basse température dans un boîtier dans lequel sont positionnés des pièces creuses, telles que des bagues intérieures de roulement et des bagues de cames, préalablement chauffées, puis on réalise une expansion radiale des parois de l'arbre creux par tout moyen approprié, par exemple par un outil ou par mise sous pression de la cavité de l'arbre, avant de laisser l'équilibre des températures s'établir, ce qui a pour effet d'augmenter les contraintes à l'interface fretté entre l'arbre et les pièces. Suivant ce procédé, il est envisagé de prévoir des reliefs particuliers des parois intérieures des bagues de roulement pour garantir leur positionnement après la phase de déformation. En particulier, il est proposé de prévoir sur les bagues de roulement, une gorge tournée vers l'intérieur et vers l'arbre creux, et dans laquelle les parois de l'arbre creux viennent se loger lors de la phase d'expansion. Mais ce procédé ne garantit pas une grande précision de l'alignement des pièces par rapport à l'axe de l'arbre après expansion, et ne permet pas non plus de retravailler aisément les formes des pièces après l'assemblage. En particulier, il ne permet pas de corriger après l'assemblage des éventuels défauts d'alignement des différentes pièces sur l'arbre. EXPOSE DE L'INVENTION [0004] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer des moyens permettant dans de meilleures conditions le frettage d'un roulement complet sur un arbre creux par déformation radiale de l'arbre. [0005] Pour ce faire est proposé, suivant un premier aspect de l'invention un roulement tournant autour d'un axe de rotation et comportant: une bague extérieure ayant une hauteur E mesurée axialement et sur laquelle est formé un chemin de roulement tourné radialement vers l'intérieur, une bague intérieure réalisée d'une pièce, ayant une hauteur H mesurée axialement telle que E L, et de préférence D>3/2 L, et de préférence D>2L. [0017] Pour garantir une sécurisation du positionnement axial de la bague intérieure sur l'arbre, il peut être avantageux de favoriser la constitution, lors de la déformation radiale de l'arbre, de surfaces de contact axial entre la bague et l'arbre. On peut prévoir à cet effet de former un épaulement entre chacune des portées de frettage et l'évidement annulaire. [0018] De préférence, la bague présente deux faces annulaires planes d'extrémités, qui sont de préférence reliées chacune à une des portées de frettage par un chanfrein, dont l'angle est de préférence supérieur à 45°, et de préférence supérieur à 60°. [0019] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un sous-ensemble comportant un roulement tel que décrit précédemment, et un capot annulaire de protection dans lequel est entièrement logée la bague extérieure, le capot annulaire de protection, de préférence en au moins deux parties, venant radialement en appui contre la face extérieure de la bague intérieure de roulement, axialement de part et d'autre du chemin de roulement de la bague intérieure de roulement. Si la bague intérieure est pourvue de gorges d'étanchéités comme décrit plus haut, le capot peut avantageusement venir s'insérer dans ces gorges. [0020] Ce sous-ensemble se prête tout particulièrement à un procédé de montage qui comporte une étape préalable de montage du sous-ensemble sur un organe tournant de machine, par exemple un arbre à cames, et notamment à arbre à cames creux, suivie d'une étape de finition de l'organe de machine, qui implique des opérations salissantes, par exemple une rectification de cames dans le cas d'un arbre à cames. Le capot permet de réaliser cette étape de finition sans risque pour le roulement. De plus, une au moins des portées annulaires latérales tournées radialement vers l'extérieur peut servir de surface de référence, par exemple pour faire tourner l'organe de machine, dans cette étape de finition. [0021] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un assemblage comportant un arbre creux et au moins un roulement tel que décrit précédemment, dont la bague intérieure est frettée sur l'arbre creux et assemblée sur l'arbre creux par expansion radiale de l'arbre creux. L'assemblage comporte de préférence un capot annulaire formant avec le roulement un sous-ensemble tel que décrit précédemment. [0022] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un procédé de fabrication d'un arbre à cames creux, suivant lequel on enfile sur un arbre non déformé au moins une came et au moins un roulement tel que décrit précédemment, puis on provoque une déformation plastique de l'arbre radialement vers l'extérieur de manière à solidariser le roulement avec l'arbre. La déformation de l'arbre peut être obtenue notamment par mise sous pression hydraulique de la cavité creuse de l'arbre, ou par insertion en force dans l'arbre d'un outil réalisant l'expansion recherchée. [0023] Afin de limiter la déformation des portées annulaires de référence, on peut avantageusement prévoir de confiner ces surfaces au moyen d'un outil lors de la phase de gonflement de l'arbre. [0024] Suite à la solidarisation de la bague intérieure du roulement avec l'arbre, on peut prévoir de rectifier la came en faisant tourner l'arbre en rotation en guidant la rotation de l'arbre par contact glissant ou roulant entre un organe de guidage extérieur et au moins une portée annulaire de référence de la face extérieure de la bague intérieure de roulement. [0025] On peut également prévoir qu'au moment de la rectification de la came, la bague extérieure du roulement soit protégée par un capot, comme décrit précédemment. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - la figure 1, une vue en coupe axiale d'un roulement selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2, une vue en coupe axiale d'un arbre à cames creux équipé du roulement de la figure 1; - la figure 3, un détail dans la zone III de la figure 2; - la figure 4, un sous-ensemble comportant le roulement de la figure 1 et un capot de protection; - la figure 5, roulement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0027] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION [0028] Sur la figure 1 est illustré un roulement 10 comportant une bague extérieure 12, une bague intérieure 14, et des corps roulants 16, ici des billes, roulant sur des chemins de roulement 18, 20 formés sur la bague extérieure 12 et sur la bague intérieure 14. Le roulement 10 peut également comporter une cage de retenue 22 des corps roulants 16, et éventuellement des joints d'étanchéité (non représentés) s'étendant radialement entre les bagues, axialement de part et d'autre des chemins de roulement, pour protéger ceux-ci. Les chemins de roulement 18, 20 définissent un axe de rotation du roulement 100, qui, dans ce mode de réalisation, est également un axe de symétrie de révolution pour chacune des bagues 12, 14. La bague intérieure 14, dans ce mode de réalisation, présente de préférence un plan de symétrie transversal 200 perpendiculaire à l'axe de rotation 100 et passant par le chemin de roulement 20. [0029] De façon remarquable, la bague extérieure 12 a une hauteur E, mesurée axialement entre ses faces transversales plane d'extrémité, qui est nettement plus faible que la hauteur de la bague intérieure H, mesurée également axialement entre ses faces d'extrémité planes 24. La hauteur E est supérieure au diamètre (I) des corps roulant, mais inférieure à 3 (I) /2, et dans le cas d'espèce inférieure à 4 (I) /3. [0030] La bague intérieure 14 présente ainsi une face extérieure 26 annulaire, tournée radialement vers l'extérieur, sur une partie centrale de laquelle est formé le chemin de roulement 20, et qui présente également, axialement de part et d'autre du chemin de roulement 20, deux portées cylindriques de référence 28 non recouvertes par la bague extérieure 12. [0031] La bague intérieure 14 présente en outre une face intérieure 30 annulaire, tournée radialement vers l'intérieur, qui comporte un évidement annulaire central 32 et, axialement de part et d'autre de celui-ci, deux portées annulaires de frettage 34 identiques, ici cylindriques, faisant saillie radialement vers l'axe 100 de révolution. L'évidement central 32 s'étend axialement de part et d'autre du chemin de roulement 20. Des chanfreins 36 assurent la transition entre les portées annulaires de frettage 34 et les faces planes d'extrémité 24. [0032] L'évidement central 32 dont le fond est profilé en arc de cercle de grand rayon, est de profondeur faible, mais de largeur D importante, en l'occurrence plus importante que la largeur L du chemin de roulement, et même supérieure au double de la largeur L. Deux épaulements ou congés intérieurs 38 assurent la transition entre l'évidement central 32 et les portées de frettage 34. [0033] Comme illustré sur la figure 2, Le roulement 10, après assemblage, peut être monté sur un arbre creux 40, par exemple un arbre à cames, sans risque de déformation du chemin de roulement 20. On procède de la manière suivante. Dans un premier temps, on enfile le roulement 10 pré-assemblé sur l'arbre creux 40, dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de la bague intérieure 14 au niveau des portées de frettage 34. Puis on déforme plastiquement l'arbre par tout moyen approprié, par exemple en appliquant une forte pression dans sa partie creuse ou en insérant un outil, de manière à provoquer une expansion radiale de la paroi 42 de l'arbre 40, qui se trouve ainsi fretté par les portées de frettage 34. La matière de l'arbre peut librement se loger au niveau de l'évidement 32, entre les portées de frettage 34, sans créer de contraintes au centre de la bague intérieure 14. Les contraintes dans la bague intérieure 14 sont donc localisées essentiellement aux extrémités axiales de la bague 14, à distance du chemin de roulement 20. Ceci est d'autant plus vrai que le rapport L/D est faible. Le cas échéant, la déformation radiale de l'arbre peut s'accompagner de la formation de petits bourrelets de matière qui viennent en appui contre les chanfreins 36, 38, ce qui améliore encore la sécurisation du positionnement axial du roulement 10 sur l'arbre 40. [0034] Dans le cas d'un arbre à cames, les cames (non représentées) sont frettées sur l'arbre creux en même temps que le roulement 10. Les portées de référence 28 de la bague intérieure 14 sont ensuite placées dans une lunette ou un sabot 44 de machine-outil, formant momentanément un palier lisse qui permet de faire tourner l'arbre 40 autour de l'axe de rotation 100 du roulement 10 pendant une opération de rectification des cames. On évite ainsi de solliciter trop fortement les corps roulants 16 et les chemins de roulement 18, 20 du roulement 10 durant la rectification. Pendant cette opération de rectification, on peut protéger les chemins de roulement 18, 20 et les corps roulants 16 à l'aide d'un capot annulaire 46 en U venant recouvrir la bague extérieure 12 en prenant appui sur les portées de référence 28. [0035] Sur la figure 4, on a représenté le roulement 10 équipé d'un capot annulaire de protection présentant un profil en U et constitué en deux parties au moins, dont les branches viennent se loger dans deux gorges annulaires 48 formées sur la face extérieure 26 de la bague intérieure 14 et situées de part et d'autre du chemin de roulement 20 et axialement en saillie par rapport à la bague extérieure 12. On garantit ainsi une parfaite étanchéité statique et donc une bonne protection durant le stockage, le transport, le montage et le cas échéant après le montage sur l'arbre creux 40 pour une étape de finition. REVENDICATIONS1. Roulement (10) tournant autour d'un axe de rotation (100) et comportant une bague extérieure (12) ayant une hauteur E mesurée axialement et sur laquelle est formé un chemin de roulement (18) tourné radialement vers l'intérieur, une bague intérieure (14) réalisée d'une pièce, ayant une hauteur H mesurée axialement, présentant une face annulaire extérieure (26) tournée radialement vers l'extérieur sur laquelle est formé un chemin de roulement (20), et des corps roulants (16) interposés entre le chemin de roulement (18) de la bague extérieure (12) et le chemin de roulement (20) de la bague intérieure (14), la bague intérieure (14) présentant une face annulaire intérieure (30) tournée radialement vers l'intérieur, présentant un évidement annulaire (32) et deux portées de frettage (34) situées axialement de part et d'autre de l'évidement annulaire (32), caractérisé en ce que l'évidement annulaire (32) s'étend axialement de part et d'autre du chemin de roulement (18) de la bague intérieure (14) et la hauteur E de la bague extérieure (12) est inférieure à la hauteur H de la bague intérieure (14), et de préférence inférieure aux trois quart de la hauteur H de la bague intérieure (14) et de préférence inférieure aux deux tiers de la hauteur H de la bague intérieure (14). 2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les corps roulant ont un diamètre de roulage (I), la hauteur E étant telle que E 3. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face extérieure (26) de la bague intérieure (14) comporte au moins une première portée de référence (28) cylindrique axialement en saillie par rapport à la bague extérieure (12), la première portée de référence (28) étant de préférence rectifiée. 4. Roulement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la face extérieure (26) de la bague intérieure (14) présente une deuxième portée de référence (28) cylindrique axialement en saillie par rapport à la bague5. 6. 7. 8. 9. 10. extérieure (12), la deuxième portée de référence (28) étant de préférence rectifiée, le chemin de roulement (20) de la bague intérieure (14) étant situé entre la première portée de référence (28) et la deuxième portée de référence (28). Roulement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première portée de référence (28) et la deuxième portée de référence (28) ont des hauteurs mesurées axialement, qui sont différentes l'une de l'autre. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face extérieure (26) de la bague intérieure (14) comporte deux gorges annulaires (48) d'étanchéité situées axialement de part et d'autre du chemin de roulement (20) de la bague intérieure (14), et axialement de part et d'autre de la bague extérieure (12). Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le chemin de roulement (20) de la bague intérieure (14) présente une largeur L mesurée axialement, telle que L L, et de préférence D>3/2 L, et de préférence D>2L. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que entre chacune des portées de frettage (34) et l'évidement annulaire (32) est formé un congé ou un épaulement (38). Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague intérieure (14) présente deux faces annulaires planes d'extrémités (24), chacune reliée à une des portées de frettage (34) par un chanfrein (36) présentant un angle supérieur 45°, de préférence supérieur à 60°.11. Sous-ensemble comportant un roulement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un capot annulaire de protection (46) dans lequel est entièrement logée la bague extérieure (12), le capot annulaire de protection (46) venant radialement en appui contre la face extérieure (26) de la bague intérieure (14), axialement de part et d'autre du chemin de roulement (20) de la bague intérieure (14). Assemblage comportant un arbre creux (40) et au moins un roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, l'assemblage comportant de préférence un capot annulaire (46) formant avec le roulement (10) un sous-ensemble selon la revendication 11. Procédé de fabrication d'un arbre à cames creux, caractérisé en ce que l'on enfile sur un arbre (40) non déformé au moins une came et au moins un roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, puis on provoque une déformation plastique de l'arbre (10) radialement vers l'extérieur de manière à solidariser la bague intérieure (14) du roulement (10) avec l'arbre (40). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que suite à la solidarisation de la bague intérieure (14) du roulement (10) avec l'arbre (40), on rectifie la came en faisant tourner l'arbre en rotation, en guidant la rotation de l'arbre par contact glissant ou roulant entre un sabot ou une lunette de guidage (44) et au moins une portée de référence (28) de la face annulaire extérieure (26) de la bague intérieure (14) du roulement (10). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que durant la rectification de la came, le roulement (10) est associé à un capot (46) pour former un sous-ensemble selon la revendication 11. 12. 13. 20 14. 25 15. 30