FR2996889A1 - 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 28 pour des premiers éléments roulants de la rangée pourvues de moyens de retenue axiale 38, 46 de la cage sur lesdits éléments roulants, et des deuxièmes alvéoles 26 pour des deuxièmes éléments roulants de la rangée et dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur lesdits éléments roulants. La répartition des premières alvéoles 28 est irrégulière sur le pourtour de la cage.

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 des cages 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. Les premières et deuxièmes alvéoles sont alternativement réparties dans le sens circonférentiel pour assurer une retenue axiale régulière de la cage sur les billes. Toutefois, dans certaines applications dites à quart de tour dans lesquelles le palier à roulement ne tourne pas mais oscille, une telle cage subit de fortes charges axiales et radiales dans un secteur angulaire dit de chargement. Dans cette zone, la cage n'offre pas suffisamment de liberté aux éléments roulants, ce qui entraîne une forte déformation locale de la cage. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une cage pour palier à roulement adaptée à une application quart de tour et présentant une bonne sûreté de 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, et 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. La répartition des premières alvéoles est irrégulière sur le pourtour de la cage. Dans un mode de réalisation, la cage comprend au moins deux paires de premières alvéoles, les alvéoles de chaque paire étant adjacentes, et au moins une première alvéole additionnelle espacée dans le sens circonférentiel par rapport auxdites paires d'au moins une deuxième alvéole. L'espacement circonférentiel entre les paires de premières alvéoles peut être supérieur à l'espacement circonférentiel entre l'une desdites paires et l'alvéole additionnelle. De préférence, l'espacement circonférentiel entre l'une des paires de premières alvéoles et la première alvéole additionnelle est égal à l'espacement circonférentiel entre l'autre paire de première alvéoles et ladite alvéole additionnelle. Dans un mode de réalisation, la cage comprend un talon annulaire et des portions de séparation s'étendant à partir dudit talon et délimitant entre elles les premières et deuxièmes alvéoles. La cage peut comprendre un premier groupe de portions de séparation comprenant chacune au moins une griffe s'étendant dans le sens circonférentiel et formant les moyens de retenue axiale et un deuxième groupe de portions de séparation dépourvues de griffes.
Avantageusement, ledit premier groupe comprend des portions de séparation comprenant chacune deux griffes s'étendant dans le sens circonférentiel l'une en direction de l'autre, et des portions de séparation mixte comprenant chacune une unique griffe et une protubérance cylindrique. Chaque portion de séparation dudit premier groupe peut comprendre un évidement ménagé dans l'épaisseur de ladite portion de séparation et ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles. Dans un mode de réalisation, l'évidement de chaque portion de séparation débouche dans l'évidement 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 d'éléments roulants disposés entre les bagues et une cage telle 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 d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré 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, et - les figures 2 et 3 sont des vues en perspective de la cage du palier de la figure 1. 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 première et deuxième portions de séparation 22, 24 ou doigts de séparation et des portions de séparation mixte 26 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 à 26 sont monoblocs avec la portion axiale 20 et délimitent entre elles des premières et deuxièmes alvéoles 28, 30 dans lesquelles sont disposés les éléments roulants comme cela sera décrit plus en détail par la suite. Les premières 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 au moins en partie les alvéoles 30. Le diamètre du cylindre définissant les parois de chaque alvéole 30 est supérieur à celui des éléments roulants de façon qu'un jeu puisse être offert auxdits éléments roulants pour se déplacer radialement et circonférentiellement par rapport aux alvéoles 30. Chaque alvéole 30 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 30 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 32 formée à son extrémité libre et ouverte axialement du côté opposé à la portion axiale 20. Les encoches 32 débouchent radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur de la cage. Chaque encoche 32 délimite sur la portion de séparation 22 associée deux protubérances 34 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 34 sont inaptes à assurer une retenue axiale de la cage sur les éléments roulants. Les alvéoles 30 sont dépourvues de tels moyens de retenue axiale. Chaque portion de séparation 22 comprend un évidement 36 ménagé dans l'épaisseur de ladite portion et s'étendant à partir de la face d'extrémité 20a du talon jusqu'au voisinage de l'encoche 32. Chaque évidement 36 est ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles 26, 28 vers la face d'extrémité 20a, et est délimité radialement par les surfaces intérieure et extérieure de la portion de séparation associée. Les deuxièmes portions de séparation 24 et les portions de séparation mixte 26 définissent les alvéoles 28 pourvues de moyens de retenue axiale de ladite cage sur les éléments roulants. Les alvéoles 28 présentent une forme générale sphérique tendant à envelopper les éléments roulants associés. Chaque portion de séparation 26 mixte définit avec la première portion de séparation 22 adjacente une alvéole 30. Dans le mode de réalisation illustré, la cage 18 comprend six portions de séparation 30 mixte dont deux définissent une des alvéoles 28 et quatre définissent deux à deux avec les portions de séparation 24 quatre autres alvéoles 28. Les premières et deuxièmes portions de séparation 22, 24 sont respectivement au nombre de quatre et de deux, et les alvéoles 26 sont au nombre de sept. Les alvéoles 28 sont espacées les unes par rapport aux autres de manière irrégulière dans le sens circonférentiel. L'espacement circonférentiel entre deux alvéoles 28 successives n'est pas constant sur le pourtour de la cage. Dans l'exemple de réalisation illustré, la cage 18 comprend quatre alvéoles 28 arrangées par paire, les alvéoles de chaque paire étant immédiatement adjacentes, et une cinquième alvéole 28 espacée de chaque paire par deux alvéoles 30 successives. Trois alvéoles 30 sont prévues entre les deux paires d'alvéoles 28. La cinquième alvéole 28 est formée par deux portions de séparation 26 mixte adjacentes et les quatre autres alvéoles 28 sont formées chacune par une portion de séparation 26 mixte et une deuxième portion de séparation 24 adjacentes. Six des sept alvéoles 30 sont définies chacune par une portion de séparation 26 mixte et une première portion de séparation 22 adjacentes, la septième alvéole 30 étant définie par deux portions de séparation 22 adjacentes. Les portions de séparation 26 mixte 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 portion de séparation 26 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 30, et présente de l'autre côté une paroi sphérique se raccordant à la paroi sphérique de la portion de séparation 26 mixte adjacente pour former l'alvéole 28 voisine de ladite alvéole 30. Chaque portion de séparation 26 mixte comprend une griffe 38 s'étendant axialement à l'opposé de la portion axiale 20 et dont l'extrémité libre s'étend dans le sens circonférentiel pour délimiter l'alvéole 28 associée. Pour l'alvéole 28 formée par les deux portions de séparation 26 mixte adjacentes, la griffe 38 de l'une des portions de séparation s'étend en direction de la griffe opposée de l'autre portion de séparation pour délimiter ladite alvéole 28. La surface intérieure concave de chaque griffe 38 fait partie de la paroi sphérique de l'alvéole 28. Les extrémités libres des deux griffes 38 sont espacées d'une distance inférieure au diamètre de l'élément roulant associé. Les griffes 38 de ladite alvéole 28 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 en partie par les griffes 38. Chaque portion de séparation 26 mixte comprend également une protubérance 40 axiale de forme cylindrique et s'étendant axialement à l'opposé de la portion axiale 20. La protubérance 40 de chaque portion de séparation 26 mixte délimite en partie avec la protubérance 34 de la portion de séparation 22 adjacente une des alvéoles 30 dépourvue de moyens de retenue axiale. Chaque protubérance 40 est inapte à assurer une retenue axiale de la cage par rapport à l'élément roulant disposé dans l'alvéole 30 voisine de l'alvéole 28. La griffe 38 et la protubérance 40 de chaque portion de séparation 26 mixte sont séparées dans le sens circonférentiel par un évidement 42 de sorte que la griffe 38 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 38, lors d'une poussée axiale exercée sur la portion axiale 20 de la cage en direction desdits éléments roulants. Chaque alvéole 28 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 26 mixte comprend également un évidement 44 ménagé dans l'épaisseur de ladite portion et s'étendant à partir de la face d'extrémité 20a du talon jusqu'au voisinage de l'encoche 42. Chaque évidement 44 est ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles 26, 28 vers la face d'extrémité 20a, et est délimité radialement par les surfaces intérieure et extérieure de la portion de séparation associée. Pour l'alvéole 28 formée par les deux portions de séparation 26 mixte adjacentes, les évidements 44 débouchent l'un dans l'autre dans le sens circonférentiel. Les deux portions de séparation 24 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 portion de séparation 24 présente de chaque côté dans le sens circonférentiel une paroi sphérique se raccordant à la paroi sphérique de la portion de séparation 26 mixte adjacente pour former l'alvéole 28 associée.
Chaque portion de séparation 24 comprend deux griffes 46 s'étendant axialement à l'opposé de la portion axiale 20, identiques aux griffes 38 des portions de séparation 26 mixte et s'étendant circonférentiellement dans des directions opposées. Chaque griffe 46 s'étend en direction de la griffe 38 de la portion de séparation 26 mixte adjacente pour délimiter l'alvéole 28 associée. Les extrémités libres des deux griffes 38, 46 adjacentes sont espacées d'une distance inférieure au diamètre de l'élément roulant associé. Les griffes 38, 46 de ladite alvéole 28 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 38, 46. Les griffes 46 de chaque portion de séparation 24 sont séparées dans le sens circonférentiel par un évidement 48 de sorte qu'elles présentent chacune une épaisseur circonférentielle relativement faible et une certaine souplesse permettant l'encliquetage de la cage 18 sur les éléments roulants. Chaque portion de séparation 24 comprend également un évidement 50 ménagé dans l'épaisseur de ladite portion et s'étendant à partir de la face d'extrémité 20a du talon jusqu'au voisinage de l'encoche 48. Chaque évidement 50 est ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles 26, 28 vers la face d'extrémité 20a, et est délimité radialement par les surfaces intérieure et extérieure de la portion de séparation associée. Chaque extrémité circonférentielle de chaque évidement 50 débouche dans l'évidement 44 de la portion de séparation 26 mixte adjacente. Les évidements 36, 44, 50 des portions de séparation forment sur la cage 18 des zones d'affaiblissement local de la tenue mécanique de ladite cage favorisant sa flexibilité. En outre, les évidements permettent 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). Grâce à la répartition irrégulière dans le sens circonférentiel des alvéoles équipées des moyens de retenue ou d'encliquetage sur les éléments roulants, il est possible de prévoir, notamment dans une application à quart de tour, une orientation de la cage de sorte à limiter, dans la zone la plus chargée du roulement, le nombre d' alvéoles équipées de moyens de retenue pour faciliter les déplacements radiaux et circonférentiels des éléments roulants présents dans cette zone et éviter une déformation de la cage.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Cage pour palier a roulement destinée à assurer l'espacement circonférentiel d'une rangée d'éléments roulants et comprenant des premières alvéoles (28) pour des premiers éléments roulants de la rangée pourvues de moyens de retenue axiale (38, 46) de la cage sur lesdits éléments roulants, et des deuxièmes alvéoles (26) pour des deuxièmes éléments roulants de la rangée et dépourvues de moyens de retenue axiale de la cage sur lesdits éléments roulants, caractérisée en ce que la répartition des premières alvéoles (28) est irrégulière sur le pourtour de la cage.
  2. 2. Cage selon la revendication 1, comprenant au moins deux paires de premières alvéoles (28), les alvéoles de chaque paire étant adjacentes, et au moins une première alvéole (28) additionnelle espacée dans le sens circonférentiel par rapport auxdites paires d'au moins une deuxième alvéole (26) .
  3. 3. Cage selon la revendication 2, dans laquelle l'espacement circonférentiel entre les paires de premières alvéoles (28) est supérieur à l'espacement circonférentiel entre l'une desdites paires et la première alvéole (28) additionnelle.
  4. 4. Cage selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle l'espacement circonférentiel entre l'une des paires de premières alvéoles (28) et la première alvéole (28) additionnelle est égal à l'espacement circonférentiel entre l'autre paire de premières alvéoles et ladite alvéole additionnelle.
  5. 5. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un talon (20) annulaire et des portions de séparation (22, 24, 26) s'étendant à partir dudit talon et délimitant entre elles les premières et deuxièmes alvéoles (28, 26).
  6. 6. Cage selon la revendication 5, comprenant un premier groupe de portions de séparation (24, 26) comprenant chacune au moins une griffe (38, 46) s'étendant dans le sens circonférentiel et formant les moyens de retenue axiale, et un deuxième groupe de portions de séparation (22) dépourvues de griffes.
  7. 7. Cage selon la revendication 6, dans laquelle ledit premier groupe comprend des portions de séparation (24) comprenant chacune deux griffes (46) s'étendant dans le sens circonférentiel l'une en direction de l'autre, et des portions de séparation mixte (26) comprenant chacune une unique griffe (38) et une protubérance cylindrique (40).
  8. 8. Cage selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle chaque portion de séparation (24, 26) dudit premier groupe comprend un évidement (44, 50) ménagé dans l'épaisseur de ladite portion de séparation et ouvert axialement du côté opposé aux alvéoles (28, 30).
  9. 9. Cage selon la revendication 8, dans laquelle l'évidement de chaque portion de séparation débouche dans l'évidement de la portion de séparation adjacente
  10. 10. 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.
  11. 11. Direction électrique pour véhicule automobile comprenant au moins un palier à roulement selon la revendication 10.
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