Brevet FR2467314A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne un arbre ayant une rotule, ainsi que son procédé de fabrication. On a beaucoup utilisé dans l'industrie automo- bile des arbres ayant des rotules, par exemple pour les leviers de changement de vitesse et les axes de support de rétroviseurs. Habituellement, on fabrique ces arbres par des opérations de forgeage puis des opérations d'usi- nage permettant la formation des rotules. On considère ce- pendant que ces procédés connus présentent des inconvénients car ils provoquent une perte importante de matière. En ou- tre, les opérations de forgeage et d'usinage nécessitent beaucoup de main d'oeuvre si bien que l'augmentation des coûts de fabrication pose des problèmes. La demande de brevet japonais n' 53-33309 pu- bliée le 13 septembre 1978 en vue des oppositions, décrit une rotule montée sur un arbre par mise en oeuvre d'une opération de matriçage. Selon cette demande de brevet, une matière d'ébauche pratiquement tubulaire est d'abord fi- xée à l'arbre par soudage et l'ébauche est alors remise à une configuration sphérique par deux matrices coopé- rantes. Le procédé décrit présente cependant des inconvé- nients en ce que l'ébauche ne peut pas avoir une simple configuration tubulaire mais doit comporter une pièce de connexion destinée àêtre soudée sur l'arbre. En outre, le soudage lui-même est une opération coûteuse et qui prend du temps. L'invention concerne un arbre muni d'une rotule et dont la fabrication est facile et peu codteuse. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d'un arbre à rotule. Elle conderne aussi un arbre à rotule qui est fermement fixée sur l'arbre. Elle concerne aussi un arbre creux sur lequel une rotule sphérique est montée par emboutissage, cet arbre creux étant renforcé au niveau de la partie emboutie. Elle concerne aussi un arbre ayant une rotule fixée sur lui avec un dispositif empêchant les projections d'air ou d'huile de la rotule même lorsque la pression dans celle-ci augemente du fait par. exemple d'une augmen- tation de la température. Plus précisément, l'invention concerne une struc- ture comprenant un arbre de diamètre externe déterminé, et une enveloppe sphérique creuse ayant des trous diamétrale- ment alignés, dont le diamètre est inférieur au diamètre externe de l'arbre, l'enveloppe étant fixée à l'arbre au niveau des trous alignés, par déformation de l'arbre en di- rection radiale. L'invention concerne aussi un procédé de fabri- cation d'une telle structure comprenant un arbre et une rotule fixé sur lui, ce procédé comprenant la formation d'une ébauche cylindrique creuse, l'introduction de l'arbre dans l'ébauche, et la mise en forme de l'ébauche afin qu'elle constitue une rotule pratiquement sphérique, avec simul- tanément emboutissage de l'ébauche autour de l'arbre afin que celui-ci soit déformé localement par les bords de l'6- bauche et que les bords de l'ébauche mordent dans l'arbre et assurent ainsi uhe fixation robuste de la. rotule sur l'ar- bre.-- D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un arbre creux ayant une rotule réalisée selon l'invention X - les figures 2 à 5 sont des coupes représentant les différentes étapes de formation d'une rotule sur un arbre creux selon un mode de réalisation de -l'invention; - la figure 6 est une coupe analogue à la fi- gure 1 mais représentant un autre mode de réalisation de structure à arbre selon l'invention; - les figures 7 et 8 sont des coupes partielles d'autres modes de réalisation; - la figure 9 est une perspective représentant un autre exemple d'ébauche cylindrique creuse qui peut être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de l'in- vention; - la figure 10 est une coupe 1 et 6 mais représentant un autre mode l'invention; - la figure 11 est une coupe XI-XI de la figure 10; - la figure 12 est une coupe XII-XII de la figure 12; - la figure 13 est une coupe autre mode de réalisation de structure - la figure 14 est une coupe analogue aux figures de réalisation de suivant la ligne suivant la ligne longitudinale d'un selon l'invention; représentant P'ar- bre à rotule selon un mode de réalisation de l'invention, monté dans un support de miroir; et - la figure 15 est une coupe d'un levier de chan- gement de vitesse, pouvant comprendre une structure à ar- bre selon l'invention. La figure 1 représente une structure 1 formant un arbre à rotule selon un premier mode de réalisation de l'invention. La structure 1 comporte un arbre creux 2 et une rotule sphérique 3 fixée xur lui. La rotule 3 a des trous diamétralement alignés 6 destinés au passage de l'arbre 2. Les trous 6 ont cependant un diamètre infé- rieur au diamètre externe de l'arbre 2 si bien que ce dernier est déformé radialement vers l'intérieur par les bords des trous 6. Ainsi, les bords des trous 6 mor- dent dans l'arbre 2 et maintiennent fermement la rotule 3 sur l'arbre 2. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les trous 6 forment une paire de surfaces plates 5 diamétralement opposées. Les figures 2 à 5 représentent les étapes suc- cessives de la fabrication de la structure 1. Dans le procédé considéré, l'appareil utilisé comprend un bottier 8 de guidage ayant un alésage 8a de guidage et deux ma- trices 12A et 12B de mise en forme. Le bottier 8 a plu- sieurs tiges 9 de maintien, mobiles radialement et qui peuvent être commandées par tout dispositif convenable de mise en action, entre des positions avancée, comme repré- senté sur la figure 2, et en retrait, les tiges9 étant alors totalement en dehors de l'alésage 8a. Les matrices 12A et 12B ont des cavités pratiquement hémisphériques 13A et 13B et des trous axiaux 14A et 14B destinés au passage de l'arbre 2. Lors de la fabrication, l'arbre 2 est disposé coaxialement dans l'alésage 8a par passage dans les trous 14A et 14B formés dans les matrices 12A et 12B. Avant cette opération, une ébauche tubulaire 10 est placée au- tour de l'arbre 2. Cette ébauche 10 est mainteune dans l'alésage 8a entre les matrices 12A et 12B par les tiges 9. L'ébauche 10 a une longueur L qui est supérieure à la somme des longueurs 11 et 12 mesurées le long de la sur- face des cavités 13A et 13B des matrices. Les tiges 9 maintiennent l'ébauche 10 coaxialement à l'arbre 2, avec un espace annulaire intermédiaire 11. Les matrices 12A et 12B avancent des positions représentées sur la figure 2 l'une vers l'autre vers les positions représentées sur la figure 3 sur laquelle les extrémités opposées de l'é- bauche 10 ont pénétré dans les cavités 13A et 13B des ma- trices si bien que l'ébauche 10 peut être maintenue par les matrices 12A et 12B. Les tiges 9 de maintien sont alors mises en retrait et les matrices 12A et 12B avan- cent l'une vers l'autre, vers les positions indiquées sur la figure 4. Pendant cette étape, l'ébauche tubulaire 10 se déforme sous l'action des cavités et prend une confi- guration sensiblement sphérique. Lorsque les matrices 12A et 12B continuent à- avancer, les bords opposés de l'ébauche 10 sont chassés vers l'arbre 2. Comme les cavités 13A et 13B ont des sur- faces plates 15A et 15B au fond, des surfaces plates cor- respondantes 5 sont formées autour des trous diamétrale- ment alignés 6 qui sont délimités par les extrémités axia- lement opposées de l'ébauche 10. Les bords délimitant les trous 6 sont repoussés radialement vers l'intérieur par les matrices dans l'arbre 2 si bien que la surface ex- terne de l'arbre 2 est déformée comme indiqué par la ré- férence 7 sur la figure 5. Ainsi, les bords des trous 6 mordent dans l'arbre 2 et fixent fermement la rotule 3 sur celui-ci. Les matrices 12A et 12B comportent, aux bords des cavités 13A et 13B, des chanfreins 16A et 16B qui empêchent la formation d'une saillie ou bavure qui pour- rait se former autour de la rotule dans la partie corres- pondant aux surfaces en regard des matrices 12A et 12B.- Cependant, ces chanfreins 16A et 16B ne sont pas primor- diaux car une telle bavure ou saillie peut être suppri- mée ultérieurement. Dans une variante, les cavités 13A et 13B peuvent avoir des régions aplaties autour de leur bord afin qu'elles délimitent une bande plate autour de la rotule, si bien que la saillie ou bavure qui peut se former au niveau des surfaces de contact des matrices 12A et 12B se trouve vers l'intérieur du profil de la sphère. Dans le mode de réalisation représenté, les sur- faces plates 15A et 15B empêchent effectivement la forma- tion de plis aux extrémités opposées de la rotule 6. Grâce à ces surfaces plates 15A et 15B, l'ébauche 10 est obligée de glisser le long des parois des cavités des matrices si bien que les plis peuvent être évités et la précision de la configuration de la rotule peut être améliorée. En l'absence de ces surfaces plates, la rotule peut former des plis autour des trous 6 et parfois aussi des creux. Cependant, dans certaines applications qui tolèrent la présence de plis, les surfaces plates peuvent être suppri- mées. Dans ces conditions, la rotule 23 peut avoir une configuration véritablement sphérique, avec des trous diamétralement alignés 26 permettant le passage de l'ar- bre 22. Comme dans le mode de réalisation précédent, les bords des trous 26 déforment l'arbre 22 comme représenté par la référence 27 sur la figure 6. Dans les modes de réalisation des figures 1 et 6, les bords des trous de la rotule pénètrent dans l'arbre 22, dans toute l'épaisseur. Cependant, seuls les coins 2467314. des bords des trous peuvent mordre dans l'arbre comme re- présenté sur la figure 7. Lorsque l'arbre est plein comme indiqué par la référence 32 sur la figure 8, la surface de l'arbre 32 peut porter des ondulations ou des saillies donnant un résultat analogue afin que les bords des trous 36 de la rotule 33 puissent facilement mordre dans l'arbre 32. La figure 9 représente un autre exemple d'ébau- che tubulaire utile pour la formation de la rotule par mise en oeuvre du procédé de l'invention. Comme repré- senté, l'ébauche 40 porte, à chaque extrémité axiale 40a, plusieurs saillies axiales 40b destinées à mordre dans l'ar- bre. Dans le mode de réalisation représenté, les saillies b des extrémités opposées 40a sont décalées circonféren- tiellement les unes par rapport aux autres. Les-saillies peuvent être formées à une extrémité seulement de l'ébau- che. Ce mode de réalisation est avantageux parce que la rotule formée à partir de l'ébauche 40 est fixée de façon plus sUre sur l'arbre et présente une plus grande résis- tance à la torsion et au glissement. Les figures 10 à.12 représentent un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce dernier, l'arbre 52 contient une armature 17. Comme l'indiquent les fi- gures 11 et 12, l'armature a une section hexagonale dont la dimension, mesurée en diagonale, est proche du diamètre interne de l'arbre 52. La rotule 53 a une configuration analogue à celle de la rotule 3 du mode de réalisation de la figure 1 et a des trous diamétralement opposés 56 destinés à loger l'arbre 52. Comme dans les modes de ré- alisation précédents, les bords des trous 56 mordent dans l'arbre 52 et forment des déformations 57 de celui- ci. Comme l'armature 17 se prolonge au-delà des trous 56, l'arbre-52 est repoussé étroitement contre l'armature 17 et les déformations 57 ont des sections hexagonales com- me indiqué sur la figure 12. L'armature 17 renforce l'ar- bre 52 qui pourrait par ailleurs être affaibli au niveau des déformations 57. En outre, elle empêche la rotation de la rotule 53. La figure 13 représente une variante du mode de réalisation de la figure 1. Dans cette variante, l'arbre 2 a un orifice 18 qui relie l'espace intérieur de la rotule 3 à l'intérieur de l'arbre 2. L'orifice 18 empêche une augmentation de pression à l'intérieur de la rotule 3 qui pourrait étre présentée en cas de chauffage à température élevée de la rotule, par exemple au cours de la peinture. En l'absence de l'ouverture 18, l'air ou l'huile piégé dans la rotule 3 peut être chassé par les espaces étroits délimités entre l'arbre 2 et les bords des trous 6 formés dans la rotule 3 lorsque celle-ci est mise à température élevée au cours d'une peinture si bien que la peinture peut présenter des défauts et la rotule 3 peut être des- serrée. La figure 14 représente un exemple d'application de la structure 1 à arbre selon l'invention à un support de rétroviseur 19 d'automobile. Ce rétroviseur 19 comporte, à sa paroi arrière, un logement 21 dans lequel se loge la rotule 3 de la structure 1 afin que le rétroviseur 19 soit supporté mais puisse tourner. La figure 15 représente un exemple d'application de la structure à arbre selon l'in- vention à un mécanisme de changement de vitesse. L'arbre 2 peut pivoter au niveau de la rotule 3 qui le supporte par coopération avec un logement 60 formé dans un support 61 disposé sous un panneau 62 formant le plancher. L'ex- tréêmité inférieure de l'arbre 2 est raccordée à une tige 63 de commande de boîte de vitesses. La rotule 3 et le logement 60 sont recouverts par un couvercle 64 de pro- tection contre la poussière disposé sur le panneau 62. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in- vention. Par exemple, dans les modes de réalisation décrits précédemment, on a indiqué que les deux matrices avançaient mais une seule peut se déplacer au cours de l'opération d'emboutissage. REVENDICATIONS 1. Arbre à rotule, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre (2) ayant un diamètre externe déterminé et une enveloppe sphérique creuse (3) ayant des trous diamé- tralement alignés (6) dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre externe de l'arbre (2), l'enveloppe (3) étant fixée à l'arbre (2) au niveau des trous alignés (6) par déformation radiale de l'arbre (2). 2. Arbre à rotule selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'enveloppe comporte, dans l'un au moins des trous alignés, des saillies (40b) qui mordent dans l'arbre et assurent un maintien solide de l'enveloppe sur l'arbre. 3. Arbre à rotule selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'une armature (1.7) est placée dans l'arbre (52) afin qu'elle soit disposée entre les trous alignés (56) formés dans l'enveloppe (53) et au-delà de ceux-ci. 4. Arbre à rotule selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'arbre (2) est creux et a une ouverture (18) destinée à relier l'intérieur creux de l'enveloppe (3) à l'intérieur creux de l'arbre (2). 5. Procédé de fabrication d'un arbre muni d'une rotule fixée sur lui, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une ébauche cylindrique creuse, l'introduction de l'arbre dans l'ébauche, et le formage de l'ébauche afin qu'elle constitue une rotule pratiquement sphérique par emboutissage simultané de l'ébauche autour de l'arbre afin que celui-ci soit dé- formé localement aux bords de l'ébauche et que les bords de l'ébauche mordent dans l'arbre et fixent ainsi solide- ment la rotule sur l'arbre. 6. Procédé de fabrication d'un arbre sur lequel une rotule est fixée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une ébauche cylindri- que creuse, l'introduction de l'arbre dans l'ébauche, le maintien de l'ébauche coaxialement à l'arbre par un dis- positif de maintien, l'application de deux matrices de formage a l'ébauche afin que celle-ci soit maintenue par les matrices, le retrait du dispositif de maintien, et la mise en forme de l'ébauche par les matrices afin qu'elle constitue une rotule sensiblement sphérique, avec emboutissage simultané de l'ébauche autour de l'ar- bre afin que celui-ci soit déformé localement par les bords de l'ébauche et que les bords de l'ébauche mor- dent dans l'arbre en fixant ainsi solidement la rotule sur l'arbre. 7. Procédé de fabrication d'un arbre ayant une ro- tule sphérique fixée sur lui, ledit procédé étant caracté- risé en ce qu'il comprend la formation d'un arbre creux, l'introduction d'une tige d'armature dans l'arbre, la for- mation d'une ébauche cylindrique creuse, l'introduction de l'arbre dans l'ébauche, le maintien de l'ébauche co- axialement à l'arbre à l'aide du dispositif de maintien, l'application de deux matrices de mise en forme contre l'é- bauche afin que celle-ci soit maintenue par les matrices, l'enlèvement du dispositif de maintien, et la mise en forme de l'ébauche à. l'aide des matrices de manière qu'elle constitue une rotule sensiblement sphérique avec emboutissage simultané de l'ébauche autour de l'arbre afin que ce dernier soit déformé localement par les bords de l'ébauche et que les bords de l'ébauche mordent dans l'arbre en-ffixant ainsi solidement la rotule sur l'arbre.