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Cage à rouleaux pour roulements à rouleaux sphériques.
Le but principal de l'établissement des roulements à rouleaux sphériques à double rangée de rouleaux consiste à augmenter le pouvoir de charge du roulement et à réduire le prix de sa fabrication. On a constaté que les dispositions prises à cet effet doivent affecter non seulement les bagues du roulement, mais aussi la cage. La possibilité de réaliser une capacité de charge maxima dans les limites des dimensions prescrites, est limitée par la possibilité d'établir une cage à rouleaux ayant des qualités techniques et économiques ac- ceptables. Une bonne cage doit répondre aux conditions sui- vantes : être utilisable dans un large roulement afin d'aug- menter la capacité de charge; guider les rouleaux aussi effi- cacement que possible pendant toute la durée de service du roulement ; et retenir les rouleaux pendant l'assemblage du roulement.
La présente invention vise à établir une cage rem-
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plissant toute ces conditions et qui, de plus, est très ro- buste et sûre, tout en étant d'une fabrication économique.
La cage est du type à "fenêtres", c'est-à-dire qu'elle com- prend un corps annulaire pour chaque rangée de rouleaux, dans lequel on a estampé des poches fermées à la manière de fenê- tres pour les rouleaux. L'invention est principalement ca- ractérisée par le fait que les surfaces latérales des ouver- tures, en contact avec la surface de roulement du rouleau, présentent des génératrices parallèles droites qui suivent le contour du rouleau, et que ces surfaces sont tangentes à la surface de roulement du rouleau.
L'invention est décrite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1 est une coupe dans un plan axial d'un roulement avec une cage selon un mode d'exécution de l'in- vention.
La Fig. 2 est une coupe analogue d'un roulement avec une cage selon une variante de l'invention.
La Fig. 3 est une vue, prise dans une direction radiale, d'une partie d'une cage.
La Fig. 4 est une coupe d'une poche à rouleau.
La Fig. 5 montre à plus grande échelle une partie d'une coupe selon la ligne V-V de la Fig. I.
La Fig. 6 montre une autre variante d'une cage, dans laquelle une partie du corps de la cage est cylindrique.
La bague extérieure 1 du roulement selon la Fig.l est munie d'un chemin de roulement ou gorge intérieure sphé- rique 2, commune aux deux rangées de rouleaux 3a et 3b. La bague intérieure 4 présente deux chemins de roulement 5a et 5b, un pour chaque rangée de rouleaux. Un anneau de guidage libre 6 est intercalé entre les rangées de rouleaux et est centré sur la bague de roulement intérieure. La cage comprend deux corps annulaires distincts 7a et 7b, présentant des bri- des tournées vers l'intérieur, respectivement 8a et 8b, ces brides étant situées à l'extérieur, dans le sens axial, des
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rouleaux respectifs et étant appuyées sur des prolongements du chemin de roulement intérieur. Le corps de la cage est muni de poches qui enferment les rouleaux sur tous les côtés.
Comme il ressort de la Fig. 3, une poche à rouleaux est dé- terminée par les barres transversales 9 qui séparent les po- ches les unes des autres et par les deux tronçons annulaires restants 10 et 11 du corps de la cage.
Chaque poche présente la même forme que le contour du rouleau. Au milieu du bord extérieur de la barre transver- sale 9 se trouve une saillie locale 12 qui sert à retenir le rouleau dans sa poche. Toutefois, le rouleau peut être inséré radialement vers l'intérieur dans la poche, avec déformation élastique des barres transversales. Après avoir été inséré dans la poche, le rouleau se trouve enfermé de toute part par les surfaces latérales de la poche, avec un faible jeu seule- ment. Les deux surfaces de chaque poche qui correspondent à la surface de roulement du rouleau sont formées, géométrique- ment parlant, par des génératrices droites 20 parallèles entre elles, tandis que le corps annulaire de la cage présen- te un diamètre tel que les faces des barres 9 sont tangentes à la surface de roulement du rouleau, comme il ressort de la Fig. 5.
Le corps de la cage a la forme d'une zône sphérique dont le centre coincide avec celui du roulement. Le diamètre extérieur de la cage est légèrement inférieur au diamètre du bord intérieur 13 de la bague extérieure. Par suite de ces diverses dispositions, la ligne tangentielle de contact entre la surface de roulement du rouleau et la barre transversale sera située comme indiqué en 14 dans la Fig. 4. Le rouleau est donc guidé par la cage sur toute sa longueur; toutefois, comme la partie médiane de la ligne de contact présente une moindre importance pour les guidages de rouleaux, le contact n'est pas indispensable en cet endroit.
Comme il ressort de la Fig. 1, la partie 10 de la cage est supportée par l'anneau de guidage 6, lequel est à son tour centré sur la bague intérieure 4. La bride 8 présen- @
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te une série d'encoches 15 qui permettent l'insertion d'un outil pour l'enlèvement du rouleau de la cage.
Une cage du type décrit ci-dessus peut être exécu- tée en tôle et sera donc d'un faible prix de revient. Non- obstant son faible poids, la cage est très solide et rigide.
Comme chaque moitié de la cage est établie en une seule pièce. l'ensemble de la cage offre en outre une grande sécurité de fonctionnement.
Toutefois, le facteur le plus important est consti- tué par les effets indirects que les diverses qualités de la cage exercent sur la capacité de charge, le frottement et le coût de fabrication du roulement. Les poches étant fermées, les rouleaux sont retenus dans le roulement sans l'aide d'une bride sur le côté de la bague intérieure, ce qui contribue considérablement à abaisser le prix de revient, tout en ré- duisant le risque de criques au cours du traitement thermique ,de la bague.
Les excellentes qualités de guidage de la cage en ce qui concerne les rouleaux, permettent de supprimer la bride de guidage prévue entre les rangées des rouleaux et solidaire de la bague intérieure, cet élément coûteux de la bague intérieure, et qui est d'une trempe difficile, pouvant être remplacée par une bride indépendante, cela sans une aug- mentation appréciable du frottement dans le roulement. Par conséquent, et grâce à sa conception, cette cage permet d'éliminer les gorges normalement requises à la jonction en- tre une surface rectifiée et une autre surface.
Ceci permet à son tour d'augmenter considérablement la longueur effective des rouleaux, et donc aussi la capacité de charge du roulement.
L'aptitude de la cage à guider les rouleaux est maximum et est limitée uniquement par le jeu nécessaire entre la poche et le rouleau. Les efforts agissant entre la cage et le rouleau sont réduits au possible, vu qu'ils sont diri- gés de telle façon qu'ils n'exercent aucun effet de coince- ment sur le rouleau. Comme les surfaces des poches présentent
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des génératrices droites et sont tangentes aux rouleaux, on réalise des conditions favorables à la formation de pellicu- les d'huile entre les surfaces de contact, ce qui réduit l'usure de la cage. La longueur de la ligne de contact est maxima, de sorte que la pression spécifique est réduite au possible, ce qui diminue encore le risque d'usure.
Comme la surface externe de la cage représente une portion de sphère, comme décrit plus haut, la bague intérieure avec les jeux de rouleaux assemblés et la cage peuvent être insérés dans la bague extérieure, ou retirés de celle-ci, après avoir enlevé quelques rouleaux seulement de la cage. Ceci représente un avantage pratique considérable tant pour la fabrication que pour la vérification et le nettoyage du rouleau.
Grâce à cette forme sphérique, on obtient en outre cet avantage pri- mordial que le roulement peut être établi pour la largeur, maxima, et donc pour la capacité de charge maxima qui en ré- sulte, étant donné que cette forme permet de combiner la plus grande largeur du roulement avec une distance radiale suffi- sante entre le cercle primitif des rouleaux et la saillie 12 destinée à retenir les rouleaux, cela sans sacrifier d'autres avantages de la cage. La cage est constituée par deux moitiés indépendantes afin de permettre une différence entre les vi- tesses des jeux de rouleaux par suite d'imperfections dans la symétrie du roulement.
La cage est centrée sur la bague intérieure afin de soustraire les rouleaux aux tensions qui pourraient se produire entre eux et la cage si cette dernière venait à occuper une position excentrique sous l'influence des forces d'inertie. Lorsque le roulement est soumis à un mouvement de rotation, ces forces agissant sur la cage seront très consi- dérables, de sorte qu'il est nécessaire de centrer la cage tant sur le chemin de roulement intérieur, à l'aide de la bride 8, que sur l'anneau de guidage 6. Dans des conditions plus favorables, il peut être suffisant de centrer la cage par la bride 8 seulement.
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Dans certaines conditions, il peut être nécessaire que la cage possède une plus grande résistance et soit mieux centrée. Dans ces cas, la cage peut être établie en une ma- tière massive, comme montré dans la Fig. 2. En principe, cette cage est identique à celle décrite ci-dessus, sauf que son corps est muni de saillies annulaires 16, par lesquelles elle est centrée dans la gorge sphérique extérieure 2. Ces extensions constituent une bride orientée vers l'extérieur et munie d'encoches diamétralement opposées 17, qui permet- tent l'insertion de la cage dans la bague extérieure après l'enlèvement de certains des rouleaux situés à proximité de ces encoches.
La Fig. 6 représente une variante de l'invention, dans laquelle la surface extérieure 18 de la partie du corps annulaire de la cage, qui est située le plus près du plan médian du roulement est cylindrique. Cette partie cylindrique s'étend de préférence jusqu'aux milieux des rouleaux et son diamètre est égal ou inférieur au diamètre du bord 13 de la bague Intérieure. La partie restante de la cage présente une surface extérieure conique 19. Dans ce cas également, le rou- leau sera tangentiel à la surface latérale de la barre trans- versale, le contact étant indiqué par la ligne 14.
Cette cage est introduite dans la bague extérieure de la manière suivante. On monte d'abord la cage sur la bague inférieure, après quoi on fait coïncider son axe approximati- vement avec celui de cette bague. On peut désormais insérer la bague intérieure et la cage dans la bague extérieure, après quoi on les fait tourner de telle façon que les rou- leaux puissent être inséré comme décrit plus haut à propos de la Fig. 1. Le roulement peut être manipulé désormais comme un ensemble unique. La bague intérieure et la cage avec les rouleaux peuvent alors être amenés dans la position de tra- vail en les faisant pivoter par rapport à la bague extérieure.
Il va de soi que la génératrice extérieure de la cage peut consister en une combinaison quelconque de lignes
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droites ou courbes, d'allure générale convexe, pour autant que cela concoure au but visé par la forme générale.
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Roller cage for spherical roller bearings.
The main purpose of establishing the double row spherical roller bearings is to increase the bearing load capacity and reduce the price of its manufacture. It has been observed that the measures taken for this purpose must affect not only the races of the bearing, but also the cage. The possibility of achieving a maximum load capacity within the limits of the prescribed dimensions is limited by the possibility of establishing a roller cage with acceptable technical and economic qualities. A good cage must meet the following conditions: be usable in a large bearing in order to increase the load capacity; guide the rollers as efficiently as possible throughout the life of the bearing; and retaining the rollers during assembly of the bearing.
The present invention aims to establish a filled cage
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satisfying all these conditions and which, moreover, is very robust and safe, while being economical to manufacture.
The cage is of the "window" type, that is to say it comprises an annular body for each row of rollers, in which closed pockets have been stamped in the manner of windows for the rollers. . The invention is mainly characterized by the fact that the lateral surfaces of the openings, in contact with the rolling surface of the roller, have straight parallel generatrices which follow the contour of the roller, and that these surfaces are tangent to the surface. rolling surface of the roller.
The invention is described with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a sectional view in an axial plane of a bearing with a cage according to an embodiment of the invention.
Fig. 2 is a similar section of a bearing with a cage according to a variant of the invention.
Fig. 3 is a view, taken in a radial direction, of part of a cage.
Fig. 4 is a section through a roller pocket.
Fig. 5 shows on a larger scale part of a section along the line V-V of FIG. I.
Fig. 6 shows another variant of a cage, in which part of the body of the cage is cylindrical.
The outer ring 1 of the bearing according to Fig.l is provided with a spherical inner race or groove 2, common to the two rows of rollers 3a and 3b. The inner ring 4 has two raceways 5a and 5b, one for each row of rollers. A free guide ring 6 is interposed between the rows of rollers and is centered on the inner rolling ring. The cage comprises two distinct annular bodies 7a and 7b, having inwardly facing brackets, 8a and 8b respectively, these flanges being located outside, in the axial direction, of the
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respective rollers and being supported on extensions of the inner raceway. The cage body has pockets that enclose the rollers on all sides.
As can be seen from FIG. 3, a roller pocket is defined by the transverse bars 9 which separate the pockets from one another and by the two remaining annular sections 10 and 11 of the body of the cage.
Each pocket has the same shape as the outline of the roll. In the middle of the outer edge of the crossbar 9 is a local projection 12 which serves to retain the roll in its pocket. However, the roll can be inserted radially inwards in the pocket, with elastic deformation of the transverse bars. After having been inserted into the pocket, the roller is enclosed on all sides by the side surfaces of the pocket, with only little play. The two surfaces of each pocket which correspond to the rolling surface of the roller are formed, geometrically speaking, by straight generatrices 20 parallel to each other, while the annular body of the cage has a diameter such that the faces of the rings. bars 9 are tangent to the rolling surface of the roller, as can be seen from FIG. 5.
The body of the cage has the shape of a spherical zone whose center coincides with that of the bearing. The outer diameter of the cage is slightly less than the diameter of the inner edge 13 of the outer ring. As a result of these various arrangements, the tangential line of contact between the rolling surface of the roller and the transverse bar will be located as indicated at 14 in FIG. 4. The roller is therefore guided by the cage over its entire length; however, since the middle part of the contact line is of less importance for roller guides, contact is not essential at this location.
As can be seen from FIG. 1, the part 10 of the cage is supported by the guide ring 6, which in turn is centered on the inner ring 4. The flange 8 has
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te a series of notches 15 which allow the insertion of a tool for the removal of the roller from the cage.
A cage of the type described above can be made from sheet metal and will therefore have a low cost price. Despite its low weight, the cage is very strong and rigid.
As each half of the cage is made in one piece. the entire cage also offers high operating safety.
The most important factor, however, is the indirect effects that the various qualities of the cage have on the load capacity, friction and cost of manufacturing the bearing. With the pockets closed, the rollers are retained in the bearing without the aid of a flange on the side of the inner ring, which greatly contributes to lowering the cost price, while reducing the risk of cracks during heat treatment, the ring.
The excellent guiding qualities of the cage with regard to the rollers make it possible to eliminate the guide flange provided between the rows of the rollers and integral with the inner ring, this costly element of the inner ring, and which is hardened difficult, which can be replaced by an independent flange, without an appreciable increase in friction in the bearing. Therefore, and due to its design, this cage eliminates the grooves normally required at the junction between a ground surface and another surface.
This in turn allows the effective length of the rollers to be considerably increased, and thus also the load capacity of the bearing.
The ability of the cage to guide the rollers is maximum and is limited only by the clearance required between the pocket and the roller. The forces acting between the cage and the roller are reduced as much as possible, since they are directed in such a way that they do not exert any jamming effect on the roller. As the surfaces of the pockets present
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generators that are straight and are tangent to the rollers, favorable conditions are achieved for the formation of oil films between the contact surfaces, which reduces wear on the cage. The length of the contact line is maxima, so that the specific pressure is reduced as much as possible, which further reduces the risk of wear.
As the outer surface of the cage represents a portion of a sphere, as described above, the inner ring with the assembled roller sets and the cage can be inserted into, or removed from, the outer ring after removing a few rollers. only from the cage. This represents a considerable practical advantage both for the manufacture and for checking and cleaning the roll.
Thanks to this spherical shape, one further obtains the main advantage that the bearing can be established for the width, maxima, and therefore for the maximum load capacity which results therefrom, since this shape allows to combine the greater width of the bearing with a sufficient radial distance between the pitch circle of the rollers and the projection 12 intended to retain the rollers, without sacrificing other advantages of the cage. The cage is formed by two independent halves in order to allow a difference between the speeds of the sets of rollers due to imperfections in the symmetry of the bearing.
The cage is centered on the inner ring in order to remove the rollers from the tensions which could occur between them and the cage if the latter were to occupy an eccentric position under the influence of inertial forces. When the bearing is subjected to a rotational movement, these forces acting on the cage will be very considerable, so that it is necessary to center the cage both on the inner race, using the flange 8 , than on the guide ring 6. Under more favorable conditions, it may be sufficient to center the cage by the flange 8 only.
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Under certain conditions, it may be necessary for the cage to have greater strength and be better centered. In these cases, the cage can be made of solid material, as shown in FIG. 2. In principle, this cage is identical to that described above, except that its body is provided with annular projections 16, by which it is centered in the outer spherical groove 2. These extensions constitute a flange facing outwards and provided with diametrically opposed notches 17, which allow the insertion of the cage in the outer ring after the removal of some of the rollers located near these notches.
Fig. 6 shows a variant of the invention, in which the outer surface 18 of the part of the annular body of the cage, which is located closest to the median plane of the bearing is cylindrical. This cylindrical part preferably extends to the middle of the rollers and its diameter is equal to or less than the diameter of the edge 13 of the inner ring. The remaining part of the cage has a tapered outer surface 19. In this case too, the roller will be tangential to the side surface of the crossbar, the contact being indicated by line 14.
This cage is introduced into the outer ring as follows. First, the cage is mounted on the lower ring, after which its axis is made to coincide approximately with that of this ring. The inner ring and the cage can now be inserted into the outer ring, after which they are rotated so that the rollers can be inserted as described above in connection with Fig. 1. The bearing can now be handled as a single assembly. The inner ring and the cage with the rollers can then be brought into the working position by rotating them relative to the outer ring.
It goes without saying that the external generator of the cage can consist of any combination of lines
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straight or curved, generally convex in appearance, insofar as this contributes to the purpose of the general shape.