Brevet FR2515129A1 — publié le 19830429

Perfectionnements aux articulations pour colonnes de direction. L'invention est relative aux articulations du gen- re des cardans qui, dans les colonnes de direction de véhicules comportant deux tronçons rectilignes non ali- gnés, relient ces deux tronçons entre eux de façon à transmettre les couples de l'un à l'autre, l'un desdits tronçons étant solidarisé avec le volant du véhicule et l'autre avec un organe de commande de l'orientation horizontale des roues avant de ce véhicule, organe tel qu'une vis sans fin. On connait l'intérêt que présentent au plan de la sécurité de telles colonnes de direction constituées de tronçons non alignés articulés entre eux: lors d'un choc frontal subi par le véhicule, un rapprochement longitudinal des deux extrémités d'une telle colonne est en effet rendu possible par la fermeture de l'angle de "cassure" formé entre ses tronçons constitutifs de sorte que le volant peut demeurer en place au lieu d'être repoussé brusquement vers l'intérieur de l'habitacle. L'invention vise plus particulièrement, parmi les articulations considérées, celles qui comprennent un premier tourillon d'axe perpendiculaire à celui du pre- mier tronçon de colonne et porté par une première four- che solidaire de ce premier tronçon, un second touril- lon d'axe perpendiculaire à celui du second tronçon de 'colonne et porté par une seconde fourche solidaire de ce second tronçon, et un corps central portant, dans deux logements d'axes perpendiculaires entre eux, par l'in- termédiaire de deux manchons en matériau élastomère, deux douilles rigides propres à recevoir respectivement les deux tourillons, chacun de ces deux manchons ayant sa surface intérieure solidarisée avec la surface ex- terne de la douille correspondante et sa surface exté- rieure solidarisée avec la surface interne du logement correspondant. Avec de telles articulations, les rotations du volant se traduisent par des déformations alternatives des manchons en ce sens que les axes des douilles s'in- clinent sur les axes des logements correspondants en écrasant certaines portions des manchons correspondants l O et au contraire en sollicitant à l'expansion d'autres portions de ces manchons. Dans les modes de réalisation connus de ces arti- culations, les manchons sont limités non seulement in- térieurement, mais aussi extérieurement, par des sur- faces cylindriques de révolution, l'épaisseur radiale de chaque manchon étant donc la même en tous les points de ce manchon. L'amplitude maximum des inclinaisons entre les douilles et leurs logements, laquelle limite supérieu- rement l'angle de cassure formé entre les deux tronçons de la colonne de direction, est alors elle-même limitée -par ladite épaisseur des manchons: au-delà d'un certain degré de déformation de ces manchons correspondant à un écrasement local maximum de ceux-ci,on observe en effet des points durs désagréablement ressentis par l'usager du volant. Comme l'épaisseur en question est elle-même limi- tée supérieurement par le fait que les articulations ne doivent pas être trop souples, l'angle de cassure de ces articulations est limité à une valeur faible, générale- ment inférieure à 10 . L'invention a pour but, surtout, d'augmenter l'am- plitude maximum envisageable pour les angles d'inclinai- son entre les douilles et leurs logements et donc l'an- gle de cassure susceptible d'être formé entre les deux tronçons de la colonne de direction. A cet effet, les articulations du genre en ques- tion sont, selon l'invention, essentiellement caractéri- sées en ce que le diamètre extérieur de chacun de leurs manchons en élastomère croit entre le centre de ce manchon et chacune de ses deux extrémités axiales, la surface interne de chaque logement de leur corps central étant étranglée en correspon- dance. Dans des modes de réalisation préférés, on a re- l O cours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: l'épaisseur radiale de chaque manchon demeure cons- tante dans une zone centrale de ce manchon, la dimension axiale de la zone centrale à épaisseur constante est de l'ordre du tiers de la longueur axiale du manchon, chacune des deux extrémités axiales du manchon est délimitée extérieurement par une surface tronconique, le demi-angle au sommet de chaque surface tronconi- que est compris entre 10 et 250, étant de préférence de l'ordre de 15 à 200, chacun des deux manchons est délimité extérieure- ment par une surface à courbure continue du genre hyperbololde de révolution, l'épaisseur radiale de chaque manchon est de l'or- dre de 3 mm au centre de celui-ci et de l'ordre de 6 mm à chacune de ses extrémités axiales. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive. La figure 1, de ce dessin, montre en vue laté- rale, parties arrachées, une articulation de colonne de direction établie conformément à l'invention. La figure 2 montre, en coupe axiale par rapport à l'un des deux manchons et en coupe transversale par rapport à l'autre manchon, le corps central d'une telle articulation. La figure 3 montre semblablement à la figure 2 une variante du corps central également conforme à l'invention. L'articulation considérée est destinée à relier entre eux les deux tronçons rectilignes constitutifs d'une colonne de direction, savoir un premier tronçon 1 d'axe géométrique X et un second tronçon 2 d'axe géométrique Y. Cette liaison doit être telle que, d'une part, les axes X et Y forment entre eux un certain angle de "cassure" non nul, et que, d'autre part, les couples exercés sur l'un des deux tronçons autour de son axe soient transmis à l'autre tronçon et inversement. Le tronçon 1 de la colonne est solidarisé à son extrémité axiale supérieure, lwplus éloignée de l'ar- ticulation considérée, avec un volant de commande de direction de véhicule. Le tronçon 2 est solidarisé, quant à lui, à son extrémité axiale inférieure, la plus éloignée de l'ar- ticulation, avec une pièce de commande de l'orientation horizontale des roues avant du véhicule, pièce telle qu'une vis sans fin. Chacun des deux tronçons 1 et 2 est supporté, directement ou non, par le chàssis du véhicule en une zone éloignée de l'articulation, de sorte que celle- ci est flottante dans l'espace et prend automatiquement la position correspondant à une répartition homogène des efforts de déformation sur ses constituants. Le tronçon 1 porte, par l'intermédiaire d'une chape ou fourche 3, un tourillon 4 d'axe A perpendiculaire à l'axe X-. Le tronçon 2 porte,par l'intermédiaire d'une chape ou fourche 5, un tourillon 6 d'axe B perpendiculaire à l'axe Y. Un corps métallique central 7 est évidé de part en part par deux logements 8 et 9 d'axes perpendiculaires entre eux dans lesquels sont logées respectivement,avec interposition de manchons en caoutchouc ou élastomère 10 et 11, deux douilles cylindriques métalliques 12 et 13 propres à recevoir elles-mêmes jointivement respective- ment les deux tourillons 4 et 6. Chaque douille 12,13 est solidarisée par vissage avec le tourillon qu'elle contient et avec la fourche qui supporte ce tourillon. A cet effet, chaque tourillon 4,6 est constitué par un boulon sur l'extrémité filetée duquel est vissé un écrou tel que celui visible en 14 sur la figure 1. Ce vissage a pour effet de serrer les deux ailes de fourche traversées par le boulon en question contre les extrémités axiales de la douille correspondante,lesquel- les extrémités débordent en général axialement par rap- port au manchon correspondant. La face intérieure de chaque manchon 10 est elle- môme solidarisée avec la face externe de la douille 12,13 que ce manchon entoure et la face extérieure dudit manchon est solidarisée avec la face interne de son logement 8,9. Cette solidarisation peut être effectuée de toute façon désirable, par exemple par adhérisation,par collage et/ou par emmanchement à force,le manchon étant,dans ce dernier cas,comprimé au moins localement, radialement et/ou axialement, lors de son montage, et demeurant en- suite dans cet état comprimé. Le mode de solidarisation adopté pour la face inté- rieure du manchon peut différer de celui adopté pour la face extérieure. L'invention réside essentiellement dans la forme de cette face extérieure du manchon, laquelle est une ré- plique exacte de la face interné du logement correspon- dant, au moins après le montage dudit manchon dans l'ar- ticulation, vu que celui-ci peut subir une déformation par compression lors de ce montage. Cette forme n'est plus ici cylindrique de révolu- tion comme dans les réalisations connues. Elle est encore ici de révolution, mais présente un col central rétréci C raccordé axialement, de façon continue ou non, à des embouchures évasées E. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le col C est cylindrique en ce sens qu'il conserve le même diamètre minimum sur une certaine longueur axiale: cette longueur est ici de l'ordre du tiers de la longueur axiale du manchon, mais elle pourrait être plus courte, voire nulle, ou au contraire plus longue et atteindre par exemple la moitié de cette longueur axiale du manchon. Le col central C est ici raccordé le long de ses deux extrémités axiales circulaires à deux surfaces tronconiques constituant les embouchures évasées E. Le demi-angle au sommet de chacune de ces deux surfaces tronconiques est compris entre 10 et 250, étant de préférence de l'ordre de 15 à 20 . L'épaisseur radiale de la zone centrale de chaque manchon une fois monté est du même ordre de grandeur que celle des manchons cylindriques connus, étant no- tamment de l'ordre de 3 à 5 mm, et cette épaisseur atteint sensiblement le double de cette valeur à cha- que extrémité axiale du manchon une fois monté. Du fait de la compression possible du manchon lors de son montage, sa surface extérieure peut présenter à l'état libre des embouchures E plus évasées qu'après montage: c'est ainsi qu'une valeur de 120 du demi- angle au sommet d'une telle embouchure E après montage du manchon avec compression peut correspondre à une valeur de 15 ou 16 de ce demi-angle pour l'état libre du manchon. Dans le mode de réalisation illustré sur la fi- gure 3, la courbure de la surface considérée définis- sant l'extérieur du manchon monté est continue tout le long de cette surface, sa forme générale étant celle d'un hyperboloide de révolution ou analogue. Dans tous les cas, chaque manchon évasé présen- te approximativement la forme générale d'un diabolo étiré axialement. Avec de tels manchons évasés ou diabolos, on peut atteindre pour l'angle d'inclinaison entre l'axe de chaque douille et celui de son logement évidé dans le corps central une valeur maximum très supérieure à celle susceptible d'être atteinte avec les manchons cylindriques connus présentant une souplesse compara- ble, c'est-à-dire une épaisseur comparable en leur zone centrale. C'est ainsi que cette valeur maximum est prati- quement doublée par rapport aux constructions à man- chons cylindriques, passant d'environ 50 à environ 10 si l'on donne au demi-angle d'évasement de chaque em- bouchure E une valeur de 150. On peut ainsi doubler l'angle de cassure entre les axes X et Y des deux tronçons l et 2 constituant la colonne de direction, cet angle pouvant atteindre une valeur de 20 pour l'exemple numérique donné ci- dessus: en effet, chacun des deux diabolos assume à chaque instant à peu près la moitié de l'effort de déformation global imposé à l'ensemble de l'articula- tion lors des rotations du volant, l'un de ces diabolos travaillant à la torsion quand l'autre se déforme en "cône" et inversement. Cette possibilité de donner à l'angle de cassu- re une valeur élevée constitue un avantage important pour certaines colonnes de direction, en particulier lorsque l'espace disponible au voisinage de cette colon- ne doit être occupé par d'autres accessoires. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'articula- tions pour colonnes de direction dont la constitution et les avantages (notamment la possibilité de donner à l'angle de cassure une valeur relativement élevée) résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réa- lisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles o l'une au moins des deux douilles serait supprimée, le rôle de cette douille pouvant alors être directement assumé par le tourillon qu'elle reçoit et ces deux pièces (douille et tourillon) pou- vant alors être considéréescomme fusionnées en une seule: c'est le cas lorsque la solidarisation du manchon avec le tourillon qui le traverse est assurée par compression axiale, ce tourillon étant par exemple constitué par un boulon approprié à épaulement régla- ble en position axiale. Il est à noter que l'invention vise non seule- ment les articulations décrites ci-dessus, mais aussi les corps centraux de ces articulations, équipés ou non de leurs diabolos et de leurs douilles, ainsi que les diabolos propres à équiper ces corps centraux. REVENDICATIONS 1 Articulation pour relier entre eux les deux tronçons rectilignes non alignés ( 1, 2) d'une colonne de direction, comprenant un premier tourillon ( 4) d'axe {A) perpendiculaire à celui (X) du premier tronçon de colonne ( 1) et porté par une première fourche ( 3) soli- daire de ce premier tronçon, un second tourillon ( 6) d'axe (B) perpendiculaire à celui (Y) du second tronçon- de la colonne ( 2) et porté par une seconde fourche ( 5) solidaire de ce second tronçon, et un corps central ( 7) portant, dans deux logements ( 8, 9) d'axes perpendicu- laires entre eux, par l'intermédiaire de deux manchons ( 10, 11) en matériau élastomère, deux douilles rigides ( 12, 13) propres à recevoir respectivement les deux tourillons, la surface intérieure de chacun de ces deux manchons étant solidarisée avec la surface exter- ne de la douille correspondante et sa surface extérieu- re étant solidarisée avec la surface interne du loge- ment correspondant, caractérisée en ce que le diamètre extérieur de chacun de ses manchons ( 10, 11) croit en- tre le centre de ce manchon et chacune-de ses deux extrémités axiales, la surface interne de chaque loge- ment ( 8, 9) étant étranglée en correspondance. 2 Articulation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que l'épaisseur radiale de chaque man- chon ( 10, 11) demeure constante dans une zone centrale ( 6) de ce manchon. 3 Articulation selon la revendication 2, carac- térisée en ce que la dimension axiale de la zone cen- trale (C) à épaisseur constante est de l'ordre du tiers de la longueur axiale du manchon ( 10, 11). 4 Articulation selon l'une quelconque des pré- cédentes revendications, caractérisée en ce que chacune des deux extrémités axiales du manchon ( 10, 11) est délimitée extérieurement par une surface tronconique (E). Articulation selon la revendication 4, carac- térisée en ce que le demiangle au sommet de chaque surface tronconique est compris entre 10 et 25 . 6 Articulation selon la revendication 5, carac- térisée en ce que le demi-angle au sommet de chaque surface tronconique (E) est de l'ordre de 15 . 7 Articulation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que chacun des deux manchons ( 10, 11) est délimité extérieurement par une surface à courbure continue du genre hyperbololde de révolution. 8 Articulation selon l'une quelconque des pré- cédentes revendications, caractérisée en ce que l'épais- seur de chaque manchon ( 10, 11) est de l'ordre de 3 mm au centre de celui-ci et de l'ordre de 6 mm à chacune de ses extrémités axiales. 9 Articulation selon l'une quelconque des pré- cédentes revendications, caractérisée en ce que l'un au moins des manchons ( 10, 11) est, en son état monté, comprimé au moins localement, radialement et/ou axia- lement. Articulation selon la revendication 9, carac- térisée en ce que l'une au moins des douilles ( 12, 13) est supprimée, son rôle étant joué par le tourillon ( 4, 6) correspondant. 11 Corps central d'une articulation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que chacun des deux logements ( 8, 9) d'axes per- pendiculaires entre eux qui l'évident de part en part est délimité par une surface de révolution présentant un col rétréci (C) et deux embouchures évasées (E). 12 Manchon de révolution propre A équiper un logement d'un corps central selon la revendication 11, et présentant une surface interne cylindrique, carac- térisé en ce que son diamètre extérieur est croissant en- tre son centre et chacune de ses extrémités axiales.