Bague autocentreuse La présente invention a pour objet une bague auto- centreuse permettant d'assembler deux pièces cylindriques coaxiales présentant du jeu entre elles. Cette bague est caractérisée par le fait qu'elle est constituée par un fil en matériau flexible qui est enroulé en une hélice à plusieurs spires, chaque spire présentant une série de sommets formés par des portions curvilignes raccordées les unes aux autres par des portions intermédiaires, ces sommets étant situés sur un cercle circonscrit et les points les plus rapprochés du centre de la spire étant situés sur un cercle inscrit ayant un diamètre inférieur à celui du cercle circonscrit.
Une telle bague selon l'invention permet l'assembla ge de pièces qui, sans elle, devraient être usinées avec beaucoup plus de précision. Parmi les utilisations im portantes de cette bague autocentreuse on peut citer le montage de la bague extérieure d'un roulement à billes ou à rouleaux dans son logement. Une autre utilisation consiste dans le montage d'un volant ou d'un levier sur un axe pour autant que le volant ou le levier n'ont à transmettre qu'un couple limité.
On sait que le montage de roulements dans les loge ments ménagés à cet effet dans les bâtis de machines a toujours présenté des difficultés.
Ainsi par exemple le montage d'un roulement, dont la bague extérieure est à la limite supérieure de la marge de tolérance dans un logement dont le diamètre est à la limite inférieure de cette même marge de tolérance peut conduire à une déformation des pièces et à la naissance de tensions indésirables. Inversement, si le diamètre de la bague est à la limite inférieure et le diamètre du loge ment à la limite supérieure, l'assemblage sera flottant ce qui peut conduire à un mauvais fonctionnement de la machine, voire à une fracture du roulement.
Des difficultés peuvent aussi naître lorsque le loge ment n'est pas rigoureusement rond. La charge se répartit alors irrégulièrement le long de la périphérie de la bague extérieure du roulement, et il peut en résulter des con traintes locales excessives pouvant conduire à une défor mation du roulement, même à sa fracture.
C'est pour pallier ces inconvénients que l'invention a également pour objet une utilisation particulière de la bague selon l'invention pour fixer la bague extérieure d'un roulement dans un logement.
Dans le dessin annexé la fig. 1 montre, à grande échelle, la dermière spire d'une bague autocentreuse conforme à l'invention, cette bague étant à l'état libre ; la fig. 2 est une vue semblable à celle de la fig. 1, mais montre la bague montée dans l'espace compris entre la bague extérieure d'un roulement et le logement de cette dernière, et la fig. 3 est une vue en élévation de la bague auto- centreuse dans une position analogue à celle qui est re présentée à la fig. 2, mais en supposant cette bague sortie de son logement.
La bague autocentreuse 1 est constituée par un bobi nage hélicoïdal comprenant une pluralité de spires join tives. Chaque spire comprend un certain nombre de por tions rectilignes 2, d'égales longueurs, raccordées l'une à l'autre par des portions curvilignes 3, d'égales longueurs aussi, en forme d'arcs de cercles, les extrémités d'un arc étant tangentes aux deux portions rectilignes contiguës qu'il raccorde. Pour rendre le dessin plus clair, les fig. 1 et 2 ne montrent qu'une seule et unique spire. Les cercles 8 et 9, représentés en traits mixtes, sont respec tivement le cercle inscrit et le cercle circonscrit au polygone que dessine une spire.
Comme cela ressort de la fig. 2, la bague autocen- treuse 1 est destinée à occuper l'espace compris entre la bague extérieure 4 d'un roulement à billes et le loge ment 5 ménagé pour ce roulement dans le bâti 6 d'une machine. Un manchon fendu 7 est disposé entre le logement 5 et la bague autocentreuse 1.
Une fois la bague autocentreuse mise en place, comme le montre la fig. 2, les milieux des portions rectilignes 2 portent par leur surface interne sur la surface extérieure de la bague du roulement 4, tandis que les sommets 11 que forment les portions curvilignes 3 portent par leur sur face externe sur le manchon fendu 7.
Les dimensions de la bague autocentreuse 1, le diamètre nominal interne du logement 5, et l'épaisseur du manchon fendu 7 sont choisis en fonction du diamètre extérieur de la bague de roulement 4 de manière que lorsque la bague auto- centreuse est en place, la paroi du logement 5 exerce sur cette dernière, par l'intermédiaire du manchon 7, des forces radiales centripètes appliquées sur les som mets 11, tandis que la bague extérieure 4 du roulement exerce sur cette même bague autocentreuse des forces radiales centrifuges appliquées sur les points milieux 10 des portions rectilignes 2.
Il en résulte que la bague auto- centreuse est écrasée annulairement entre la bague exté rieure du roulement et le manchon, c'est-à-dire que sa dimension a s'en trouve réduite. Le matériau dont est faite la bague autocentreuse est choisi de manière que les tensions créées en son sein par cet écrasement restent dans les limites admissibles, et puissent être endurées pendant une période prolongée. La bague 4 du roule- ment est donc supportée d'une manière légèrement élas tique qui compense la tolérance d'alésage du logement 5 et un léger faux rond de ce dernier.
En outre, du fait que l'hélice est à spires multiples et du fait que chaque spire comprend plusieurs portions rectilignes 2 et plu sieurs sommets<B>11,</B> les forces appliquées sur la paroi du logement 5 et sur la bague 4 du roulement sont répar ties en plusieurs points, et non localisés : cela réduit les risques de déformation tant du logement 5 que de la bague 4. La présence du manchon 7 contribue à accroître l'aire sur laquelle se répartit la force exercée par chacun des sommets 11.
Un tel manchon peut ne pas être néces saire lorsque le logement est aménagé dans un matériau dur, tel que de la fonte ; il est toutefois recommandé de prévoir ce manchon et de réaliser celui-ci en un maté riau identique à celui dont est faite la bague autocen- treuse, cela afin d'en réduire le creusement au droit des sommets<B>11.</B> Bague autocentreuse et manchon sont de préférence fabriqués en un matériau résistant à la cor rosion.
La distance entre deux sommets 11 consécutifs au sein d'une spire est appelée < c portée ; sa longueur est d. En faisant en sorte que le nombre de portées dans une spire, c'est-à-dire pour un tour de l'hélice, ne soit pas un nombre entier, on peut obtenir que les sommets I1 au sein d'une spire soient décalés par rapport aux sommets 11 de la spire adjacente. Une telle disposition contribue à répartir plus uniformément les forces exer cées sur la paroi du logement 5 et sur la bague 4. L'hélice constituant la bague autocentreuse se termine au milieu d'une portion rectiligne 2, et l'une de ces termi naisons est visible en 12 sur les figures.
Bien que le diamètre extérieur de la bague 4 soit affecté d'une tolérance d'usinage (et dans le cas où la bague 4 est destinée à être montée directement dans le logement. cette tolérance peut jouer un rôle important suivant le genre de tolérance d'usinage qui affecte l'alé sage constituant le logement), laquelle peut atteindre 0,0127 mm, cette tolérance peut, en présence de la bague autocentreuse à rattrapage de jeu, être négligée, car elle est faible en regard de celle qui affecte le logement et qui doit être compensée par cette bague. Des considéra- tions similaires sont valables pour la tolérance affectant l'épaisseur du manchon 7.
Dans le cas présent, la bague autocentreuse a été conçue pour supporter, dans un logement affecté d'une tolérance d'usinage en diamètre de 0,0635 mm, un roulement à billes dont la bague extérieure 4 a un dia mètre de 40 mm. La bague autocentreuse a été calculée comme si elle constituait une poutre continue chargée au milieu 10 de chaque portée et appuyée aux extrémités 11 de chacune de ces dernières.
On a alors déterminé un ensemble de valeurs pour la flèche a, la longueur d de chaque portée, le nombre de ces dernières, leur épais seur et leur largeur, valeurs qui, dans les limites de varia tion de la flèche a, c'est-à-dire dans les limites de dé flexion de chaque portée, que la bague autocentreuse doit pouvoir supporter, conduisent, pour le matériau choisi, à des contraintes compatibles avec une longue durée de vie.
II convient de noter qu'il s'agit là, en quelque sorte, d'une méthode de tâtonnement et qu'il faut ne pas omettre de tenir compte aussi, pour déterminer la dé flexion de chaque portée, des tolérances d'usinage qui affectent les dimensions de la bague autocentreuse elle- même. Il faut également prendre en considération les forces radiales centripètes exercées sur la bague exté rieure 4 du roulement. II est évident, en effet, que ces forces ne doivent pas atteindre des valeurs donnant lieu à une contraction sensible de la bague extérieure. Cela vaut aussi, d'ailleurs, pour le cas où la bague extérieure est insérée directement, sans intermédiaire, dans son lo gement.
La largeur de la bague du roulement est de 16 mm, mais comme cette bague est pourvue de deux légers chanfreins 13, la largeur utile de la partie cylindrique est de 14 mm. Cette donnée est importante, car c'est elle qui détermine le produit du nombre de spires de la bague autocentreuse par la largeur de chacune de ses portées, c'est-à-dire la largeur de chaque spire.
Dans le cas présent, on a obtenu pour le diamètre d'alésage du logement 5 une valeur nominale de 42,2656 mm, un manchon fendu 7 en acier inoxydable de 0,381 mm d'épaisseur étant prévu, de sorte que l'alé sage de ce dernier était de 41,5036 mm avec un tolérance d'usinage de 0,0635 mm. La bague autocentreuse a 271/z spires et est faite en fil d'acier à résistance élevée ayant une section carrée de 0,5 mm sur 0,5 mm.
Il est avantageux de choisir une section carrée, ou rectangu laire, car cela assure un contact linéaire entre chaque sommet 11, respectivement chaque point milieu 10 de la surface intérieure des portions rectilignes 2 et la surface intérieure du manchon 7, respectivement la surface exté rieure de la bague 4 ; avec une section circulaire, ce con tact serait ponctuel, ce qui donnerait naissance à des con traintes locales plus élevées sur la surface de la bague du roulement et sur la surface du manchon.
(Il ne faut pas oublier cependant, que le contact linéaire ou ponctuel devient, sous l'effet de la charge et par suite des défor mations locales, un contact suivant une petite surface.) Les autres dimensions de la bague autocentreuse à l'état libre, comme elle se trouve représentée à la fig. 1, sont b = 19,9898 mm et c = 20,8788 mm. Les dimen sions b et c ne sont pas critiques en elles-mêmes, mais leur différence, c'est-à-dire la dimension a, l'est et la tolérance d'usinage sur a est de 0,0381 mm. La di mension f, c'est-à-dire le rayon de courbure des sommets 11, est de 10,033 mm.
La portée d vaut 11,811 mm et la longueur e<B>de</B> la portion rectiligne est de 5,8928 mm. La bague autocentreuse 1 est conçue pour être sou mise à une déformation telle que la dimension a, c'est- à-dire l'épaisseur de la couronne comprise entre les cer cles inscrit 8 et circonscrit 9, soit diminuée au maximum de 0,3556 mm et au minimum de 0,1524 mm. S'il n'y avait aucune tolérance à compenser, c'est-à-dire si toutes les pièces avaient exactement leurs dimensions nomi nales, la dimension a serait diminuée, une fois la bague en place, d'une quantité comprise entre les valeurs maxi males et minimales indiquées.
La latitude de déforma tion de la bague autocentreuse, c'est-à-dire la différence entre ces valeurs maximale et minimale de 0,3556 m, respectivement 0,1524 mm, est de 0,2032 mm. Cette lati tude de déformation doit permettre de compenser la tolérance d'alésage du logement, laquelle vaut 0,127 mm, de sorte qu'il reste un solde de déformation possible de 0,2032 -<B>0,127</B> = 0,0762 mm. Ce solde est prévu pour absorber la tolérance dont :est affectée la dimension a de la bague à l'état libre visible à la fig. 1.
Avec les dimensions indiquées, l'angle g sous-tendu par une portée dans la bague à l'état libre est de 32052' ; cela veut dire que onze portées couvrent une étendue angulaire de 361032'. En d'autres termes, il y a, dans une spire, un peu moins que onze portées, de sorte que, dans une spire, chacun des sommets 11 est décalé angu- lairement de 1032' par rapport aux sommets correspon dants des spires contiguës. Il en résulte que les divers sommets contenus dans les spires consécutives forment des arêtes hélicoïdales, comme cela apparaît à la fig. 2 ; les sommets de la dernière spire sont ainsi décalés d'en viron 400 par rapport à ceux de la première spire, soit d'un angle supérieur à celui qui est sous-tendu par une portée.
Cette disposition hélicoïdale des sommets con tribue à répartir sur toute la surface du manchon 7 les forces s'exerçant entre lui et la bague autocentreuse 1 ; l'étagement hélicoïdal des portions rectilignes répartit de manière analogue les forces s'exerçant entre la bague autocentreuse et la bague extérieure 4 du roulement. D'autres dispositions des sommets sont évidemment pos sibles pour assurer cette répartition des forces, mais il semble souhaitable d'éviter une disposition en lignes pa rallèles à l'axe de la bague.
La bague autocentreuse qui vient d'être décrite en détail est destinée au premier chef à supporter un roule ment à billes dont la bague extérieure a un diamètre de 40 mm. Mais une bague autocentreuse conforme à l'in vention peut avoir des applications autres. Les cotes qui ont été données, à titre d'exemple, en rapport avec la fig. 1 ainsi que le matériau qui a été mentionné sont valables spécifiquement pour cette application. Une autre dimension de roulement conduira probablement à modifier au moins une des cotes indiquées ou à choisir un autre matériau ; une autre tolérance d'alésage du logement conduira probablement aussi à modifier au moins l'une des cotes ou à changer le matériau.
On re marquera aussi que, si cela s'avérait nécessaire dans un cas particulier, il est possible de tenir compte également, dans le calcul de la bague autocentreuse, de la tolérance d'usinage affectant la bague extérieure du roulement ain si que de la tolérance d'usinage affectant le manchon. Dans ce cas, la latitude de déformation de la bague auto- centreuse devrait avoir une valeur suffisamment élevée pour absorber ces deux tolérances supplémentaires.
Pour faciliter le montage de la bague autocentreuse 1 et de la bague correspondante du roulement, ou toute autre pièce cylindrique, dans le logement 5, ce dernier peut éventuellement être pourvu d'une courte entrée légèrement conique, convergeant depuis la face anté rieure du logement et s'étendant sur une profondeur adé quate. Ce montage peut aussi être facilité en fixant la bague autocentreuse 1 et la pièce cylindrique intérieure avec laquelle la bague est associée, à l'intérieur d'une pièce conique, ou en forme d'entonnoir, à travers laquelle la bague peut être forcée dans le logement destiné à la recevoir.
La bague autocentreuse 1 va presser sur le manchon 7 en une pluralité de points. Lorsque le logement est ménagé dans un matériau dur, comme de la fonte ou de l'acier, le manchon 7 peut être superflu ; mais si ce loge ment est ménagé dans un alliage d'aluminium ou un autre matériau plus tendre, ou plus mou, il est avantageux d'emprisonner la bague autocentreuse 1 dans un mince manchon fendu en acier : cela évitera les pressions loca les importantes qu'exercent les sommets 11 et tendra à assurer une répartition uniforme de ces pressions sur toute la surface du logement.
Il est cependant souhai table, comme on l'a déjà dit plus haut, d'avoir recours à un manchon en un matériau identique à celui dont est constituée la bague autocentreuse car cela contribue à réduire l'usure qui se produit au droit des sommets.
La bague autocentreuse à rattrapage de jeu permet aussi de compenser la dilatation ou la contraction dif férentielle des pièces cylindriques intérieure et extérieure que peuvent causer les variations de température. A la suite d'un changement quelconque dans le diamètre moyen de l'anneau compris entre ces pièces intérieure et extérieure, le bobinage hélicoïdal constituant la bague autocentreuse va se dérouler, respectivement s'enrouler.
En fait, les effets dus aux changements de température seront en général faibles : dans les conditions normales de fonctionnement, on peut les négliger dans le calcul de la bague autocentreuse. Mais cette dernière peut être utilisée dans des cas où les pièces cylindriques intérieure et extérieure ont rigoureusement leur diamètre nominal et où elle ne sert qu'à compenser les dilatations ou con tractions différentielles de ces pièces, par exemple lors que la pièce extérieure est en alliage d'aluminium. La bague autocentreuse est aussi très utile pour compenser, dans la même application, à la fois les tolérances d'usi nage sur les pièces cylindriques intérieure et extérieure, et les dilatations et contractions thermiques de ces pièces.
Quant à la fabrication de la bague, l'une des métho des consiste à enrouler le fil, sous tension contrôlée, autour d'un mandrin pourvu de plats disposés parallèle ment à l'axe et raccordés par des raccords curvilignes les plats servent à réaliser les portions rectilignes des spires et les raccords curvilignes servent à réaliser les sommets. Lorsque la bague est retirée de ce mandrin, elle se déroule quelque peu pour prendre la forme repré sentée à la fig. 1.