Brevet FR2503291A1 — publié le 19821008

2503Z91 L'invention concerne un joint à rotule ayant une capacité de charge améliorée, une gamme de mouvement étendue et une structure simplifiée en comparaison des joints à rotule classiques. On utilise communément des joints à rotule dans les ensembles de biellettes de direction pour véhicules automo- biles, dans les barres de traction, les barres de torsion et les structures similaires o il est nécessaire de transmettre une force d'un organe à un autre tout en permettant à l'un des organes de pivoter par rapport à l'autre. Les joints à rotule sont généralement formés d'une tige se terminant par une rotule disposée de manière à pouvoir pivoter librement à l'intérieur d'un élément d'emboîtement ou cuvette présentant une partie sphérique concave épousant la forme de la rotule. Les surfaces de portée correspondantes de la rotule et de l'élément d'emboîtement ou cuvette sont sou- vent sollicitées l'une vers l'autre de manière à former un assemblage relativement serré, éliminant le jeu et le bruit et compensant automatiquement l'usure des surfaces de portée. Les inconvénients des joints à rotule connus sont nombreux. La capacité de charge des joints est limitée à la zone relativement petite de la surface périphérique de la rotule qui coopère avec la surface correspondante de la cu- vette. Il faut une structure complexe pour assurer une pré- charge des surfaces de portée dans des dispositions o l'on désire éviter le bruit et le jeu et assurer automatiquement le rodage et la compensation de l'usure. La marge de mouvement ou la grandeur de l'angle entre les éléments reliés par le joint ainsi que la capacité de charge de l'ensemble sont limi- tées. On remédie aux inconvénients de la technique antérieure en prévoyant une structure de joint à rotule comprenant une tige se terminant par une tète hémisphérique creuse dont la surface sphérique périphérique correspond à une surface sphérique concave complémentaire de la cuvette, la tête hémisphérique présentant un coussinet de retenue convexe pra- tiquement hémisphérique qui retient la surface périphérique hémisphérique en la faisant pivoter librement par rapport à la surface de portée sphérique de la cuvette ou logement. On effectue la précharge des surfaces de portée correspondantes en précontraignant élastiquement le coussinet de retenue ou au moyen d'un anneau élastique sollicitant le coussinet de retenue en direction de la cavité hémisphérique de l'élément hémisphérique ou,encore, sollicitant une partie de la surface sphérique de la cuvette à coopérer avec la surface périphé- rique sphérique de l'élément hémisphérique. La présente invention remédie aussi aux inconvé- nients de la technique antérieure en prévoyant un joint à rotule plus léger et utilisant donc moins de matière et com- portant moins de pièces qu'il n'en faut généralement pour les applications o les pièces sont soumises à des efforts r e Pé t s, par exemple pour les barres d'accouplement, barres de direction, barres de torsion,etc.,de camions ou de tracteurs. En outre, l'invention propose un joint à rotule capable de s'adapter à un déplacement angulaire relativement grand entre les éléments assemblés par le joint et présentant, entre les surfaces de portée coopérantes, un ajustement serré exempt de jeu et de bruit et compensant automatiquement le rodage et l'usure. L'invention concerne ainsi un joint à rotule per- fectionné comprenant une tige qui se termine par une tête de rotule présentant une surface sphérique périphérique relati- vement grande qui s'applique à une surface sphérique concave complémentaire de l'élément d'emboîtement ou cuvette et une partie convexe pratiquement hémisphérique relativement petite à laquelle s'applique une partie concave hémisphérique cor- respondante d'un coussinet de retenue qui retient la grande surface sphérique périphérique de la rotule en la faisant pivoter librement par rapport à la surface de portée sphé- rique de la cuvette. La précharge des surfaces de portée correspondantes est assurée au moyen d'un anneau élastique sollicitant le coussinet de retenue vers la partie hémis- phérique relativement petite de la rotule ou.encore, au moyen d'un organe de retenue déformable élastiquement. D'autres buts et avantages de l'invention appa- taltront à l'homme de l'art à la lecture de la description suivante qui porte sur les meilleurs modes d'exécution en- visagés, considérée parallèlement aux dessins annexés o les mêmes références désignent des parties semblables ou équiva- lentes. La figure 1 est une élévation latérale partiellement en coupe d'un joint à rotule mettant en oeuvre la présente invention. La figure 2 est une vue de dessous de la stucture de la figure 1. La figure 3 une vue partielle analogue à la figure 1, montrant le joint avant l'assemblage final. Les figures 4 et 5 sont des vues correspondant res- pectivement aux figures 1 et 3, montrant une variante de l'invention. Les figures 6 et 7 sont des vues correspondant res- pectivement aux figures 1 et 3, montrant encore une autre variante de l'invention. Les figures 8 et 10 sont des vues correspondant res- pectivement aux figures 1 et 3, montrant encore une autre va- riante de l'invention. La figure 9 est une vue en plan de dessus d'une partie de la structure de la figure 8. La figure 11 une vue partielle correspondant à la figure 1 et montrant une modification dela stucture que représente cette figure. On considérera plus en détail les dessins et d'abord les figures 1 à 3. L'exemple de structure de joint à rotule selon l'invention comprend une rotule refoulée à froid 12 mnontée à une extrémité d'une tige saillante 14 et solidaire de celle-ci. La rotule 12 comprend un corps principal 15 de, diamètre relativement grand à proximité de l'endroit o elle fait corps avec la tige 14. Du côté diamétralement opposé à la tige, la rotule 12 présente une saillie hémisphérique 16 de diamètre notablement moindre que le corps principal 15 de la rotule, un épaulement annulaire généralement plat 18 en- tourant la saillie hémisphérique 16. La partie principale 15 de la rotule 12, entre l'épaulement 18 et la tige 14, présente une surface sphérique 19. La rotule 12 est montée dans un élément d'emboîtement ou cuvette 20 présentant un alésage 22 et une tige 26 faisant saillie de la surface extérieure de la cuvette. L'alésage 22 présente une surface sphérique 23 s'a- daptant à la surface sphérique 19 de la partie principale 15 de la rotule 12. L'alésage 22 de la cuvette diverge radialen-ent en direction de la tige 14 de manière à former une partie ter- minale tronconique d'alésage 24 correspondant à un rebord de retenue tronconique 28, s'étendant vers l'extérieur, par- dessus lequel est tendu un bourrelet annulaire 30 formé au niveau du bord extrême d'un élément d'étanchéité souple au joint à soufflet 32 résistant à l'huile et qui présente à son autre bord extrême un rebord annulaire 34, tendu autour de la périphérie de la tige 14. Le joint à soufflet 32 présente un corps plissé à la façon d'un soufflet 35 de sorte que, tandis que ses extrémités restent fixes, il peut être tordu, étiré et comprimé considérablement sans être endommagé. L'alésage 22 de l'élément d'emboîtement ou cuvette 20 se termine à son autre extrémité par un épaulement annulaire 36 et une lèvre annulaire 38 formant une gorge circulaire 39 qui reçoit un chapeau de retenue 40 généralement en forme de disque. Le chapeau de retenue 40 est de préférence une pièce emboutie d'acier à ressort présentant un col 41 disposé au centre, un évidement ou cavité partiellement sphérique 42 et un rebord périphérique 44, un coude inverse 46 étant formé entre l'évidement 42 et le rebord périphérique 44. Le col 41 reçoit par vissage un graisseur 48. Comme le montre la figure 3, la cuvette 20 est munie à l'origine d'un rebord rectiligne en forme de lèvre 38' et,pour assembler les trois parties principales qui forment le joint à rotule 10 de l'invention, on place la rotule 12 dans l'alésage 22 de la cuvette 20, on dispose le chapeau de retenue 40 de façon que son évidement partiellement sphérique 42 s'adapte à la saillie hémisphérique 16 de la rotule et, par une opération d'étampage, on replie le rebord 38' de la cuvette de manière à retenir le bord du rebord périphérique 44 du chapeau de retenue dans la gorge circulaire 39 (figure 1) entre l'épaulement annulaire 36 de la cuvette et la lèvre annulaire repliée 38 de la cuvette. On comprendra facilement que, pendant l'opération d'étampage, le bord du rebord périphérique 44 s'aplatit plus ou moins élastiquement, ce qui a pour effet d'appliquer une - précharge aux pièces assemblées de sorte que la surface par- tiellement sphérique 19 de la partie principale 15 de la ro- tule s'applique fermement à la surface partiellement sphérique 23 de l'alésage 22 de la cuvette et aussi que la surface par- tiellementsphérique de l'évidement 42 du chapeau de retenue 40 s'applique fermement contre la surface correspondante de la saillie hémisphérique 16 de la rotule 12. Donc, outre qu'elle assure l'assemblage définitif des pièces, l'opération d'étam- page a pour effet d'appliquer une précharge aux surfaces de portée en coopération de pivotement, empêchant le bruit et compensant automatiquement le jeu dû à l'usure normale des joints en service, après leur montage. Le centre de la surface sphérique 19 de la partie principale 15 du corps de la rotule et le centre de la saillie hémisphérique 16 de la rotule coïncident de sorte que l'on peut donner au joint à rotule de l'invention toute position angulaire extrême comme celle qui est indiquée en trait mixte sur la figure 1, sans aucun grippage. On considère maintenant les figures 4 et 5; la va- riante qu'elles représentent, désignée par la référence géné- rale 50, comprend la rotule 12 et la cuvette 20 décrites plus haut, la rotule 12 étant retenue dans l'alésage 22 de la cuvette 20 par un chapeau de retenue modifié 54 relativement rigide. Le chapeau de retenue 54 présente une ouverture ceh- trale filetée 56 munie du graisseur 48, un évidement ou cavité sphérique 58 et un rebord périphérique 60. L'évidement sphérique 58 s'appuie contre la saillie hémisphérique 16 de la rotule 12. Les moyens de sollicitation appliquant une précharge aux sur- faces de portée coopérantes sont formés d'un organe élastique séparé du chapeau de retenue 54 et qui est sous la forme d'une rondelle élastique en cuvette 62 disposée entre la lèvre 38 de la cuvette et le rebord périphérique 60 du bord du chapeau de retenue 54. La rondelle élastique 62 est normalement tron- conique (figure 5). Avant l'assemblage définitif du joint à rotule 50, on dispose le chapeau de retenue 54 en plaçant son rebord périphérique 60 contre l'épaulement 36 de l'alé- sage de la cuvette et on monte la rondelle élastique 62 en forme de cuvette contre le rebord périphérique 60 du cha- peau de retenue 54. Quand on forme la lèvre 38 de la cuvette en étampant ou en repliant le rebord 38', la rondelle élas- tique 62 s'aplatit élastiquement et est maintenue poussée contre le rebord périphérique 60 du chapeau de retenue 54, la rondelle élastique aplatie 62 et le rebord périphérique 60 du chapeau de retenue étant tous deux retenus dans la gorge circulaire 39 formée entre le gradin annulaire 36 de la cu- vette et la lèvre annulaire 38. On considère maintenant les figures 6 et 7; la va- riante qu'elles représentent, désignée par la référence géné- rale 70, est formée de la rotule 12 et de la cuvette 20 dé- crites précédemment et d'un chapeau de retenue modifié 72 muni d'une ouverture centrale filetée 74, d'un évidement ou cavité centrale 76 et d'un rebord périphérique 78. L'ouverture filetée 74 reçoit le graisseur 48. Un organe élastique séparé en forme de cuvette est utilisé, conjointement avec le chapeau de retenue 72, pour appliquer une précharge aux sur- faces de portée du joint à rotule 70. L'élément élastique 80 est muni d'un rebord tronconique périphérique 81, d'un évi- dement annulaire 82 et d'un coude inverse 84 à la jonction entre l'évidement annulaire 82 et le rebord tronconique périphérique 81. L'élément élastique 80 en forme de cuvette est supporté et tendu, par l'intermédiaire du bord de son rebord tronconique 81, par le chapeau de retenue 72 et son évidement annulaire 82 présente une surface sphérique appli- quée contre la surface périphérique de la saillie hémisphé- rique 16 de la rotule 12. Pendant l'assemblage du joint à rotule 70 (figure 7), on pose l'élément élastique 80 par-dessus la rotule 12, l'évidement annulaire 82 s'engageant par-dessus la saillie hémisphérique 16. On place le chapeau de retenue 72 par- dessus l'élément élastique 80 en forme de cuvette. On étampe ou on replie le rebord 38'de la cuvette pour former la lèvre annulaire 38 (figure 6) ce qui a pour effet de déplacer le chapeau de retenue 72 jusqu'à ce que son rebord périphérique bute contre le gradin annulaire 36 de la cuvette et de rete- nir le rebord périphérique 78 du chapeau de retenue 72 dans la gorge 39 ainsi formée. Pendant l'opération d'étampage, l'organe élastique 80 en forme de cuvette s'aplatit par- tiellement et maintient fermement la rotule 12 assemblée à la cuvette 20, l'organe élastique 80 sous tension assurant la précharge des surfaces de portée en coopération. Les principes de l'invention sont applicables aussi à des joints à rotule complète dont un exemple est indiqué en aux figures 8 à 10. La structure du joint à rotule 90 comprend une rotule complète 112 faisant corps avec l'extré- mité d'une tige 114. La rotule 112 est généralement sphérique à l'exception d'une surface plane 115 formée sur une partie diamétralement opposée à la tige 114. La rotule 112 est dis- posée dans un élément d'emboîtement ou cuvette 120 présentant un alésage 122 munie d'umepartie de surface sphérique 123 à la- quelle s'applique la surface sphérique 119 de la rotule 112. La cuvette 120 présente une partie terminale tronconique 124 qui diverge vers l'extérieur, le logement de la cuvette 120 formant un rebord correspondant 128 généralement tronconique qui diverge vers l'extérieur et par-dessus lequel doit se monter le bord à bourrelet 30 du joint à soufflet 32. L'alé- sage 122 de la cuvette présente une partie cylindrique élar- gie 125, une surface annulaire de gradin 127 étant formée en- tre la partie sphérique 123 de l'alésage 122 et la partie cy- lindrique élargie 125 de l'alésage. La surface du gradin an- nulaire 127 est située dans un plan imaginaire coupant la surface sphérique 119 de la rotule 112, pratiquement le long d'un diamètre. Le chapeau de retenue 40 est identique struc- turalement au chapeau de retenue 40 des figures 1 à 3, si ce n'est que son évidement sphérique 42 a la grandeur voulue pour loger la rotule complète 112. Il n'est pas nécessaire au fonctionnement correct du joint sphérique 90 des figures 8 à 10 que la rotule 112 soit munie d'une surface plane comme indiqué en 115. Toutefois, en prévoyant sur la rotule 112 une telle surface plane 115 disposée de manière à correspondre à la sortie du graisseur 48, on obtient un espace qui, une fois rempli de graisse, joue le rôle de réservoir à graisse. Comme on le voit surtout par la fig. 9, la partie terminale tronconique 124 de la cuvette et le rebord correspon- dant 128 évasé vers l'extérieur ne sont pas nécessairement circulaires mais peuvent avoir une forme élliptique de sorte que la tige 114 peut pivoter d'un plus grand arc le long du grand axe de l'ellipse que le long du petit axe. Une telle structure, assurant un plus grand mouvement angulaire de la tige 114 le long de l'axe longitudinal de la tige 126 que le long de l'axe perpendiculaire à celui-ci, présente un avantage particulier dans les joints à rotule servant à relier un bras de direction à la barre d'accouplement de direction d'un véhicule automobile dans lequel le pivotement latéral de la tige 114 par rapport à la tige 126 est relativement petit en comparaison du pivote- ment primaire le long de l'axe de la tige, et il suffit qu'il soit assez grand pour permettre la marge étroite de mouvement du bras de direction hors d'un plan horizontal, par exemple par suite du carrossage de la roue directrice. La structure de la fig. 9 assure un développement supplémentaire de la rotule 112 par la surface sphérique 123 de la cuvette aux parties laté- rales de la cuvette, désignées par 150 à la fig. 9, ce qui fait 25. que la résistance de la cuvette 120 est fortement accrue en comparaison des structures classiques et qu'il peut se produire une plus grande usure de la surface sphérique de portée 123 de la cuvette avant que la rotule 112 ne risque d'être retirée de la cuvette 120. En outre, un-rebord de retenue non circulaire 128 assure un meilleur ancrage de l'extrémité du joint 32 munie du bourrelet annulaire 30 et empêche la rotation du joint 35 relativement à la cuvette 120. On considère maintenant la fig. 11; elle représente un joint à rotule modifié 10' qui, au lieu d'être muni d'une rotule d'une seule pièce 12 comme indiqué pour les structures des figs. 1 à 7, comporte une rotule 12' en deux parties comprenant une portion hémisphérique 151 solidaire de la tige 14 et une partie séparée pratiquement hémisphérique 16' rem- plaçant la saillie hémisphérique solidaire 16 de la struc- ture des figures 1 à 7. La demi-rotule 15' présente une sur- face plane circulaire 18' s'appliquant à une surface plane circulaire correspondante 116 qui forme l'extrémité de l'6lé- ment hémisphérique 16'. Une structure commme celle de la fi- gure 11, o la rotule 12' est formée de parties séparées, permet des tolérances de fabrication plus largeset un aligne- ment moins précis des pièces pendant l'assemblage sans causer de grippage indésirable ni de frottement excessif entre les surfaces de portée du joint à rotule. Pour faciliter le graissage des surfaces de portée coopérantes, la surface sphérique 23 de l'alésage 22 de la cuvette (figures 1 à 7 et 11) et la surface-sphérique 123 de l'alésage 122 de la cuvette (figure 8) peuvent être munies de gorges appropriées, non représentées, qui facilitent aussi le transfert de lubrifiant, depuis le côté de la rotule qui est couvert par l'organe de retenue muni d'un graisseur 48 jusqu'à l'espacement situé sous le joint 32, de l'autre côté de la rotule. On voit donc que l'invention apporte des perfection- nements aux joints à rotule et atteint avec succès le but in- diqué plus haut tout en assurant de nombreux avantages très pratiques. On a représenté et décrit des modes d'exécution pré- férentiels de l'invention mais il est entendu que l'on peut avoir recours à des modifications sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDI CATI ONS 1 - Joint à rotule comprenant une rotule pivotant librement dans un élément d'emboîtement ou cuvette, ladite rotule étant montée à une extrémitée d'une tige faisant saillie versl'extérieur à travers une extrémité de la cuvette, la rotule présentant une surface sphérique périphérique, la cuvette présentant une surface d'alésage sphérique concave adaptée à une partie de la surface sphérique périphérique de la rotule à proximité de la liaison avec la tige,joint carac- térisé par un organe de retenue en forme de disque disposé à l'autre extrémité de la cuvette et muni d'un évidement par- tiellement sphérique concentrique à une partie de la surface sphérique périphérique de la rotule du côté le plus éloigné de la tige et s'adaptant à cette partie, par des moyens de sollicitation coopérant avec l'organe de retenue pour amener les surfaces sphériques concentrique à pivoter librement l'une par rapport à l'autre, et par des moyens retenant aussi bien les moyens de sollicitation que l'organe de retenue à l'autre extrémité mentionnée de la cuvette, ces moyens comprenant un gradin annulaire prévu dans la cuvette à proximité de cette autre extrémité, cette autre extrémité formant au-delà du gra- din annulaire un rebord replié pour former une lèvre retenant la périphérie de l'organe de retenue en forme de disque contre le gradin annulaire. 2 - Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de sollicitation sont constitués par l'organe de retenue en forme de disque lui-même, formé d'a- cier à ressort et présentant un rebord solidaire tronconique, la périphérie du rebord se déformant élastiquement lorsqu'elle s'engage entre le gradin annulaire et la lèvre de la cuvette. 3 - Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de sollicitation comprennent un organe élastique annulaire tronconique disposé entre la lèvre et l'or- gane de retenue en forme de disque, l'organe élastique annu- laire s'aplatissant notablement quand on forme la lèvre. 4 - Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de sollicitation sont formés d'une ron- delle tronconique en acier à ressort présentant une partie sphérique concave annulaire s'appliquant à une partie de la surface sphérique de la rotule, l'organe de retenue en forme de disque s'appliquant au bord de la rondelle en acier à res- sort et appliquant une pression contre ce bord lorsqu'il est fixé à l'autre extrémité mentionnée de la cuvette, sa pé- riphérie étant engagée entre le gradin annulaire et la lèvre. - Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la rotule est une rotule complète. 6 - Joint selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la rotule complète présente une surface plane diamétralement opposée au pivot. 7 - Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un graisseur disposé prati- quement au centre de l'organe de retenue en forme de disque. 8 - Joint selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la rotule présente une partie pratiquement hémis- phérique destinée à s'adapter à la surface sphérique partielle de la cuvette et une partie pratiquement hémisphérique de plus petit diamètre conçue pour s'adapter à l'évidement partiel- lement sphérique de l'organe de retenue en forme de disque. 9 - Joint selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les deux parties hémisphériques sont d'une seule pièce. 10 - Joint selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les deux parties hémisphériques sont séparées, chacune présentant une surface plane qui s'applique à une sur- face plane correspondante de l'autre.