FR2941753A1 - Cage pour palier a roulement - Google Patents

Abstract

Une cage (10) de maintien des éléments roulants d'un palier à roulement, comporte une partie armature (15) maintenant les éléments roulants sur une circonférence de roulement (17), et au moins une lèvre circonférentielle d'étanchéité (16c, 16d) s'étendant à partir de l'armature (15), réalisée en un matériau plus souple que le matériau de l'armature. L'armature (15) présente des parties de surfaces concaves (25). Le matériau de la lèvre circonférentielle remplit au moins en partie les concavités (23, 24) définies par ces surfaces concaves.

Description

B09-0395 FR AxC/JK Société de droit suédois dite : Aktiebolaget SKF Cage pour palier à roulement Invention de : Bruno MONTBOEUF Richard CORBETT Christophe HOUDAYER Samuel VIAULT Jérôme DUBUS

Cage pour palier à roulement. La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement, et plus spécifiquement le domaine des cages de maintien des éléments roulants de tels paliers. Ces paliers à roulement peuvent être de type palier axial (roulements de type butée), ou bien à bagues concentriques. Dans la configuration axiale, ces paliers peuvent notamment être utilisés dans des dispositifs de butées axiales de suspension de jambes de suspension des roues directrices d'un véhicule automobile. Classiquement, une butée de suspension comprend un palier à roulement pourvu d'une bague supérieure, d'une bague inférieure et d'éléments roulants, maintenus par une cage, disposés entre les deux bagues, en appui axial sur chacune des bagues et cheminant sur ces dernières, ainsi que d'éléments d'appui ou de support inférieur et supérieur, tels que des capots, formant logements pour les bagues inférieure et supérieure du roulement, respectivement. Une butée de suspension est disposée dans la partie supérieure de la jambe de suspension entre un ressort de suspension et un élément supérieur solidaire de la caisse du véhicule. Le ressort de suspension est disposé autour d'une tige de piston amortisseur dont l'extrémité peut être solidarisée à la caisse du véhicule. Le ressort vient axialement en appui, directement ou indirectement, sur le capot inférieur de support du palier à roulement. On désignera parfois dans la suite du texte le palier à roulement par le terme simplifié de "roulement". La butée de suspension permet ainsi de transmettre des efforts axiaux entre le ressort de suspension et la caisse du véhicule tout en autorisant un mouvement angulaire relatif entre le capot inférieur, mobile en rotation, et le capot supérieur. Ce mouvement angulaire relatif peut découler d'un braquage des roues directrices et/ou de la compression du ressort de suspension.

L'intérieur du roulement, c'est-à-dire l'espace entre les deux bagues, contient un lubrifiant. Pour le bon fonctionnement du roulement, il convient de retenir le lubrifiant à l'intérieur du roulement, et tout à la fois d'empêcher la pénétration de polluants, solides ou liquides, à l'intérieur du roulement. A cet effet, des joints peuvent être disposés à la jonction entre les deux bagues. Ces joints peuvent être fixés soit à l'une des bagues, soit à la cage de maintien des éléments roulants. On économise, dans ce dernier cas, des systèmes de glissières encombrants et parfois onéreux lorsqu'il s'agit de les usiner dans l'une ou l'autre des bagues. En outre, la vitesse angulaire de la cage par rapport à la bague fixe est environ moitié de la vitesse angulaire de la bague tournante du roulement. La vitesse d'usure d'un joint solidaire de la cage, et frottant sur l'une ou l'autre bague, est moindre que celle d'un joint fixé sur une des bagues et frottant sur l'autre bague. La demande de brevet japonais JP 2006 322556 décrit un tel palier à roulement axial avec une cage métallique sur laquelle sont assemblées des doubles lèvres radiales comprenant deux demi lèvres superposées dont la section axiale est un "V" dont la pointe est attachée à la cage. L'extrémité de chaque demi lèvre vient en contact circonférentiel frottant avec un bord d'une des bagues, l'appui entre la demi-lèvre et la bague étant sensiblement radial. Cette solution est délicate à mettre en oeuvre, car lors d'un désalignement radial du capot inférieur par rapport au capot supérieur dû par exemple aux tolérances de fabrication, on obtient un couple de frottement du roulement différent de celui prévu à l'état non monté du roulement. Ce frottement parasite, non uniforme sur la circonférence du roulement, peut provoquer une génération de bruit non souhaité et une usure prématurée des lèvres de frottement. En outre, les contraintes circonférentielles importantes entre les lèvres et la cage métallique peuvent désolidariser les lèvres de la cage. La demande de brevet français FR 2 779 096 décrit un palier à roulement axial muni d'une cage en matériau synthétique, qui se prolonge d'un côté ou de deux côtés par une ou plusieurs lèvres d'étanchéité venant frotter sur la bague inférieure, sur la bague supérieure, ou sur le capot supérieur. Les contacts d'étanchéité des lèvres se font au moins pour partie avec des surfaces gauches, c'est-à-dire au niveau des congés de variation de section de la pièce contactée.

Cette solution n'est pas non plus pleinement satisfaisante, car en cas de déplacement radial de la partie supérieure du palier par rapport à la partie inférieure du palier à roulement, la lèvre d'étanchéité, relativement rigide car réalisée dans le même matériau que la partie centrale de la cage de maintien, n'assure plus l'étanchéité souhaitée sur un côté du roulement, et sur l'autre côté du roulement, subit des efforts de frottement sensiblement plus importants que prévu. Ces frottements non symétriques vont provoquer des vibrations radiales du palier à roulement. Le but de l'invention est de proposer une cage pour roulement, notamment pour butée de suspension, pour laquelle les performances d'étanchéité des lèvres de la cage sont assurées même en cas de désalignement partiel de la bague supérieure par rapport à la bague inférieure, en limitant les risques d'arrachement des lèvres de la cage, à un prix de fabrication intéressant, et avec une performance d'étanchéité optimale. L'invention a pour objet une cage de maintien des éléments roulants d'un palier à roulement. La cage comporte une partie armature maintenant les éléments roulants sur une circonférence de roulement, et au moins une lèvre circonférentielle d'étanchéité s'étendant à partir de l'armature, réalisée en un matériau plus souple que le matériau de l'armature. L'armature présente des parties de surfaces concaves et le matériau de la lèvre circonférentielle remplit au moins en partie les concavités définies par ces surfaces concaves. De cette manière, l'accroche mécanique des lèvres à l'armature est améliorée, vis-à-vis d'efforts d'arrachement radiaux aussi bien que vis-à-vis d'efforts d'arrachement tangentiels. Selon un mode de réalisation, la cage comporte deux lèvres s'étendant axialement à partir de l'armature de part et d'autre de la circonférence de roulement.

Selon un autre mode de réalisation préféré, la cage comporte au moins une lèvre s'étendant à partir de l'armature vers l'intérieur de la circonférence de roulement, et au moins une lèvre s'étendant à partir de l'armature vers l'extérieur de la circonférence de roulement.

Selon un autre mode de réalisation préféré, la cage comprend au moins une lèvre circonférentielle d'étanchéité, s'étendant à partir de l'armature vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la circonférence de roulement, et l'armature de la cage est traversée axialement par des orifices disposés sur une circonférence intérieure et/ou sur une circonférence extérieure à la circonférence de roulement, lesdits orifices étant au moins en partie remplis par le matériau de la lèvre circonférentielle. Avantageusement, la cage est réalisée par surmoulage sur l'armature d'une ou de plusieurs lèvres circonférentielles.

Selon un mode de réalisation préféré, l'armature comporte des intercalaires séparant les éléments roulants et deux groupes d'éléments latéraux maintenant les éléments roulants sur la circonférence de roulement. La cage peut comporter au moins une lèvre dédoublée, ou une lèvre à plusieurs plis, accrochée par une nappe d'accroche continue à l'un des groupes d'éléments latéraux. Dans un mode de réalisation, la nappe d'accroche est sensiblement radiale et se sépare en deux lèvres distinctes. Une des deux lèvres peut alors s'étendre suivant une direction sensiblement axiale. Dans ce cas, le moulage de la lèvre double est facilité. Dans une autre variante de réalisation, la section axiale des deux lèvres peut former un "Y" dont le pied est la nappe d'accroche à l'armature. Dans un autre mode de réalisation, la nappe d'accroche peut s'étendre radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la circonférence de roulement en formant une lèvre à plusieurs plis circonférentiels.

Avantageusement, le matériau de la ou des lèvres circonférentielles est un élastomère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à celle du matériau de l'armature. L'armature peut être en matériau à matrice polyamide, polybutylène téréphtalate ou polypropylène, chargés ou non, et la ou les lèvres circonférentielles peuvent être en polyuréthane thermoplastique. Selon une autre variante, la cage peut comporter une armature métallique et une ou des lèvres circonférentielles en élastomère thermoplastique ou en élastomère réticulable. Selon un autre aspect, un palier à roulement, notamment pour butée de suspension de véhicule automobile, comporte une bague supérieure, une bague inférieure, des éléments roulants entre les deux bagues, en appui axial sur chacune de bagues et cheminant sur ces dernières, et une cage de maintien de ces éléments roulants selon l'invention. Selon un autre aspect encore, une butée de suspension de véhicule automobile comprend un capot supérieur, solidaire du châssis du véhicule, un siège d'appui reposant directement ou indirectement sur un ressort de la suspension du véhicule, et un palier à roulement selon l'invention, interposé entre le capot supérieur et le siège d'appui. Avantageusement, au moins une des lèvres de la cage est une lèvre double à section axiale en "Y", les deux bras du "Y" étant en contact d'étanchéité avec deux surfaces radiales axialement en regard l'une de l'autre. Dans ce cas, l'élasticité des deux branches du "Y" permet de garder un contact d'étanchéité constant avec des surfaces axiales en regard de ces lèvres, malgré l'usure des lèvres et malgré d'éventuelles oscillations angulaires de la partie supérieure du roulement par rapport à la partie inférieure.

Selon un mode de réalisation préféré, la cage comporte au moins une lèvre s'étendant vers l'intérieur de la circonférence de roulement, ladite lèvre étant en contact d'étanchéité avec le capot supérieur, et comporte au moins une autre lèvre s'étendant vers l'extérieur de la circonférence de roulement, ladite autre lèvre étant en contact d'étanchéité avec le capot supérieur. Dans cette configuration, la bague supérieure est isolée du milieu extérieur au roulement, ce qui permet d'économiser des traitements de surface protecteurs, par exemple contre la rouille, onéreux sur cette bague.

Selon un autre mode de réalisation préféré qui peut se combiner au précédent, la cage comporte au moins une lèvre s'étendant vers l'intérieur de la circonférence de roulement, ladite lèvre étant en contact d'étanchéité avec le siège d'appui, et comporte au moins une autre lèvre s'étendant vers l'extérieur de la circonférence de roulement, ladite autre lèvre étant en contact d'étanchéité avec le siège d'appui. Dans cette configuration, la bague inférieure est isolée du milieu extérieur au roulement, ce qui permet d'économiser des traitements de surface protecteurs onéreux sur cette bague.

Selon une autre variante de réalisation avantageuse, toutes les lèvres sont en contact d'étanchéité avec la bague supérieure, ou avec la bague inférieure. Du fait de la bonne dureté superficielle et de la faible rugosité des bagues, l'usure des joints lèvres est alors moindre que dans le cas d'un frottement des lèvres élastomères sur une surface en matière plastique, telle que les matières plastiques constituant souvent le capot supérieur ou le siège d'appui. Avantageusement, la partie inférieure du capot supérieur comporte une goulotte circonférentielle apte à venir coiffer la circonférence supérieure du siège d'appui, en englobant la bague supérieure du roulement et au moins une partie de la bague inférieure du roulement, au moins une lèvre étant en contact frottant avec une portion de surface radiale de la goulotte, intérieure à la goulotte. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de 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 coupe axiale d'un dispositif de butée de suspension selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure la est un détail d'une partie située à gauche de la figure 1, - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de butée de suspension selon un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 2a est un détail d'une partie située à gauche de la figure 2, - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de butée de suspension selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3a est un détail d'une partie située à gauche de la figure 3, - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de butée de suspension selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4a est un détail d'une partie située à gauche de la figure 4, - la figure 5 est une vue en perspective d'une cage de roulement d'un dispositif de palier à roulement suivant l'invention, - la figure 6 est une vue en perspective d'une armature de cage de roulement suivant l'invention, - la figure 7 est une vue de dessus d'une cage de roulement d'un dispositif de palier à roulement suivant l'invention, - la figure 8 est une vue en coupe VIII-VIII de la cage représentée sur la figure 7, - la figure 9 est une vue en coupe IX-IX de la cage représentée sur la figure 7, - la figure 10 est une vue en coupe X-X de la cage représentée sur la figure 9, - la figure 11 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de butée de suspension selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, - la figure l i a est un détail d'une partie située à gauche de la figure 11.

Les références mentionnées dans la suite de la description à propos des figures 1, 2, 3, 4, 11 apparaissent pour partie sur leurs vues de détail respectives la, 2a, 3a, 4a, lla au lieu des figures 1, 2, 3, 4, 11 elles-mêmes.

Sur les figures 1 à 4, on a représenté quatre modes différents de réalisation de l'invention. Comme représenté sur la figure 1, un dispositif de butée de suspension, désigné par la référence numérique générale 1, est destiné à être monté entre un siège d'appui supérieur (non représenté) apte à venir, directement ou indirectement, en appui dans un élément d'un châssis du véhicule automobile, et un ressort 2 de type hélicoïdal. La butée de suspension 1 est disposée autour d'une tige d'amortisseur (non représentée) s'étendant selon un axe 3 sensiblement vertical, le ressort 2 étant monté autour de ladite tige. La butée de suspension 1 comprend principalement un capot supérieur 4 de support, un siège d'appui 5, et un palier à roulement 6 disposé axialement entre le capot supérieur et le siège d'appui. Le palier à roulement 6 comprend une bague supérieure 7 en tôle emboutie, une bague inférieure 8 également en tôle emboutie, et une rangée d'éléments roulants réalisés ici sous forme de billes 9. La bague supérieure 7 est en contact avec une surface inférieure 4a du capot supérieur 4, et la bague inférieure 8 est en contact avec une surface supérieure 5a du siège d'appui 5.

La bague inférieure 8 a une forme de coupelle, avec une partie radiale 8a comportant une rainure 8b faisant office de piste de roulement pour les billes 9, ladite partie radiale venant en appui contre la face supérieure 5a du siège d'appui, et une partie axiale 8c en forme de jupe cylindrique venant s'insérer à l'intérieur d'une jupe axiale 5e du siège d'appui 5. La partie axiale 8c comporte sur la face de son rayon extérieur une rainure circonférentielle 8e qui coopère avec une protubérance circonférentielle 5f du siège d'appui 5, située sur la face intérieure de la jupe axiale 5e du siège. La bague-coupelle 8 est ainsi maintenue axialement par rapport au siège d'appui 5.

Le palier à roulement 6 comprend une cage 10 apte à maintenir les centres des billes 9 régulièrement espacés le long d'une circonférence de roulement, qui représente la trajectoire des billes. La cage 10 comporte une armature rigide 15 qui entoure chacune des billes 9 pour la maintenir sur la circonférence de roulement, et des lèvres circonférentielles 16b, 16c, 16d, 16a en matière plus souple que celle de l'armature. Chacune des lèvres est en contact d'étanchéité, par une surface annulaire, avec une portion de surface radiale, c'est-à-dire une portion de surface dont la normale est parallèle à l'axe du roulement. Les lèvres 16a et 16b, radialement de part et d'autre de l'armature, sont en contact d'étanchéité avec la face inférieure 4a du capot supérieur. La lèvre 16d, radialement à l'extérieur par rapport à l'armature, est en contact d'étanchéité avec la face supérieure 5a du siège d'appui. La lèvre 16c, radialement à l'intérieur par rapport à l'armature, est en contact d'étanchéité avec la bague inférieure 8 du roulement. Les lèvres peuvent se déformer par compression dans la zone de contact. L'étanchéité est alors assurée par une surface annulaire de frottement, plus précisément une surface en forme d'anneau plan dont la normale est parallèle à l'axe du roulement. Le capot supérieur 4 peut consister en une pièce monobloc réalisée en matériau plastique, par exemple en polyamide PA 66 renforcé ou non de fibres de verre ou autres charges minérales. Le capot supérieur présente globalement la forme d'un tronc de cône percé d'un alésage de même axe que le cône. Dans la face inférieure 4a du capot supérieur est ménagée une rainure circulaire 4b permettant de centrer la bague supérieure 7 du roulement. Le siège d'appui 5 est une pièce de révolution comportant une jupe radiale 5d portant la surface supérieure 5a d'appui du roulement.

La jupe radiale 5d est de diamètre extérieur supérieur au diamètre du ressort 2, le diamètre médian étant celui de l'hélice définie par le centre du fil du ressort. La jupe radiale 5d peut ainsi venir en appui sur la partie supérieure du ressort 2. Le siège d'appui 5 comporte également une jupe axiale 5e dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'enroulement du ressort 2, de manière à pouvoir s'insérer à l'intérieur de l'enroulement. Dans la face supérieure 5a du siège d'appui est ménagée une rainure circulaire 5b permettant de centrer la bague inférieure 8 du roulement. Le siège d'appui 5 peut-être réalisé en matériau synthétique plastique, par exemple dans le même matériau que le capot supérieur 4, ou un matériau différent. La partie inférieure du capot supérieur 4 comporte une goulotte circonférentielle 4c venant coiffer la circonférence supérieure du siège d'appui 5, en englobant la bague supérieure 7 de roulement et une partie supérieure de la bague inférieure 8 du roulement. La goulotte circonférentielle 4c comporte un retour radial 4d apte à venir s'encliqueter sous un épaulement 5g du siège d'appui 5. Les lèvres circonférentielles 16a, 16b, 16c, 16d de la cage, la bague supérieure 7, la face inférieure 4a du capot supérieur, la bague inférieure 8 et la face supérieure 5a du siège d'appui définissent un espace étanche 11 contenant les billes 9 et un lubrifiant (non représenté). L'espace étanche 11, scellé par les zones de contact annulaire des lèvres avec la bague inférieure, le capot supérieur ou le siège d'appui, évite les fuites de lubrifiant vers l'extérieur du roulement, ainsi que l'entrée de polluants (eau, particules abrasives ou non, autres polluants susceptibles de diluer le lubrifiant...). Cet espace étanche, comme illustré sur la figure 1, protège la bague supérieure 7 des agressions extérieures, permettant de n'effectuer au besoin des traitements de surface protecteurs que sur la bague-coupelle 8 inférieure. La figure 5 montre une cage de roulement 10 d'un dispositif de palier à roulement suivant l'invention. La cage de roulement comporte une armature centrale ajourée 15 disposée globalement suivant une circonférence de roulement 17. Dans le plan de la circonférence de roulement 17, les deux lèvres 16b, 16c sont attachées à l'armature 15 par une nappe formant circonférence d'accroche 18i et située vers l'intérieur de la circonférence de roulement 17, et les deux lèvres 16a, 16d sont attachées à l'armature 15 par une nappe formant circonférences d'accroche 18e et située vers l'extérieur de la circonférence de roulement. Les lèvres 16b et 16c s'écartent l'une de l'autre et s'écartent du plan de la circonférence de roulement quand on s'éloigne axialement de la circonférence de roulement. L'ensemble des deux lèvres 16b, 16c et de la nappe d'accroche 18i forme une lèvre dédoublée, dont la section axiale est en forme de "V" ou de "Y", la nappe d'accroche 18i formant la pointe du "V" ou le pied du "Y". Les lèvres 16a et 16d s'écartent l'une de l'autre et s'écartent du plan de la circonférence de roulement quand on s'éloigne axialement de la circonférence de roulement. L'ensemble des deux lèvres 16a, 16d et de la nappe d'accroche 18e forme une lèvre dédoublée, dont la section axiale est en forme de "V" ou de "Y", la nappe d'accroche 18e formant la pointe du "V" ou le pied du "Y". La figure 6 montre l'armature centrale 15 de la cage 10 de la figure 5. On retrouve des éléments communs à la figure 5, les mêmes éléments étant alors désignés par les mêmes références. L'armature 15 définit un chapelet circulaire de logements 12 de forme globalement sphérique et destinés à contenir chacun une bille 9. Chaque logement 12 est délimité par deux intercalaires 14 s'étendant radialement entre un arceau intérieur 13i et un arceau extérieur 13e. Dans le plan de la circonférence de roulement 17, le lieu où deux arceaux 13i ou deux arceaux 13e se rejoignent forme une zone concave 25. Aux lieux où les logements 12 présentent globalement un diamètre maximal, les arceaux 13i (resp 13e) forment des protubérances 19 (resp 20) par rapport aux zones concaves 25.

Chaque couple de deux protubérances voisines 19 (resp 20) est relié par un barreau de surmoulage 21 (resp 22). Chaque barreau de surmoulage 21 (resp 22) et la zone concave 25 qui lui fait face définit une ouverture d'accroche 23 (resp 24). Les figures 7, 8, 9 et 10 sont une vue de dessus et des vues en coupe de la cage de la figure 5. On retrouve des éléments communs aux figures 5 et 6, les mêmes éléments étant alors désignés par le mêmes références. On note sur les figures 8 et 10 que la matière des lèvres dans leur région circonférentielle d'accroche 18i (resp 18e) remplit les ouvertures d'accroche 23 (resp 24) en englobant les barreaux de surmoulage 21 (resp 22). L'armature 15 de la cage 10, qui doit être suffisamment rigide pour maintenir les billes équidistantes le long de leur chemin de roulement et pour éviter un voilage de la cage dans le plan des billes, peut avantageusement être réalisée par moulage de matières plastiques rigides tels que le polyamide, notamment le polyamide 66, le polypropylène, notamment les polypropylènes à fluidité d'injection améliorée, par exemple avec un MFI (Melt Flow Index) supérieur à 30g/10min (mesure selon norme ASTM DI238), ou le polybutylène téréphtalate, ces matrices polymères étant chargées ou non de renforts minéraux, fibres, particules ou nanocharges. Les modules d'Young à température ambiante et à l'état sec de tels matériaux se situent typiquement dans des plages de 2 GPa à 30 GPa. Les lèvres d'étanchéité 16a, 16b, 16c, 16d peuvent avantageusement être surmoulées par injection sur la cage d'un élastomère thermoplastique tel que le TPU ou polyuréthane thermoplastique. Typiquement, la déformabilité de ces matériaux peut se constater par une contrainte à 100% de déformation statique qui est à température ambiante inférieure à 10 MPa. On aura alors avantage à choisir un grade de TPU ou d'autre élastomère plastique dont la température préconisée d'injection est inférieure à la température de fusion du matériau employé pour fabriquer l'armature. On notera que l'intérieur du "V" ou du "Y" des lèvres formant une zone de dépouille négative par rapport à la direction axiale, le démoulage de telles lèvres nécessite le présence de pièces rapportées dans le moule, et/ou un démoulage en par déformation, rendu possible par la souplesse de la matière utilisée. La figure 2 décrit un mode de réalisation similaire à celui de la figure 1. On retrouve des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments portant alors les mêmes références. A la différence de la figure 1, la bague supérieure 7 du palier à roulement est plus large dans le sens radial que la totalité de la cage, si bien que les lèvres 16a et 16b, radialement de part et d'autre de l'armature, sont en contact d'étanchéité avec la bague supérieure 7 du palier à roulement. La portée extérieure de la bague inférieure 8 est également plus large, si bien que les lèvres 16c et 16d, radialement de part et d'autre de l'armature, sont toutes deux en contact d'étanchéité avec la bague supérieure 8 du palier à roulement. Les lèvres 16a, 16b, 16c, 16d, de la cage, la bague supérieure 7, la bague inférieure 8, définissent un espace étanche 11. Dans ce mode de réalisation, le frottement des lèvres se fait uniquement sur les bagues 7 et 8 du roulement, c'est-à-dire sur une surface en acier, alors que pour d'autres modes de réalisation, notamment celui de la figure 1, au moins une des lèvres frotte sur une surface en matière plastique du capot supérieur ou du siège d'appui. Ce mode de réalisation est en ce sens particulièrement avantageux car il réduit l'usure par frottement des lèvres en élastomère. La figure 3 décrit un mode de réalisation similaire à celui de la figure 1. On retrouve des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments portant alors les mêmes références. A la différence de la figure 1, la bague inférieure 8 se présente comme un anneau plan dont toute la surface inférieure est en appui contre la face supérieure 5a du siège d'appui 5, l'anneau étant incurvé par une rainure circonférentielle 8b au niveau de son rayon médian, afin de constituer une piste de roulement pour les billes 9. La partie inférieure du capot supérieur 4 comporte une goulotte circonférentielle 4c venant coiffer la circonférence supérieure du siège d'appui 5, en englobant dans le volume contenu sous le capot supérieur, la totalité des deux bagues de roulement 7 et 8. Chacune des lèvres (16a, 16b, 16c, 16d) est en contact d'étanchéité, par une surface annulaire, avec une portion de surface radiale. Les lèvres 16a et 16b, radialement de part et d'autre de l'armature, sont en contact d'étanchéité avec la face inférieure 4a du capot supérieur. Les lèvres 16c et 16d, radialement de part et d'autre de l'armature, sont en contact d'étanchéité avec la face supérieure 5a du siège d'appui. Dans ce mode de réalisation, les surfaces d'appui des lèvres sont toutes strictement radiales, si bien qu'en cas de déplacement radial de la cage, la zone annulaire de contact se déplace légèrement sans changer de surface ni d'orientation, et les efforts entre les lèvres et leurs surfaces antagoniste ne sont quasiment pas modifiées. Comme pour l'exemple de réalisation de la figure 1, les lèvres 16a, 16b, 16c, 16d, de la cage, la bague supérieure 7, la face inférieure 4a du capot supérieur, la face supérieure 5a du siège d'appui, la bague inférieure 8, définissent un espace étanche 11. Cependant, dans le présent mode de réalisation, comme illustré sur la figure 3, l'espace étanche contient entièrement la bague supérieure 7 ainsi que la bague inférieure 8. Grâce à cette configuration, les bagues 7 et 8 sont protégées des agressions chimiques (corrosion) ou mécanique (abrasion) du milieu extérieur au roulement. Le lubrifiant présent dans l'espace 11 permet de leur assurer une protection suffisante en absence de traitements de surface particuliers. Cette configuration est donc particulièrement intéressante de point de vue économique, car elle permet d'éviter d'effectuer sur les bagues des traitements de surface coûteux.

La figure 4 présente un quatrième mode de réalisation de l'invention. On retrouve sur la figure 4 les mêmes éléments principaux que les figures 1 à 3, les mêmes éléments portant alors les mêmes références. Comme sur les figures 1 et 2, la bague inférieure 8 est en forme de coupelle, mais le diamètre extérieur de la partie axiale 8c de la bague est cette fois complémentaire du diamètre intérieur du ressort 2, la bague inférieure 8 assurant aussi la fonction de siège d'appui. De ce fait, la partie inférieure 4a du capot supérieur 4 comporte une goulotte circonférentielle 4c venant coiffer la circonférence supérieure de cette bague inférieure 8, en englobant la bague supérieure 7 de roulement et une partie supérieure de la bague inférieure 8 du roulement. La goulotte circonférentielle 4c comporte un retour radial 4d apte à venir s'encliqueter sous un épaulement 8f de la bague inférieure 8. Les lèvres 16a, 16b, 16c et 16d sont chacune en contact d'étanchéité, par une surface annulaire plane, avec une portion de surface radiale. Les lèvres 16a et 16b, radialement de part et d'autre de l'armature, sont en contact d'étanchéité avec la face inférieure 4a du capot supérieur, chacune suivant une zone de contact annulaire axialement décalée par rapport à l'autre. La lèvre 16d, radialement à l'extérieur par rapport à l'armature, est en contact d'étanchéité avec la face supérieure 5a du siège d'appui. La lèvre 16c, radialement à l'intérieur par rapport à l'armature, est en contact d'étanchéité avec une surface de contact annulaire proche d'un anneau plan, située en bordure d'une portion de surface radiale 8a de la bague inférieure 8.

Un espace étanche 11 est délimité par les lèvres 16b, 16c, 16d, 16a de la cage, la bague supérieure 7, la face inférieure 4a du capot supérieur, et la bague inférieure 8. Cet espace étanche, comme illustré sur la figure 4, protège la bague supérieure 7 des agressions extérieures, permettant de n'effectuer au besoin des traitements de surface protecteurs que sur la bague-coupelle 8 inférieure. La figure 11 présente un cinquième mode de réalisation de l'invention. On retrouve sur la figure 11 les mêmes éléments principaux que les figures 1 à 4, les mêmes éléments portant alors les mêmes références. En plus des éléments déjà décrits sur les figures 1 à 4, le roulement de la figure 4 comporte un flasque cylindrique 31 intérieur au roulement et un flasque 30 extérieur au roulement. Le flasque 31 est emmanché sur une surface axiale intérieure du capot supérieur 4, et vient en appui contre un épaulement radial 33 de cette portion axiale. Le flasque 30 comporte une portion axiale 34 qui est emmanchée sur une surface axiale extérieure du capot supérieur 4, et vient en appui contre un épaulement radial 32 de cette portion axiale. Le flasque 31 occulte une partie de l'espace séparant le capot supérieur 4 et le siège d'appui 5 sur la circonférence intérieure du roulement. La portion axiale 34 du flasque 30, occulte une partie de l'espace séparant le capot supérieur 4 et le siège d'appui 5 sur la circonférence extérieure du roulement. Un passage étroit 37 est ménagé entre le flasque 31 et le siège support 5. L'étroitesse de ce passage 37 permet de limiter l'entrée de particules solides par la circonférence intérieure du roulement. Le flasque extérieur 30 comporte un retour radial 35 qui fait face au siège support 5 en ménageant un passage étroit 36 entre le flasque 30 et le siège support 5. L'étroitesse de ce passage 36 permet de limiter l'entrée de particules solides par la circonférence extérieure du roulement. La cage 15 comporte toujours une armature 10 maintenant les billes 9. Une lèvre circonférentielle 40 est surmoulée sur la circonférence extérieure de l'armature 10, à laquelle elle est accrochée par une nappe d'accroche continue 18e. Une lèvre circonférentielle 41 est surmoulée sur la circonférence intérieure de l'armature 10, à laquelle elle est accrochée par une nappe d'accroche continue 18i. Comme sur les figures 4 et 4a, la bague supérieure 7 est relativement étroite, de manière à ménager un chemin de roulement pour les billes 9, mais sans offrir de surface de frottement aux lèvres 40 ou 41. Comme sur les figures 4 et 4a, la bague inférieure 8 est sensiblement plus large que la bague supérieure 7 suivant la direction radiale, de manière à ménager des surfaces de frottement pour les lèvres 40 et 41.

La lèvre 40 est une lèvre dédoublée : à partir de la nappe d'accroche 18e, le lèvre 40 se sépare en une première lèvre 16g formant une nappe sensiblement axiale, et en une seconde lèvre 16f formant une nappe sensiblement radiale. L'extrémité de la lèvre 16g est en contact d'étanchéité avec la bague inférieure 8, et l'extrémité de la lèvre 16f est contact d'étanchéité avec la face intérieure du flasque 30. La lèvre 16g, qui est en appui axial sur la bague inférieure 8, exerce donc un effort d'appui dirigé sensiblement suivant le plan de la nappe de cette lèvre. On améliore, par rapport à des lèvres d'orientation quelconque, la stabilité de l'effort de frottement en cas de désalignement relatif des deux bagues par rapport à leur axe commun. La lèvre 41 est une lèvre en accordéon, ou en soufflets, car elle présente un premier pli ou partie de nappe 16h s'étendant radialement vers le bas de la figure lla à partir de la nappe d'accroche intérieure 18i, et un second pli ou partie de nappe 16i dans la continuité du premier pli 16h et s'étendant radialement vers le haut de la figure l i a . La lèvre 41 est donc constituée d'une seule nappe, dont la section axiale comprend plusieurs portions sensiblement rectilignes, deux de ces portions forment un angle inférieur à 60°. On dispose avec une telle lèvre à une seule nappe, plus facile à mouler qu'une lèvre bifide à deux nappes, de deux surfaces d'étanchéité potentielles avec soit deux surfaces en regard, soit deux surface orthogonales. En l'occurrence, dans le mode de réalisation des figures 11 et 11a, le coude de transition entre les plis 16h et 16i est en contact d'étanchéité avec la bague inférieure 8, et l'extrémité du pli 16i est en contact d'étanchéité avec la face intérieure au roulement du flasque intérieur 31. Comme dans les modes de réalisation des figures 1, 3, et 4, les lèvres 40 et 41 isolent la bague supérieure du milieu extérieur au roulement, ce qui permet d'économiser des traitements de surface sur cette bague supérieure. Les flasques 30 et 31 permettent d'éviter l'entrée dans le roulement de polluants extérieurs tels que des particules projetées, et forment une première barrière de protection vis-à-vis des lèvres d'étanchéité 40 et 41. En outre, les lèvres bénéficient en frottant sur le flasque, d'une surface antagoniste de frottement de dureté et de rugosité adaptées, sans que l'on n'ait besoin d'utiliser une bague supérieure de roulement plus large que la cage. On économise ainsi sur la matière consommée pour fabriquer les bagues. On peut envisager des variantes de réalisation où tous les contacts d'étanchéité des lèvres se font avec des surfaces intérieures des flasques. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et peut faire l'objet de nombreuses variantes. L'armature peut être par exemple réalisée en acier bas carbone ne nécessitant pas de traitement thermique pour obtenir une dureté suffisant par exemple un acier du type DC04, qui contient à titre indicatif, 0,08% de carbone, 0,03% de phosphore, 0,03% de soufre et 0,40% de manganèse. Les lèvres d'étanchéité peuvent alors être réalisées soit par surmoulage d'un élastomère thermoplastique, soit par surmoulage d'un élastomère réticulable classique, tel que le NBR (acryloNitrile Butadiene Rubber) ou le caoutchouc naturel. Les matériaux et les géométries des capots supérieurs et inférieurs peuvent être différents de ceux décrit. Les lèvres d'étanchéité dédoublées pourraient par exemple être remplacées par des lèvres à une seule nappe mais formant un soufflet à deux plis, un repli de chaque soufflet étant en contact avec une des deux surfaces axiales antagonistes inférieure ou supérieure. La géométrie des éléments roulants peut être autre que sphérique (rouleaux, aiguilles...). Les éléments roulants peuvent être disposés suivant plusieurs circonférences de roulement concentriques, et l'armature de la cage peut alors comprendre plusieurs rangées concentriques de logements 12, de géométrie complémentaire de ces éléments roulants. Le contact d'une ou de plusieurs lèvres circonférentielles, au lieu de se faire avec des surfaces radiales du roulement, pourrait se faire avec des surfaces axiales ou tronconiques, c'est-à-dire des surfaces dont la normale est perpendiculaire, ou concourante, avec l'axe du roulement. Dans ce dernier cas, pour limiter les risques de déséquilibrer les efforts de frottement en cas de désalignement radial des bagues du roulement, on aura avantage à choisir un angle faible (par exemple inférieur à 45°, ou mieux, inférieur à 30°) entre la normale au plan moyen de la lèvre dans la zone de contact, et la normale locale à la surface sur laquelle frotte cette lèvre. On peut également envisager des configurations où une ou plusieurs lèvres de la cage ne frottent pas à proprement parler sur une surface en regard, mais définissent avec celle-ci une zone étroite ou labyrinthe assurant une étanchéité suffisante. La souplesse des lèvres permet alors de limiter les frottements parasites au cas où les lèvres viendraient tout de même à frotter sur la surface en regard. Enfin, on peut transposer le principe d'une bague à lèvres d'étanchéité surmoulées suivant la description précédente, à des paliers à roulement à bagues concentriques, entre lesquelles sont disposés des éléments roulants en appui radial sur chacune des bagues. Dans ce cas, les lèvres d'étanchéité s'étendront suivant une direction sensiblement axiale du roulement. Les figures la, 2a, 3a, 4a peuvent par exemple être interprétées comme des vues en coupe axiale de modes de réalisation possibles de tels roulement, en considérant ces figures comme se rapportant à un roulement d'axe de révolution horizontal par rapport à la figure, au lieu de l'axe vertical de révolution de la première partie de la description.

La cage de palier à roulement suivant l'invention permet d'obtenir une bonne étanchéité du roulement grâce à la souplesse locale du joint lèvre, permet de réduire les coûts de production en limitant le nombre de pièces à assembler grâce à l'intégration des joints à la bague, et permet d'avoir un contact d'étanchéité durable dans le temps, l'usure des lèvres se compensant par l'ouverture élastique du "V" de la lèvre bifide. L'appui des lèvres sur des surfaces radiales du palier axial permet d'obtenir un roulement avec une bonne tolérance au désalignement relatif des deux bagues par rapport à leur axe commun. L'interpénétration des matières de la cage et de la bague évite que la lèvre d'étanchéité ne se désolidarise de la cage et reste par exemple collée à l'une des bagues. Dans certaines configurations de l'invention, on parvient à isoler totalement les bagues du milieu extérieur grâce au joint, ce qui permet d'économiser des traitements de surface onéreux des bagues.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Cage (10) de maintien des éléments roulants (9) d'un palier à roulement (6), comportant une partie armature (15) maintenant les éléments roulants (9) sur une circonférence de roulement (17), et au moins une lèvre circonférentielle d'étanchéité (16a, 16b, 16c, 16d) s'étendant à partir de l'armature (15), réalisée en un matériau plus souple que le matériau de l'armature, caractérisé en ce que l'armature (15) présente des parties de surfaces concaves (25) et en ce que le matériau de la lèvre circonférentielle remplit au moins en partie les concavités (23, 24) définies par ces surfaces concaves.
2. 2. Cage de maintien selon la revendication 1, comprenant au moins une lèvre circonférentielle d'étanchéité (16a, 16b, 16c, 16d) s'étendant à partir de l'armature (15) vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la circonférence de roulement (17), et dont l'armature (15) est traversée axialement par des orifices (23, 24) disposés sur une circonférence intérieure et/ou sur une circonférence extérieure à la circonférence de roulement, lesdits orifices étant au moins en partie remplis par le matériau de la lèvre circonférentielle.
3. 3. Cage de maintien selon l'une des revendications précédentes, réalisée par surmoulage sur l'armature (15) d'une ou de plusieurs lèvres circonférentielles (16a, 16b, 16c, 16d).
4. 4. Cage de maintien selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'armature comporte des intercalaires (14) séparant les éléments roulants (9) et deux groupes d'éléments latéraux (13i, 13e) maintenant les éléments roulants sur la circonférence de roulement, et dans lequel la cage (10) comporte au moins une lèvre dédoublée (40), ou une lèvre à plusieurs plis (41), accrochée par une nappe d'accroche continue (18i, 18e) à l'un des groupes d'éléments latéraux.
5. 5. Cage de maintien suivant la revendication précédente, dans laquelle la nappe d'accroche (18e) est sensiblement radiale, et se sépare en deux lèvres distinctes (16f, 16g).
6. 6. Cage de maintien suivant la revendication précédente, dans laquelle une des deux lèvres (16g) s'étend suivant une direction sensiblement axiale.
7. 7. Cage de maintien suivant la revendication 4 dans laquelle la nappe d'accroche (18i) s'étend radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la circonférence de roulement en formant une lèvre à plusieurs plis circonférentiels (16h, 16i).
8. 8. Cage de maintien selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de la ou des lèvres circonférentielles (16a, 16b, 16c, 16d) est un élastomère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à celle du matériau de l'armature (15).
9. 9. Cage de maintien selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'armature (15) est en matériau à matrice polyamide, polybutylène téréphtalate ou polypropylène, chargés ou non, et la ou les lèvres circonférentielles (16a, 16b, 16c, 16d) sont en polyuréthane thermoplastique.
10. 10. Cage de maintien selon l'une des revendications 1 à 8, comportant une armature (15) métallique et une ou des lèvres circonférentielles (16a, 16b, 16c, 16d) en élastomère thermoplastique ou en élastomère réticulable.
11. 11. Palier à roulement (6), notamment pour butée de suspension (1) de véhicule automobile, comportant une bague supérieure (7), une bague inférieure (8), des éléments roulants (9) entre les deux bagues, en appui axial sur chacune des bagues et cheminant sur ces dernières, et une cage de maintien de ces éléments roulants selon l'une des revendications précédentes.
12. 12. Butée de suspension (1) de véhicule automobile comprenant un capot supérieur (4), solidaire du châssis du véhicule, un siège d'appui (5) reposant directement ou indirectement sur un ressort (2) de la suspension du véhicule, et un palier à roulement (6) selon la revendication précédente, interposé entre le capot supérieur et le siège d'appui.