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"CAGE A AIGUILLES DE ROULEMENT ET "MECANISMES
COMPORTANT UNE TELLE CAGE.
Les cages de maintien d'aiguilles de roulement sont utilisées dans différents montages.
Dans certaines machines'équipées avec des cages de ce genre, de par le fonctionnement même desdites machines, ces cages sont soumises à des accélérations et des ralentissements, brutaux, soit en gens circonférentiel, soit en sens radiale c'est pourquoi, il serait intéressant de pouvoir améliorer le comportement au frottement des surfaces au contact entre toute cage soumise à tout ou partie de ces actions et tout chemin de toulement ou parties voisines de celui-ci avec lequel elle peut venir en contact ainsi qu'avec les éléments mobiles de roulement dans le bat de réduire l'usure au minimum possible, d'une,part,
entre la
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cage et les parties de la pièce formant chemin de roulement avec lesquelles elle peut entrer en contact. C'est là un. problème particulier au-:: roulements à aiguilles et qui n'existe pas dans les roulements d'autres types où, par suite de l'encombrement radial nettement augmente, les efforts mis en jeu ne créent pas les mêmes difficultés.
La résolution de ce problème a déjà été recherchée dans un choix des matériaux utilises pour la construction des cages; ainsi, des matériaux très spéciaux, comme, par exemple, des alliages à base de cuivre ont été employés ; la nature même de ces matériaux est un obstacle à leur utilisation dans tous les cas de mécanique courante qui se présentent dans l'industrie; des matériaux plus communs, comme les matières plastiques, ont aussi été utilisés ; maisceux-ci sont insuffisamment résistants dans les différentes conditions de fonctionnement, notamment, au point de vue des charges et des températures admissibles; d'autres matériaux:
l'acier et les produits ferreux, présentent bien des qualités telles que : résistance plus élevée, densité moindre et coefficient de dilatation égal à celui des chemins de roulement, mais leur comportement au frottement n'est pas satisfaisant de sorte que les cages établies avec ces derniers matériaux subissent et provoquent rapidement de l'usure.
La présente invention a précisément pour objet des cages en métaux ferreux, de quelque modèle que ce soit, utilisables dans les conditions ci-dessus définies et présentant au frottement la résistance désirable; ces cages en métaux ferreux sont carac- térisées par le fait que leurs surfaces frottantes sont constituées par une matière présentant au frottement une résistance à l'usure supérieure à la leur propre et que les durfaces d'appui de la cage s o n t dimensionnées pour supporter, dans-les cas d'utilisation considérés, une pression unitaire compatible avec un bon fonction- nement de la cage.
De telles cages peuvent être établies en recourant à tout
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Moyen connu; par exemple, des cages de ce relire en un produit ferreux peuvent comporter, dans leurs parties frottantes, un revêtement rapporta et établi en une matière ayant au frottement un comportement supérieur à celui de la matière de la cage.
D'autres cages, également conformes à la présente invention et constituées en un produit ferreux, sont caractérisées par le fuit que, dans leurparties superficielles soumises au frottement, elles contiennent, au moinc, un corps améliorant les qualités de frottement du produit ferreux; parmi ces corps, le soufre et le phosphore peuvent être cités, à titre d'exemples.
Ce corps est incorpore dans ces parties de la cage par tout procédé connu, soit chimique, soit autre.
La présente invention englobe, également, les procédés d'obtention de cages de roulement de ce dernier type et, parmi ceux-ci, elle vise plus particulièrement les suivants:
1 . Le procédé suivant lequel les parties frottantes de la cage sont soumises à un traitement superficiel qui améliore le comportement au frottement de la matière qui les constitue alors que lesdites parties frottantes sont complètement usinées, ledit traitement étant réalisé dans des conditions telles que, en cas de modifications de formes géométriques de cette cage résultant de ce traitement, ces modifications soient compatibles avec l'utilisation ultérieure de la cage.
2 . dans le cas où ce traitement superficiel entraîne des modifications de dimensions d'au moins une partie de la cage, cette partie est usinée préalablement à des cotes telles que, après l'exécution de ce traitement, ladite partie ait les dimensions désirées pour l'utilisation de la cage.
Ainsi, or/particulier, dans le cas d'une cage ordinaire qui tourne, non seulement, autour de son axe géométrique propre, mais qui est, également, animée, en fonctionnement, d'un mouvement autour d'un axe non confondu avec son propre axe géométrique, les efforts dus à la force centrifuge résultant de ce
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fonctionnement ne doivent pas provoquer des usures compatibles avec la bonne marche' du mécanisme auquel appartient ce roulement en raison de l'apparition de particules métalliques dues à l'usure provoquée aux points où des parties de cette case vierment en contact soit avec le chemin de roulement,
soit avec d'autres parties constitutives du roulement ou immédiatement voisines de celui-ci et servant à limiter le déplacement radial de la case.
Plus spécialement , lorsqu'une telle cage ordinaire est utilisée pour équiper une tête de bielle ou un excentrique , la vitesse circonférentielle imprimée à la cage n'est pas constante et provoque des constraintes supplémentaires entre les aiguilles à roulement et la cage; mais, surtout, la cage étant animée, dans son ensemble, d'un mouvement autour d'un axe non confondu avec son axe propre, en fonctionnement, celle-ci s'appuie, soit sur des parties.du chemin de roulement, soit sur des parties voisines de celui-ci et y provoque des usures.
Dans tous ces cas, par l'utilisation de cages conformes à celles- ci-dessus définies, l'usure des parties frottantes des roulements est réduite et la longévité des mécanismes comportant de telles cages est considérablement augmentée.
La présente invention englobe les pièces mécaniques comportant de telles cages ainsi que les mécanismes, machines et installations comportant, au moins, un roulement à aiguilles équipé avec une telle cage.
Comme exemples de mise en oeuvre des procédés ci-dessus définis d'incorporation- de soufre ou de phosphore dans les parties frottantes d'une cage de roulement, les suivants vont être décrits :
1 Incorporation de soufre.
Le soufre est incorporé par le procédé connu sous le nom de procédé " Sulfinuz" suivant lequel une couche sulfurée est formée par traitement au bain de sel de la surface traitée, à une température de 5600 à 5800 C.
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2 . Incorporation de phosphore*
Une couche mince de phosphate de fer et de manganèse est formée dans une solution de sel convenable par le procédé connu sous le nom de procédé "Parkolubrite" qui comporte une immersion dans une solution de sel oonvenable à une température légèrement inférieure à la température d'ébullition.
Les dessins ci-joints, donnés à titre d'exemples, et qui ne sauraient, en aucune façon limiter la portée de la présente invention, montrent deux applications de l'invention
La première se réfère à une cage de roulement conforme à celle décrite dans la demande de brevet belge déposée par les Demandeurs le 22 Juillet 1954 pour : "Oage de roulement à éléments cylindriques de roulement" sous le N 416.329 et accordée le 22 Janvier 1955 sous le N 530.574 et à laquelle la présente invention @ est appliquée*
La seconde application se réfère à une bielle de moteur montée sur un arbre vilebrequin et un axe de piston, la tête et le pied de ladite bielle étant équipés de cages conformes à l'invention.
Dans ces dessins :
Les figures 1 à 4 correspondent à une cage conforme à celle des figures 1 à 4 du brevet belge N 530.574 du 22 Juillet 1954 des Demandeurs, brevet ci-dessus rappelé et les figures 5 à 7 à une bielle de moteur pourvue de telles cages.
Dans le premier groupe de ces figures
La figure 1 montre, en perspective, l'ensemble de ladite cage qui est constituée par deux rondelles latérales de butée, et oe, avant le montage des aiguilles et des éléments d'assemblage.
La figure 2 est une vue perspective partielle de l'une des rondelles de butée et de l'un des bossages allongés formant une portion d'entretoise.
La figure 3 montre, en perspective, aussi, un autre détail
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de la même rondelle de butée.
La figure 4 montre, en perspective, un autre mode de réalisation d'une portion d'entretoiae.
Dans le second groupe de figures, la figure 5 est une coupe axiale longitudinale de la bielle considérée.
La figure 6 est une vue de cote de la même bielle, la tête et le pied étant figurés en coupe.
La figure 7 montre, à échelle agrandie, la tête de bielle de la figure 5.
Dans ces diverses figures, les mêmes signes de référence désignent les mêmes éléments.
Figures 1 à 4, la cage de roulement représentée est constituée à l'aide de deux rondelles de butée 1 dont chacune porte des protubérances 3 pourvues, latéralement, de faces cylindriques circulaires 3-3 qui enrobent, partiellement, les extrémités de chaque aiguille de roulement, les aiguilles de roulement n'étant pas représentées dans cette figure.
Les rondelles de butée 1 sont correctement maintenues entre elles grâce aux protubérances 4 qui forment corps avec elles et sont en contact bout à bout par leurs faces frontales 5.
Les aiguilles de roulement sont aussi correctement maintenues avec un intervalle minimum entre elles grâce aux! protubérances 2.
Conformément à la présente invention, la résistance au frottement de cette cage au cours de son fonctionnement a été améliorée par un traitement soit. de sulfuration soit de phosphoration ce sa surface sylindrique S représentée en grisé dans ces figures 1 à 4.
Dans les figures 5 à 7, la:tête 6 et le pied 7 d'une bielle 8 de moteur sont équipés avec des cages à aiguilles 9 et 10 similaires à la cage des figures 1 à 4 et dont les surfaces cylindriques 11 et 12 ont été traitées soit par sulfuration soit par phoaphoration en vue d'augmenter leur résistance au frottement.
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13 et 1.1. sont lefi ),igiCL110fi den caj¯;e i> 0 et 10*
Figure 7, pour la clarté du dessin, les rondelles de butée de la cage 9 ont été lion en contact avec le logement de ces cages dans la tête 6 de la bielle; mais, bien entendu, les têtes de ces rondelles sont en contact avec cet alésage
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par leur surface 11 tra-itoe coriCorm6ment à la présente invention*
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"BEARING NEEDLE CAGE AND" MECHANISMS
INCLUDING SUCH A CAGE.
Bearing needle retaining cages are used in different arrangements.
In some machines equipped with cages of this kind, by the very operation of said machines, these cages are subjected to sudden accelerations and decelerations, either in circumferential people, or in radial direction, which is why it would be interesting to be able to improve the friction behavior of the surfaces in contact between any cage subjected to all or part of these actions and any rolling path or neighboring parts thereof with which it may come into contact as well as with the moving rolling elements in the bat to reduce wear to the minimum possible, on the one hand,
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cage and the parts of the part forming the raceway with which it can come into contact. This is one. problem particular to the- :: needle bearings and which does not exist in bearings of other types where, as a result of the radial size markedly increases, the forces involved do not create the same difficulties.
The resolution of this problem has already been sought in a choice of materials used for the construction of cages; thus, very special materials, such as, for example, copper-based alloys have been used; the very nature of these materials is an obstacle to their use in all cases of ordinary mechanics which arise in industry; more common materials, such as plastics, have also been used; but these are insufficiently resistant under the various operating conditions, in particular, from the point of view of the loads and the admissible temperatures; other materials:
steel and ferrous products, have qualities such as: higher resistance, lower density and coefficient of expansion equal to that of the raceways, but their friction behavior is not satisfactory so that the cages established with these latter materials quickly undergo and cause wear.
The present invention specifically relates to ferrous metal cages, of any model whatsoever, usable under the conditions defined above and exhibiting the desirable resistance to friction; these ferrous metal cages are charac- terized by the fact that their rubbing surfaces are made of a material presenting to friction a resistance to wear greater than their own and that the bearing surfaces of the cage are dimensioned to withstand, in the cases of use considered, a unit pressure compatible with proper operation of the cage.
Such cages can be established using any
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Known means; for example, cages of this proof in a ferrous product can comprise, in their rubbing parts, a coating reported and established in a material having a friction behavior superior to that of the material of the cage.
Other cages, also in accordance with the present invention and made of a ferrous product, are characterized by the leakage that, in their surface parts subjected to friction, they contain, at least, a body improving the friction qualities of the ferrous product; among these bodies, sulfur and phosphorus can be cited, by way of example.
This body is incorporated into these parts of the cage by any known process, either chemical or otherwise.
The present invention also encompasses the methods of obtaining bearing cages of the latter type and, among these, it relates more particularly to the following:
1. The process according to which the friction parts of the cage are subjected to a surface treatment which improves the friction behavior of the material which constitutes them while said friction parts are completely machined, said treatment being carried out under conditions such as, in the event of modifications of the geometric shapes of this cage resulting from this treatment, these modifications are compatible with the subsequent use of the cage.
2. in the event that this surface treatment leads to modifications in the dimensions of at least part of the cage, this part is machined beforehand to dimensions such that, after the execution of this treatment, said part has the desired dimensions for the use of the cage.
Thus, or / particular, in the case of an ordinary cage which rotates not only around its own geometric axis, but which is, also, animated, in operation, with a movement around an axis not confused with its own geometric axis, the forces due to the centrifugal force resulting from this
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operation must not cause wear compatible with the proper functioning of the mechanism to which this bearing belongs due to the appearance of metal particles due to the wear caused at the points where parts of this box come into contact with either the bearing path. rolling,
or with other constituent parts of the bearing or immediately adjacent to it and serving to limit the radial displacement of the box.
More specifically, when such an ordinary cage is used to equip a connecting rod head or an eccentric, the circumferential speed imparted to the cage is not constant and causes additional constraints between the rolling needles and the cage; but, above all, the cage being driven, as a whole, with a movement around an axis not coincident with its own axis, in operation, it is based either on parts of the raceway, or on neighboring parts thereof and causes wear there.
In all these cases, by the use of cages conforming to those defined above, the wear of the friction parts of the bearings is reduced and the longevity of the mechanisms comprising such cages is considerably increased.
The present invention encompasses mechanical parts comprising such cages as well as mechanisms, machines and installations comprising, at least, one needle bearing fitted with such a cage.
As examples of implementation of the methods defined above for incorporating sulfur or phosphorus into the friction parts of a rolling cage, the following will be described:
1 Incorporation of sulfur.
The sulfur is incorporated by the process known as the "Sulfinuz" process whereby a sulphide layer is formed by salt bath treatment of the treated surface at a temperature of 5600 to 5800 C.
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2. Incorporation of phosphorus *
A thin layer of iron manganese phosphate is formed in a suitable salt solution by the process known as the "Parkolubrite" process which involves immersion in a suitable salt solution at a temperature slightly below the temperature of. boiling.
The accompanying drawings, given by way of example, and which in no way limit the scope of the present invention, show two applications of the invention
The first refers to a rolling cage conforming to that described in the Belgian patent application filed by the Applicants on July 22, 1954 for: "Rolling bearing with cylindrical rolling elements" under N 416.329 and granted on January 22, 1955 under N 530.574 and to which the present invention @ is applied *
The second application refers to an engine connecting rod mounted on a crankshaft and a piston pin, the head and the foot of said connecting rod being fitted with cages in accordance with the invention.
In these drawings:
Figures 1 to 4 correspond to a cage conforming to that of Figures 1 to 4 of Belgian patent N 530,574 of July 22, 1954 by the Applicants, patent recalled above, and Figures 5 to 7 to an engine connecting rod provided with such cages.
In the first group of these figures
FIG. 1 shows, in perspective, the assembly of said cage which is constituted by two lateral thrust washers, and oe, before the needles and the assembly elements are fitted.
Figure 2 is a partial perspective view of one of the thrust washers and one of the elongated bosses forming a spacer portion.
Figure 3 shows, in perspective, also, another detail
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of the same thrust washer.
FIG. 4 shows, in perspective, another embodiment of a portion of an entretoiae.
In the second group of figures, Figure 5 is a longitudinal axial section of the connecting rod considered.
FIG. 6 is a side view of the same connecting rod, the head and the foot being shown in section.
FIG. 7 shows, on an enlarged scale, the big end of FIG. 5.
In these various figures, the same reference signs designate the same elements.
Figures 1 to 4, the rolling cage shown is formed using two thrust washers 1, each of which carries protuberances 3 provided, laterally, with circular cylindrical faces 3-3 which partially coat the ends of each needle with bearing, the bearing needles are not shown in this figure.
The thrust washers 1 are correctly held together thanks to the protuberances 4 which form a body with them and are in end-to-end contact via their end faces 5.
The rolling needles are also correctly held with a minimum gap between them thanks to! protrusions 2.
In accordance with the present invention, the frictional resistance of this cage during its operation has been improved by either treatment. sulfurization or phosphorization that its sylindrical surface S shown in gray in these figures 1 to 4.
In Figures 5 to 7, the: head 6 and foot 7 of an engine connecting rod 8 are equipped with needle cages 9 and 10 similar to the cage of Figures 1 to 4 and whose cylindrical surfaces 11 and 12 have been treated either by sulfurization or by phoaphoration in order to increase their resistance to friction.
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13 and 1.1. are lefi), igiCL110fi den caj¯; e i> 0 and 10 *
Figure 7, for clarity of the drawing, the thrust washers of the cage 9 have been in contact with the housing of these cages in the head 6 of the connecting rod; but, of course, the heads of these washers are in contact with this bore
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by their surface 11 treated coriCorm6ment to the present invention *