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Abstract
L'invention concerne un palier dans lequel la rangée de corps roulants interne (6i) - respectivement externe (6e) - est en contact sur la piste de roulement interne (4i) - respectivement externe (4e) - selon une ligne d'effort interne (Li) - respectivement externe (Le) - formant avec l'axe de rotation (X) du palier un angle de contact interne αci - respectivement externe αce, le fût (3) présentant un évidement (14) de révolution autour de l'axe de rotation (X), ledit évidement comprenant une partie conique interne (14i) et une partie conique externe (14e) qui sont reliées entre elles par leur base au niveau d'une partie centrale (14c), la génératrice (Gi) de la partie conique interne (14i) - respectivement la génératrice (Ge) de la partie conique externe (14e) - formant un angle de cône interne αi - respectivement externe αe - avec l'axe de rotation (X), lesdits angles étant tels que : αi = 90 - αce +/- 3° et αe = αci +/- 3°.The invention relates to a bearing in which the row of inner rolling bodies (6i) - respectively external (6e) - is in contact on the inner raceway (4i) - respectively external (4e) - along a line of internal force (Li) - respectively external (Le) - forming with the axis of rotation (X) of the bearing an internal contact angle αci - respectively external αce, the shaft (3) having a recess (14) of revolution around the axis of rotation (X), said recess comprising an inner conical portion (14i) and an outer conical portion (14e) which are interconnected by their base at a central portion (14c), the generator (Gi) of the internal conical portion (14i) - respectively the generator (Ge) of the outer conical portion (14e) - forming an internal cone angle αi - respectively external αe - with the axis of rotation (X), said angles being such that : αi = 90 - αce +/- 3 ° and αe = αci +/- 3 °.
Description
L’invention concerne un palier à roulement comprenant un moyeu et un organe extérieur disposé autour dudit moyeu pour le montage en rotation relative de deux éléments. L’invention s’applique plus particulièrement au montage d’un ensemble roulant de véhicule, notamment automobile, sur un élément de suspension dudit véhicule, ledit ensemble roulant comprenant notamment une roue et un disque de frein.The invention relates to a rolling bearing comprising a hub and an outer member disposed around said hub for the relative rotational mounting of two elements. The invention applies more particularly to the mounting of a vehicle wheel assembly, in particular a motor vehicle, on a suspension element of said vehicle, said wheel assembly comprising in particular a wheel and a brake disk.
Pour le montage d’un tel ensemble roulant, on connaît des paliers dans lesquels l’organe extérieur et le moyeu portent chacun au moins une piste de roulement qui sont disposées en regard radial pour réaliser au moins un chemin de roulement dans lequel une rangée de corps roulants est disposée afin de permettre la rotation relative du moyeu et de l’organe extérieur.For the assembly of such a rolling assembly, there are known bearings in which the outer member and the hub each carry at least one raceway which are disposed radially facing to provide at least one raceway in which a row of rolling bodies is arranged to allow the relative rotation of the hub and the outer member.
Selon une réalisation, le moyeu comprend un fût autour duquel l’organe extérieur est monté en rotation, la périphérie extérieure dudit fût étant pourvue de deux pistes de roulement respectivement interne et externe.According to one embodiment, the hub comprises a barrel around which the outer member is rotatably mounted, the outer periphery of said barrel being provided with two inner and outer races respectively.
Par ailleurs, le palier comprend un flasque qui s’étend radialement autour du fût en présentant des conduits répartis angulairement pour permettre l’association d’un élément au moyeu. Ainsi, en associant l’organe extérieur à un élément de suspension du véhicule, on peut monter en rotation l’ensemble roulant en le fixant au flasque.Furthermore, the bearing comprises a flange which extends radially around the barrel by having angularly distributed ducts to allow the association of an element with the hub. Thus, by associating the outer member with a suspension element of the vehicle, the rolling assembly can be rotated by fixing it to the flange.
De par l’intégration des différentes fonctions et des sollicitations mécaniques qui en résultent, les paliers à roulement sont relativement massifs, ce qui pose des problèmes de poids, d’encombrement et de coûts. L’invention a pour but de perfectionner l’art antérieur en proposant notamment un palier à roulement dont le compromis entre la masse et la résistance mécanique est optimisé pour l’application considérée, notamment relativement à la durée de vie, à la rigidité et à la tenue en fatigue dudit palier. A cet effet, l’invention propose un palier à roulement comprenant un moyeu présentant un fût dont la périphérie extérieure est pourvue de deux pistes de roulement respectivement interne et externe, et un organe extérieur disposé autour dudit fût en réalisant un chemin de roulement respectivement interne et externe dans chacun desquels une rangée de corps roulants respectivement interne et externe est disposée afin de permettre la rotation relative du moyeu et de l’organe extérieur autour d’un axe, la rangée de corps roulants interne -respectivement externe - étant en contact sur la piste de roulement interne -respectivement externe - selon une ligne d’effort interne - respectivement externe - formant avec l’axe de rotation du palier un angle de contact interne ad - respectivement externe ace, le fût présentant un évidement de révolution autour de l’axe de rotation, ledit évidement comprenant une partie conique interne et une partie conique externe qui sont reliées entre elles par leur base au niveau d’une partie centrale, la génératrice de la partie conique interne - respectivement la génératrice de la partie conique externe - formant un angle de cône interne ai - respectivement externe ae - avec l’axe de rotation, lesdits angles étant tels que :Due to the integration of the various functions and the resulting mechanical stresses, the rolling bearings are relatively massive, which poses problems of weight, size and cost. The object of the invention is to improve the prior art by proposing in particular a rolling bearing whose compromise between mass and mechanical strength is optimized for the application in question, in particular with regard to the service life, the rigidity and the the fatigue behavior of said bearing. For this purpose, the invention proposes a rolling bearing comprising a hub having a shank whose outer periphery is provided with two respectively inner and outer raceways, and an outer member disposed around said shank by producing an inner raceway respectively. and external in each of which a row of respectively inner and outer rolling bodies is arranged to allow the relative rotation of the hub and the outer member about an axis, the row of inner-respectively external rolling bodies being in contact with each other. the inner-respectively external outer raceway-according to a line of internal or external force-forming, with the axis of rotation of the bearing, an internal ad contact angle, respectively external, ace, the shaft having a recess of revolution around the axis of rotation, said recess comprising an internal conical portion and an outer conical portion which is connected to each other by their base at a central part, the generatrix of the internal conical part - respectively the generatrix of the external conical part - forming an internal cone angle ai - respectively external ae - with the axis of rotation said angles being such that:
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence à la figure annexée qui représente en coupe longitudinale un palier à roulement selon un mode de réalisation de l’invention.Other objects and advantages of the invention will appear in the description which follows, made with reference to the attached figure which shows in longitudinal section a rolling bearing according to one embodiment of the invention.
En relation avec cette figure, on décrit ci-dessous un palier à roulement pour le montage en rotation relative de deux éléments, ledit palier comprenant un moyeu 1 et un organe extérieur 2 disposé autour dudit moyeu. Dans la description, les termes « extérieur » et « intérieur » sont définis par rapport à l’axe X de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe.In connection with this figure, a rolling bearing is described below for the relative rotational mounting of two elements, said bearing comprising a hub 1 and an outer member 2 disposed around said hub. In the description, the terms "outside" and "inside" are defined with respect to the axis X of rotation of the bearing, respectively for a remote location and close to said axis.
Dans le mode de réalisation représenté, le palier est destiné au montage d’un ensemble roulant de véhicule notamment automobile sur un élément deIn the embodiment shown, the bearing is intended for mounting a vehicle wheel assembly including automobile on a component of
suspension dudit véhicule, ledit ensemble roulant comprenant notamment une roue et un disque de frein.suspension of said vehicle, said wheel assembly including a wheel and a brake disc.
Pour ce faire, le moyeu 1 comprend un fût 3 monté tournant dans l’organe extérieur 2, ledit organe extérieur présentant des moyens d’association à un élément de suspension du véhicule. Toutefois, l’invention n’est pas limitée à une telle application et peut s’appliquer à un montage dans lequel l’organe extérieur 2 est tournant et le moyeu 1 est fixe.To do this, the hub 1 comprises a shaft 3 rotatably mounted in the outer member 2, said outer member having means for association with a suspension element of the vehicle. However, the invention is not limited to such an application and can be applied to a mounting in which the outer member 2 is rotatable and the hub 1 is fixed.
La périphérie extérieure du fût 3 est pourvue de deux pistes de roulement respectivement interne 4; et externe 4e qui s’étendent chacune de façon circulaire en étant espacées axialement l’une de l’autre. Dans la description, les termes « externe » et « interne » sont définis par rapport au montage du palier sur le véhicule, respectivement à gauche et à droite sur la figure. L’organe extérieur 2 est disposé autour du fût 3 en réalisant un chemin de roulement respectivement interne 5i et externe 5e dans chacun desquels une rangée de corps roulants respectivement interne 6i et externe 6e est disposée afin de permettre la rotation relative du moyeu 1 et de l’organe extérieur 2 autour de l’axe X.The outer periphery of the barrel 3 is provided with two inner raceways 4 respectively; and external 4e which each extend in a circular manner being axially spaced from each other. In the description, the terms "external" and "internal" are defined relative to the mounting of the bearing on the vehicle, respectively left and right in the figure. The outer member 2 is arranged around the shank 3 by producing an inner and outer race 5i respectively 5e in each of which a row of respectively inner 6i and outer 6e rolling bodies is arranged to allow the relative rotation of the hub 1 and the outer member 2 about the X axis.
Dans le mode de réalisation représenté, le fût 3 présente une piste de roulement externe 4e et une portée interne 7 destinée à recevoir une bague 8 sur laquelle une piste de roulement interne 4; est formée, le bord libre 9 de ladite portée étant replié pour former une collerette de précharge axiale de ladite bague sur la périphérie du fût 3.In the embodiment shown, the shaft 3 has an outer raceway 4e and an inner bearing 7 intended to receive a ring 8 on which an inner raceway 4; is formed, the free edge 9 of said bearing being folded to form an axial precharge collar of said ring on the periphery of the barrel 3.
Par ailleurs, l’organe extérieur 2 présente également une piste de roulement interne 10i et une piste de roulement externe 10e qui sont disposées chacune en regard radial de la piste de roulement 4i, 4e correspondante du fût 3, une rangée de billes sphériques 6i, 6e étant en contact oblique dans les chemins de roulement 5i, 5e ainsi formés.Furthermore, the outer member 2 also has an inner raceway 10i and an outer raceway 10e which are each arranged radially opposite the corresponding raceway 4i, 4e of the shaft 3, a row of spherical balls 6i, 6e being in oblique contact in the raceways 5i, 5e thus formed.
Toutefois, l’invention n’est pas limitée à une réalisation particulière de la fonction de rotation du palier à roulement, notamment relativement à la géométrie des corps roulants 6i, 6e et des différentes pistes de roulement 4i, 4e ; 10i, 10e sur le fût 3 et/ou l’organe extérieur 2.However, the invention is not limited to a particular embodiment of the rotation function of the rolling bearing, in particular with respect to the geometry of the rolling bodies 6i, 6e and the various rolling tracks 4i, 4e; 10i, 10e on the shaft 3 and / or the outer member 2.
Pour permettre l’association d’un ensemble roulant au moyeu 1, le fût 3 est équipé d’un flasque 11 qui est formé autour du côté externe dudit fût, ledit flasque s’étendant radialement en présentant des conduits 12 d’association répartis angulairement.To allow the combination of a wheel assembly to the hub 1, the barrel 3 is equipped with a flange 11 which is formed around the outer side of said barrel, said flange extending radially with 12 association ducts angularly distributed .
En particulier, le flasque 11 présente une extension annulaire 13 qui s’étend axialement depuis un côté externe du fût 3, l’ensemble roulant présentant un alésage qui est disposé autour de ladite extension annulaire en assurant une concentricité parfaite du montage dudit ensemble roulant sur ledit flasque avant sa fixation dans les conduits 12.In particular, the flange 11 has an annular extension 13 which extends axially from an outer side of the barrel 3, the rolling assembly having a bore which is arranged around said annular extension ensuring a perfect concentricity of the assembly of said assembly on said flange before its fixing in the ducts 12.
Le moyeu 1 est réalisé en une seule pièce et peut être optimisé, notamment au niveau du matériau le constituant, relativement aux efforts mécaniques auxquels il doit résister. Selon une réalisation, le moyeu 1 peut être réalisé, notamment par forgeage, dans un matériau métallique, notamment en acier à roulement de type C56, pour permettre au fût 3 de supporter les pressions de contact de roulement et au flasque 11 de supporter les contraintes mécaniques venant de l’ensemble roulant. Selon une autre réalisation, le moyeu 1 peut être obtenu par fabrication additive, notamment par frittage laser d’une poudre d’acier à haute teneur en carbone, par exemple de type 100Cr6.The hub 1 is made in one piece and can be optimized, particularly at the material constituting it, relative to the mechanical forces to which it must resist. According to one embodiment, the hub 1 can be made, in particular by forging, in a metal material, in particular C56 type bearing steel, to allow the shaft 3 to withstand the rolling contact pressures and the flange 11 to withstand the stresses. from the rolling assembly. According to another embodiment, the hub 1 can be obtained by additive manufacturing, in particular by laser sintering of a high carbon steel powder, for example of 100Cr6 type.
Comme représenté sur la figure, la rangée de corps roulants interne 6i -respectivement externe 6e - est en contact sur la piste de roulement interne 5i-respectivement externe 5e - selon une ligne d’effort interne ü - respectivement externe Le - formant avec l’axe de rotation X du palier un angle de contact interne occi - respectivement externe oœ. En particulier, la ligne d’effort ü, Le est considérée au niveau du corps roulant 6i, 6e le plus chargé de chacun des côtés respectivement interne et externe.As shown in the figure, the row of internal rolling bodies 6i-respectively external 6e - is in contact on the inner raceway 5i-respectively external 5e - along a line of internal force ü - respectively external Le - forming with the axis of rotation X of the bearing an internal contact angle occi - respectively external oœ. In particular, the stress line ü, Le is considered at the rolling body 6i, 6e the most loaded of each of the sides respectively internal and external.
Le fût 3 présente un évidement 14 de révolution autour de l’axe de rotation X, ledit évidement comprenant une partie conique interne 14i et une partie conique externe 14e qui sont reliées entre elles par leur base au niveau d’une partie centrale 14C.The barrel 3 has a recess 14 of revolution about the axis of rotation X, said recess comprising an inner conical portion 14i and an outer conical portion 14e which are interconnected by their base at a central portion 14C.
Pour optimiser le poids du palier sans pour autant compromettre sa résistance mécanique, la génératrice Gide la partie conique interne 14i- respectivement la génératrice Ge de la partie conique externe 14e - formant un angle de cône interne ai - respectivement externe oce - avec l’axe de rotation X, lesdits angles étant tels que :To optimize the weight of the bearing without compromising its mechanical strength, the generator Gide the internal conical portion 14i respectively the generator Ge of the external conical portion 14e - forming an internal cone angle ai - respectively external oce - with the axis of rotation X, said angles being such that:
En d’autres termes, comme représenté sur la figure, la génératrice Gi de la partie conique interne 14i est essentiellement perpendiculaire à la ligne d’effort externe Le, la génératrice Ge de la partie conique externe 14e étant essentiellement parallèle à la ligne d’effort interne ü.In other words, as shown in the figure, the generator Gi of the inner conical portion 14i is substantially perpendicular to the external stress line Le, the generator Ge of the outer conical portion 14e being substantially parallel to the line of internal effort ü.
Dans un exemple numérique, l’angle de contact externe aCe est de 58,3° et l’angle de contact interne oci est de 48 °, les angles de cône externe oce et interne oa étant respectivement de 48° et 31,7°.In a numerical example, the external contact angle αCe is 58.3 ° and the internal contact angle oci is 48 °, the outer cone angles oce and inner oa being respectively 48 ° and 31.7 ° .
La taille de l’évidement 14 et donc le gain de poids peuvent être augmentés tout en conservant suffisamment de matière pour la résistance mécanique en prévoyant que la partie centrale 14c de l’évidement 14 présente un diamètre maximal Dc qui est inférieur à 90% du diamètre De du fond de la piste de roulement externe 4e.The size of the recess 14 and thus the weight gain can be increased while retaining enough material for the mechanical strength by providing that the central portion 14c of the recess 14 has a maximum diameter Dc which is less than 90% of the diameter from the bottom of the outer raceway 4th.
Ainsi, notamment lorsque la partie centrale 14c de l’évidement 14 est disposée à l’intérieur de la piste de roulement externe 4e, une épaisseur de matière suffisante est disposée entre ladite piste et ledit évidement, notamment relativement à la rigidité vis-à-vis de la pression exercée par les corps roulants 6e sur ladite piste.Thus, especially when the central portion 14c of the recess 14 is disposed inside the outer raceway 4e, a sufficient thickness of material is disposed between said track and said recess, in particular with respect to the rigidity vis-à- screw the pressure exerted by the rolling bodies 6th on said track.
De même, l’évidement 14 peut présenter une longueur axiale I, c'est-à-dire mesurée entre ses bords interne et externe le long de l’axe X, qui est comprise entre 50 % et 70% de la longueur axiale L du fût 3 prise entre ses bords interne 3i et externe 3e, afin de laisser une longueur de matière suffisante entre l’évidement 14 et lesdits bords.Similarly, the recess 14 may have an axial length I, that is to say measured between its inner and outer edges along the axis X, which is between 50% and 70% of the axial length L barrel 3 taken between its inner edges 3i and external 3e, to leave a sufficient length of material between the recess 14 and said edges.
Du côté externe du moyeu 1, il est avantageux que le bord externe de l’évidement 14 soit disposé à l’intérieur d’un cône dont la génératrice est la ligne d’effort externe Le. Plus précisément, le bord externe de l’évidement 14 peut être disposé du côté interne du plan latéral interne P du flasque 11.On the outer side of the hub 1, it is advantageous that the outer edge of the recess 14 is disposed within a cone whose generator is the external stress line Le. More specifically, the outer edge of the recess 14 may be disposed on the inner side of the inner lateral plane P of the flange 11.
Dans l’optique d’un gain de poids, le fût 3 peut présenter un bord externe 3e dans lequel une cavité conique de révolution 15 est formée. En particulier, et comme représenté sur la figure en relation avec une amélioration de résistance mécanique du palier, la cavité 15 forme un angle solide qui est essentiellement égal à celui formé par révolution de la ligne d’effort externe Le.In view of weight gain, the barrel 3 may have an outer edge 3e in which a conical cavity of revolution 15 is formed. In particular, and as shown in the figure in connection with an improvement in mechanical resistance of the bearing, the cavity 15 forms a solid angle which is essentially equal to that formed by revolution of the external force line Le.
Plus précisément, la cavité conique 15 débouche dans la cavité cylindrique formée par l’extension annulaire 13 du flasque 11, la paroi de la cavité conique 15 étant sensiblement tangente à la ligne d’effort externe Le.More specifically, the conical cavity 15 opens into the cylindrical cavity formed by the annular extension 13 of the flange 11, the wall of the conical cavity 15 being substantially tangential to the external stress line Le.
Pour des raisons de fabrication, notamment en fabrication additive mais également pour éliminer un éventuel insert ayant servi à former l’évidement 14, le bord externe de l’évidement 14 peut être relié au bord externe 3e du fût 3 par un conduit, par exemple axial.For reasons of manufacture, particularly in additive manufacturing but also to eliminate any insert used to form the recess 14, the outer edge of the recess 14 may be connected to the outer edge 3e of the barrel 3 by a conduit, for example axial.
Du côté interne du moyeu 3, toujours pour optimiser le compromis masse / résistance mécanique, le bord interne de l’évidement 14 peut être séparé du bord interne 3idu fût 3 d’une distance d qui est au moins égale à 25% du diamètre Di du fond de la piste de roulement interne 4i.On the inner side of the hub 3, again to optimize the mass / strength compromise, the inner edge of the recess 14 can be separated from the inner edge 3idu drum 3 by a distance d which is at least equal to 25% of the diameter Di from the bottom of the inner raceway 4i.
En outre, une cavité de révolution 16 peut être formée dans le bord interne 3idu fût, notamment à l’intérieur de la collerette 9 d’association de la bague 8, ladite cavité pouvant présenter un fond sensiblement sphérique dans lequel ledit bord est formé.In addition, a revolution cavity 16 may be formed in the inner edge 3idu drum, in particular within the collar 9 of association of the ring 8, said cavity may have a substantially spherical bottom in which said edge is formed.
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