FR2588340A1 - Roue libre autocentreuse a paliers - Google Patents

Abstract

ROUE LIBRE AUTOCENTREUSE DESTINEE A ETRE INSEREE RADIALEMENT ENTRE LA SURFACE CYLINDRIQUE EXTERIEURE 2 D'UN ARBRE 1 ET LA SURFACE CYLINDRIQUE INTERIEURE 4 D'UN LOGEMENT 3, ET AXIALEMENT ENTRE DEUX ARRETS AXIAUX 9, 10 DE L'ARBRE OU DU LOGEMENT, ROUE LIBRE DU TYPE COMPORTANT D'UNE PART UNE CAGE 6 CONTENANT DES CAMES DE COINCEMENT 5 ET UN RESSORT EN BANDE 7 AGISSANT SUR CES CAMES 5, ET D'AUTRE PART DEUX PALIERS 8 SITUES DE PART ET D'AUTRE DE CETTE CAGE, CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'ELLE COMPORTE UN DISPOSITIF ELASTIQUE 11 A GRANDE FLEXIBILITE, INTERPOSE EN AU MOINS UN ENDROIT QUELCONQUE DE LA CHAINE DE PARTIES JUXTAPOSEES COMPRENANT UN ARRET AXIAL 9 UN PALIER 8, LA CAGE 6, L'AUTRE PALIER 8 ET L'AUTRE ARRET AXIAL 9, DE MANIERE A EXERCER, ENTRE LES DEUX PARTIES ENTRE LESQUELLES IL EST INTERPOSE ET POUR TOUTES LES VALEURS DU JEU AXIAL GOBAL PERMISES PAR L'EMPILAGE DES TOLERANCES DE FABRICATION, UN EFFORT AXIAL MINIMUM PROPRE A EMPECHER LE BASCULEMENT DES PALIERS 8.

Description

Roue libre autocentreuse à paliers.

L'invention concerne les roues libres cames du type autocentreuses a paliers. Ce type de roues libres, particulièrement utilise dans les boites de vitesse automatiques, se compose
- de la roue libre proprement dite, comportant une-cage, des cames et
un ressort de rappel des cames en bande, et
- de deux paliers lateraux.

L'ensemble de la roue libre et des paliers est logé entre un chemin de glissement intérieur, ou arbre, et un chemin de glissement extérieur, ou logement, et se trouve immobilisé axialement au moyen d'arrêts axiaux, le plus souvent des circlips, places sur 11 arbre ou dans le logement.

Le sous-ensemble roue libre a uniquement pour fonction d'assurer la transmission d'un couple unidirectionnel par coincement des cames entre l'arbre et le logement. Lors du fonctionnement en roue libre, il se produit un mouvement relatif de rotation entre l'arbre, le logement et la roue libre, les cames glissant alors sur l'un ou l'autre des chemins de roulement
Le sous-ensemble palier de son côté a uniquement pour fonction d'assurer le centrage mutuel de l'arbre et du logement, et d'encaisser les efforts radiaux entre l'arbre et le logement, fonction que que la roue libre seule ne serait pas capable d'assurer.

L'ensemble de la roue libre et des paliers fonctionne dans un bain d'huile assurant la lubrification des éléments en mouvement relatif de glissement.

Un tel dispositif est connu en soi, et se trouve décrit par exemple dans le brevet US-A-2 912 086 au nom de BORG WARNER.

Le problème essentiel posé par ce type de roue libre autocentreuse à paliers est le risque de grippage des paliers sur l'arbre et/ou dans le logement extérieur, grippage qui conduit a la destruction rapide du dispositif.

L'apparition du phénomène de grippage est favorisée par les facteurs suivants :
10) une portée axiale de paliers trop faibles;
20) une valeur faible du jeu radial des paliers par rapport à l'arbre et au logement, combinée avec une valeur excessive du jeu axial de l'ensemble monté par rapport aux arrêts axiaux.

Or, une faible valeur du jeu radial est pratiquement imposée si on veut obtenir un bon centrage de l'arbre par rapport au logement.

En ce qui concerne le jeu axial, celui-ci résulte de l'empilage des cotes de largeur et de positionnement de six éléments, et il est donc difficile de le maîtriser.

D'autre part on sait que la tendance des constructeurs, afin de gagner de l'espace et du poids, est de réaliser des ensembles mécaniques de plus en plus compacts. Ceci est particulièrement sensible dans le domaine des boites de vitesse automatiques et conduit a concevoir des roues libres autocentreuses présentant des cotes d'encombrement de plus en plus réduites, notamment dans le sens axial.

En ce qui concerne le dimensionnement de la roue libre en elle-même, cage et came ne pouvant descendre en dessous d'une certaine valeur déterminée par le couple à transmettre, le gain de place sur l'encombrement axial ne peut alors se faire qu'au détriment des largeurs des portées axiales des paliers. I1 en résulte particulierement une augmentation de la pression de contact des paliers sur l'arbre et le logement.

Si de surcroît les jeux axiaux et radiaux des paliers par rapport aux pieces avec lesquelles elles sont en contact laissent a ces paliers un certain degré de liberté, il peut arriver que, sous l'effet des vibrations et des légers déplacements axiaux de l'arbre par rapport au logement extérieur dus aux jeux fonctionnel, les paliers de centrage s'inclinent par rapport à l'axe du dispositif. Le palier peut alors venir starcbouter sur l'arbre et/ou le logement, ce phénomène d'arcboutement se produisant d'autant plus facilement que la largeur de la portée de palier et le jeu radial sont faibles.

En cas d'arcboutement les contacts entre le palier et l'arbre et entre le palier et le logement se font-alors par l'intermédiaire de portions d'arêtes du palier. Dans ces conditions il y a rupture du film d' huile et, lorsque intervient une rotation relative entre l'arbre et le logement, le frottement du palier avec l'arbre ou le logement se fait a sec, ou tout au moins dans de très mauvaises conditions de lubrification, ce qui conduit inexorablement a un grippage des pièces frottantes et a la destruction rapide du dispositif.

Une première solution évidente consisterait à réduire les tolérances de fabrication de chacune des pièces concernées, de manière que les faibles jeux résiduels entre les pièces en contact ne permettent pas la mise en devers et l'arcboutement des paliers. Cependant cette solution n'est pas réaliste dans la mesure où les tolérances de fabrication qu'elles impliquent sont incompatibles avec des procédés d'usinage économiques.

Une autre solution consisterait à donner un pincement positif, c' est-à-dire non plus un jeu mais un serrage, de la cage et des paliers entre les circlips ou les arrêts axiaux. Cependant ceci n' est pas envisageable dans la mesure où la cage de la roue libre ne doit pas être gênée dans ses mouvements de rotation relative qui accompagnent le basculement des cames comme on la vu plus haut.

Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents, c'est-à-dire de réaliser une roue libre autocentreuse à paliers qui permette tout à la fois
- de maintenir une bonne orthogonalité des paliers par rapport à l'axe de rotation du dispositif et empêcher la mise en devers de ces paliers,
- de s'affranchir des problèmes d'empilage des cotes axiales des éléments concernés,
- de ne pas gêner la cage dans ses mouvements de rotation relative,
- de ne pas augmenter de manière sensible l'encombrement axial de l'ensemble,
- d'amortir ou d'éliminer les vibrations sur les paliers et la roue libre.

Pour cela l'invention consiste, dans une roue libre du type considéré, à interposer en au moins un endroit quelconque de la chaîne de parties juxtaposées comportant un arrêt axial, un palier, la cage, l'autre palier et l'autre arrêt axial, un dispositif élastique à grande flexibilité exerçant, entre les deux parties entre lesquelles il est interposé et pour toutes les valeurs du jeu axial global découlant des tolérances de fabrication, un effort axial minimum propre à empêcher le basculement des paliers.

Ce dispositif élastique peut être un organe indépendant interposé librement dans la chaîne des parties, ou encore être fixé à l'une des parties, ou encore faire partie intégrante d'une de ces parties, notamment du ressort de la cage, ou de la cage.

D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre de divers modes de réalisation pris comme exemples et représentés sur le dessin annexé sur lequel
la figure 1 est une demi-coupe axiale représentant l'état de la technique,
la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1, montrant le phénomène de basculement d'un palier et l'arcboutement qui s'ensuit,
les figures 3 et 4 représentent des modes de réalisation les plus simples avec un organe élastique mince interposé librement dans la chaîne,
les figures 5 et 6 représentent deux variantes de dispositif élastique, respectivement en une ou en plusieurs parties, fixées à la cage,
la figure 7 représentent une autre variante où le dispositif élastique est constitué par des prolongements des ressorts de la cage de roue libre, et
la figure 8 représente une dernière variante dans laquelle le dispositif élastique est constitué par des prolongements de la cage elle-même.

Cn voit sur la figure 1 la disposition la plus usuelle de l'état de la technique, selon laquelle l'arbre 1 est constitué par une pièce intérieure de la boîte de vitesse intervenant essentiellement par sa surface cylindrique extérieure 2, et le logement 3 est une autre pièce de la boîte intervenant essentiellement par sa surface cylindrique intérieure 4. Entre les surfaces 2 et 4 sont interposées les cames 5 maintenues prisonnires dans une cage 6 et sur lesquelles s'exerce constamment l'action d'un ressort en bande 7. Un tel ressort est décrit en particulier dans le brevet français 2 342 429.

De part et d'autre du sous-ensemble de roue libre sont disposés en outre les paliers 8, qui ont une section de forme évidée, comme représenté sur la figure, 1 pour assurer le maximum de surface de portée et le minimum d'encombrement axial pour l'empilement.

Tout cet empilement de pièces est interposé entre deux arrêts axiaux de l'arbre 1 ou du logement 3, ici entre deux circlips 9 disposés dans des gorges 10 du logement 3.

I1 est clair dans ces conditions que les tolérances de position des gorges 10, de largeur de ces gorges, d'épaisseur des circlips 9, d'épaisseur des fond des paliers 8 et d'épaisseur de la cage 6 vont d'accumuler et conduire ainsi à un jeu global relativement important.

Ce jeu, qui est exagéré sur la figure 1 pour être plus visible, a comme conséquence qu'il autorise, lors de certains déplacements axiaux de l'arbre 1 par rapport au logement 3, un mouvement de basculement d'un ou l'autre des paliers 8 comme illustré sur la figure 2.

I1 en résulte par conséquent, pour les raisons invoquées plus haut, un risque de grippage de ce palier 8 aux endroits représentés par deux gros points noirs sur la figure 2, grippage qui peut entraîner la destruction de la pièce.

Pour y remédier, on interpose, conformément à l'invention, dans la chaîne des pièces ainsi empilées axialement, un dispositif élastique propre à empêcher ce basculement en appuyant les deux paliers 8 chacun sur au moins une face bien perpendiculaire à l'axe de rotation du système.

L'effort axial exercé par ce dispositif élastique n'a pas besoin d'être très élevé car les forces qui tendent à mettre les paliers en devers sont faibles. I1 importe en fait d'éviter le phénomène de basculement et non de réaliser une immobilisation axiale positive du palier. L'optimisation de l'effort axial pourra donc se faire à une valeur relativement basse, laissant ainsi à la roue libre toute liberté d'osciller autour de son axe. Pour l'application envisagée, l'expérience a montré que l'effort axial optimum est inférieur à 10 newtons, et de préférence compris entre 5 et 7 newtons.

En outre, le dispositif élastique doit avoir un treks faible encombrement axial, et néanmoins une très grande flexibilité pour garantir un effort axial aussi insensible que possible aux dispersions de cotes des pièces.

Dans le mode de réalisation le plus simple, illustré par la figure 3, on utilise comme dispositif élastique une rondelle 11 à ondulations axiales de type "Borelly" avec au moins trois ondulations pour assurer un bon appui plan. Dans l'exemple représenté, cette rondelle 11 est placée à l'intérieur d'un des paliers 8, mais elle pourrait être placée n'importe où entre les deux arrêts axiaux 9.

Dans la variante illustrée sur la figure 4, la rondelle ondulée est remplacée par une rondelle éventail 12 également en matériau mince très flexible, et qui est également placée n importe ou entre les deux arrêts axiaux 9, par exemple sur l'extérieur d'un des paliers 8.

Dans la variante représentée sur la figure 5, le dispositif élastique est constitué par une rondelle éventail 13, fixée sur le bord de la cage 9 par repliage de pattes 14, et qui agit dans la zone intérieure du palier 8. Pour compenser la réduction de flexibilité qui résulte de la réduction d'encombrement axial, on peut monter deux dispositifs identiques symétriquement comme représenté sur la figure 5.

Dans la variante représentée sur la figure 6, le dispositif élastique est constitué par une série de pontets 15 ou de languettes élastique tangentielles fixés sur le bord de la cage 6.

Dans la variante représentée sur la figure 7, le dispositif élastique est constitué par des pattes 16, prolongeant latéralement d'un ou de préférence des deux côtés le ressort en bande 7, et rabattues vers la périphérie pour appuyer sur le fond du ou des paliers 8. Ces pattes ont de préférence une extrémité bombée pour faciliter le glissement sur ces paliers.

Enfin dans la variante représentée sur la figure 8, le dispositif élastique est constitué par des pattes similaires 18 prolongeant latéralement, non plus le ressort 7 mais la cage 6, et rabattues vers la périphérie ou vers le centre de manière à appuyer sur le fond du ou des paliers 8. Dans ce cas naturellement la cage 6 est réalisée en matériau relativement mince et élastique.

Quelle que soit la variante utilisée, l'invention permet ainsi de supprimer les risques de grippage des paliers tout en étant d'une réalisation extrêmement économique, n'entrainant pratiquement pas d'augmentation de coût, et même dans certains cas une réduction de ce coût par l'élargissement possible des tolérances. En outre, elle conduit à une augmentation pratiquement nulle de l'encombrement axial et elle assure l'amortissement des vibrations.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Roue libre autocentreuse destinée à être insérée radialement entre la surface cylindrique extérieure (2) d'un arbre (1) et la surface cylindrique intérieure (4) d'un logement (3), et axialement entre deux arrêts axiaux (9, 10) de l'arbre ou du logement, roue libre du type comportant d'une part une cage (6) contenant des cames de coincement (5) et un ressort en bande (7) agissant sur ces cames (5), et d'autre part deux paliers (8) situés de part et d'autre de cette cage,

caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif élastique (11 à 18) à grande flexibilité, interposé en au moins un endroit quelconque de la chaîne de parties juxtaposées comprenant un arrêt axial (9) un palier (8), la cage (6), l'autre palier (8) et l'autre arrêt axial (9), de manière à exercer, entre les deux parties entre lesquelles il est interposé et pour toutes les valeurs du jeu axial global permises par l'empilage des tolérances de fabrication, un effort axial minimum propre à empêcher le basculement des paliers (8).

2. Roue libre selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'effort axial exercé par le dispositif élastique est inférieur à 10 N.

3. Roue libre selon une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le dispositif élastique est constitué par un organe annulaire mince (11, 12) séparé inséré librement dans ladite chalne.

4. Roue libre selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit organe annulaire est constitué par une rondelle ondulée (11) du type "Borelly".

5. Roue libre selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit organe annulaire est constitué par une rondelle éventail (12).

6. Roue libre selon une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le dispositif élastique est constitué par un ou plusieurs organes élastiques (13, 15) fixés sur le ou les bords de la cage (9) et agissant dans le fond du ou des paliers (8).

7. Roue libre selon une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le dispositif élastique est constitué par des pattes (16), prolongeant latéralement d'un ou des deux côtés ledit ressort en bande (7) et rabattues vers la périphérie.

8. Roue libre selon une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que l'organe élastique est constitué par des pattes (17) prolongeant latéralement sur l'une ou l'autre face la cage (6), réalisée en matériau mince et élastique, ces pattes (17) étant rabattues vers la périphérie ou vers le centre et agissant dans le fond des paliers (8).