FR3007808A1 - Cage pour roulement, notamment pour roulement de systeme de direction electrique de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

La cage pour palier à roulement est destinée à assurer l'espacement circonférentiel d'une rangée de billes. La cage comprend au moins deux groupes d'alvéoles 8, 9 pour les billes pourvues chacune de moyens de retenue axiale de la cage sur la bille associée. Une première plage de jeux est prévue entre les alvéoles d'un même groupe et les billes associées. Une seconde plage de jeux est prévue entre les alvéoles de l'autre groupe et les billes associées. Les valeurs desdites plages sont différentes l'une de l'autre.

Description

Cage pour roulement, notamment pour roulement de système de direction électrique de véhicule automobile La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement, notamment les paliers à roulements utilisés dans les directions électriques de véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention concerne les cages de retenue assurant un espacement circonférentiel entre les billes des 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 palier à roulement, directement ou par l'intermédiaire d'un système de vis à billes. Le palier à roulement comprend généralement une bague intérieure, une bague extérieure et une rangée d'éléments roulants, en général des billes, disposés entre les bagues.

On connaît, par le document FR-A1-2 911 934, une cage de retenue pour palier à roulement comportant une pluralité d'alvéoles identiques pour le logement des billes qui sont définies chacune en partie par deux griffes disposées à l'opposé d'un talon de ladite cage. De telles cages 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 des billes, la cage peut se déformer fortement et venir 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'une direction électrique lorsque le conducteur effectue des manoeuvres vers la gauche et vers la droite pour stationner le véhicule, la cage est également fortement déformée, voire détruite par l'augmentation momentanée du couple. On connaît également, par le document FR-A1-2 883 941, une cage pour palier à roulement comprenant des premières alvéoles pourvues de griffes de retenue axiale de la cage sur les billes et des secondes alvéoles dépourvues de griffes de retenue. Avec une telle cage, il peut se produire une désolidarisation axiale de la cage relativement aux billes. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.

Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une cage pour palier à roulement présentant une bonne sûreté de fonctionnement. La présente invention vise également à prévoir une cage permettant de limiter le frottement avec les billes associées.

La présente invention vise encore à prévoir une cage d'encombrement restreint et peu déformable en fonctionnement. Dans un mode de réalisation, la cage pour palier à roulement destinée à assurer l'espacement circonférentiel d'une rangée de billes comprend au moins deux groupes d'alvéoles pour les billes pourvues chacune de moyens de retenue axiale de la cage sur la bille associée. Une première plage de jeux est prévue entre les alvéoles d'un même groupe et les billes associées. Une seconde plage de jeux est prévue entre les alvéoles de l'autre groupe et les billes associées. Les valeurs desdites plages sont différentes l'une de l'autre.

De préférence, ladite première plage de jeux est comprise entre 1 % et 2,6 % du diamètre de la bille, et notamment entre à 1,5 % et 2,3 % dudit diamètre. Avantageusement, lesdits jeux peuvent être égaux à 2 % du diamètre de la bille. De préférence, ladite seconde plage de jeux est comprise entre 2,7 % et 5 % du diamètre de la bille, et notamment entre à 3,05 % et 4,2 % dudit diamètre. Avantageusement, lesdits jeux peuvent être égaux à 3,4 % du diamètre de la bille. De préférence, les alvéoles de chaque groupe sont identiques entre elles et différentes des alvéoles de l'autre groupe.

Dans un mode de réalisation, chaque alvéole d'un des groupes est séparée d'une autre alvéole dudit groupe par une alvéole de l'autre groupe. Dans un mode de réalisation, les alvéoles d'un des groupes sont sphériques et les alvéoles de l'autre groupe sont cylindriques. Dans un autre mode de réalisation, les alvéoles des deux groupes sont de forme identique, notamment cylindrique ou sphérique. Alternativement, les alvéoles sphériques pourraient être remplacées par des alvéoles de forme ellipsoïdale.

Avantageusement, la cage comprend un talon annulaire et des portions de séparation s'étendant à partir dudit talon et délimitant entre elles les alvéoles des deux groupes. Les portions de séparation peuvent comprendre chacune deux griffes s'étendant chacune dans le sens circonférentiel en direction d'une des griffes de la portion de séparation adjacente. La cage peut par exemple être réalisée en une seule pièce 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, au moins une rangée de billes disposées entre lesdites bagues et une cage telle que définie précédemment. Dans un mode de réalisation, les bagues intérieure et extérieure comprennent chacune deux chemins de roulement pour former un palier à quatre points de contact.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne une direction électrique pour véhicule automobile comprenant au moins un palier à roulement tel que défini ci-dessus. 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 palier à roulement selon un premier exemple de réalisation de l'invention, - les figures 2 à 5 sont respectivement des vues en coupe selon les axes II-II, IV-IV et V-V de la figure 1, - la figure 6 est une vue en perspective d'une cage du palier à roulement des figures 1 à 5, et - la figure 7 est une vue en perspective d'une cage d'un palier à roulement selon un second exemple de réalisation de l'invention.

Comme illustré sur les figures 1 à 5, le palier à roulement 1, d'axe X-X, comprend une bague extérieure 2, une bague intérieure 3, une pluralité d'éléments roulants réalisés sous forme de billes 4 de taille identique et disposées entre lesdites bagues, et une cage 5 de maintien de l'espacement circonférentiel régulier des billes qui est disposée radialement entre la surface extérieure de la bague intérieure 3 et l'alésage de la bague extérieure 2. Les bagues extérieure 2 et intérieure 3 sont massives. On entend par « bague massive », une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d'ébauches forgées et/roulées. La bague extérieure 2 comprend, au niveau de son alésage, deux chemins de roulement toroïdaux 2a, 2b présentant chacun en section droite un profil interne concave adapté aux billes 4, lesdits chemins de roulement étant dirigés radialement vers l'intérieur. La bague intérieure 3 comprend également, au niveau de sa surface extérieure cylindrique, deux chemins de roulement toroïdaux 3a, 3b présentant chacun en section droite un profil interne concave adapté aux billes 4, lesdits chemins de roulement étant dirigés radialement vers l'extérieur.

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. La droite passant d'une part par un premier point de contact Pi entre la bille 4 considérée et un premier chemin de roulement 2a de la bague extérieure 2 et passant d'autre part par le centre Cb de ladite bille forme un premier angle ai par rapport à un axe de symétrie Y-Y radial du palier passant par le centre des billes 4. La droite passant par un deuxième point de contact P2 entre la bille 4 considérée et un premier chemin de roulement 3b de la bague intérieure 3 et passant par le centre Cb de ladite bille forme un deuxième angle a2 par rapport à l'axe de symétrie Y-Y. La droite passant par un troisième point de contact P3 entre la bille 4 considérée et un deuxième chemin de roulement 2b de la bague extérieure 2 et passant par le centre Cb de ladite bille forme un troisième angle a3 par rapport à l'axe de symétrie Y-Y. La droite passant par un quatrième point de contact P4 entre la bille 4 considérée et un deuxième chemin de roulement 3a de la bague intérieure 3 et passant par le centre Cb de ladite bille forme un quatrième angle a4 par rapport à l'axe de symétrie Y-Y. 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 des bagues intérieure 3 et extérieure 2. Comme illustré plus visiblement à la figure 6, la cage 5 comprend une portion axiale 6 annulaire prévue pour être disposée axialement d'un côté des billes et formant un talon annulaire, et des portions de séparation 7 ou doigts de séparation s'étendant axialement à partir du talon 6 du côté opposé à une face extérieure 6a radiale dudit talon. Les portions de séparation 7 sont monoblocs avec le talon 6 et délimitent entre elles des premier et second groupes d'alvéoles 8, 9 dans lesquelles sont disposées les billes. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, chaque alvéole 8, 9 est pourvue de moyens de retenue axiale de la cage 5 sur la bille associée. Les alvéoles 8, 9 d'un même groupe sont identiques entre elles et différentes des alvéoles de l'autre groupe. Chaque alvéole 8 du premier groupe d'alvéoles est séparée d'une autre alvéole 8 dudit groupe par une alvéole 9 du second groupe d'alvéoles. Les alvéoles 8, 9 sont alternativement réparties dans le sens circonférentiel. Une alvéole 8 est séparée d'une alvéole 9 adjacente par une des portions de séparation 7. Les alvéoles 8 du premier groupe, respectivement du second groupe, sont régulièrement réparties dans le sens circonférentiel. Les alvéoles 8 sont pourvues de parois sensiblement sphériques et les alvéoles 9 sont pourvues de parois sensiblement cylindriques.

Les portions de séparation 7 de la cage se présentent sous la forme de doigts ou pions en saillie axiale par rapport au talon 6. Les portions de séparation 7 sont délimitées radialement par une surface intérieure alignée sur l'alésage du talon 6 et par une surface extérieure alignée sur la surface extérieure dudit talon. Chaque portion de séparation 7 présente d'un côté dans le sens circonférentiel une paroi cylindrique 7a latérale se raccordant à la paroi cylindrique 7a de la portion de séparation 7 adjacente pour former l'une des alvéoles 9, et présente du côté opposé une paroi sphérique 7b latérale se raccordant à la paroi sphérique 7b de la portion de séparation 7 adjacente pour former une des alvéoles 8. Chaque alvéole 9 est délimitée par deux parois cylindriques 7a latérales espacées dans le sens circonférentiel et reliées par une paroi de fond plane. Chaque alvéole 8 est délimitée par deux parois sphériques 7b latérales espacées dans le sens circonférentiel et reliées par une paroi de fond sphérique. Chaque portion de séparation 7 comprend une première griffe 10 s'étendant axialement à l'opposé du talon 6 et dont l'extrémité libre s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe 10 opposée de la portion de séparation 7 adjacente pour délimiter la même alvéole 8. Les parois sphériques de chaque alvéole 8 tendent à envelopper la bille associée et sont prolongées par les faces intérieures concaves des griffes 10. Les deux griffes 10 associées à une alvéole 8 s'étendent en direction l'une de l'autre, leurs extrémités libres étant espacées d'une distance inférieure au diamètre des billes. Les griffes 10 d'une alvéole 8 sont capables d'assurer la retenue axiale de la cage 5 par encliquetage sur la bille disposée dans ladite alvéole. La cage 5 est retenue axialement sur la rangée de billes par les griffes 10. Chaque portion de séparation 7 comprend également une seconde griffe 11 s'étendant axialement à l'opposé du talon 6 et circonférentiellement du côté opposé à la griffe 10 de ladite portion. L'extrémité libre de chaque griffe 11 d'une portion de séparation s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe 11 opposée de la portion de séparation 7 adjacente pour délimiter la même alvéole 9. La face intérieure concave de chaque griffe 11 prolonge axialement et circonférentiellement la paroi cylindrique 7a de l'alvéole 9 associée du côté opposé au talon 6. Les deux griffes 11 associées à une alvéole 9 s'étendent en direction l'une de l'autre, leurs extrémités libres étant espacées d'une distance inférieure au diamètre des billes. Les griffes 11 d'une alvéole 9 sont capables d'assurer la retenue axiale de la cage 5 par encliquetage sur la bille disposée dans ladite alvéole. La cage 5 est ainsi retenue axialement sur la rangée de billes non seulement par les griffes 10 mais également par les griffes 11. Les griffes 11 sont différentes des griffes 10. Chacune des alvéoles 8, 9 de la cage comprend des moyens de retenue axiale de la cage 5 sur les billes. Les première et seconde griffes 10, 11 de chaque portion de séparation sont séparées dans le sens circonférentiel par un évidement 12 de sorte que chaque griffe 10, 11 présente une épaisseur circonférentielle relativement faible et une certaine souplesse permettant l'encliquetage de la cage 5 sur les billes par écartement circonférentiel des griffes, lors d'une poussée axiale exercée sur le talon 6 de la cage en direction desdites billes. Chaque alvéole 8, 9 est ouverte radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur et également ouverte axialement du côté opposé au talon 6 pour permettre la mise en place de la cage 5. Le diamètre des parois sphériques 7b des alvéoles 8 du premier groupe est supérieur à celui des billes 4 afin que chaque alvéole 8 présente avec la bille 4 associée un jeu. Le jeu prévu entre chaque alvéole 8 du premier groupe et la bille 4 associée est compris entre 1 % et 2,6 % du diamètre de la bille, et de préférence compris entre 1,5 % et 2,3 % dudit diamètre. Préférentiellement, le jeu prévu entre chaque alvéole 8 et la bille 4 est égal à 2 % du diamètre de ladite bille. Le diamètre des parois cylindriques 7b des alvéoles 9 du second groupe est supérieur à celui des billes 4 afin que chaque alvéole 9 présente avec la bille 4 associée un jeu. Le jeu prévu entre chaque alvéole 9 du second groupe et la bille 4 associée est compris entre 2,7 % et 5 % du diamètre de la bille, et de préférence compris entre 3,05 % et 4,2 % dudit diamètre. Préférentiellement, le jeu prévu entre chaque alvéole 9 et la bille 4 est égal à 3,4 % du diamètre de ladite bille La première plage de jeux prévue entre les alvéoles 8 sphériques du premier groupe et les billes associées est strictement inférieure à la seconde plage de jeux prévue entre les alvéoles 9 cylindriques du second groupe et les billes associées. Le jeu prévu entre chaque alvéole 8, respectivement 9, et la bille 4 associée se compose d'un jeu axial Jga et de deux jeux circonférentiels J8ci et J8c2 (figures 3 et 5), respectivement d'un jeu axial J9a et de deux jeux circonférentiel J9ci et J9c2 (figures 2 et 4). Le jeu axial Jga prévu entre chaque alvéole 8 et la bille 4 associée est compris entre 1 % et 2,6 % du diamètre de la bille, et de préférence égal à 2 % dudit diamètre. La somme des jeux circonférentiels J8ci et J8c2 prévu entre chaque alvéole 8 et la bille 4 associée est compris entre 1 % et 2,6 % du diamètre de la bille, et de préférence égal à 2 % dudit diamètre. Le jeu axial J9a prévu entre chaque alvéole 9 et la bille 4 associée est compris entre 2,7 % et 5 % du diamètre de la bille, et de préférence égal à 3,4 % dudit diamètre. La somme des jeux circonférentiels J9ci et J9c2 prévu entre chaque alvéole 9 et la bille 4 associée est compris entre 2,7 % et 5 % du diamètre de la bille, et de préférence égal à 3,4 % dudit diamètre. Chaque jeu axial Ja correspond à l'espace axial minimum existant entre une face intérieure 6b du talon 6 et la bille 4 logée dans l'alvéole correspondante. La face intérieure 6b correspond à la surface de la paroi de fond de l'alvéole considérée qui est orientée vers la bille. Les faces extérieure 6a et intérieure 6b opposées délimitent axialement le talon 6. Les jeux circonférentiels J, correspondent à l'espace circonférentiel minimum existant entre les parois cylindriques 7a ou sphériques 7b de l'alvéole correspondante 8, 9 et la bille 4 logée dans ladite alvéole.

La cage 18 est avantageusement réalisée en une seule pièce par moulage d'une matière polymère telle que par exemple du polyamide, notamment du PA 66 ou du PA 46, ou encore un polyétheréthercétone (PEEK).

En se référant de nouveau aux figures 2 à 5, le palier à roulement 1 comprend également des joints d'étanchéité 13, 14 disposés entre les bagues axialement de part et d'autre des billes 4 afin d'éviter l'intrusion de particules polluantes extérieures. Dans l'exemple de réalisation illustré, les joints d'étanchéité 13, 14 sont fixés dans des rainures ménagées dans l'alésage de la bague extérieure 2 et coopèrent avec la surface extérieure de la bague intérieure 3 pour former des étanchéités par passages étroits. L'exemple de réalisation illustré à la figure 7, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère en ce que chaque portion de séparation 7 de la cage comprend, du côté opposé dans le sens circonférentiel à la paroi sphérique 7b, une paroi sphérique 7c se raccordant à la paroi sphérique 7c de la portion de séparation 7 adjacente pour former une alvéole 15. Chaque alvéole 15 est délimitée par deux parois sphériques 7c latérales espacées dans le sens circonférentiel et reliées par une paroi de fond sphérique. Les alvéoles 15 forment un second groupe d'alvéoles par rapport au premier groupe formé par les alvéoles 8. La disposition relative des alvéoles 8, 15 des premier et second groupes est identique à celle du premier exemple de réalisation. Chaque portion de séparation 7 comprend une seconde griffe 16 s'étendant axialement à l'opposé du talon 6 et circonférentiellement du côté opposé à la griffe 10 de ladite portion. L'extrémité libre de chaque griffe 16 d'une portion de séparation s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe 16 opposée de la portion de séparation 7 adjacente pour délimiter la même alvéole 15. La face intérieure concave de chaque griffe 16 prolonge axialement et circonférentiellement la paroi sphérique 7c de l'alvéole 15 associée du côté opposé au talon 6. Les deux griffes 16 associées à une alvéole 15 s'étendent en direction l'une de l'autre, leurs extrémités libres étant espacées d'une distance inférieure au diamètre des billes. Les griffes 16 d'une alvéole 15 sont capables d'assurer la retenue axiale de la cage 5 par encliquetage sur la bille disposée dans ladite alvéole. Les griffes 16 sont identiques aux griffes 10. Chacune des alvéoles 8, 15 de la cage comprend des moyens de retenue axiale de la cage 5 sur les billes. Les première et seconde griffes 10, 16 de chaque portion de séparation sont séparées dans le sens circonférentiel par l'évidement 12.

Dans cet exemple de réalisation, les alvéoles 8, 15 des premier et second groupes sont de forme identique, les alvéoles d'un même groupe étant de dimensions identiques entre elles. Les dimensions des alvéoles 15 sont supérieures à celles des alvéoles 8. Le jeu prévu entre chaque alvéole 15 du second groupe et la bille 4 associée est compris entre 2,7 % et 5 % du diamètre de la bille, et de préférence égal à 3,4 % dudit diamètre. Le jeu prévu entre chaque alvéole 8 du premier groupe et la bille 4 associée reste inchangé par rapport au premier exemple de réalisation décrit. Dans une autre variante de réalisation, il pourrait encore être possible de prévoir une cage comprenant, en remplacement des alvéoles 8, 15 sphériques, des alvéoles cylindriques pourvues chacune de moyens de retenue axiale et présentant une disposition relative d'alvéoles identiques et des jeux identiques à ceux définis précédemment.

Dans les exemples de réalisation illustrés, la cage est utilisée dans un palier à roulement comprenant des bagues extérieure et intérieure pourvues chacune de deux chemins de roulement de sorte à obtenir un palier à quatre points de contact. En variante, il pourrait être possible d'utiliser la cage avec des bagues massives comprenant chacune un unique chemin de roulement, ou encore avec d'autres types de bagues par exemple à parois minces notamment réalisées par découpe et emboutissage d'une tôle ou d'un tube en acier. La prévision de deux plages de jeux différentes pour un groupe d'alvéoles et pour l'autre groupe d'alvéoles permet de limiter les zones de contact entre la cage et les billes. L'interaction entre la cage et les billes est réduite. Par ailleurs, les billes sont mobiles les unes par rapport aux autres, ce qui réduit le risque de déformation imprévue en cas de mouvements antagonistes de deux billes adjacentes. La cage est peu déformable et présente une durée de vie accrue grâce au faible frottement entre la cage et les billes. Par ailleurs, la disposition de moyens de retenue pour chaque alvéole permet d'obtenir une bonne solidarisation axiale de la cage sur les billes.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Cage pour palier à roulement destinée à assurer l'espacement circonférentiel d'une rangée de billes et comprenant au moins deux groupes d'alvéoles (8, 9 ; 15) pour les billes pourvues chacune de moyens de retenue axiale de la cage sur la bille associée, caractérisée en ce qu'une première plage de jeux est prévue entre les alvéoles d'un même groupe et les billes associées et une seconde plage de jeux est prévue entre les alvéoles de l'autre groupe et les billes associées, les valeurs desdites plages étant différentes l'une de l'autre.
2. 2. Cage selon la revendication 1, dans laquelle ladite première plage de jeux est comprise entre 1 % et 2,6 % du diamètre de la bille.
3. 3. Cage selon la revendication 2, dans laquelle ladite première plage de jeux est comprise entre 1,5 % et 2,3 % du diamètre de la bille.
4. 4. Cage selon la revendication 3, dans laquelle lesdits jeux sont égaux à 2 % du diamètre de la bille.
5. 5. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite seconde plage de jeux est comprise entre 2,7 % et 5 % du diamètre de la bille.
6. 6. Cage selon la revendication 5, dans laquelle ladite seconde plage de jeux est comprise entre 3,05 % et 4,2 % du diamètre de la bille.
7. 7. Cage selon la revendication 6, dans laquelle lesdits jeux sont égaux à 3,4 % du diamètre de la bille.
8. 8. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les alvéoles de chaque groupe sont identiques entre elles et différentes des alvéoles de l'autre groupe.
9. 9. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque alvéole (8) d'un des groupes est séparée d'une autre alvéole dudit groupe par une alvéole (9 ; 15) de l'autre groupe.
10. 10. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les alvéoles (8) d'un des groupes sont sphériques et les alvéoles (9) de l'autre groupe sont cylindriques.
11. 11. Cage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les alvéoles (8, 9) des deux groupes sont de forme identique, notamment cylindrique ou sphérique.
12. 12. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un talon (6) annulaire et des portions de séparation (7) s'étendant à partir dudit talon et délimitant entre elles les alvéoles (8, 9 ; 15) des deux groupes.
13. 13. Cage selon la revendication 12, dans laquelle les portions de séparation (7) comprennent chacune deux griffes (10, 11 ; 16) s'étendant chacune dans le sens circonférentiel en direction d'une des griffes de la portion de séparation (7) adjacente.
14. 14. Palier à roulement comprenant une bague intérieure (3), une bague extérieure (2), au moins une rangée de billes (6) disposées entre lesdites bagues et une cage (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
15. 15. Palier selon la revendication 14, dans lequel les bagues intérieure et extérieure comprennent chacune deux chemins de roulement pour former un palier à quatre points de contact.
16. 16. Direction électrique pour véhicule automobile comprenant au moins un palier à roulement selon la revendication 14 ou 15.