Brevet FR2027951A1 — publié le 19701002

La présente invention se rapporte à une articulation à rotule creuse pour barres d'accouplement, et notamment pour barres de direction-et suspension d'automobiles. les articulations à rotule de direction et de suspension font 5 partie des éléments les plus importants d'une automobile. Elles doivent d'une part avoir une très grande résistance mécanique, car elles subissent de très grands efforts et leur rupture aurait des conséquences catastrophiques. Par ailleurs, elles doivent être aussi légères que possible, parce que, suivant leur emplacement, une 10 partie ou la totalité de leur poids contribue à celui des masses non suspendues et celles-ci doivent être aussi faibles que possible . La présente invention se rapporte à des articulations à rotule creuse pour barres d'accouplement, qui, pour une force de trans-15 mission donnée et à résistance égale, sont plus légères et meilleur marché que les formes de réalisation actuellement connues. Selon une particularité essentielle de l'invention, la paroi de la rotule creuse a une épaisseur variant suivant les emplacements et augmentant proportionnellement à la diminution du diamètre 20 extérieur, de manière que les résistances à la flexion, à la traction et à la compression soient pratiquement constantes. Suivant une autre particularité de l'invention, cette irrégularité d'épaisseur de la paroi de la rotule est réalisée par usinage d'un tube sans enlèvement de copeaux au moyen de galets profi-25 lises modifiant son diamètre extérieur. Avant ce fermage, ce diamètre est plus petit que celui de la boule de la rotule. Cette boule est élargie au moyen d'un galet profilé qui modifie le diamètre intérieur du tube et qui coopère avec les galets agissant sur le diamètre extérieur. Selon l'invention, le fond de la chambre intérieu-30 re de la boule est obturé hermétiquement. On peut réaliser cette obturation hermétique au moyen,d'un bouchon en une matière à déformation élastique, du caoutchouc par exemple. Mais on peut aussi la réaliser en réduisant à zéro le diamètre intérieur du tube. Un tube utilisé comme barre d'accouplement peut comporter des rotules pos-35 sédant les propriétés précitées à ses deux extrémités. Pour perfectionner encore un type de suspension, de plus en plus utilisé pour les roues avant des automobiles de tourisme, en utilisant l'articulation selon l'invention, on prévoit de former la rotule de cette articulation située à la partie inférieure de l'a 7000633 2 2027951 mortisseur hydraulique associé à la roue par usinage sans enlèvement de copeaux du tube extérieur de cet amortisseur. On obtient ainsi un montage des roues avant des automobiles de tourisme dans lequel la rotule d'articulation de la roue est 5 solidaire du tube extérieur de l'amortisseur hydraulique associé à cette roue, l'extrémité inférieure de ce tube étant montée au moyen d'une articulation à rotule dans un levier -articulé sur le châssis du véhicule. L'avantage de ce perfectionnement selon l'invention réside dans le fait qu'à résistance égale, la suspension est plus 10 légère et peut être fabriquée plus économiquement que celles connues jusqu'à présent. Pour améliorer la transformation sans enlèvement de copeaux d'un tube en une rotule ayant des résistances à la flexion, à la traction à la compression pratiquement constantes, de manière à ob-15 tenir une texture particulièrement homogène de sa matière, on prévoit par ailleurs, selon l'invention, de façonner le tube à la fois au moyen de galets profilés modifiant son diamètre extérieur et au moyen de têtes de refoulement agissant sur ses extrémités. Une tête à surface de refoulement plane peut agir sur une des extrémités 20 de ce tube et une tête à surface sphérique concave sur l'autre. Mais on peut aussi faire agir à chaque extrémité une tête de refoulement à surface sphérique concave. Une protubérance fait saillie de ces surfaces concaves. Les galets profilés peuvent agir sur le diamètre extérieur du tube en même temps que les têtes de refoule-25 ment sur -ses extrémités. Ce perfectionnement de l'invention rend la fabrication encore plus rationnelle et permet de diminuer encore l'ouverture de la boule. Dans le but de perfectionner encore l'invention et de l'amé-30 liorer de façon à pouvoir rendre 1'ouverture de la boule très petite et à simplifier considérablement l'usinage sans enlèvement de copeaux, notamment pour les grosses rotules destinées aux camions et comportant un rétrécissement ou col particulièrement prononcé, il est enfin prévu selon l'invention de soumettre le tube, avant de 35 mettre en oeuvre les galets de forme, à un refoulement qui le transforme en une pièce creuse à tête sphérique et queue conique. Ce refoulement est effectué à l'aide d'une matrice en deux parties dont l'une comporte une surface sphérique concave et l'autre une surface sphérique concave et un alésage conique. Une protubérance peut faire 7000633 3 2027951 saillie de la surface concave de l'une de ces parties de matrice afin de guider la surface frontale du tube. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard 5 des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : La figure 1 est une coupe axiale d'une barre d'accouplement de direction comportant à chaque extrémité une articulation à rotu-10 le selon l'invention. La figure 2 montre le début du façonnage d'un tube pour donner une rotule de la figure 1. La figure 3 est une vue en élévation latérale avec coupe partielle de l'ensemble de la figure 2. 15 ' La figure 4 montre la fin du formage de la rotule. La figure 5 est une coupe partielle transversale du col de la rotule de la figure 4. La figure 6 montre le début du formage d'une autre rotule à plus grande force de soutien pour laquelle on utilise un tube très 20 court à paroi plus épaisse. La figure 7 montre la fin du formage du tube de la figure 6. La figure S représente la rotule de la figure 7 après usinage de sa boule et de sa queue conique et après filetage. La figure 9 montre la phase finale du formage de l'extrémité 25 inférieure du tube extérieur d'un amortisseur hydraulique associé à une roue avant pour la transformer en une rotule selon l'invention. La figure 10 est une coupe longitudinale de la partie inférieure d'un amortisseur hydraulique pour automobile de tourisme de 30 puissance moyenne. La figure 11 représente l'ensemble de la suspension d'une roue avant d'automobile de tourisme, comportant un amortisseur selon les figures 9 et 10. La figure 12 est une coiipe partielle axiale d'un tube desti-35 né à fabriquer une barre d'accouplement portant à chaque extrémité une rotule selon l'invention. La figure 13 montre la phase finale de l'élargissement des extrémités du tube de la figure 12. 7000633 4 2027951 la figure 14 montre le début de formage du tube de la figure 13 au moyen de galets profilés et de têtes de refoulement. La figure 15 montre la phase finale de ce formage. La figure 16 représente en élévation la barre d'accouplement 5 terminée, comportant à chaque extrémité une rotule selon l'invention La figure 17 montre le début du formage dans un tube court d'une rotule selon l'invention à l'aide de galets profilés et de têtes de refoulement. La figure 18 montre la phase finale de ce formage. 10 La figure 19 est une coupe longitudinale d'un tube avec le quel une rotule selon l'invention sera préformée par refoulement. La figure 20 montre la phase finale du refoulement qui transforme le tube de la figure 19, à l'aide d'une matrice en deux parties, en une pièce creuse à tête creuse et queue conique. 15 La figure 21 montre la phase finale du formage qui transfor me la pièce de la figure 20 en une rotule selon l'invention au moyen de trois galets profilés ; et La figure 22 est une coupe transversale de l'extrémité de la queue rotule de la figure 21. 20 Le bras 1 d'une direction d'automobile, qui peut être .par exemple à crémaillère, est relié par une barre d'accouplement 8 au levier de direction 12 fixé à la fusée. Cette barre 8 porte à chaque extrémité une rotule 23. Le diamètre extérieur 24 de ces rotules est plus grand que celui 31 de la barre tubulaire 8. Les rotu-25 les 23 sont logées dans des coquilles 2 en plusieurs parties qui sont maintenues axialement par des rondelles 5 également en plusieurs parties. Ces rondelles sont elles-mêmes maintenues par un écrou-chapeau 4 qu'une bague d'arrêt 3 en matière déformable élas-tiquement empêche de tourner. La barre est reliée au levier de di-30 rection 12 par une douille 9 portant un filetage 11 de réglage fin. Cette douille est immobilisée après le réglage au moyen d'une jonction par serrage comportant une fente 14 et une vis 15. Un chapeau 13 absorbe les efforts dirigés vers l'extérieur par l'intermédiaire des extrémités refoulées 16 de la douille 9. Des encoches 10 per-35 mettent de faire tourner cette douille pour le réglage. Des garnitures 6 empêchent la boue de pénétrer et le lubrifiant de fuir. On a représenté sur la figure 1 l'angle maximum de déviation 7 de la rotule, qui est d'environ 50°. 7000633 5 2027951 On obtient les rotules 23 des extrémités de la barre d'accouplement par formage de ces extrémités préalablement chauffées. On fait coopérer à cet effet trois galets profilés extérieurs 18 tournant dans des supports 17 et poussés radialement vers l'inté-5 rieur et un galet profilé intérieur 19, qui est repoussé radialement vers l'extérieur. Ce formage, qui peut être effectué rationnellement sur une machine-outil automatique, donne à la rotule 23 des parois d'épaisseurs différentes 22, 25, 28, 30. Cette épaisseur augmente proportionnellement à la diminution du diamètre extérieur, 10 ce qui donne une pièce dont les résistances à la flexion, à la traction et à la compression sont pratiquement constantes. Sur la partie 20 la plus rétrécie de la rotule, qui a le diamètre 32 le plus faible, l'épaisseur 28 de la paroi est maximale ; la partie 24 à plus grand diamètre a l'épaisseur 25 la plus faible. le fond 26 de la 15 rotule est obturé hermétiquement par diminution du diamètre intérieur 21 de la barre 8 jusqu'à obtenir un contact en 27, si bien que le lubrifiant de l'articulation ne peut fuir même s'il est fluide. Une gorge annulaire 29 formée par empreinte à la transition de la queue conique de la rotule à la partie médiane, non dé-20 formée de la barre 8 sert à fixer les garnitures 6. Contrairement à la rotule de la figure 1, qui est formée directement sur la barre d1 accouplement tubulaire 8, la rotule 43 de la figure 8 comporte un cône 46 et un filetage 47 permettant de la relier de manière amovible à une barre d'accouplement. Son fond 45 25 est obturé hermétiquement par un bouchon 44 en une substance défor-mable élastiquement, du caoutchouc par exemple. Dans ce deuxième exemple de réalisation, le galet profilé intérieur 34 porte un court siège de centrage 39, afin que la surface extérieure 36 de l'ébauche chauffée 35 en forme de tube puisse être 30 centrée au début du formage, le diamètre de ce siège 39 et le dia-exïerieur mètre/40 du galet 34 sont inférieurs de 0,1 mm au diamètre intérieur 37 de cette ébauche, le diamètre extérieur 42 de la rotule 43 complètement usinée est inférieur de la surépaisseur de rectification au diamètre extérieur 41. les galets 38 comportent une partie cy-35 lindrique qui forme le collet; portant le filetage 47 de la royale. On a représenté sur les figures 9 à 11 une autre forme de réalisation dans laquelle le tube extérieur 53 d'un amortisseur est façonné en forme de rotule 66 selon 1'.invention. 7000633 6 2027951 La roue avant 56 d'une automobile, suspendue sur le châssis 54 par un ressort hélicoïdal 51 est articulée sur une rotule 66 qui est reliée au tube extérieur 53 de l'amortisseur hydraulique associé à cette roue. L'amortisseur est relié au châssis en haut par la 5 tige 52 de son piston et en bas par un levier 55. La rotule 66 est logée dans un boîtier 68 de ce levier, dans lequel se trouve une coquille 67 en deux parties maintenue axialement par un couvercle 70a. L'étanchéité de l'articulation à rotule est donnée par une garniture 70. Un bouchon de caoutchouc 69 placé à la partie rétrécie 10 62 de la rotule 66 empêche le liquide de l'amortisseur de fuir. Pour obtenir cette rotule 66, on façonne l'extrémité inférieure du tube 53 à l'aide de trois galets profilés 60 qui agissent sur sa surface extérieure. Pendant ce formage, que l'on peut faciliter en chauffant préalablement l'extrémité du tube et que l'on peut 15 exécuter rationnellement sur des machines-outils automatiques, l'épaisseur 57 de la paroi du tube 53 est modifiée en l'augmentant à peu près proportionnellement à la diminution du diamètre extérieur. Lu fait que les parties 59, 64 de cette paroi sont plus épaisses que la paroi 57, on obtient une pièce ayant des résistances à la flexion, 20 à la traction et à la compression pratiquement uniformes. On utilise pendant le formage un mandrin auxiliaire 58 placé à l'intérieur du tube 53. Dans les formes de réalisation représentées sur les figures 12 à 16 et 17 ainsi que 18, il s'agit de perfectionnements de l'i-25 dée inventive, permettant d'obtenir, lors du formage d'un tube en une rotule ayant des résistances à la flexion, à la traction et à la compression pratiquement uniformes, une texture particulièrement homogène de la matière et donc une résistance particulièrement élevée . 30 On agrandit d'abord le tube 71, dont le diamètre extérieur 77 est inférieur à celui 80 de la boule de rotule 86 à obtenir, à l'aide de mandrins 72 qui agissent sur sa surface intérieure 76, de façon que le diamètre extérieur des extrémités 73 de ce tube atteigne ce diamètre 80. Cela ramène l'épaisseur 78 de la paroi du tube 71 à 35 l'épaisseur plus faible 79 à ses extrémités 73. Pendant l'opération suivante, on donne à ce tube 71 à extrémités élargies la forme d'une barre d'accouplement portant à chaque extrémité une rotule selon l'invention ; on utilise pour l'usinage trois galets profilés 74 tournant dans des supports 75 et agissant sur la surface extérieure 7000633 7 2027951 77 du tube, et des têtes de refoulement 81 qui agissent sur ses extrémités. Les parties 78, 79 et 87 de la paroi de la rotule 86 augmentent d'épaisseur avec la diminution du diamètre extérieur, ce qui donne une pièce dont les résistances à la flexion, à la 5 traction et à la compression restent pratiquement uniformes-. les têtes de refoulement 81 comportent une surface 82 sphérique concave d'où fait saillie une protubérance 83. Le diamètre extérieur 80 de la boule de la rotule 86 est supérieur de quelques dixièmes de millimètres au diamètre 85 de la pièce finie. L'usina-10 ge à la cote finale 84 peut être exécuté par rectification ou par calibrage à froid. Le tube 96 de la figure 17 est façonné en forme de rotule à l'aide de trois galets profilés 88 tournant dans des supports 89 et agissant sur son diamètre extérieur 91, et de têtes de refoulement 15 90 et 100 qui agissent sur ses extrémités. L'épaisseur des parties 94, 95, 97 et 98 de la paroi de la rotule augmente avec la diminution de ce diamètre extérieur, ce qui donne une pièce dont les résistances à la flexion, à la traction et à la compression sont pratiquement uniformes. La tête 90 porte une surface de refoulement 93 concave et sphérique d'où fait saillie une protubérance 92. La surface de refoulement 99 de la^tête 100 est plane. La dernière forme de réalisation des figures 19 à 22 montre enfin la fabrication d'une rotule selon l'invention, d'ans laquelle le tube 101 est soumis à une opération de refoulement avant la mise 2ç- en action des galets profilés 115. A cet effet, ce tube 101 est préfaçonné dans une matrice en deux parties. La partie 102 comporte une surface sphérique concave 103 portant une protubérance 104. L'autre partie 105 comporte une surface sphérique concave 106 et un alésage conique 111. La pièce creuse obtenue au moyen de la matrice composée de ces parties 102 30 et 105 a une tête sphérique 122 et une queue conique 112. Le diamètre 110 des surfaces sphériques 103 et 106 est un peu plus grand que le diamètre extérieur 108 du tube 101. Les diamètres 109 et 113 des extrémités de l'alésage conique 111 de la partie 105 de matrice sont indiqués sur la figure 21. Trois galets profilés 115 tournant 35 dans des supports 114 transforment le tube 101 préformé dans la matrice en une rotule 120 selon l'invention. Cette rotule est une pièce creuse dont les épaisseurs des parties 116, 118 et 123 de la paroi sont différentes et augmentent avec la diminution des diamètres extérieurs 117, 119, 121, ce qui donne une pièce dont les ré- 7000633 8 2027951 sistances à la flexion, à la traction et à la compression sont pratiquement constantes. Le diamètre extérieur 117 est un peu inférieur au diamètre 110, de sorte que l'épaisseur 116 de sa paroi est très légèrement supérieure à celle 107 de la paroi du tube 101. 5 Les avantages donnés par 1'invention résident en particulier dans le fait que l'épaisseur variable de la paroi de la rotule, qui augmente proportionnellement à la diminution du diamètre extérieur et donne une pièce à résistances à la flexion, à la traction et à la compression pratiquement constantes, permet d'obtenir la résis-10 tance maximale pour un poids minimal. On peut façonner rationnellement le tube utilisé à cet effet sur des machines-outils automatiques. La rotule ainsi obtenue peut être formée à l'extrémité inférieure du tube extérieur de l'amortisseur hydraulique associé à une roue avant, ce qui permet d'obtenir avec un prix de revient minimum 15 et une économie d'éléments particuliers une suspension de très grande résistance et de poids minimum. Cette réalisation réduit le nombre des éléments par rapport à celui des suspensions connues et permet de gagner de la place, ce qui est particulièrement précieux à cet endroit. L'action simultanée de galets de forme et de têtes de 20 refoulement dans les formes de réalisations perfectionnées de l'invention donne à la matière de la rotule, pendant sa fabrication, une texture particulièrement homogène et par suite une résistance particulièrement grande. On obtient de cette manière un autre avantage, qui consiste dans le fait que l'on peut rendre 1,'puverture de la 25 boule plus petite. Si les rotules selon l'invention sont destinées en particulier à de gros camions et comportent un étranglement ou col prononcé, il est convenable de préformer dans une matrice une tête sphérique et une queue conique et d'effectuer ensuite le formage à l'aide de galets profilés. On obtient encore une fois de cet-30 te manière une pièce à texture particulièrement homogène et donc à grande résistance dont l'ouverture de la boule est aussi petite que possible ; en même temps le formage au moyen de galets est facilité. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on 35 pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre. 7000633 9 2027951 REVENDICATIONS . 1. Articulation à rotule creuse pour "barres d'accouplement, en particulier pour la direction et la suspension d'automobiles, caractérisée par le fait que l'épaisseur de la paroi de la rotule 5 varie suivant les endroits en augmentant proportionnellement à la diminution du diamètre extérieur, de manière que la pièce ait des résistances à la flexion, à la traction, et à la compression pratiquement uniformes. 2. Articulation à rotule selon la revendication 1, carac- 10 térisée par le fait que l'on obtient pour la rotule une paroi d'épaisseur variable en façonnant un tube par usinage sans enlèvement de copeaux. 3. Articulation à rotule selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le tube est façonné au moyen de galets profi- 15 lés qui agissent sur sa surface extérieure. 4. Articulation à rotule selon la revendication 3, caracté-^ risée par le fait que le diamètre extérieur (31, 36) du tube (8, 35) est inférieur au diamètre extérieur (24, 41, 42) de la boule de la rotule (23, 43). 20 5. Articulation à rotule selon la revendication 4, caracté risée par le fait que la boule de la rotule (23, 43) est agrandie au moyen d'un galet profilé (19, 34) agissant sur" le diamètre intérieur (21, 37) du tube (8, 35). 6. Articulation à rotule selon la revendication 5, caracté- 25 risée par le fait que le galet profilé (19, 34) qui agit sur le diamètre intérieur (21, 37) du tube (8, 35) travaille en même temps que les galets (18, 38) agissant sur le diamètre extérieur (31, -36) de.ce tube. 7. Articulation à rotule selon l'une quelconque des reven- 30 dications précédentes, caractérisée par le fait que le fond (26, 45) de la cavité intérieure de la boule de la rotule est obturé hermétiquement. 8. Articulation à rotule selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le fond (45) de la cavité intérieure de sa 35 boule est obturé hermétiquement par un bouchon (44) en matière élastique ment déformable, du caoutchouc par exemple. 9. Articulation à rotule selon la revendication 7, caractérisée par- le fait que le fond (26) de la cavité intérieure de sa boule es" fermé hermétiquement par diminution du diamètre intérieur 7000633 10 2027951 (21) du tube (8) jusqu'à-une valeur nulle. 10. Articulation à rotule selon .1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le tube (8) comporte à chaque extrémité une rotule (23). 5 11. Articulation à rotule selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisée par le fait que la rotule (66) est obtenue par usinage sans enlèvement de copeaux du tube extérieur (53) d'un amortisseur hydraulique d'automobile. 12. Articulation à rotule selon l'une quelconque des reven-10 dications précédentes, caractérisée par le fait que le tube (71, 96) est façonné non seulement par des galets profilés (74, 88) agissant sur son diamètre extérieur (77, 91), mais aussi par des têtes de refoulement (81, 90, 100) agissant sur ses extrémités. 13. Articulation à rotule selon la revendication 12, carac-15 térisée par le fait qu'une tête de refoulement (100) à surface (99) plane agit sur une extrémité du tube (96) et qu'une tête (90) à surface de refoulement (93) sphérique concave agit sur son autre extrémité . 14. Articulation à rotule selon la revendication 12, earae-20 térisée par le fait qu'une tête de refoulement (81) à surface (82) sphérique concave agit sur chaque extrémité du tube (71).- 15. Articulation à rotule selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée par le fait qu'une protubérance (83, 92) fait saillie de la surface (82, 93) sphérique,,concave de la tê- 25 te de refoulement (81, 90). 16. Articulation à rotule selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisée par le fait que l'action des galets profilés (74) sur le diamètre extérieur du tube (71) et celle des -têtes de refoulement (81) sur ses extrémités sont simultanées. 30 17. Articulation à rotule selon l'une quelconque des reven dications 1 à 11, caractérisée par le fait qu'avant que les galets profilés (115) agissent sur lui, le tub'e (101) est soumis à une opération de refoulement qui lui donne préalablement la forme d'une pièce creuse à tête sphérique (122) et queue conique (112). 35 18. Articulation à rotule selon la revendication 17, carac térisée par le fait que l'opération de refoulement est exécutée à l'aide d'une matrice en deux parties dont l'une (102) comporte une surface sphérique concave (103) et l'autre (105), une surface sphérique concave (106) et un alésage conique (111). 7000633 2027951 19. Articulation à rotule selon la revendication 18, caractérisée par le fait qu'une protubérance (104) fait saillie de la surface sphérique concave (103) de l'une (102) des parties de la matrice.