FR2911934A1

FR2911934A1 - Cage pour roulement a billes

Info

Publication number: FR2911934A1
Application number: FR0752908A
Authority: FR
Inventors: Armel Louis Doyer; Alexandre Manceau; Frank Berens; Jos Holsnijders; Joop Vree
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-08-01
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2010516967A; DE112007003280T5; WO2008090295A2; JP5441713B2; US20100142874A1; CN101627217A; US8454240B2; CN101627217B; WO2008090295A3; FR2911934B1

Abstract

Cage 4 pour roulement à billes comprenant un corps 5 de forme générale annulaire et des griffes 6, le corps 5 comprenant un talon 7 de forme sensiblement annulaire et une portion sensiblement axiale 8 se raccordant au talon 7 et dans laquelle sont ménagées des alvéoles 9 pour les billes 3, la portion sensiblement axiale 8 supportant lesdites griffes 6 du côté axialement opposé au talon 7, la cage 4 comprenant une cloison axiale 14 disposée entre les alvéoles 9 et s'étendant axialement de l'extrémité du talon 7 opposée aux griffes 6 vers les griffes 6 en délimitant radialement des espaces libres extérieurs 16 et intérieurs 15 situés radialement de part et d'autre de ladite cloison 14.

Description

Cage pour roulement à billes La présente invention concerne le domaine des

cages pour roulement, en particulier les cages en matériau synthétique utilisées dans les roulements à billes, notamment à gorge profonde, afin d'assurer l'espacement circonférentiel convenable entre les billes. L'invention concerne également les cages pour roulement destinées à un fonctionnement à haute vitesse. De tels types de cages présentent une forme générale annulaire avec des alvéoles sphériques dans lesquelles viennent se loger partiellement les billes. Les billes sont retenues dans les alvéoles par des griffes disposées par paires à l'opposé du talon de la cage. Les alvéoles sphériques possèdent un diamètre très légèrement supérieur à celui des billes, afin qu'un certain jeu fonctionnel entre billes et alvéoles existe. L'abrégé du document JP 2003-035 317 (NSK) décrit une cage pourvue, entre deux alvéoles, d'une rainure profonde s'étendant à partir d'une face radiale opposée aux griffes jusqu'à proximité des griffes. Des encoches sont prévues à partir de la rainure vers l'alésage de la cage. Lorsque le roulement tourne à haute vitesse, sous l'effet de la force centrifuge, la cage est soumise à des contraintes qui tendent à déformer ladite cage, principalement dans le sens radial, et à la mettre en parapluie, c'est-à-dire à donner à la cage une forme conique par augmentation du diamètre du côté des griffes. De telles déformations ont des conséquences nuisibles au bon fonctionnement du roulement. En effet, les bords d'alvéoles viennent serrer contre les billes, provoquant une augmentation du couple de frottement et un effet de raclage du lubrifiant, conduisant rapidement à une dégradation accélérée des conditions de lubrification du roulement. Il existe également un risque d'entrée en contact des extrémités des griffes avec l'alésage de la bague extérieure du roulement, risquant de provoquer une usure excessive de la cage.

Par ailleurs, du fait des vitesses élevées de rotation auxquelles est soumis le roulement, la graisse a tendance à être centrifugée vers l'extérieur dans des zones où elle a tendance à stagner et où la graisse ne contribue que très peu à la lubrification efficace des billes.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. L'invention a également pour but de diminuer les déformations radiales de l'extrémité de la cage opposée au talon tout en contribuant à améliorer la circulation du lubrifiant à l'intérieur du roulement. La cage pour roulement à billes comprend un corps de forme générale annulaire et des griffes. Le corps comprend un talon de forme sensiblement annulaire et une portion sensiblement axiale se raccordant au talon et dans laquelle sont ménagées des alvéoles pour les billes. La portion sensiblement axiale supporte lesdites griffes du côté axialement opposé au talon. La cage comprend une cloison axiale disposée entre les alvéoles et s'étendant axialement depuis l'extrémité du talon opposée aux griffes vers les griffes en délimitant radialement des espaces libres extérieurs et intérieurs situés radialement de part et d'autre de ladite cloison. On allège ainsi la cage tout en créant des réservoirs de lubrifiant et des canaux de circulation.

Dans un mode de réalisation, les espaces libres extérieurs forment des cavités traversant axialement le talon de la cage et débouchant axialement de part et d'autre dudit talon. Le lubrifiant peut se déplacer vers les éléments roulants. Dans un mode de réalisation, les espaces libres intérieurs forment des renfoncements ouverts axialement vers la face du talon opposée aux griffes et radialement vers l'intérieur. Une quantité importante de lubrifiant peut y être stockée. Dans un mode de réalisation, la cloison axiale comprend au moins une ouverture permettant une communication entre les espaces libres extérieurs et les espaces libres intérieurs situés en regard. Ladite ouverture peut présenter la forme d'une encoche ménagée dans la cloison axiale à partir de l'extrémité du talon opposée aux griffes.

Dans un mode de réalisation, la cloison axiale s'étend entre les alvéoles dans le sens circonférentiel et est disposée sensiblement suivant un cercle. Un raidissement des alvéoles est ainsi assuré. Dans un mode de réalisation, le diamètre extérieur de la cloison axiale est sensiblement égal au diamètre primitif de la cage. Dans un mode de réalisation, le diamètre extérieur de ladite portion sensiblement axiale est inférieur au diamètre extérieur du talon. Le palier à roulement peut comprendre des billes montées dans les alvéoles d'une cage et disposées entre deux pistes de roulement. Dans un mode de réalisation, deux lubrifiants différents sont disposés, au moins l'un étant positionné dans les espaces libres intérieurs. Grâce à l'invention, la graisse peut circuler axialement par les espaces libres intérieurs et extérieurs afin de revenir à proximité des billes. Les espaces libres intérieurs forment à la fois des réserves de graisse situées à proximité des billes et permettant ainsi à la graisse de diffuser lentement du lubrifiant vers les billes. D'autre part, les espaces libres forment des canaux permettant la libre circulation axiale de la graisse entre les deux côtés du talon de la cage, ce qui améliore grandement la lubrification générale. En outre, de par ses espaces libres, la structure générale de la cage s'en trouve allégée, d'où une économie de matière et une réduction de la masse de la cage qui s'avère intéressante pour de nombreuses applications et dont l'effet est également de diminuer l'effet centrifuge des hautes vitesses de rotation. La cage est bien rigide grâce aux nervures formées par les bords d'alvéoles et la cloison axiale reliant les bords d'alvéoles et s'étendant de l'extrémité du talon opposée aux griffes jusqu'à la base des griffes.

En outre, la zone de contact entre les billes et les alvéoles se faisant sensiblement au niveau radial de la cloison axiale, les efforts circonférentiels dus aux impacts générés par les billes sur les alvéoles lors du fonctionnement sont ainsi repris par ladite cloison et n'occasionnent pas de déformations importantes ou de contraintes locales notoires de la cage. On peut conserver en bordure d'alvéole une épaisseur axiale identique à celle de l'intérieur de l'alvéole, formant ainsi une nervure assurant une bonne rigidité. On bénéficie des effets de la réduction de masse de la cage, de l'accroissement de l'espace disponible pour la graisse tout en conservant une rigidité suffisante pour réduire les déformations radiales de la cage. Le gain de masse d'une cage peut être de l'ordre de 20 à 30%, par exemple 25%, tandis que la déformation radiale peut être réduite d'environ 30 à 40%, par exemple 35%. Grâce à la cage, on peut utiliser un roulement à une vitesse de rotation supérieure de 17% à un roulement équipé d'une cage conventionnelle, par exemple 700 000 ndm au lieu de 600 000 ndm, le ndm étant un facteur de vitesse résultant du produit de la vitesse de rotation en t/mn par le diamètre primitif du roulement en mm. Le ndm est représentatif de la vitesse linéaire de déplacement des billes. La cage permet également, pour une vitesse donnée, une utilisation avec des températures de fonctionnement plus élevées que dans le cas d'une cage conventionnelle, et ce grâce à la réduction de la déformation et à l'accroissement de l'espace disponible pour le lubrifiant. Par exemple, pour une cage en polyamide PA66 chargé de fibres de verre, on peut repousser la limite de température d'utilisation de 120 C à 150 C. En outre, la réduction de la quantité de matière formant la cage a un effet significatif de réduction de coût de matière première. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective et en éclaté d'un palier à roulement selon un aspect de l'invention ; - la figure 2 est une autre vue en perspective du roulement de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'une cage du palier à roulement présentée de face ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une autre cage présentée de l'arrière ; - la figure 5 est une demi-vue en coupe transversale par un plan axial de la cage de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue de détail de la cage de la figure 3 - la figure 7 est une vue arrière partielle d'une cage selon un autre mode de réalisation ; et - la figure 8 est une vue partielle en perspective de la cage de la figure 7. Comme on peut le voir sur la figure 1, le palier à roulement comprend une bague extérieure 1, une bague intérieure 2, une rangée d'éléments roulants 3, ici des billes, et une cage 4 de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 3. Des flasques d'étanchéité ou des joints, non représentés, peuvent être fixés sur la bague extérieure 1 et venir former une étanchéité frottante ou par passage étroit avec une portée de bague intérieure 2.

Les bagues extérieures 1 et intérieures 2 sont du type à gorge profonde, par exemple obtenues par usinage d'une portion de tube ou d'une ébauche annulaire forgée ou laminée. La bague extérieure 1 comprend une surface extérieure axiale cylindrique la, des surfaces frontales radiales opposées lb et lc, et un alésage à partir duquel est formé un chemin de roulement 1d pour les éléments roulants 3. La bague intérieure 2 comprend un alésage cylindrique 2a, deux surfaces frontales radiales opposées 2b et 2c et une surface extérieure à partir de laquelle est formée une piste de roulement 2d pour les éléments roulants 3. La bague extérieure 1 est munie de deux rainures symétriques dans lesquelles peuvent être emmanchés les flasques d'étanchéité, du côté de la surface radiale lb et de la surface radiale 1c. La cage 4 est mieux visible sur les figures 3 et 4 et comprend un corps 5 de forme générale annulaire et des griffes 6. La cage 4 peut être une pièce monobloc, par exemple en polyamide moulé, par injection tel que du PA 6.6. Le corps 5 comprend un talon 7 de forme générale annulaire et une partie axiale 8 définissant une pluralité d'alvéoles 9 pour les éléments roulants 3. Les alvéoles 9 sont de forme sphérique ou quasi-sphérique. Les griffes 6 contribuent également à définir les alvéoles 9. Le talon 7 présente un diamètre extérieur supérieur à celui de la partie axiale 8 et un diamètre intérieur sensiblement égal. Toutefois, à titre de variante, on pourrait prévoir un talon présentant un diamètre intérieur légèrement différent de celui de la partie axiale 8. La partie axiale 8 présente une longueur axiale au moins égale à la moitié du diamètre des alvéoles 9, de telle sorte que les éléments roulants 3 puissent être convenablement retenus dans les alvéoles 9. Le diamètre extérieur de la portion sensiblement axiale 8 est proche du diamètre primitif de la cage, par exemple compris dans la plage définie entre le diamètre primitif de la cage moins l'épaisseur radiale du talon et le diamètre primitif de la cage plus la moitié de l'épaisseur radiale du talon. Le diamètre primitif de la cage est le diamètre du cercle fictif passant par le centre des sphères fictives définissant les alvéoles 9.

Entre deux alvéoles 9 voisines, la partie axiale 8 forme une protubérance comprenant deux branches 10 en arc de cercle chacune se terminant par une griffe 6 à l'opposé du talon 7. La partie axiale 8 comprend également une nervure 12 reliant les extrémités des branches 10 associées à deux alvéoles voisines, axialement à l'opposé du talon 7. La nervure 12 assure une fonction d'entretoise. Au-delà de la nervure 12, s'étendent les griffes 6. Les branches 10, les griffes 6 et la nervure 12 peuvent présenter une épaisseur radiale sensiblement égale. Les branches 10 forment des nervures offrant une surface suffisante pour définir les alvéoles 9 de retenue des éléments roulants 3. Les branches 10 peuvent présenter une épaisseur sensiblement constante en allant d'une nervure 12 à la nervure 12 suivante. La cage 1 comprend également un raccordement 13 situé à la base de chaque branche 10 et formant interface entre le talon 7 et la branche 10. Le raccordement 13 possède un profil arrondi en section droite et présente une épaisseur radiale décroissante en allant du talon 7 vers la branche 10. Le raccordement 13 peut présenter une longueur axiale de l'ordre de 15 à 30 % de la longueur axiale de la partie sensiblement axiale 8.

La cage comprend également une cloison axiale 14 reliant deux branches 10 de deux alvéoles 9 voisines. La cloison axiale 14 présente une faible épaisseur radiale, par exemple inférieure à la moitié de l'épaisseur radiale des branches 10, et s'étend axialement entre la surface de base 7a du talon 7 et la base des griffes 6. La cloison 14 est disposée à distance radiale de la face interne de la partie axiale 8 et vient sensiblement affleurer la périphérie externe de ladite partie axiale 8, laissant subsister des espaces libres intérieurs 15 et des espaces libres extérieurs 16 comme on peut le voir sur les figures 3, 5 et 6.

La cloison 14 peut être légèrement en retrait radial par rapport à la périphérie de la portion axiale 8 comme sur la figure 4. En d'autres termes, les espaces libres intérieurs 15 s'étendent axialement entre la nervure 12 et la face d'extrémité 7a du talon 7 sur laquelle lesdits espaces libres intérieurs 15 débouchent. Les espaces libres intérieurs 15 sont délimités radialement vers l'extérieur par la cloison axiale 14 et débouchent vers l'intérieur dans l'alésage de la cage 4. Les espaces libres intérieurs 15 sont également délimités dans le sens circonférentiel par les branches 10 de deux alvéoles voisines 9. Les espaces libres intérieurs 15 traversent le talon 7 et au moins partiellement la partie sensiblement axiale 8. Les espaces libres 16 sont ménagés dans le talon 7 et dans le raccordement 13, voir plus particulièrement les figures 5 et 6. Les espaces libres extérieurs 16 se présentent sous la forme d'une fente arquée suivant la courbure générale du talon 7 débouchant sur la surface d'extrémité 7a du talon 7 par une ouverture de forme oblongue et débouchant du côté opposé dans le raccordement 13 par une ouverture également oblongue. Les espaces libres extérieurs 16 peuvent s'étendre axialement sur la périphérie de la portion axiale pour former des cuvettes 16a radialement en retrait par rapport au bord extérieur des alvéoles (voir figure 4). La dimension radiale des espaces libres extérieurs 16 peut se réduire en allant de la surface d'extrémité 7a du talon 7 jusqu'au raccordement 13, voir figure 5. De même, la dimension angulaire des espaces libres extérieurs 16 peut diminuer en allant de la surface d'extrémité 7a des talons 7 jusqu'au raccordement 13. Les espaces libres extérieurs 16 peuvent être situés légèrement au-delà du diamètre primitif de la cage 4. Ainsi, les espaces libres extérieurs 16 sont ménagés radialement au-delà des branches 10 qui peuvent conserver une rigidité élevée. A titre d'exemple, le diamètre primitif de la cage peut affleurer la surface extérieure de la partie sensiblement axiale 8. Comme on le voit particulièrement sur la figure 4, le talon 7, angulairement au niveau des espaces libres extérieurs 16, est divisé en deux anneaux, intérieur 17 et extérieur 18 espacés radialement permettant ainsi de laisser subsister lesdits espaces libres extérieurs 16. Les anneaux 17 et 18 se rejoignent au droit des alvéoles 9 en se confondant avec les branches 10 pour former un tronc commun. Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 6, les billes entrent principalement en contact avec une zone 19 des alvéoles 9 relativement limitée en surface et située axialement au niveau des nervures 12. Les efforts exercés par une bille sur la zone de contact 19 d'une cage 4 est donc reprise, non seulement par la branche 10 correspondante, mais également par la nervure 12 et la branche 10 de l'alvéole suivante. L'effort qui s'exerce suivant une tangente à l'alvéole 9 est également repris par la cloison axiale 14. La cage 4 présente donc une excellente rigidité aux efforts circonférentiels exercés par les billes sur lesdites cages. Par ailleurs, la structure évidée de la cage 4, notamment grâce aux espaces libres 15 et 16, permet un allégement de la masse de la cage 4 par diminution de la quantité de matière mise en oeuvre d'où une réduction des forces centrifuges lors d'une rotation à haute vitesse. La rigidité radiale est néanmoins tout à fait satisfaisante, notamment grâce aux nervures 12 et aux branches 10 qui présentent une épaisseur radiale significative. On évite ainsi une déformation gênante de la cage 4 vers l'extérieur, en particulier au niveau des griffes 6. La présence des espaces libres intérieurs 15 permet de disposer d'une réserve importante de lubrifiant à proximité des alvéoles 9 et des éléments roulants 3. Les espaces libres extérieurs 16 peuvent également assurer une fonction de réservoir de lubrifiant et une fonction de canal de circulation de lubrifiant provenant du côté de la surface d'extrémité 7a du talon 7 vers le raccordement 13. Le lubrifiant débouchant de l'ouverture de l'espace libre extérieur 16 dans le raccordement 13 peut soit se déplacer vers l'extérieur par effet centrifuge et rejoindre le chemin de roulement 1d de la bague extérieure 1, soit se déplacer angulairement et rejoindre les éléments roulants 3 disposés dans les alvéoles 9. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 7 et 8, les références des éléments semblables au mode de réalisation précédent ont été conservées. Des encoches 20 sont ménagées dans la cloison axiale 14 à partir de la surface d'extrémité 7a du talon 7. Ainsi, les encoches 20 forment une interruption dans l'anneau intérieur 17. Les encoches 20 mettent en communication les espaces libres intérieur 15 et extérieur 16 et ce, dans l'encombrement global de la cage 4, et permettent ainsi une circulation de lubrifiant de l'espace libre intérieur 15 vers l'espace libre intérieur 16 et par conséquent, une meilleure circulation du lubrifiant vers le chemin de roulement 1d de la bague extérieure 1 ou encore vers les éléments roulants 3 disposés dans les alvéoles 9. Les encoches 20 s'avèrent particulièrement utiles dans le cas où la distance axiale entre la surface d'extrémité 7a du talon 7 et le flasque d'étanchéité du roulement est faible, ce qui est souvent le cas dans les roulements compacts. Dans un mode de réalisation, un lubrifiant, par exemple une graisse, est disposée dans les espaces libres intérieurs et extérieurs formant réservoir de lubrifiant. Dans un autre mode de réalisation, on dispose un lubrifiant de faible durée de vie sur l'extérieur de la cage, notamment dans les espaces libres extérieurs 16 et un lubrifiant à longue durée de vie du côté de l'alésage de la cage, en particulier dans les espaces libres intérieurs 15. Le lubrifiant à faible durée de vie est centrifugé vers le chemin de roulement extérieur 1d dès la mise en rotation du roulement afin d'assurer une lubrification immédiate. Le lubrifiant à longue durée de vie prend le relais du lubrifiant à faible durée de vie en se diffusant plus lentement dans le roulement. Dans une variante, le lubrifiant à faible durée de vie est disposé à l'extérieur de la cage et le lubrifiant à longue durée de vie est disposé dans les espaces libres intérieur 15 et extérieur 16. Les lubrifiants peuvent être des graisses de viscosités différentes. La cage présente également l'avantage de faciliter le nettoyage du roulement, étape qui a lieu après la mise en place de la cage, lors du processus de montage. En effet, le liquide de nettoyage introduit dans le roulement peut circuler plus facilement entre les bagues extérieure 1 et intérieure 2 et entraîner ainsi plus efficacement les particules polluantes qui pourraient autrement rester dans le roulement et s'avérer nuisible à son bon fonctionnement. Comme on le voit particulièrement bien sur les figures 4 à 8, les cloisons axiales 14 sont rigidifiées radialement par les branches 10 et les nervures 12 qui présentent une épaisseur radiale nettement plus importante. La cage est donc convenablement rigidifiée tant dans le sens radial que dans le sens angulaire.

Claims

REVENDICATIONS

1. Cage (4) pour roulement à billes comprenant un corps (5) de forme générale annulaire et des griffes (6), le corps (5) comprenant un talon (7) de forme sensiblement annulaire et une portion sensiblement axiale (8) se raccordant au talon (7) et dans laquelle sont ménagées des alvéoles (9) pour les billes (3), la portion sensiblement axiale (8) supportant lesdites griffes (6) du côté axialement opposé au talon (7), caractérisée par le fait que la cage comprend une cloison axiale (14) disposée entre les alvéoles (9) et s'étendant axialement de l'extrémité du talon (7) opposée aux griffes (6) vers les griffes (6) en délimitant radialement des espaces libres extérieurs (16) et intérieurs (15) situés radialement de part et d'autre de ladite cloison (14).

2. Cage selon la revendication 1, dans laquelle les espaces libres extérieurs (16) forment des cavités traversant axialement le talon (7) de la cage et débouchant axialement de part et d'autre dudit talon (7).

3. Cage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les espaces libres intérieurs (15) forment des renfoncements ouverts axialement vers la face (7a) du talon (7) opposée aux griffes (6) et radialement vers l'intérieur.

4. Cage selon l'une quelconques de revendications précédentes, dans laquelle la cloison axiale (14) comprend au moins une ouverture (20) permettant une communication entre les espaces libres extérieurs (16) et les espaces libres intérieurs (15) situés en regard.

5. Cage selon la revendication 4, dans laquelle ladite ouverture (20) présente la forme d'une encoche ménagée dans la cloison axiale (14) à partir de l'extrémité du talon (7) opposée aux griffes (6).

6. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cloison axiale (14) s'étend entre les alvéoles (9) dans le sens circonférentiel et est disposée sensiblement suivant un cercle.

7. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre extérieur de la cloison axiale (14) est sensiblement égal au diamètre primitif de la cage.

8. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre extérieur de ladite portion sensiblement axiale (8) est inférieur au diamètre extérieur du talon (7).

9. Palier à roulement comprenant des billes (3) montées dans les alvéoles (9) d'une cage (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes et disposées entre deux pistes de roulement (ld, 2d).

10. Palier selon la revendication 9, dans lequel deux lubrifiants différents sont disposés, au moins l'un étant positionné dans les espaces libres intérieurs.