FR2994722A1 - Cage pour roulement, notamment pour roulement de direction electrique de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

La cage pour palier à roulement est destinée à assurer l'espacement circonférentiel d'une rangée d'éléments roulants et comprend des premières alvéoles 32 pour des premiers éléments roulants de la rangée pourvues de moyens de retenue axiale 34 de la cage sur lesdits éléments roulants, des deuxièmes alvéoles 24 pour des deuxièmes éléments roulants de la rangée et dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur lesdits éléments roulants, et des portions de séparation 22, 30 délimitant entre elles les premières et deuxièmes alvéoles. Chaque portion de séparation 30 délimitant une des premières alvéoles comprend une encoche 40 ouverte axialement et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation.

Description

Cage pour roulement, notamment pour roulement 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 éléments roulants 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 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'un système de direction électrique tel que décrit précédemment, 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 ailleurs, le montage d'une telle cage sur les billes peut également être difficile à réaliser. On connaît également, par le document FR-A1-2 883 941, une cage pour palier à roulement comprenant des premières alvéoles pour les billes pourvues de griffes de retenue axiale de la cage sur les billes, et des deuxièmes alvéoles dépourvues de griffes de retenue axiale et dimensionnées de sorte qu'un jeu relativement important puisse être offert aux billes associées pour se déplacer radialement et circonférentielle ment par rapport auxdites deuxièmes alvéoles. Avec une telle cage, l'interaction entre les billes logées dans les deuxièmes alvéoles et la cage est réduite. De plus, les billes sont mobiles les unes par rapport aux autres limitant le risque de déformation en cas de mouvements antagonistes de deux billes adjacentes. Par ailleurs, le montage de la cage sur les billes est plus aisé dans la mesure où une partie seulement des alvéoles est équipée des griffes de retenue axiale.
Toutefois, l'encliquetage des griffes sur les billes lors du montage de la cage peut provoquer l'apparition de légères fissures sur ladite cage, ce qui peut provoquer une détérioration rapide en fonctionnement. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une cage pour palier à roulement facile à monter et présentant une bonne sûreté de fonctionnement. La présente invention vise à également à prévoir une cage d'encombrement restreint, de poids limité 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 d'éléments roulants comprend des premières alvéoles pour des premiers éléments roulants de la rangée pourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur lesdits éléments roulants, des deuxièmes alvéoles pour des deuxièmes éléments roulants de la rangée et dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur lesdits éléments roulants, et des portions de séparation délimitant entre elles les premières et deuxièmes alvéoles. Chaque portion de séparation délimitant une des premières alvéoles comprend une encoche ouverte axialement et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation. Avantageusement, ladite encoche laisse subsister au niveau de ladite portion de séparation une languette se raccordant à la paroi de la première alvéole associée. Dans un mode de réalisation, ladite encoche est ouverte axialement du côté opposé aux alvéoles. La cage peut comprendre une portion axiale à partir de laquelle s'étendent en saillie les portions de séparation. Les encoches des portions de séparation peuvent être ouvertes axialement en direction d'une face d'extrémité de la portion axiale opposée aux moyens de retenue axiale. Dans un mode de réalisation, les premières alvéoles comprennent une paroi sphérique d'épaisseur constante. Chaque portion de séparation délimitant une des premières alvéoles peut comprendre une griffe s'étendant circonférentielle ment en direction de la griffe de la portion de séparation adjacente et formant les moyens de retenue axiale.
Dans un mode de réalisation, les portions de séparation délimitant les deuxièmes alvéoles comprennent chacune un évidement ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles et radialement vers l'intérieur. Alternativement ou en combinaison, lesdites portions de séparation comprennent chacune un évidement ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles et radialement vers l'extérieur. Dans un autre mode de réalisation, chaque portion de séparation délimitant une des deuxièmes alvéoles comprend un évidement ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation. Chaque portion de séparation délimitant une des deuxièmes alvéoles peut comprendre une encoche ouverte axialement du côté des alvéoles et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation. Les deuxièmes alvéoles peuvent comprendre des parois latérales sensiblement cylindriques. 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 d'éléments roulants disposés entre les bagues et une cage tel que définie précédemment. Selon un troisième aspect, l'invention concerne une direction électrique de 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 perspective d'un palier à roulement selon un premier exemple de réalisation de l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues en perspective de la cage du palier de la figure 1, et - les figures 4 à 6 sont des vues en perspective d'une cage selon des deuxième, troisième et quatrième exemples de réalisation de l' invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le palier à roulement 10 comprend une bague extérieure 12, une bague intérieure 14, une pluralité d'éléments roulants 16 ici réalisés sous forme de billes et une cage 18 de maintien d'espacement circonférentiel régulier des éléments roulants. Les bagues extérieure 12 et intérieure 14 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 12 comprend, au niveau de son alésage, un chemin de roulement à gorge profonde présentant en section droite un profil interne concave adapté aux éléments roulants 16, ledit chemin de roulement étant dirigé radialement vers l'intérieur. La bague intérieure 14 comprend également, au niveau de sa surface extérieure cylindrique, un chemin de roulement à gorge profonde présentant en section droite un profil interne concave adapté aux éléments roulants 16, ledit chemin de roulement étant dirigé radialement vers l'extérieur. La cage 18 est disposée radialement entre la surface extérieure de la bague intérieure 14 et l'alésage de la bague extérieure 12. Comme illustré plus visiblement sur les figures 2 et 3, la cage 18 comprend une portion axiale 20 annulaire prévue pour être disposée axialement d'un côté des éléments roulants et formant un talon, et des portions de séparation 22 ou doigts de séparation s'étendant axialement à partir de la portion axiale 20 du côté opposé à une face d'extrémité 20a radiale de ladite portion. Les portions de séparation 22 sont monoblocs avec la portion axiale 20 et délimitent entre elles des alvéoles 24 dans lesquelles sont disposés les éléments roulants. Les portions de séparation 22 se présentent sous la forme de pions en saillie axiale par rapport à la portion axiale 20, lesdites portions étant délimitées radialement par une surface intérieure alignée sur l'alésage de la portion axiale 20 et par une surface extérieure alignée sur la surface extérieure de ladite portion axiale. Les portions de séparation 22 sont délimitées dans le sens circonférentiel par des parois latérales sensiblement cylindriques qui définissent les alvéoles 24. Le diamètre du cylindre définissant les parois de chaque alvéole 24 est supérieur à celui des éléments roulants de façon qu'un jeu puisse être offert auxdits éléments roulants pour se déplacer radialement et circonférentielle ment par rapport aux alvéoles 24. Chaque alvéole 24 est ouverte radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur et ouverte axialement du côté opposé à la portion axiale 20 pour permettre la mise en place de la cage 18. Les alvéoles 24 présentent une ouverture axiale pourvue de parois ou bords cylindriques afin de réduire le frottement des éléments roulants sur la cage. Chaque portion de séparation 22 comprend une encoche 26 formée à son extrémité libre et ouverte axialement du côté opposé à la portion axiale 20. Les encoches 26 débouchent radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur de la cage. En d'autres termes, chaque encoche 26 débouche radialement de part et d'autre de la portion de séparation 22 associée. Chaque encoche 26 délimite sur la portion de séparation 22 associée deux protubérances 28 axiale de forme sensiblement cylindrique, situées axialement à l'opposé de la portion axiale 20 et prolongeant axialement les parois latérales de ladite portion de séparation. Les protubérances 28 sont inaptes à assurer une retenue axiale de la cage sur les éléments roulants. Les alvéoles 24 sont dépourvues de tels moyens de retenue axiale. La cage 18 comprend également des portions de séparation 30 mixtes définissant des alvéoles 32 pourvues de moyens de retenue axiale de ladite cage sur les éléments roulants. Comme cela sera décrit par la suite, les portions de séparation 30 mixtes présentent une structure évidée de sorte à favoriser la flexibilité des alvéoles 32. Dans le mode de réalisation illustré, la cage 18 comprend six portions de séparation 30 mixtes définissant deux à deux trois alvéoles 32 tandis que les alvéoles 24 sont au nombre de neuf et les portions de séparation 22 au nombre de six. Les alvéoles 32 présentent une forme générale sphérique tendant à envelopper les éléments roulants associés. Les alvéoles 32 sont régulièrement réparties dans le sens circonférentiel pour assurer une retenue axiale régulière de la cage 18 sur les éléments roulants. Les portions de séparation 30 mixtes se présentent sous la forme de doigts ou pions en saillie axiale par rapport à la portion axiale 20 et sont délimitées radialement par des surfaces intérieure et extérieure alignées respectivement sur l'alésage et sur la surface extérieure de ladite portion axiale 20. Chaque doigt de séparation 30 mixte présente d'un côté dans le sens circonférentiel une paroi latérale sensiblement cylindrique pour former avec une portion de séparation 22 adjacente l'une des alvéoles 24 voisine de l'alvéole 32, et présente de l'autre côté une paroi sphérique se raccordant à la paroi sphérique de la portion de séparation 30 mixte adjacente pour former l'alvéole 32 proprement dite. La paroi de chaque alvéole 32 est sphérique et forme une coupelle d'épaisseur constante pour la réception de l'élément roulant associé. Chaque doigt de séparation 30 comprend une griffe 34 s'étendant axialement à l'opposé de la portion axiale 20 et dont l'extrémité libre s'étend dans le sens circonférentiel en direction de la griffe 34 opposée de la portion de séparation 30 mixte adjacente pour délimiter la même alvéole 32. La surface intérieure concave de chaque griffe 34 fait partie de la paroi sphérique de l'alvéole 32. Les deux griffes 34 associées à une alvéole 32 s'étendent en direction l'une de l'autre, leurs extrémités libres étant espacées d'une distance inférieure au diamètre des éléments roulants. Les griffes 34 d'une alvéole sont capables d'assurer la retenue axiale de la cage 18 par encliquetage sur l'élément roulant disposé dans ladite alvéole. La cage 18 est retenue axialement sur la rangée d'éléments roulants par les griffes 34.
Chaque portion de séparation 30 mixte comprend également une protubérance 36 axiale de forme cylindrique et s'étendant axialement à l'opposé de la portion axiale 20. La protubérance 36 de chaque portion de séparation 30 mixte délimite en partie avec la protubérance 28 de la portion de séparation 22 adjacente une des alvéoles 24 dépourvue de moyens de retenue axiale. Chaque protubérance 36 est inapte à assurer une retenue axiale de la cage par rapport à l'élément roulant disposé dans l'alvéole 24 voisine de l'alvéole 32. La griffe 34 et la protubérance 36 de chaque portion de séparation 30 mixte sont séparées dans le sens circonférentiel par un évidement 38 de sorte que la griffe 34 présente une épaisseur circonférentielle relativement faible et une certaine souplesse permettant l'encliquetage de la cage 18 sur les éléments roulants par écartement circonférentiel des griffes 34, lors d'une poussée axiale exercée sur la portion axiale 20 de la cage en direction desdits éléments roulants. Chaque alvéole 32 est ouverte radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur et également ouverte axialement du côté opposé à la portion axiale 20 pour permettre la mise en place de la cage 18. Chaque portion de séparation 30 mixte comprend encore une encoche 40 s'étendant axialement à partir de la face d'extrémité 20a de la portion axiale. L'encoche 40 s'étend axialement jusqu'à proximité de l'évidement 38 ménagé entre la griffe 34 et la protubérance 36 en laissant subsister axialement entre eux une languette 42 de faible épaisseur qui se raccorde à la paroi sphérique de l'alvéole 32 associée. L'encoche 40 de forme générale rectangulaire est située axialement dans le prolongement de l'évidement 38. L'encoche 40 est ouverte axialement du côté opposé aux alvéoles 24, 32. L'encoche 40 débouche radialement de part et d'autre de la portion de séparation 30 associée. L'encoche 40 débouche radialement vers l'intérieur dans l'alésage de la portion axiale 20 de la cage et radialement vers l'extérieur au niveau de la surface extérieure du doigt de séparation. L'encoche 40 débouchante traverse l'épaisseur de la portion de séparation 30. L'encoche 40 est délimitée dans le sens circonférentiel par la portion de séparation 30 mixte et par la paroi sphérique de l'alvéole 32. L'encoche 40 est située dans le sens circonférentiel entre l'alvéole 32 et l'alvéole 24 adjacente. Les portions de séparation 30 mixtes adjacentes définissant entre elles une des alvéoles 32 comprennent, de part et d'autre de ladite alvéole, deux encoches 40 ouvertes axialement vers la face d'extrémité 20a de la portion axiale et radialement du côté intérieur et du côté extérieur, et deux languettes 42 flexibles délimitées par lesdites encoches. Les encoches 40 forment sur la cage 18 des zones d'affaiblissement local de la tenue mécanique de ladite cage favorisant la déformation des languettes 42 axialement du côté de la portion axiale 20 et la flexibilité de l'alvéole 32. En outre, les encoches 40 forment des évidements permettant un allègement de la masse de la cage 18 par diminution de la quantité de matière mise en oeuvre. 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).
La variante de réalisation illustrée à la figure 4, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère uniquement en ce que chaque portion de séparation 22 de la cage comprend, sur sa surface intérieure, un évidement 50 s'étendant axialement à partir de la face d'extrémité 20a de la portion axiale jusqu'au voisinage de l'encoche 26. L'évidement 50 est ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles 24 et 32 vers la face d'extrémité 20a, débouche radialement vers l'intérieur dans l'alésage de la portion axiale de la cage, et est délimité radialement vers l'extérieur par la portion de séparation 22. Chaque évidement 50 présente une forme générale rectangulaire. En variante, comme illustré à la figure 5, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, chaque portion de séparation 22 de la cage comprend, sur sa surface extérieure, un évidement 52 s'étendant axialement à partir de la face d'extrémité 20a de la portion axiale jusqu'au voisinage de l'encoche 26. L'évidement 52 est ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles 24 et 32, débouche radialement vers l'extérieur et est délimité radialement vers l'intérieur par la portion de séparation 22. Chaque évidement 52 présente une forme générale rectangulaire.
Dans une autre variante de réalisation illustrée à la figure 6, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, chaque portion de séparation 22 de la cage comprend un évidement 54 s'étendant axialement à partir de la face d'extrémité 20a de la portion axiale jusqu'au voisinage de l'encoche 26. L'évidement 54 est ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles 24 et 32, et débouche radialement vers l'intérieur dans l'alésage de la portion axiale 20 de la cage et radialement vers l'extérieur au niveau de la surface extérieure du doigt de séparation. Chaque évidement 54 présente une forme générale rectangulaire.
Grâce à l'invention, les alvéoles de la cage équipées des moyens de retenue ou d'encliquetage sur les éléments roulants présentent une flexibilité accrue dans le sens axial, ce qui permet d'éviter l'apparition de fissures lorsque la cage est montée sur les éléments roulants par poussée axiale. Les encoches permettent d'accroître localement la flexibilité de la cage.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Cage pour palier à roulement destinée à assurer l'espacement circonférentiel d'une rangée d'éléments roulants et comprenant des premières alvéoles (32) pour des premiers éléments roulants de la rangée pourvues de moyens de retenue axiale (34) de la cage sur lesdits éléments roulants, des deuxièmes alvéoles (24) pour des deuxièmes éléments roulants de la rangée et dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur lesdits éléments roulants, et des portions de séparation (22, 30) délimitant entre elles les premières et deuxièmes alvéoles, caractérisée en ce que chaque portion de séparation (30) délimitant une des premières alvéoles comprend une encoche (40) ouverte axialement et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation.
  2. 2. Cage selon la revendication 1, dans laquelle ladite encoche laisse subsister au niveau de ladite portion de séparation une languette (42) se raccordant à la paroi de la première alvéole (32) associée.
  3. 3. Cage selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite encoche (40) est ouverte axialement du côté opposé aux alvéoles (24, 32).
  4. 4. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une portion axiale (20) à partir de laquelle s'étendent en saillie les portions de séparation (22, 30).
  5. 5. Cage selon la revendication 4, dans laquelle les encoches (40) des portions de séparation sont ouvertes axialement en direction d'une face d'extrémité (20a) de la portion axiale opposée aux moyens de retenue axiale (34).
  6. 6. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premières alvéoles (32) comprennent une paroi sphérique d'épaisseur constante.
  7. 7. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque portion de séparation (30) délimitant une des premières alvéoles comprend une griffe (34)s'étendant circonférentielle ment en direction de la griffe de la portion de séparation (30) adjacente et formant les moyens de retenue axiale.
  8. 8. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les portions de séparation (22) délimitant les deuxièmes alvéoles comprennent chacune un évidement (50) ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles (24, 32) et radialement vers l' intérieur.
  9. 9. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les portions de séparation (22) délimitant les deuxièmes alvéoles comprennent chacune un évidement (52) ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles (24, 32) et radialement vers l'extérieur.
  10. 10. Cage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle chaque portion de séparation (22) délimitant une des deuxièmes alvéoles comprend un évidement (54) ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles (24, 32) et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation.
  11. 11. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque portion de séparation (22) délimitant une des deuxièmes alvéoles comprend une encoche (26) ouverte axialement du côté des alvéoles (24, 32) et débouchant radialement de part et d'autre de ladite portion de séparation.
  12. 12. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les deuxièmes alvéoles (24) comprennent des parois latérales sensiblement cylindriques.
  13. 13. Palier à roulement comprenant une bague intérieure, une bague extérieure, au moins une rangée d'éléments roulants disposés entre les bagues, et une cage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  14. 14. Direction électrique pour véhicule automobile comprenant au moins un palier à roulement selon la revendication 13.
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