Brevet FR2100902A1 — publié le 19720324

La présente invention se rapporte à des roues du type comprenant une jante agencée pour recevoir un pneumatique et un voile qui lui est relié et la supporte. L'invention concerne é-galement un procédé de fabrication de cette roue que 1'on appel-5 lera dans la suite "roue du type spécifié". l'expression "voile" ne se limite pas à un voile plat, mais englobe également des éléments non-plans, par exemple un voile em"bouti en cuvette; de plus elle ne se limite pas à des éléments nçn perforés, ledit voile pouvant être perforé si on 10 le désire. On a d'abord mis l'invention au point pour des roues du type spécifié devant être utilisées sur des camions, des poids lourds, des autobus, des autocars et des remorques, ainsi que d'autres véhicules louids à moteurs, ces roues étant connues, 15 de façon générale, dans la technique, comme roues de camions. Dans les roues de camions, le voile est décalé latéralement par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe de la roue, passant par le milieu de la jante, de sorte que la jante et le voile délimitent ensemble une chambre à face ouverte, le décala-20 ge latéral du voile par rapport au plan médian peut varier quelque peu, mais il est fréquent que le voile ou la partie radiale intérieure de cette portion se trouve dans un plan passant par ou voisin de l'une des frontières latérales de la jante. Gela permet d'utiliser la roue en un seul bloc, la chambre se trouvant 25 sur le côté latéral intérieur de la roue où elle entoure et reçoit le frein du véhicule ou bien de l'utiliser dans un bloc de roues jumelées, les deux voiles de chacune des roues étant disposés en regard sur le moyeu de la roue, ce bloc de roues jumelées comportant alors deux chambres dont l'une sert à recevoir le frein 30 du véhicule, tandis que l'autre est tournée axialement vers l'extérieur . On a proposé, dans la demande de brevet britannique N° 1.079.219, publiée le 16 Août 1967, de fabriquer une roue du type spécifié pour véhicule à moteur en réunissant la jante avec 35 le voile par une opération de soudage par friction, au cours de laquelle on place une bague annulaire autour des surfaces correspondantes des deux éléments pour empêcher la jante et le voile de se déplacer radialement l'un par rapport à l'autre. Comme il est décrit, on peut, dans certains cas, retirer la bague an-40 nulaire après achèvement du soudage par friction, tandis qu'on 71 25667 2 2100902 peut, dans d'autres cas, la laisser en position pour qu'elle devienne une partie intégrante de la roue obtenue pour former une "rainure" dans laquelle on peut placer un anneau fendu formant un rebord de jante amovible retenant le pneumatique. 5 Pour obtenir une soudure satisfaisante, il est impor tant de maintenir des conditions appropriées en ce qui concerne la conduction de chaleur à partir de et vers les faces en contact des deux pièces que l'on doit souder ensemble. Il est également important, d'un point de vue économique, que l'énergie dépensée 10 pour réaliser la soudure à friction soit maintenue aussi faible que possible. la présence d'une bague annulaire ayant comme premier objet de réaliser la mise en place radiale des pièces à souder introduit, qu'elle reste en place en tant que partie intégrante 15 de la roue ou qu'on l'en retire, des complications considérables pour assurer un écoulement de chaleur approprié à partir de et vers les faces, et entraine inévitablement une dépense d'énergie supplémentaire. De plus, dans la proposition antérieure où la bague 20 annulaire devait être retirée, la configuration des pièces devant être soudées par friction était telle qu'il était difficile de maintenir la stabilité de la forme de section droite désirée sous les pressions de forgeage qu'il faudrait exercer en direction axiale pour constituer la soudure. 25 On produit actuellement les roues du type spécifié en formant un rebord axial à la périphérie du voile, et en emboî-. tant ce rebord à l'intérieur du bord adjacent de la jante. On fixe ensemble les deux pièces par soudage à l'arc et cela implique de former des filets de soudure dans les coins présentés 30 d'abord par la face marginale du rebord et la face intérieure de la jante et ensuite par la face circonférentielle extérieure du rebord et la face marginale de la jante. Pour assurer une soudure suffisamment résistante, il faut contrôler soigneusement les profils des filets de soudure. 35 De procédé de fabrication d'une roue selon l'invention, comprenant deux composants structuralement séparés dont l'un comprend le voile, et l'autre, au moins une partie de la jante est caractérisé en ce que chaque composant se terminant par une face marginale tournée axîaleaent au voisinage de laquelle le compo-40 sant comprend une portion cylindrique, on fait tourner les com 71 25667 3 2100902 posants l'un par rapport à l'autre tout en maintenant en contact lesdites faces marginales sous pression axiale, et l'on fait cesser la rotation relative tout en maintenant la pression axiale pour réaliser une soudure par friction entre les deux composants, 5 les portions cylindriques étant, pendant toute la durée de l'opération, maintenues sans contact avec toute pièce de positionnement ou toute autre pièce. Par ce procédé, la transmission de chaleur par conduction à partir des faces marginales en contact mutuel a lieu 10 axialement le long des portions cylindriques dont la masse et la section sont déterminées pour un type particulier de roue et donnent, par suite, une vitesse de transmission de la chaleur donnée pour des paramètres de soudage par friction donnés, tels que la vitesse de rotation et la pression axiale. 15 Par conséquent, le procédé assure l'uniformité des conditions d'écoulement de la chaleur pendant la totalité du cycle de soudage. En outre, du fait que les portions que l'on porte à une température élevée sont cylindriques, la pression axiale 20 qu'il faut exercer pendant le stade du soudage par friction lorsque les éléments tournent l'un par rapport à l'autre et que l'on maintient ou même augmente une fois que la rotation a cessé, produit seulement un léger bourrelet au voisinage immédiat des faces marginales en contact, sans produire de déformations fâcheu-25 ses comme l'évasement, l'excentricité, etc... La jonction formée est en fait une soudure bord à bord entre les deux composants, et l'on ne se fie pas àun cordon ou un filet de soudure de profil ajusté pour assurer la solidité requise. Au pire, il peut être nécessaire de retirer une partie 30 ou la totalité du bourrelet ou de la protubérance formée à l'emplacement de la soudure, ce qui se distingue de la technique plus complexe du réglage de la forme de la protubérance. L'invention a en outre pour objet une roue formée à partir de composants structuralement séparés initialement dont 35 le premier comprend le voile tandis que le second comprend au moins une partie de la jante de la roue, cette roue étant caractérisée en ce que chacun de ces composants se termine par une face marginale tournée axialement, au voisinage de laquelle se trouve une portion cylindrique dans chaque composant, les deux: 40 composants étant réunis en uxe seule pièce par soudure réalisée 71 25667 4 2100902 par friction entre les faces marginales, ladite portion cylindrique de chaque composant ayant une longueur suffisante pour éviter une déformation avec évasement pendant la formation de la soudure, le premier ou le second des composants comprenant en outre, une 5 gouttière en saillie radiale vers l'extérieur et faisant corps avec le composant considéré avant l'opération de soudage par friction, et agencée pour recevoir un rebord de jante amovible retenant le pneumatique. Selon un mode d'exécution de la roue du type spécifié 10 selon l'invention, la gouttière en saillie est incorporée dans, le composant qui comprend également au moins ladite partie de la jante, et la portion cylindrique se terminant par la face tournée latéralement sur laquelle est formée la soudure par friction avec l'autre composant fait saillie axialement vers l'extérieur 15 de la gouttière en saillie. Les longueurs respectives, c'est-à-dire la longueur axiale des portions cylindriques des deux composants, sont suffisantes pour éviter une déformation avec évasement pendant la formation de la soudure. La gouttière en saillie peut aussi être constituée par 20 une branche axiale extérieure d'une partie de section générale en ïï de l'autre composant, la portion cylindrique dudit autre composant constituant la base de cette partie de section en ïï. La face marginale tournée axialement sur laquelle est réalisée la soudure a la même longueur qu'une face tournée axialement de 25 la gouttière en saillie. La longueur de la base de la partie à section en U et la longueur de la portion cylindrique dudit pre-■ mier composant sont suffisantes pour éviter une déformation avec évasement pendant la formation de la soudure. Par l'expression "déformation avec évasement", il faut 30 entendre tua rapprochement ou un éloignement de certaines parties d'un composant en direction radiale vers l'axe de la roue excluant l'écoulement de matière du voisinage immédiat de la surface de séparation entre les composants radialement vers l'extérieur ou radialement vers l'intérieur pour former un bourrelet à l'empla-35 cernent de la soudure. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, l'un des composants peut comprendre le voile, la gouttière en saillie et une partie de la^base de la jante de la roue se terminant par ladite face marginale tournée latéralement, tandis que l'autre 40 composant peut comprendre la partie restante de la jante de la 71 25667 5 2100902 roue se terminant par l'autre face marginale. L'emplacement de la soudure par friction entre les deux composants serait, dans ce cas,dans la région comprise entre la gouttière en saillie et le rebord de la jante retenant le pneumatique (amovible ou non 5 amovible) qui se trouve à la frontière axiale opposée de la jante de la roue. La description détaillée qui va suivre et les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitaitfs, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 10 Sur les dessins annexés : La figure 1 est une élévation latérale fragmentaire d'une roue réalisée selon un premier mode d'exécution de l'invention, dont un quart seulement environ a été représenté; La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de 15 la figure 1 ; La figure 2a représente une partie de la figure 2 à l'échelle agrandie, et —* la figure 3 est une coupe fragmentaire correspondant à la figure 2 et représentant un autre mode d'exécution de la 20 roue selon l'invention. La roue représentée sur les figures 1 et 2 comprend un voile 10 et une jante 11 qui constituent initialement des composants structuralement séparés en tôle par exemple en acier doux. 25 La jante 11 comprend une portion de base 12 sensible ment plate en section droite, c'est-à-dire constituant un cylindre dont l'axe coïncide avec l'axe 13 de la roue. La jante comprend en outre un rebord de jante 1 Retenant le pneumatique, disposé à la frontière axiale de la portion de base qui est 30 éloignée de la portion de disque 10. La roue comprend en outre un rebord de jante 15 monté de façon amovible sur la jante 11 à son extrémité axiale voisine du voile 10. Le rebord de jante amovible 15 se trouve sur la jante 11 sur laquelle il est supporté par une gouttière en sail-35 lie 16 faisant saillie vers l'extérieur qui constitue une branche axialement extérieure d'une partie 17 de section de forme générale en U de la jante 11 qui se trouve entre le voile 10 et la portion de base 12. La partie de section en U 17, la portion de base 12 et 40 la jante 14 font bloc et constituent un seul composant de la rouB 71 25667 6 2100902 avant qu'on effectue l'opération de soudage par friction qui va être décrite plus loin. Le voile 10 a la forme générale d'une cuvette dont la partie centrale 18 est généralement plane et dont la partie ex-5 térieure comprend deux portions dont l'une, 19 a une forme générale cylindrique tandis que l'autre, 20, a une forme troncônique et est reliée à la portion 19 et à la partie centrale par des angles arrondis. La portion cylindrique 19 se termine par une face marginale 21 tournée axialement. 10 Un certain nombre d'ouvertures 22 sont pratiquées dans la partie centrale 18 du •voile pour recevoir des goujons qui se trouvent sur un moyeu sur lequel la roue doit être montée. Le composant comprenant le voile 10 peut être formé à la presse à partir de tôles, les ouvertures 22 étant pratiquées après, ou 15 bien en même temps que le pressage. La base 23 de la partie en U 17 a également une forme générale cylindrique et présente une face marginale 24 tournée axialement qui constitue un prolongement de la face tournée axialement de la gouttière en saillie 16. La face marginale 24 est 20 écartée de l'axe de la roue 13 de la même distance que la face marginale 21 et ces faces reçoivent des formes complémentaires de façon que l'on puisse établir un contact sur toute la surface de la face marginale 21. Comme le montrent les figures, les faces marginales 21 et 24 peuvent être légèrement incurvées, lorsqu'on 25 les regarde en coupe suivant un diamètre de la roue. Ces faces marginales peuvent aussi être plates en section droite, et elles •peuvent se trouver dans un plan dirigé radialement par rapport à l'axe de la roue. On réalise la roue en mettant les faces marginales 21 30 et 24 des deux composants en contact mutuel, en appliquant aux composants des forces parallèles à l'axe 13 pour établir une pression de contact entre les faces marginales et en faisant tourner les composants l'un par rapport à l'autre, tout en maintenant cette pression. 35 Après une période de rotation pendant laquelle on élève la matière qui se trouve au voisinage immédiat des faces marginales 21 et 24 à une température à laquelle la soudure peut avoir lieu, on arrête la rotation et l'on maintient ou augmente la pression axiale pour réunir les composants. 71 25667 7 2100902 Pendant toute la durée de ce soudage par friction, la portion cylindrique 19 et la partie en U 17 ne sont en contact avec aucune autre pièce ni par l'extérieur ni par l'intérieur, et par conséquent, le transfert de chaleur à partir de la sur-5 face de séparation entre les deux composants a lieu par conduction a une vitesse qui ne dépend que des paramètres de soudage par friction et de la masse et des dimensions présélectionnées de la portion cylindrique 19 et de la partie en U 17 respectivement. 10 Par conséquent, les conditions de température dans les quelles on réalise la soudure peuvent être maintenues à un degré élevé d'une roue à l'autre. les seules portions de la roue qui sont à la fois chauffées à une température à laquelle la rigidité du métal est consi-15 dérablement réduite et soumises à une contrainte considérable sous l'action des forces, axiales appliquées pendant l'opération de soudage par friction sont la portion cylindrique 19 et la portion cylindrique 23. Ces portions ne sont soumises qu'à une contrainte de compression axiale et, par conséquent, elles ne se 20 déforment pas, à part le bourrelet au voisinage immédiat de la surface de séparation entre les composants, comme ce serait le cas si l'une ou l'autre des portions soumises aux contraintes avait une forme non cylindrique, par exemple cônique, en U, etc... Ces formes complexes peuvent être déformées lorsqu'elles sont 25 soumises à une pression axiale, tout en étant à une température à laquelle la rigidité du métal est considérablement réduite. Cette déformation peut n'être pas uniforme sur toute la circonférence et aboutir à une excentricité et un écart par rapport aux dimensions de la roue spécifiées. 30 Les bourrelets 25 et 26 qui sont produits par l'écou lement du métal à partir de la région de la. surface de séparation entre les composants dans une direction dirigée radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur, peuvent être autorisés à subsister, comme le montre la figure 2, ou bien on peut éliminer le 35 bourrelet ou une partie de celui-ci par meulage ou par une autre opération d'usinage. Comme le montre la figure 1, la portion cylindrique 19 n'est pas continue sur toute la périphérie du voile 10. Il convient de pratiquer quatre ouvertures 27 entre le voile et la 40 jante 19, en des positions réparties slit la circonférence de la 71 25667 8 2100902 roue. L'une de ces ouvertures permet d'accéder à une valve (non représentée) montée dans une ouverture pratiquée dans la portion de base 12 lorsque la roue fonctionne. Dans -un autre mode d'éxécution possible (non représen-5 té), la portion cylindrique 19 est continue sur la périphérie du voile 10, une ou plusieurs ouvertures d'accès étant pratiquées dans cette dernière pour permettre d'accéder à la valve. Lorsqu'un pneumatique a été monté sur la jante 11, on monte le rebord de jante amovible 15 sur la gouttière en saillie 10 16 pour achever le montage de la roue. * Si l'on se réfère à présent au type de roue représenté sur la figure 3, les éléments correspondant à ceux qui ont été décrits précédemment en regard des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes références respectives précédées du chiffre 1, et 15 la description précédente s'y applique. La jante 111 de la joue représentée sur la figure 3 comprend une portion de base 112, un rebord de jante fixe 114 et une partie en U 117 analogues à celles du premier mode d'exécution. La branche axialement extérieure de la partie en U 117 20 constitue une gouttière en saillie 116 qui coopère avec un rebord de jante amovible (non représenté), de la même façon que le fait la gouttière en saillie 16. La jante 111 comprend en outre une portion cylindrique 128 faisant saillie axialement vers l'extérieur de la gouttière 25 en saillie 116. Avant que le voile et la jante soient réunis par une opération de soudage par friction selon la description précédente, le portion cylindrique 128 présente axialement une face marginale 124 sur laquelle est formée la soudure. Le voile 110 peut être identique à celui qui a été dé-30 crit en regard des figures 1 et 2, ou bien il peut en être différent par le fait que la portion cylindrique 119 est un peu plus courte que la portion cylindrique 19. La portion cylindrique 119 se termine par une face marginale 121 écartée de l'axe 113 de la roue de la même distance 35 que la face marginale 124. Les faces marginales 121 et 124 se trouvent chacune dans un plan radial par rapport à l'axe de la roue. Lorsqu'on réunit les deux composants par soudage par friction, les portions cylindriques 119 et 128 ne sont en contact 40 avec aucune autre pièce ni l'une ni l'autre, de sorte que la cha 71 25667 9 2100902 leur est conduite à partir de la surface de séparation entre les composants uniquement suivant ces portions cylindriques. la longueur de la portion cylindrique 119 est suffisante pour éviter une déformation avec évasement pendant l'opération 5 de soudage par friction. Il y a lieu de noter que la portion cylindrique 128 est alignée avec la base 123 de la partie en U 117 qui a aussi une forme générale cylindrique. la longueur de la portion cylindrique 128 et la base 123 considérées dans leiir ensemble est 10 suffisante pour éviter la déformation avec évasement pendant l'opération de soudage par friction. On peut modifier le mode d'exécution de la figure 3 en n'alignant pas exactement la portion cylindrique 128 avec la base 123 de la partie en U. Par exemple, les portions cylindri-15 ques 123 et 119 peuvent être séparées de l'axe 13 d'une distance légèrement supérieure à la distance entre ledit axe et la base 123. Dans ce cas, la portion cylindrique 128 considérée séparément peut avoir une longueur suffisante pour éviter une déformation avec évasement lors de la constitution de la soudure. 20 Selon un troisième mode d'exécution, non représenté, 1'emplacement de la soudure se trouve dans une position représentée par la ligne en pointillés 129 sur la figure 3, sur la portion de base 112. Dans ce mode d'exécution, l'un des trois composants que l'on réunit par soudage comprend le voile 110, la 25 partie en ïï 117 et une portion cylindrique 112a de la portion de base. ïïne portion cylindrique peut être formée entre la partie en ïï 117 et le voile 110 ou bien l'on peut souder directement ce dernier à la pstie en ïï. L'autre composant comprend le reste de la, portion de base 112 et le rebord de jante fixe 114. Il y a 30 lieu de noter que ces deux composants comprennent chacun une portion cylindrique, respectivement 112a et 112b, présentant des faces marginales dirigées axialement vers l'autre composant à l'emplacement de la jonction soudée. Les conditions de transfert de la chaleur à partir de 35 la surface de séparation entre les composants peuvent ainsi être déterminées par la masse et les dimensions de section des portions 112a et 112b et les conditions pour établir une bonne jonction de soudure, par soudage par friction entre les deux composants existeraient, du fait de l'absence de contact entre les portions 40 112a et 112b et toivfce partie extérieure. La longueur des portions 71 25667 2100902 cylindriques 112a et 112b serait suffisante pour éviter une déformation avec évasement pendant la formation de la soudure. Dans le mode d'exécution représenté sur les figures 1 et 2, l'épaisseur, c'est-à-dire la longueur radiale de la portioh 5 cylindrique 19 est d'environ 7 mm et la longueur de cette portion cylindrique est d'environ 15 mm. La longueur de la portion cylindrique 23 est d'environ 12 mm. Il est préférable que la longueur de la portion cylindrique 19 et de la portion cylindrique 23 soit d'au moins 6 mm. Dans le mode d'exécution représenté sur 10 la figure 3, la portion cylindrique 119 et la portion cylindrique 128 ont chacune une épaisseur d'environ 10 mm et ont chacune une longueur d'environ 6 mm. 71 25667 n 2100902 KETVMDIOATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une roue comprenant une jante et un voile relié à la jante et la supportant, dans lequel on fome deux composants structuralement séparés dont lrun com- 5 prend le voile et l'autre au moins une partie de la jante, et l'on réunit ces composants pour former la roue, ledit procédé étant caractérisé en ce que 1'on forme chaque composant de façon qu'il se termine par une face marginale tournée axialement, au voisinage de laquelle le composant comprend une portion cy-10 lindrique, on fait tourner les composants l'un par rapport à l'autre tout en maintenant les faces marginales en contact sous pression axiale, on fait cesser la rotation relative tout en maintenant la pression axiale pour effectuer une soudure par friction entre les composants, et l'on maintient les portions 15 cylindriques, pendant toute la durée de l'opération de soudage par friction, hors du contact de toute pièce de positionnement ou de toute autre pièce. 2 - Roue comprenant une jante et un voile relié à la jante et la supportant, ladite roue étant formée à partir de com- 20 posants qui sont au début structuralement séparés dont le premier comprend le voile et le second au moins une partie de la jante de la roue, ladite roue étant caractérisée en ce que chacun de ces composants se termine par une face marginale tournée axialement au voisinage de laquelle se trouve une portion cylindrique 25 dans chaque composant, les deux composants étant réunis en une seule pièce par une soudure réalisée par friction entre les faces marginales, ladite portion cylindrique de chaque composant ayant une longueur suffisante pour éviter une déformation avec évasement pendant la formation de ladite soudure, le premier ou le 30 second composant comprenant en outre une gouttière en saillie radiale vers l'extérieur, constituant une partie intégrante du composant concerné avant l'opération de soudage par friction et agencée pour recevoir un rebord de jante amovible retenant le pneumatique. 35 3 - Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la gouttière en saillie est constituée par une branche axialement extérieure d'une partie de section de forme générale en U du second composant, ladite face marginale du second composanlr étant présentée à une frontière axiale de la partie en TJ et dans 40 une position située radialement à l'intérieur de la gouttière 71 25667 12 2100902 en saillie, et ladite portion cylindrique du second composant étant constituée par une base de cette partie à section en IJ. 4 - Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la gouttière en saillie est incorporée dans le second compo- 5 sant, et en ce que la portion cylindrique du second composant fait saillie axialement à l'extérieur de la gouttière en saillie. 5 - Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la gouttière en saillie est constituée par une branche axialement extérieure d'une partie de section de forme générale en 10 U du second composant, le second composant comprenant en outre une saillie cylindrique axiale à l'extérieur de la gouttière en saillie et qui est alignée avec une base de la section en U, cette saillie cylindrique et la base de la partie de section en U constituant ensemble cette portion cylindrique. 15 6 - Roue selon la revendication 2, caractérisée en ce que la soudure se trouve axialement à l'intérieur de la gouttière en saillie, en ce que cette dernière fait partie intégrante de l'un des composants avant la formation de la soudure et en ce que les portions cylindriques des composants font partie de la jante de la roue.