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Cage pour palier à contact de roulement et palier e équipé d'une telle cage.
La présente invention a pour objet une cage annulaire monobloc destinée à être utilisée dans un palier à contact de roulement, en particulier un palier pour éléments de cycle, tel que palier à roue libre, palier de moyeu de roue ou de pédalier ou encore palier de colonne de direction de cycle.
Les paliers à contact de roulement de ce type comportent généralement deux rangées d'éléments roulants, habituellement des billes, montés avec contact oblique entre des chemins de roulement aménagés sur des organes jouant le rôle de bagues extérieure et intérieure, lesdits organes étant animés d'un mouvement de rotation relatif l'un par rapport à l'autre. Suivant les cas, les chemins de roulement extérieurs peuvent être aménagés sur un seul et même organe ou sur deux organes distincts. Il en est de même pour les chemins de roulement intérieurs qui, dans le cas des moyeux de
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pédalier par exemple, peuvent être aménagés directement sur l'axe du pédalier.
Bien que les chemins de roulement puissent être ainsi aménagés sur des éléments spécifiques au palier utilisé, on peut également mettre en oeuvre deux roulements à billes de type standard, généralement des roulements du type rigide à une seule rangée de billes.
Dans tous les cas, les billes peuvent être jointives ou comporter une cage assurant un espace circonférentiel réduit entre les billes. Des dispositifs d'étanchéité peuvent être prévus et sont alors généralement rapportés sur les bagues du palier ou intégrés au roulement dans le cas de l'utilisation de roulements standards.
Les dispositifs à billes jointives présentent un certain nombre d'inconvénients, dans la mesure où ils engendrent des frottements et des chocs entre les billes. De plus, leur montage est délicat, du fait que rien ne retient les billes pendant les opérations d'assemblage. Les dispositifs d'étanchéité rapportés sur les bagues des paliers sont complexes, onéreux et délicats à réaliser, du fait du peu de place dont on dispose généralement entre les bagues extérieure et intérieure, en particulier dans les paliers à contact de roulement pour éléments de cycles.
On connaît par ailleurs, par le brevet français 2 229 566, une butée à billes pour une suspension du type Mc Pherson, dans laquelle les billes sont maintenues dans une cage comportant des lèvres d'étanchéité dont la structure est telle qu'elles ne permettent ni une bonne étanchéité, ni un couple de frottement optimal, du fait de leur faible flexibilité.
On retrouve les mêmes inconvénients dans le brevet français 2 389 036, dans lequel on cherche en outre, en
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augmentant la rigidité des lèvres d'étanchéité, à augmenter le frottement dans la suspension.
La présente invention a pour objet la réalisation d'une cage de conception simple, permettant un assemblage aisé des billes et qui présente en outre des caractéristiques améliorées en ce qui concerne l'étanchéité, l'encombrement, le bruit de fonctionnement et le couple de frottement.
L'invention a également pour objet un palier à contact de roulement équipé d'une telle cage et appliqué en particulier à des éléments de cycle, dans lesquels l'espace entre les organes intérieur et extérieur au voisinage des rangées de billes est de dimensions particulièrement réduites.
La cage annulaire monobloc pour palier à contact de roulement selon l'invention, comprend d'un côté une couronne présentant une pluralité d'alvéoles adaptées pour recevoir et maintenir des billes et de l'autre côté une portion annulaire en saillie munie de moyens d'étanchéité. Selon l'invention, la portion en saillie présente une gorge annulaire profonde s'étendant depuis le bord extrême de la portion en saillie et sur la majeure partie de ladite portion en saillie. La gorge est pratiquée sensiblement dans la partie médiane de la portion en saillie, de façon à définir deux lèvres d'étanchéité flexibles dirigées vers l'extérieur du palier.
Le profil externe de la portion en saillie présente avantageusement une épaisseur croissante vers l'extérieur du palier.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, adapté à un palier à contact de roulement oblique, la couronne présentant les alvéoles est disposée obliquement par rapport à la portion en saillie
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de la cage.
La couronne munie desdites alvéoles peut présenter la forme d'un cylindre coaxial à l'axe de rotation de la cage ou d'un cône également coaxial à l'axe de rotation de la cage.
La cage annulaire monobloc de l'invention est de préférence réalisée par moulage de matière plastique.
Le palier à contact de roulement, en particulier pour éléments de cycle, selon l'invention, comprend au moins une rangée de billes, de préférence à contact oblique, entre des chemins de roulement aménagés respectivement sur un organe extérieur et un organe intérieur, les deux organes pouvant tourner l'un par rapport à l'autre. Les billes sont maintenues dans la cage annulaire monobloc de l'invention.
Les lèvres flexibles de la cage annulaire de l'invention sont en contact respectif avec des surfaces de portée entraînées en rotation relative l'une par rapport à l'autre et faisant partie des organes extérieur et intérieur. Les dimensions des lèvres flexibles sont telles qu'elles soient légèrement précontraintes en direction radiale après leur montage entre les surfaces de portée précitées.
L'invention sera mieux comprise à l'étude 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 coupe partielle d'un palier à contact de roulement, selon l'invention, appliqué à un moyeu de roue libre de cycle ; la figure 2 est une vue agrandie montrant en coupe la disposition de l'une des rangées de billes du palier de la figure 1 ; la figure 3 est une vue partielle agrandie
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en perspective d'une des alvéoles de la cage annulaire monobloc de l'invention ; la figure 4 est une vue en coupe de la cage utilisée dans le mode de réalisation de la figure 1, avant montage ; la figure 5 est une vue en coupe analogue à la figure 4, d'une variante de réalisation de la cage de l'invention ;
la figure 6 est une vue en coupe analogue aux figures 4 et 5, d'une autre variante de la cage de l'invention ; la figure 7 est une vue avec arrachement en coupe partielle d'un palier à contact de roulement selon l'invention, appliqué à un moyeu de roue de bicyclette ; et la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un palier à contact de roulement selon l'invention, appliqué à un moyeu de pédalier de bicyclette.
Tel qu'il est représenté sur la figure 1, le palier à contact de roulement, selon la présente invention, est utilisé dans un moyeu de roue libre de cycle. Un organe intérieur 1 est solidaire de la roue non représentée du cycle et peut entrer en rotation par rapport à un organe extérieur 2, solidaire du pignon de pédalier non représenté sur la figure. Entre ces deux éléments, est monté un dispositif de roue libre dont une came de coincement 3 est visible sur la figure, ce dispositif autorisant une rotation uniquement dans un sens de l'organe extérieur 2 par rapport à l'organe intérieur 1. Le palier à contact de roulement est constitué par deux rangées de billes 4 et 5, toutes deux à contact oblique.
Les billes 4 sont montées entre un chemin de roulement 6 aménagé sur l'organe extérieur 2 et un chemin de roulement 7 aménagé sur l'organe
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intérieur 1.
Les billes 5 sont, quant à elles, montées entre un chemin de roulement 8 aménagé sur l'organe extérieur 2 et un chemin de roulement 9 aménagé sur une bague intermédiaire 10 qui vient fermer l'ensemble du palier et qui est fixée par vissage sur une portion filetée 11 de l'organe intérieur 1. Les billes 4 et 5 sont montées respectivement dans une cage annulaire monobloc 12 dont la structure apparaît de manière plus nette sur la vue agrandie de la figure 2, à laquelle on se reportera.
Comme on peut le voir sur la figure 2 et sur les figures 3 et 4, la cage 12 réalisée en une seule pièce par moulage d'une matière plastique synthétique, comprend d'un côté une couronne 13 annulaire, présentant une pluralité d'alvéoles 14, permettant la réception des billes 4,5, ainsi que leur maintien en position. A cet effet, chaque alvéole 14 est délimitée par deux parois latérales 15,16 (figure 3) de forme et de profil internes adaptés à la forme sphérique des billes 4,5. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, les alvéoles 14 débouchent à la fois axialement par rapport à la couronne 13 selon deux orifices 17,18 (figure 4) et radialement vers l'intérieur selon l'orifice 19. Du côté opposé aux alvéloles 14 par rapport à la couronne 13, la cage 12 présente une portion annulaire en saillie 20.
Cette portion en saillie présente une gorge annulaire profonde 21 qui s'étend depuis le bord extrême 22 de la portion en saillie 20 et sur la majeure partie de ladite portion en saillie. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, la gorge annulaire s'étend sur plus des deux tiers de la longueur totale de la portion en saillie 20. La gorge 21 est pratiquée sensiblement dans la partie médiane de la portion en saillie 20. De
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cette manière, se trouve définie de chaque côté de la gorge annulaire 21, une lèvre d'étanchéité flexible 23,24.
Grâce à la profondeur importante de la gorge annulaire 21, les deux lèvres d'étanchéité dirigées vers l'extérieur du palier présentent en effet une grande flexibilité en direction radiale. Par ailleurs, le profil externe de la portion en saillie 20 présente globalement une épaisseur croissante vers l'extérieur du
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palier, de sorte que les lèvres d'étanchéité 23, 24 ont e e tendance à aller en s'écartant l'une de l'autre vers l'extérieur du palier. Dans ces conditions, lorsque les billes 4,5 introduites dans les alvéoles 14 des cages 12 sont montées dans le palier à contact de roulement, comme illustré sur la figure 2, les lèvres d'étanchéité flexibles 23,24 viennent frotter sur des portées respectives 25,26 de l'organe extérieur et de l'organe intérieur, avec une légère précontrainte radiale.
On notera que, pour améliorer encore la souplesse et la flexibilité des lèvres d'étanchéité 23,24, la forme de la gorge 21 et celle de la portion en saillie 20 sont telles, que l'épaisseur des lèvres 23,24 va en diminuant vers l'extérieur du palier, comme on peut le voir sur les figures 2 et 4.
Dans ce mode de réalisation particulièrement adapté à un palier à contact de roulement oblique, la couronne annulaire 13 munie des alvéoles 14 est disposée obliquement par rapport à la portion en saillie 20. En d'autres termes, la couronne 13 présente la forme générale d'un cône coaxial à l'axe du palier. Lorsque le palier est monté, comme illustré sur la figure 2, la couronne annulaire 13 munie des alvéoles 14 se trouve donc sensiblement perpendiculaire à l'axe qui joint les deux points de contact oblique de la bille 4 sur les chemins de roulement respectifs 6 et 7. Au contraire, la
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portion en saillie 20 est de forme générale cylindrique coaxiale à l'axe du palier à contact de roulement, comme illustré sur la figure 1.
Comme on peut le voir sur la figure 1, la cage annulaire monobloc 12 de l'invention permet, grâce à sa structure spécifique, d'obtenir d'une manière simple une excellente étanchéité et un excellent maintien des billes, et ce malgré le très faible espace radial subsistant entre les portées 25 et 26 des organes extérieur et intérieur.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5 où les pièces identiques portent les mêmes références, la cage 27, adaptée à un palier à contact de roulement radial, présente une couronne munie d'alvéoles 14, l'ensemble de la cage 27 étant de forme générale cylindrique coaxiale à l'axe du palier.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6 où les pièces identiques portent les mêmes références, la cage annulaire 28 qui est de même forme générale que la cage 27 illustrée sur la figure 5, comporte des alvéoles 14 qui ne débouchent pas vers l'intérieur de la couronne et sont donc obturées par une portion de paroi 29, de sorte que les billes sont enveloppées par les alvéoles 14 sur toute une bande équatoriale.
La cage annulaire de la présente invention peut être utilisée dans différentes applications, en particulier dans les paliers à contact de roulement pour éléments de cycle. La figure 7 montre une application à un moyeu de roue de bicyclette référencé 30 dans son ensemble. Chaque rangée de billes 4 à contact oblique est montée entre une bague intérieure 31 et une bague extérieure 32. La cage 12 a la même structure que dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4.
La figure 8 illustre l'application de
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l'invention à un moyeu de pédalier de bicyclette, les deux rangées de billes 4,5 étant ici montées entre un chemin de roulement 34 usiné directement sur l'axe 35 et une bague de fermeture 36,37. Les cages 12 utilisées ont la même structure que sur les figure 1 à 4, bien qu'elles soient montées de manière inversée, c'est-àdire avec les lèvres d'étanchéité placées radialement vers l'intérieur par rapport aux alvéoles 14.
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Cage for rolling contact bearing and bearing e equipped with such a cage.
The subject of the present invention is a one-piece annular cage intended to be used in a rolling contact bearing, in particular a bearing for cycle elements, such as a freewheel bearing, a wheel or pedal hub bearing or a bearing of cycle direction column.
Rolling contact bearings of this type generally comprise two rows of rolling elements, usually balls, mounted with oblique contact between rolling tracks arranged on members playing the role of outer and inner rings, said members being driven by a relative rotational movement with respect to each other. Depending on the case, the external raceways can be arranged on a single member or on two separate members. The same applies to the inner raceways which, in the case of the hubs
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crankset for example, can be fitted directly on the crankset axle.
Although the raceways can thus be arranged on elements specific to the bearing used, it is also possible to use two ball bearings of standard type, generally bearings of the rigid type with a single row of balls.
In all cases, the balls can be contiguous or include a cage ensuring a reduced circumferential space between the balls. Sealing devices can be provided and are then generally attached to the bearing rings or integrated into the bearing in the case of the use of standard bearings.
The devices with contiguous balls have a certain number of drawbacks, insofar as they cause friction and impacts between the balls. In addition, their assembly is delicate, because nothing retains the balls during assembly operations. The sealing devices attached to the bearing rings are complex, expensive and difficult to produce, due to the little space generally available between the outer and inner rings, in particular in rolling contact bearings for cycle elements. .
We also know, from French patent 2,229,566, a ball bearing for a suspension of the Mc Pherson type, in which the balls are held in a cage comprising sealing lips whose structure is such that they do not allow neither a good seal, nor an optimal friction torque, due to their low flexibility.
We find the same drawbacks in French patent 2,389,036, in which we also seek,
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increasing the rigidity of the sealing lips, increasing friction in the suspension.
The object of the present invention is the production of a cage of simple design, allowing easy assembly of the balls and which also has improved characteristics with regard to sealing, bulk, operating noise and torque. friction.
The invention also relates to a rolling contact bearing equipped with such a cage and applied in particular to cycle elements, in which the space between the internal and external members in the vicinity of the rows of balls is of particularly dimensions. reduced.
The one-piece annular cage for rolling contact bearing according to the invention comprises on one side a ring having a plurality of cells adapted to receive and hold balls and on the other side a projecting annular portion provided with means sealing. According to the invention, the projecting portion has a deep annular groove extending from the extreme edge of the projecting portion and over the major part of said projecting portion. The groove is made substantially in the middle part of the protruding portion, so as to define two flexible sealing lips directed towards the outside of the bearing.
The external profile of the projecting portion advantageously has an increasing thickness towards the outside of the bearing.
In a preferred embodiment of the invention, suitable for an angular rolling contact bearing, the ring having the cells is disposed obliquely with respect to the projecting portion
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from the cage.
The crown provided with said cells may have the shape of a cylinder coaxial with the axis of rotation of the cage or of a cone also coaxial with the axis of rotation of the cage.
The one-piece annular cage of the invention is preferably made by molding plastic material.
The rolling contact bearing, in particular for cycle elements, according to the invention, comprises at least one row of balls, preferably with oblique contact, between raceways arranged respectively on an external member and an internal member, the two bodies that can rotate relative to each other. The balls are held in the one-piece annular cage of the invention.
The flexible lips of the annular cage of the invention are in respective contact with bearing surfaces driven in relative rotation with respect to each other and forming part of the external and internal organs. The dimensions of the flexible lips are such that they are slightly prestressed in the radial direction after they have been mounted between the abovementioned bearing surfaces.
The invention will be better understood from the study of a few embodiments taken by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a view in partial section of a rolling contact bearing , according to the invention, applied to a freewheeling cycle hub; Figure 2 is an enlarged view showing in section the arrangement of one of the rows of balls of the bearing of Figure 1; Figure 3 is an enlarged partial view
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in perspective of one of the cells of the one-piece annular cage of the invention; Figure 4 is a sectional view of the cage used in the embodiment of Figure 1, before assembly; Figure 5 is a sectional view similar to Figure 4, of an alternative embodiment of the cage of the invention;
Figure 6 is a sectional view similar to Figures 4 and 5, of another variant of the cage of the invention; FIG. 7 is a cutaway view in partial section of a rolling contact bearing according to the invention, applied to a bicycle wheel hub; and Figure 8 is a partial sectional view of a rolling contact bearing according to the invention, applied to a bicycle bottom bracket.
As shown in FIG. 1, the rolling contact bearing according to the present invention is used in a freewheel hub of a cycle. An inner member 1 is secured to the wheel (not shown) of the cycle and can enter into rotation relative to an outer member 2, secured to the bottom bracket not shown in the figure. Between these two elements is mounted a freewheel device, a wedging cam 3 of which is visible in the figure, this device allowing rotation only in one direction of the external member 2 relative to the internal member 1. The bearing with rolling contact consists of two rows of balls 4 and 5, both with oblique contact.
The balls 4 are mounted between a raceway 6 arranged on the external member 2 and a raceway 7 arranged on the member
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interior 1.
The balls 5 are, for their part, mounted between a raceway 8 arranged on the external member 2 and a raceway 9 arranged on an intermediate ring 10 which closes the entire bearing and which is fixed by screwing on a threaded portion 11 of the inner member 1. The balls 4 and 5 are mounted respectively in a one-piece annular cage 12, the structure of which appears more clearly on the enlarged view of FIG. 2, to which reference will be made.
As can be seen in FIG. 2 and in FIGS. 3 and 4, the cage 12 produced in one piece by molding of a synthetic plastic material, comprises on one side an annular ring 13, having a plurality of cells 14, allowing the reception of the balls 4,5, as well as their maintenance in position. To this end, each cell 14 is delimited by two side walls 15, 16 (FIG. 3) of internal shape and profile adapted to the spherical shape of the balls 4,5. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 4, the cells 14 open both axially with respect to the crown 13 in two orifices 17,18 (FIG. 4) and radially inwards according to the orifice 19. From opposite side to the honeycombs 14 with respect to the crown 13, the cage 12 has a projecting annular portion 20.
This projecting portion has a deep annular groove 21 which extends from the end edge 22 of the projecting portion 20 and over the major part of said projecting portion. In the example illustrated in FIG. 4, the annular groove extends over more than two thirds of the total length of the protruding portion 20. The groove 21 is formed substantially in the middle part of the protruding portion 20. From
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in this way, there is defined on each side of the annular groove 21, a flexible sealing lip 23, 24.
Thanks to the large depth of the annular groove 21, the two sealing lips directed towards the outside of the bearing indeed have great flexibility in the radial direction. Furthermore, the external profile of the projecting portion 20 generally has an increasing thickness towards the outside of the
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bearing, so that the sealing lips 23, 24 have a tendency to move away from one another towards the outside of the bearing. Under these conditions, when the balls 4.5 introduced into the cells 14 of the cages 12 are mounted in the rolling contact bearing, as illustrated in FIG. 2, the flexible sealing lips 23, 24 come to rub on respective bearings 25.26 of the external member and the internal member, with a slight radial prestress.
Note that, to further improve the suppleness and flexibility of the sealing lips 23, 24, the shape of the groove 21 and that of the projecting portion 20 are such that the thickness of the lips 23, 24 decreases. towards the outside of the landing, as can be seen in Figures 2 and 4.
In this embodiment particularly suitable for a bearing with an oblique rolling contact, the annular ring 13 provided with the cells 14 is disposed obliquely with respect to the projecting portion 20. In other words, the ring 13 has the general shape d '' a cone coaxial with the axis of the bearing. When the bearing is mounted, as illustrated in FIG. 2, the annular ring 13 provided with the cells 14 is therefore substantially perpendicular to the axis which joins the two oblique contact points of the ball 4 on the respective rolling tracks 6 and 7. On the contrary, the
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projecting portion 20 is generally cylindrical in shape coaxial with the axis of the rolling contact bearing, as illustrated in FIG. 1.
As can be seen in FIG. 1, the one-piece annular cage 12 of the invention makes it possible, thanks to its specific structure, to obtain in an easy manner excellent sealing and excellent retention of the balls, despite the very low radial space remaining between the surfaces 25 and 26 of the external and internal members.
In the embodiment illustrated in FIG. 5 where the identical parts have the same references, the cage 27, adapted to a bearing with radial rolling contact, has a crown provided with cells 14, the whole of the cage 27 being generally cylindrical in shape coaxial with the axis of the bearing.
In the embodiment illustrated in FIG. 6 where the identical parts bear the same references, the annular cage 28 which is of the same general shape as the cage 27 illustrated in FIG. 5, comprises cells 14 which do not open out towards the inside the crown and are therefore closed by a wall portion 29, so that the balls are enveloped by the cells 14 over an entire equatorial strip.
The annular cage of the present invention can be used in different applications, in particular in rolling contact bearings for cycle elements. Figure 7 shows an application to a bicycle wheel hub referenced 30 as a whole. Each row of angular contact balls 4 is mounted between an inner ring 31 and an outer ring 32. The cage 12 has the same structure as in the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 4.
Figure 8 illustrates the application of
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the invention has a bicycle bottom bracket, the two rows of balls 4,5 being here mounted between a raceway 34 machined directly on the axis 35 and a closing ring 36,37. The cages 12 used have the same structure as in FIGS. 1 to 4, although they are mounted in an inverted manner, that is to say with the sealing lips placed radially inwards relative to the cells 14.