PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UN ROULEMENT ET ROULEMENT FABRIQUE SELON CE PROCEDE

Domaine technique La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'un roulement à billes et plus particulièrement d'un roulement à billes à trois ou quatre points de contact, ces points de contact étant constitués par l'appui de surfaces coniques sur des côtés opposés desdites billes, ce roulement à billes comportant un noyau central, une bague extérieure et au moins un cône de serrage.

Elle concerne également un roulement à billes et plus particulièrement un roulement à billes à trois ou quatre points de contact, ces points de contact étant constitués par l'appui de surfaces coniques sur des côtés opposés desdites billes, ce roulement à billes comportant un noyau central, une bague extérieure et au moins un cône de serrage assemblés selon ce procédé.

Technique antérieure

On connaît déjà des roulements à billes, notamment du type à quatre points de contact utilisés fréquemment dans des pièces mécaniques de petites dimensions, notamment dans les pièces d'horlogerie ou dans des équipements médicaux pour remplacer les doubles roulements couramment utilisés pour positionner axialement un axe. Il s'agit de roulements miniaturisés, ayant typiquement des diamètres de l'ordre de 0.8 à 1.6 mm, sans lubrification, qui ne supportent aucun blocage ni même une contrainte capable de ralentir ou freiner la rotation.

Habituellement, dans ces roulements à billes, les composants comportant les surfaces coniques sont usinés avec une grande précision, mais doivent être assemblés avec du jeu pour permettre une rotation libre, sans contrainte excessive ni blocage.

Il est relativement aisé d'usiner les surfaces coniques qui prennent appui sur les

billes avec une très bonne précision de forme et on sait réaliser les billes avec une tolérance de forme extrêmement serrée. Néanmoins, l'addition de toutes ces tolérances oblige le fabricant des roulements à billes à assembler les composants avec du jeu pour éviter un blocage ou des irrégularités de roulement et demande un appareillement des composants précédé d'un tri dimensionnel.

De ce fait, les roulements de ce type sont assemblés et testés avant de pouvoir être mis sur le marché et l'on constate qu'il nécessite un procédé d'assemblage complexe et minutieux.

On connaît par le brevet français 1.161.833 un roulement destiné à une butée à billes qui est assemblé avec une précontrainte. Ce type d'assemblage ne convient pas aux roulements miniaturisés en générale, lorsque l'assemblage est classique.

La publication américaine US 2002/0037123 A1 décrit un roulement à billes de très grand diamètre utilisé dans un équipement médical du type scanner. Ce type de roulement ayant un diamètre de l'ordre du mètre ne présente par les mêmes caractéristiques que les roulements miniaturisés de l'ordre du millimètre.

Le brevet suisse CH 160 513 a pour objet un roulement à billes dans lequel les billes sont positionnées à partir de l'écrou, ce qui ne garantit pas un roulement sans contraintes et sans jeu.

La publication internationale WO 03/098063 A du même déposant concerne un roulement à billes qui est caractérisé par la nature de ses billes en oxyde de zirconium. Le mode de montage est classique et ne garantit pas un roulement sans contraintes et sans jeu.

Exposé de l'invention

La présente invention a pour but de proposer un procédé d'assemblage d'un roulement à billes, de telle manière que les composants ne présentent aucun

jeu, en utilisant la très haute précision géométrique, c'est-à-dire à la fois la forme et les dimensions des billes, pour positionner de façon optimale les autres composants du roulement.

Ce but est atteint par le procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on effectue les opérations successives suivantes: on positionne la bague extérieure par rapport au noyau central en ménageant un espace pour le chemin des billes; on met en place les billes dans ledit espace du chemin des billes; - on met en place provisoirement le au moins un cône de serrage avec du jeu par rapport au noyau, de telle manière qu'il soit en appui sur les billes préalablement mises en place dans ledit espace du chemin des billes; on positionne ledit cône de serrage en recherchant la position dans laquelle le roulement tourne librement sans contrainte et sans blocage, et - on fixe de manière définitive ledit cône de serrage dans cette position par des moyens de liaison rigide.

Selon une variante, on met en place les billes dans ledit espace du chemin des billes après la mise en place d'une cage à billes sur ledit noyau.

Selon une première forme de réalisation avantageuse, lesdits moyens de liaison rigide utilisés pour fixer le cône au noyau peuvent comporter une soudure. Cette soudure est de préférence une soudure au laser.

Selon une seconde forme de réalisation avantageuse, lesdits moyens de liaison rigide utilisés pour fixer le cône au noyau peuvent comporter un collage.

Cet objet est également atteint par le roulement selon l'invention tel que défini en préambule et caractérisé en ce ledit au moins un cône de serrage est fixé au noyau par des moyens de liaison rigide lorsque ledit cône est dans la position dans laquelle le roulement tourne librement sans contrainte et sans blocage.

Dans une première forme de réalisation, le noyau central présente une des surfaces coniques, la bague extérieure présente deux autres surfaces coniques, et le cône de serrage présente une quatrième surface conique.

Dans une seconde forme de réalisation, le roulement à billes selon l'invention comporte un second cône de serrage solidaire du noyau central et symétrique au premier cône de serrage par rapport au plan médian horizontal dudit roulement, ledit second cône présentant ladite quatrième surface, conique.

Dans une variante de roulement dit inversé, si ledit roulement est à quatre points de contact le noyau central présente deux surfaces coniques, la bague extérieure présente une autre des surfaces coniques, et ledit au moins un cône de serrage présente une quatrième surface conique. Si le roulement est à trois points de contact, le noyau central présente une surface conique, la bague extérieure présente une autre des surfaces coniques, et ledit au moins un cône de serrage présente une troisième surface conique.

Selon une première forme de réalisation, ledit cône peut être fixé audit noyau par une soudure. Cette soudure est de préférence une soudure au laser.

Selon une seconde forme de réalisation, ledit cône peut être fixé audit noyau par collage.

Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et ses avantages ressortiront mieux de la description suivante de différents modes de réalisations illustrés par les dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 est une vue en coupe axiale illustrant un assemblage mécanique à deux roulements juxtaposés agencés pour stabiliser le positionnement angulaire d'un axe,

la figure 2 est une vue en coupe axiale partielle d'une première forme de réalisation d'un roulement selon l'invention,

la figure 3A est une vue en coupe axiale partielle d'une deuxième forme de réalisation d'un roulement selon l'invention comportant une cage à billes,

la figure 3B est une vue similaire à celle de la figure 3A, mais qui représente un roulement dit inversé,

La figure 3C est une variante de réalisation du roulement inversé de la figure 3B,

la figure 4 est une vue en coupe axiale partielle d'une troisième forme de réalisation d'un roulement selon l'invention, comportant une cage à billes,

la figure 5 est une vue partielle en coupe illustrant les moyens de fixation par soudure du noyau et du cône, et

la figure 6 est une vue partielle en coupe illustrant les moyens de fixation par collage du noyau et du cône.

Manière(s) de réaliser l'invention

La figure 1 représente un roulement à billes miniaturisé 10 essentiellement composé d'un axe 11 monté sur un support 12 par l'intermédiaire de deux roulements à billes 13 et 14 juxtaposés. Ce montage à deux roulements à billes 13 et 14 juxtaposés est utilisé pour garantir la stabilité axiale de l'assemblage 10. Les deux roulements à billes 13 et 14 comportent respectivement une bague intérieure 13a et 14a, une bague extérieure 13b et 14b et des billes 13c et 14c. Les bagues intérieures 13a et 14a ainsi que les bagues extérieures 13b et 14b comportent des chemins de roulements rectifiés avec précision qui définissent les surfaces d'appui des billes 13c et 14c.

L'invention concerne un roulement à billes, notamment du type à quatre points

de contact, ces quatre points de contact étant constitués par l'appui de quatre surfaces coniques sur des côtés deux à deux opposés desdites billes. Ce type de roulement à billes permet de garantir, seul et non en combinaison avec un autre roulement à billes juxtaposé, la stabilité axiale d'un assemblage mécanique. De ce fait, il permet une réduction de l'encombrement et se prête particulièrement bien, mais pas exclusivement, à la miniaturisation, par exemple dans le domaine de l'horlogerie ou des équipements médicaux.

La figure 2 représente un roulement à billes 20 miniaturisé, également à quatre points de contact, qui a typiquement un diamètre de l'ordre du mm et qui est notamment destiné à une application horlogère. Ce roulement à billes 20 comporte un noyau central 21 , une bague extérieure 22, une couronne de billes 23 et un cône de serrage 24. Le noyau central 21 est usiné pour comporter une surface conique 21a, définissant un des quatre points de contact des billes 23. Cette surface conique 21a est disposée selon un angle de 45 ^e par rapport à l'axe du roulement à billes 20. La bague extérieure 22 est usinée pour comporter deux surfaces coniques respectivement 22a et 22b qui définissent deux autres points de contact des billes 23. Ces deux surfaces coniques 22a et 22b sont disposée selon un certain angle, de préférence un angle de 45°, par rapport à l'axe du roulement à billes 20 et forment entre elles un angle sensiblement droit. Le cône de serrage 24 est usiné pour comporter une surface conique 24a, définissant le dernier des quatre points de contact des billes 23. Cette surface conique 24a est disposée selon un angle de 45° par rapport à l'axe du roulement à billes 20. On notera que les billes sont de préférence des billes en céramique

Le mode d'assemblage de ce roulement 20 ainsi que celui des autres formes de réalisation illustrées par les figures 3A, 3B et 4 sera décrit en détail ci-dessous.

La figure 3A représente un roulement à billes 30 à quatre points de contact selon l'invention. Ce roulement à billes 30 comporte, comme le roulement 20 de la figure précédente, un noyau central 31 , une bague extérieure 32, une couronne de billes 33 et un cône de serrage 34. Il comporte en outre une cage à billes 35

qui est montée sur le noyau central 31. Les surfaces coniques 31a, 32a, 32b et 34a sont similaires aux surfaces coniques respectives 21a, 22a, 22b et 24a du roulement à billes représenté par la figure 2. Les billes 33 espacées entre elles dans la cage à billes 35 servent d'appui aux quatre surfaces de contact précitées.

La figure 3B représente un roulement à billes 130 dit inversé à quatre points de contact, qui comporte les mêmes composants que le roulement 30, mais où ces composants sont disposés de façon inverse. Dans ce roulement 130, la bague extérieure 132 a la forme et la position de noyau central 31 du roulement 30 et définit un point de contact 132a. Le noyau central 131 a la forme et la position de la bague extérieure 32 du roulement 30 et définit deux points de contact 131a et 131b, symétriques par rapport au plan médian transversal des billes, pour lesdites billes 133. Le cône 134 est extérieur par rapport aux billes 133, qui peuvent le cas échéant être logées dans une cage 135, et coopère avec la bague extérieure 132 pour définir le quatrième point de contact 134a.

La figure 3C illustre une variante du roulement à billes 130 de la figure 3B dans laquelle les billes 133' n'ont que trois points de contact. Dans ce roulement 130' le noyau central 131 du roulement 130 définissant deux points de contact pour les billes 133' est remplacé par un noyau 131' pourvu d'une gorge semi- cylindrique dont le rayon de courbure est supérieur à celui des billes 133' de façon à ne définir qu'un seul point de contact 131'c desdites billes. Ce point de contact 131'c est ainsi disposé dans le plan médian horizontal des billes 133'. Les autres composants de ce roulement 130' sont identiques à ceux du roulement 130 et définissent les deux autres points de contact 132'a et 134'a des billes 133'.

La figure 4 représente un roulement à billes 40 à quatre points de contact selon l'invention. Ce roulement à billes 40 comporte comme le roulement 30 de la figure précédente, un noyau central 41 , une bague extérieure 42, une couronne de billes 43 mais deux cônes de serrage 44a et 44b solidaires du noyau 41 et

disposés symétriquement par rapport au plan médian horizontal dudit roulement 40. Ces cônes sont pourvus respectivement d'évidements 45a et 45b opposés dans lesquels est logée une cage à billes 45c. Les deux cônes de serrage 44a et 44b constituent en quelque sorte une bague intérieure opposée à la bague extérieure 42 et coopérant avec cette dernière pour emprisonner les billes 43 dans l'espace que ces deux bagues délimitent. Comme précédemment les billes sont en appui sur des surfaces de contact deux à deux orthogonales 42a, 42b, 44aa et 44bb, la surface conique formée sur le noyau central étant dans ce cas remplacée par la surface conique 44bb formée sur le second cône de serrage 44b.

Selon le procédé d'assemblage de l'invention, les opérations pour monter les roulements à billes décrits précédemment, notamment le roulement à billes 20 illustré par la figure 2, sont les suivantes. On positionne, par exemple sur un gabarit de montage, non représenté, la bague extérieure 22 par rapport au noyau central 21 en ménageant l'espace du chemin des billes dans lequel on met en place les billes 23. On notera que l'espace délimité entre la bague extérieure 22 et le noyau central 21 permet l'insertion des billes 23 de telle manière qu'elles se trouvent en appui sur les trois surfaces de contact 21a, 22a et 22b. Etant donné que la fabrication des billes peut être extrêmement précise, en principe bien plus précise que celle des surfaces coniques de contact, lorsque toutes les billes sont en place, on peut positionner le cône de serrage 24 en se référant à l'appui sur les billes 23. Le cône 24 est prévu pour avoir du jeu par rapport au noyau central 21 de sorte que sa position finale n'est pas imposée par la géométrie de l'alésage central de la bague extérieure 22 ni par celle de la surface correspondante du noyau central 21 , mais par celle de la série de billes 23. Dans la pratique, l'opérateur fait tourner le cône de serrage 24 sur les billes jusqu'à ce qu'il trouve Ia bonne position, c'est-à-dire celle dans laquelle la bague extérieure 22 tourne librement sans contrainte mécanique. Lorsque la position de roulement libre est identifiée, quel que soit en réalité le degré de "centrage" ou de "décentrage" entre le noyau central 21 et la bague extérieure 22, il reste à l'opérateur à figer cette position par des moyens appropriés.

A titre d'exemple, la figure 5 représente un roulement à billes selon l'invention, tel que le roulement à billes 20 dans laquelle le cône de serrage 24 est bloqué dans sa position adéquate par rapport au noyau central 21 par un cordon de soudure 51. Cette soudure est de préférence faite au laser. Il peut en fait s'agir de n'importe quelle soudure appropriée, notamment d'une soudure par points effectuée en différents points de la périphérie de l'alésage central du cône de serrage 24.

A titre d'exemple également, la figure 6 représente un roulement à billes selon l'invention, tel que le roulement à billes 20 dans laquelle le cône de serrage 24 est bloqué dans sa position adéquate par rapport au noyau central 21 par un collage. Un filet de colle 61 , de préférence à prise rapide, est appliqué dans l'espace ménagé entre le noyau 21 et le cône de serrage 24. Ce filet de colle 61 peut remplir l'espace partiellement ou totalement. Il a pour but de figer la position relative du cône 24 et du noyau central 21 lorsque le bon positionnement, c'est- à-dire celui qui permet un fonctionnement sans contrainte du roulement à billes 20, est atteint.

II est bien évident que les deux modes de fixation tels que décrits en référence aux figures 5 et 6 s'appliquent également aux autres roulements à billes selon l'invention, notamment aux roulements à billes 30 et 40.

La présente invention remplit son objectif et permet de fabriquer d'une manière simple des roulements à trois ou quatre points de contact sans jeu. Bien que l'usinage du cône de serrage se fasse initialement avec du jeu, le positionnement sélectif de ce cône de serrage et sa fixation définitive dans la position sélectionnée, permet d'obtenir un roulement à billes sans jeu.