FR2993332A1 - Cage pour palier a roulement, palier a roulement et direction electrique de vehicule automobile - Google Patents

Cage pour palier a roulement, palier a roulement et direction electrique de vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Cage (5) pour roulement de direction électrique de véhicule automobile destinée à assurer l'espacement circonférentiel de billes (4), comprenant une pluralité de premières alvéoles (8) pourvues de moyens de retenue axiale (8a) de la cage (5) sur une bille (4) et une pluralité de deuxièmes alvéoles (9) dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage (5) sur une bille (4). Chacune des premières alvéoles (8) présente avec une bille (4) logée dans la première alvéole (8) correspondante, un premier jeu axial, un premier jeu radial et un premier jeu circonférentiel (J ), et chacune des deuxièmes alvéoles (9) présente avec une bille (4) logée dans la deuxième alvéole (9) correspondante, un deuxième jeu axial, un deuxième jeu radial et un deuxième jeu circonférentiel (J ).

Description

Cage pour palier à roulement, palier à roulement et direction électrique de véhicule automobile La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement, notamment les paliers à roulements à billes utilisés dans les directions électriques de véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention concerne les cages de retenue des billes assurant un espacement circonférentiel entre les billes pour de tels paliers à roulement.
Une direction électrique d'un véhicule automobile comprend généralement un actionneur électromécanique situé sur la colonne de direction ou sur l'ensemble inférieur qui comporte des organes mécaniques destinés à assurer le positionnement angulaire des roues directrices du véhicule. L'actionneur électromécanique comprend un moteur électrique rotatif dont l'arbre est supporté par au moins un dispositif de palier à roulement à billes à quatre points de contact, directement ou par l'intermédiaire d'un système de vis à billes. Le palier à roulement comprend généralement une bague intérieure, une bague extérieure, chaque bague étant pourvue de deux chemins de roulement, et une rangée d'éléments roulants, en général des billes, disposée entre les quatre chemins de roulement des bagues. On connaît du document FR 2 921 451, des cages de retenue des billes pour des paliers à roulement réalisées en matière synthétique, comportant des alvéoles pour le logement des billes. Les alvéoles sont séparées par des griffes disposées par paires, à l'opposé d'un talon. De telles cages de retenue donnent entière satisfaction dans de nombreuses applications. Toutefois, dans des applications à vitesse de rotation faible ou pour lesquelles le sens de rotation s'inverse brusquement, ce genre de cages entraîne différentes difficultés. En effet, sous l'effet du chargement des billes, la cage se déforme fortement et vient en contact avec la bague intérieure, ce qui entraine sa dégradation, voire sa destruction.
De plus, lors d'un changement de direction de la charge appliquée au palier à roulement, comme par exemple lors du braquage des roues d'un véhicule équipé d'un système de direction électrique tel que décrit précédemment lorsque son conducteur effectue des manoeuvres vers la gauche et vers la droite pour stationner le véhicule la cage est également fortement déformée, voire détruite. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une cage pour palier à roulement peu déformable, d'encombrement restreint, et assurant une bonne répartition des contraintes sur la cage. La présente invention vise également à prévoir une cage autorisant des jeux importants des billes dans les alvéoles de la cage tout en présentant un faible frottement entre la cage et les éléments roulants. L'invention a pour objet une cage pour roulement de direction électrique destinée à assurer l'espacement circonférentiel de billes, comprenant une pluralité de premières alvéoles pourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur une bille et une pluralité de deuxièmes alvéoles dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur une bille. Chacune des premières alvéoles présente avec une bille logée dans la première alvéole correspondante, un premier jeu axial, un premier jeu radial et un premier jeu circonférentiel, et chacune des deuxièmes alvéoles présente avec une bille logée dans la deuxième alvéole correspondante, un deuxième jeu axial, un deuxième jeu radial et un deuxième jeu circonférentiel. Ainsi, grâce à la présence de jeux entre les alvéoles de la cage et les billes, l'interaction entre la cage et les billes est réduites. De plus, les billes sont mobiles les unes par rapport aux autres réduisant ainsi le risque de déformation imprévue en cas de mouvements antagonistes de deux billes adjacentes, par exemple lors d'un mouvement de braquage des roues lors du stationnement du véhicule automobile.
Avantageusement, chacun des premiers jeux radial, axial et circonférentiel est compris entre 0.4% et 1.2% du diamètre primitif passant par le centre des billes, de préférence entre 0.56% et 1.14% du diamètre primitif passant par le centre des billes, par exemple égal à 0.78% du diamètre primitif passant par le centre des billes. Selon un mode de réalisation, chacun des deuxièmes jeux radial, axial et circonférentiel est compris entre 0.4% et 1.6% du diamètre primitif passant par le centre des billes, de préférence entre 0.56% et 1.54% du diamètre primitif passant par le centre des billes, par exemple égal à 1.14% du diamètre primitif passant par le centre des billes. Chaque première alvéole peut être séparée d'une première alvéole par une unique deuxième alvéole. Avantageusement, les premières alvéoles sont pourvues de parois sensiblement sphériques permettant à la cage d'être axialement retenue par les billes et les deuxièmes alvéoles sont pourvues de parois sensiblement cylindriques. Selon un mode de réalisation, la cage comprend un talon annulaire prolongé axialement par des portions en saillie définissant entre elles les alvéoles, chaque portion en saillie comprenant une griffe dont l'extrémité libre s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe de la portion en saillie adjacente pour former l'une des premières alvéoles, et une protubérance cylindrique formant avec la protubérance cylindrique de la portion en saillie adjacente, l'une des deuxièmes alvéoles. La cage est par exemple, réalisée en matériau synthétique, de préférence en matière polymère. Selon un second aspect, l'invention concerne un palier à roulement comprenant une bague extérieure, une bague intérieure comprenant chacune deux chemins de roulement, une rangée de billes disposée entre les chemins de roulements formant un palier à roulement à quatre points de contact, et une cage tel que décrite précédemment.
Avantageusement, un premier point de contact entre une bille et la bague extérieure forme un premier angle par rapport à l'axe de symétrie radial passant par le centre des billes et un deuxième point de contact entre une bille et la bague intérieure forme un deuxième angle par rapport à l'axe de symétrie radial passant par le centre des billes, la différence entre les premier et deuxième angles étant de maximum 4°. Selon un troisième aspect, l'invention concerne une direction électrique de véhicule automobile comprenant au moins un palier à roulement tel que décrit ci-dessus. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description de quelques modes de réalisation, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon l'invention; - les figures 2, 3, 4 et 5 sont des vues en coupe respectivement suivant les axes II-II, IV-IV et V-V de la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une cage selon la figure 1.
Le palier à roulement, d'axe axial X-X, référencé 1 dans son ensemble sur les figures 1 à 4, est destiné à être monté dans une colonne de direction de véhicule automobile. Tel qu'illustré sur les figures 1 et 2, le palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 2, une bague intérieure 3, une rangée d'éléments roulants 4, tels que des billes, une cage 5 de maintien de l'espacement circonférentiel régulier des billes 4. La bague intérieure 3 se présente sous la forme d'un anneau de section de forme générale rectangulaire présentant une faible épaisseur radiale pourvue sur sa surface extérieure de deux chemins de roulement toroïdaux 3a, 3b. La bague extérieure 2, similaire à la bague intérieure 3 comprend sur son alésage interne, deux chemins de roulement toroïdaux 2a, 2b. Les bagues intérieure et extérieure 3, 2 présentent des surfaces frontales radiales 3b, 3c, 2b, 2c sensiblement alignées et peuvent être réalisées chacune de façon monobloc par usinage d'une pièce d'acier. Chaque bille 4 est en contact avec les quatre chemins de roulements 2a, 2b, 3a, 3b pratiqués sur les bagues intérieure 3 et extérieure 2. Un premier point de contact Pi entre une bille 4 et un premier chemin de roulement 2a de la bague extérieure 2 forme un premier angle ai par rapport à l'axe de symétrie radial Y-Y passant par le centre des billes 4. Un deuxième point de contact P2 entre une bille 4 et un premier chemin de roulement 3b de la bague intérieure 3 forme un deuxième angle a2 par rapport à l'axe de symétrie radial Y-Y passant par le centre des billes 4. Un troisième point de contact P3 entre une bille 4 et un deuxième chemin de roulement 2b de la bague extérieure 2 forme un troisième angle a3 par rapport à l'axe de symétrie radial Y-Y passant par le centre des billes 4. Un quatrième point de contact P4 entre une bille 4 et un deuxième chemin de roulement 3a de la bague intérieure 3 forme un quatrième angle a4 par rapport à l'axe de symétrie radial Y-Y passant par le centre des billes 4. La différence entre les premier et deuxième angles ai et a2, et entre les troisième et quatrième angles a3 et a4 est de 4° au maximum afin de permettre aux billes d'être le plus possible en contact permanent avec les quatre pistes de roulement définies par les bagues intérieure et extérieure du roulement. La cage 5 est disposée radialement entre les bagues extérieure et intérieure 2, 3. La cage 5 comprend une portion annulaire circulaire 6 disposée axialement d'un côté des billes 4, formant un talon annulaire, et des portions en saillie 7 ou doigts de séparation s'étendant axialement à partir du talon annulaire 6. Les parties en saillie 7 sont monobloc avec le talon annulaire 7 et délimitent entre elles des alvéoles 8, 9 dans lesquelles sont disposées les billes 4.
La cage 5 comprend une pluralité de premières alvéoles 8 pourvues de moyens de retenue axiale de la cage 5 sur une bille 4 et une pluralité de deuxièmes alvéoles 9 dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage 5 sur une bille 4. Chaque première alvéole 8 est séparée d'une première alvéole 8 par une deuxième alvéole 9. Les premières alvéoles 8 sont ainsi régulièrement réparties circonférentiellement pour assurer une retenue axiale régulière de la cage 5 sur les billes 4. Les premières alvéoles 8 sont pourvues de parois sensiblement sphériques et les deuxièmes alvéoles 9 sont pourvues de parois sensiblement cylindriques. Une première alvéole 8 est séparée d'une deuxième alvéole adjacente par une portion en saillie 7. Chaque portion en saillie 7 comprend une griffe 8a dirigée radialement à l'opposé du talon annulaire 6 et dont l'extrémité libre s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe 8a de la portion en saillie 7 adjacente pour former l'une des premières alvéoles 8 de forme sensiblement sphérique tendant à envelopper une bille 4. En d'autres termes, les deux griffes 8a associées à une des premières alvéoles 8 s'étendent en direction l'une de l'autre et sont capables d'assurer la retenue axiale de la cage 5 sur la bille 4 disposée dans ladite première alvéole 8. La cage 5 est retenue axialement sur la rangée de billes 4 par les griffes 8a des premières alvéoles 8. Chaque première alvéole 8 étant séparée d'une première alvéole 8 par une deuxième alvéole 9, les premières alvéoles 8 sont ainsi régulièrement réparties circonférentiellement pour assurer une retenue axiale régulière de la cage 5 sur les billes 4. La surface intérieure concave de la griffe 8a fait partie de la surface sphérique 7a de la première alvéole 8. Chaque portion en saillie 7 comprend en outre une protubérance cylindrique 9a dirigée radialement à l'opposé du talon annulaire 6 et formant avec la protubérance cylindrique 9a de la portion en saillie 7 adjacente, l'une des deuxièmes alvéoles de forme sensiblement cylindrique formant une alvéole dépourvue de moyens de retenue axiale de la cage 5 sur les billes 4. La protubérance cylindrique 9a est donc inapte à assurer la retenue axiale de la cage 5 par rapport à la bille 4 disposée dans la deuxième alvéole 9 correspondante. La surface intérieure cylindrique de la protubérance cylindrique 9a fait partie de la surface cylindrique 7b de la deuxième alvéole 9. La protubérance cylindrique 9a et la griffe 8a d'une des portions axiales 7 sont séparées par un évidemment 7c, de sorte que la griffe 8a présente une épaisseur angulaire relativement faible dans le sens circonférentiel et par conséquent une certaine souplesse permettant l'encliquetage de la cage 5 sur les billes 4 par écartement circonférentiel des griffes 8a lors d'une poussée axiale exercée sur le talon annulaire 6 de la cage 5 en direction des billes 4. Chacune des alvéoles 8, 9 est ouverte sur sa surface intérieure et extérieure, et également ouverte axialement du côté opposé au talon annulaire 6 pour permettre la mise en place de la cage 5. Les deuxièmes alvéoles 9 présentent donc une ouverture axiale pourvue de bords cylindriques 7b afin de réduire le frottement des billes 4 sur la cage 5. Le diamètre des parois sphériques 7a des premières alvéoles 8 est supérieur à celui des billes 4 afin de présenter avec une bille 4 logée dans ladite première alvéole 8 correspondante, un premier jeu axial Jia, un premier jeu radial Jir et un premier jeu circonférentiel Le diamètre des parois cylindriques 7b des deuxièmes alvéoles 9 est supérieur à celui des billes 4 afin de présenter avec une bille 4 logée dans la deuxième alvéole correspondante 9, un deuxième jeu axial J2a, un deuxième jeu radial J2r et un deuxième jeu circonférentiel J2c. Les jeux axiaux Ja correspondent à la distance entre la surface intérieure 6a du talon annulaire 6 et la bille 4 logée dans l'alvéole correspondante. Les jeux circonférentiels .1, correspondent à la distance entre la surface intérieure sphérique ou cylindrique 7a, 7b de l'alvéole correspondante 8, 9 et la bille 4 logée dans l'alvéole correspondante. Les jeux radiaux Jr correspondent à la distance entre le centre Cb d'une bille 4 et le centre C, de l'alvéole 8 ou 9 correspondante. Chacun des premiers jeux radial Jir, axial Jia et circonférentiel Jic est compris entre 0.4% et 1.2% du diamètre primitif passant par le centre Cb des billes 4, de préférence entre 0.56% et 1.14%, idéalement égal à 0.78%. Chacun des deuxièmes jeux radial J2r, axial J2a et circonférentiel J2c est compris entre 0.4% et 1.6% du diamètre primitif passant par le centre Cb des billes, de préférence entre 0.56% et 1.54%, idéalement égal à 1.14%. A titre d'exemple non limitatif, pour un diamètre effectif de 50mm, chacun premiers jeux radial Jir, axial Jia et circonférentiel Ji, est compris entre 0.2mm et 0.6mm, de préférence entre 0.28mm et 0.57mm, idéalement égal à 0.39mm et chacun des deuxièmes jeux radial J2r, axial J2a et circonférentiel J2, est compris entre 0.2mm et 0.8mm, de préférence entre 0.28mm et 0.77m, idéalement égal à 0.57mm.
La cage peut être, par exemple, réalisée en matériau synthétique, de préférence en matière polymère, tel que par exemple du PA66, PA46, polyétheréthercétone (PEEK). Tel qu'illustré sur les figures 2 et 3, le palier à roulement 1 comprend des moyens d'étanchéité 10, 11 disposé de part et d'autre des billes 4 afin d'éviter l'intrusion de particules polluantes vers les billes 4 et notamment vers les chemins de roulement 2a, 2b, 3a, 3b. Les moyens d'étanchéité 10, 11 sont fixés par une première extrémité 10a, 11 a dans une encoche 2e, 2f pratiquée sur l'alésage intérieur de la bague extérieure 2 et se prolongent respectivement par une portion radiale 10b, 1 lb vers la surface extérieure de la bague intérieure 3 comprenant une extrémité 10c, 11c à proximité de la surface extérieure de la bague intérieure 3, laissant subsister un espace très étroit avec la surface extérieure de la bague intérieure 3 pour former un joint d' étanchéité.
Grâce à l'invention, les alvéoles de la cage présentent avec les billes des jeux importants permettant de réduire l'interaction entre la cage et les billes. La cage est donc peu déformable et grâce au faible frottement entre la cage et les éléments roulants, la cage présente une durée de vie accrue.
De plus, les billes sont mobiles les unes par rapport aux autres réduisant le risque de déformation imprévue en cas de mouvements antagonistes de deux billes adjacentes, par exemple lors d'un mouvement de braquage des roues lors du stationnement du véhicule automobile.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Cage (5) pour roulement de direction électrique de véhicule automobile destinée à assurer l'espacement circonférentiel de billes (4), comprenant une pluralité de premières alvéoles (8) pourvues de moyens de retenue axiale (8a) de la cage (5) sur une bille (4) et une pluralité de deuxièmes alvéoles (9) dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage (5) sur une bille (4), caractérisée en ce que chacune des premières alvéoles (8) présente avec une bille (4) logée dans la première alvéole (8) correspondante, un premier jeu axial (Jia), un premier jeu radial (Jir) et un premier jeu circonférentiel (J,,), et en ce que chacune des deuxièmes alvéoles (9) présente avec une bille (4) logée dans la deuxième alvéole (9) correspondante, un deuxième jeu axial (J2a), un deuxième jeu radial (J2r) et un deuxième jeu circonférentiel (J2c).
  2. 2. Cage selon la revendication 1, dans laquelle chacun des premiers jeux radial, axial et circonférentiel Jia, J,c) est compris entre 0.4% et 1.2% du diamètre primitif passant par le centre (Cb) des billes (4).
  3. 3. Cage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle chacun des premiers jeux radial, axial et circonférentiel Jia, J,c) est compris entre 0.56% et 1.14% du diamètre primitif passant par le centre (Cb) des billes (4).
  4. 4. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chacun des premiers jeux radial, axial et circonférentiel (Jir,Jia,Jlc) est égal à 0.78% du diamètre primitif passant par le centre (Cb) des billes (4).
  5. 5. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chacun des deuxièmes jeux radial, axial et circonférentiel (J2r, J2a, J2c) est compris entre 0.4% et 1.6% du diamètre primitif passant par le centre (Cb) des billes (4).
  6. 6. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chacun des deuxièmes jeux radial, axial et circonférentiel (J2r, J2a, J2c) est compris entre 0.56% et 1.54% du diamètre primitif passant par le centre (Cb) des billes (4).
  7. 7. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun des deuxièmes jeux radial, axial et circonférentiel (J2r, J2a, J2) est égal à 1.14% du diamètre primitif passant par le centre (Cb) des billes (4).
  8. 8. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque première alvéole (8) est séparée d'une première alvéole (8) par une unique deuxième alvéole (9).
  9. 9. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premières alvéoles (8) sont pourvues de parois (7a) sensiblement sphériques et les deuxièmes alvéoles (9) sont pourvues de parois (7b) sensiblement cylindriques.
  10. 10. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un talon annulaire (6) prolongé axialement par des portions en saillie (7) définissant entre elles les alvéoles (8, 9), chaque portion en saillie (7) comprenant une griffe (8a) dont l'extrémité libre s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe (8a) de la portion en saillie (7) adjacente pour former l'une des premières alvéoles (8), et une protubérance cylindrique (9a) formant avec la protubérance cylindrique (9a) de la portion en saillie (7) adjacente, l'une des deuxièmes alvéoles (9).
  11. 11. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, réalisée en matériau synthétique, de préférence en matière polymère.
  12. 12. Palier à roulement (1) comprenant une bague extérieure (2), une bague intérieure (3) comprenant chacune deux chemins de roulement (2a, 2b, 3a, 3b), une rangée de billes (4) disposée entre les chemins de roulements (2a, 2b, 3a, 3b) formant un palier à roulement à quatre points de contact (Pi, P2, P3, P4), et une cage (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  13. 13. Palier à roulement selon la revendication 12, dans lequel un premier point de contact (Pi) entre une bille (4) et la bague extérieure (2) forme un premier angle (ai) par rapport à l'axe de symétrie radial (Y-Y) passant par le centre (Cb) des billes (4) et un deuxième point de contact (P2) entre une bille (4) et la bague intérieure (3) forme un deuxième angle (a2) par rapport à l'axe de symétrie radial (Y-Y) passantpar le centre (Cb) des billes (4), la différence entre les premier et deuxième angles (ai, ot2) étant de maximum 4°.
  14. 14. Direction électrique pour véhicule automobile comprenant au moins un palier à roulement (1) selon la revendication 12 ou 13.
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