Brevet FR2538056A1 — publié le 19840622

Dispositif d'accouplement de type cardan, desti- né à équiper notamment une colonne de direction dite "pré-brisée"; colonne de direction équipée d'un tel dispositif. La présente invention concerne un dispositif d'accouplement de type cardan, destiné à équiper notam- ment une colonne de direction dite "pré-brisée"; elle concerne également une colonne de direction équipée d'un tel dispositif. Comme on le sait, les constructeurs d'automo- biles sont soumis à l'obligation d'équiper les véhicules de colonnes de direction qui ne risquent pas de percuter la poitrine du conducteur en cas d'accident, notamment en cas de choc frontal. Parmi les colonnes conçues à cet effet, on con- naît en particulier les colonnes déformables axialement et les colonnes dites "pré-brisées". Les premières comportent des accouplements élas- tiques conventionnels à faible déformation axiale, et qui ont essentiellement une fonction de filtre vis-à-vis des vibrations provenant du train de roulement, et dont il convient d'empocher la transmission jusqu'au volant ces accouplements compensent d'ailleurs les défauts d'a- lignement ne se traduisant que par quelques degrés d'angle; ils -sont complétés par un dispositif défor- mable axialement. Les secondes comportent deux ou trois sections non alignées, le but recherché étant ici qu'en cas de choc frontal, le non alignement s'accroisse brutalement pour aboutir à une brisure géométrique ou matérielle inévitable de la colonne. Dans le cas de deux sections, celle qui aboutit au volant s'étendant en principe dans un plan vertical parallèle à l'axe du véhicule, l'autre section est in- clinée par rapport-à ce plan et doit donc attaquer la crémaillère en biais Dans le cas de trois sections, les 253 D-6 deux sections extrêmes, reliées par une section intermé- diaire inclinée, ne sont pas alignées mais peuvent être toutes deux parallèles au plan précité, ce qui facilite la liaison avec la crémaillère et permet en outre d'ob- tenir une transmission de mouvement de rotation homo- cinétique, des dispositifs d'accouplement de type cardan reliant deux sections adjacentes de la colonne. Dans les deux cas, les moyens de liaison en ro- tation que comportent ces dispositifs d'accouplement étant totalement rigides, puisque ordinairement de type à roulements à aiguilles ou analogues, il convient de prévoir, sur au moins l'une des sections, un organe élastique d'amortissement des vibrations. On arrive finalement à une construction relati- vement compliquée et coûteuse. La présente invention concerne plus particuliè- rement les dispositifs d'accouplement destinés aux co- lonnes dites "pré-brisées", et a principalement pour but d'aboutir à une fabrication simplifiée et de remédier aux inconvénients précités des colonnes connues de ce type. L'invention concerne donc tout d'abord un dis- positif d'accouplement de type cardan, destiné à équiper notamment une colonne de direction dite "pré-brisée", ce dispositif étant prévu pour relier deux arbres non ali- gnés, notamment deux sections non alignées d'une telle colonne, et comportant essentiellement, d'une part un croisillon présentant quatre pivots opposés deux à deux et d'autre part deux fourches, le pied de chacune d'elles étant agencé pour pouvoir être calé axialement et en rotation sur l'extrémité correspondante de chacun desdits arbres, tandis que les deux branches de chacune de ces fourches sont associées à des moyens de liaison en rotation établissant une liaison pivotante entre elles et deux pivots opposés dudit croisillon. Conformément à l'invention, un tel dispositif d'accouplement est caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison en rotation comprennent, pour chacun d'au moins deux pivots opposés du croisillon, un capuchon en matériau élastique d'absorption des vibrations engagé d'une part sur chacun de ces deux pivots et d'autre part dans une cuvette de la branche correspondante de la fourche concernée, ce capuchon adhérant d'un côté sur l'organe correspondant (pivot ou cuvette) et présentant de l'autre côté une surface permettant une rotation à frottement doux sur l'autre organe (respectivement cuvette ou pivot) - Cette disposition générale permet d'atteindre le but visé, puisque alors, il est possible de supprimer l'organe élastique d'amortissement des vibrations men- tionné plus haut, qui auparavant devait être prévu sur au moins une section de la colonne. Ce rôle d'amortissement des vibrations provenant du train de roulement sera en effet rempli par les moyens de liaison en rotation sus-décrits, qui rempla- cent les cages d'aiguilles classiques, et sur lesquels on concentre ainsi plusieurs fonctions Ceci, on le verra mieux dans ce qui suit, pourra se réaliser selon des modes de construction qu'il sera possible de rendre particulièrement simples, fiables et peu coûteux. On comprend qu'il sera plus particulièrement avantageux, en tout cas, d'équiper les quatre pivots du croisillon de cette manière, pour augmenter l'amortis- sement, et que, pour la même raison, il sera bien enten- du tout aussi avantageux d'équiper de la sorte les deux dispositifs d'accouplement, dans le cas d'une colonne pré-brisée à trois sections. Du fait que le capuchon n'adhère que d'un seul côté, à savoir soit sur le pivot, soit dans la cuvette, son autre côté étant engagé à frottement doux avec l'organe intéressé, on comprend aussi que cette liaison à cardan -malgré-sa constitution particulière n'impose 2532 J 56 en elle-même aucune limitation à l'angle formé par les deux sections qu'elle relie On pourra choisir, à chaque articulation de la colonne, une inclinaison aussi impor- tante que souhaitable, et qui pourra être facilement comprise entre 150 et une valeur beaucoup plus impor- tante, pouvant aller jusqu'à 450, laquelle est largement suffisante pour toutes les configurations. Au contraire, si l'on choisissait de faire adhé- rer le capuchon de chaque côté, à savoir à la fois sur le pivot et dans la cuvette, il serait soumis, lors de la rotation de la colonne, à des efforts de cisaillement alternés qui ne seraient acceptables que pour des angles de non alignement des sections assez limités, en pra- tique de l'ordre d'une vingtaine de degrés au plus, ceci compte tenu des caractéristiques des matériaux courants (élastomères, caoutchouc ou autres) dont ledit capuchon sera constitué. De préférence, selon la présente invention, on fera en sorte que ledit capuchon adhère sur le pivot et soit engagé à frottement doux dans ladite cuvette. Cette disposition est en principe préférable à la disposition inverse, car elle permet -une meilleure répartition des contraintes dans le matériau constituant le capuchon Toutefois, il reste tout autant envisa- geable de faire adhérer ledit capuchon dans la cuvette de la branche de fourche intéressée, et de le faire tourillonner sur le pivot correspondant du croisillon, en cas de nécessité. Dans le premier cas, il' sera avantageux de pré- voir que ledit capuchon comporte extérieurement des alvéoles retenant de la graisse ou analogue et, à sa base, une lèvre annulaire d'étanchéité s'appliquant sur le pourtour de ladite cuvette. On obtiendra ainsi un excellent tourillonnement du capuchon dans la cuvette, pendant toute la durée de vie du dispositif. 253 v 3:36 Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention, on prévoit qu'au repos, l'espace annulaire, occupé par ledit capuchon, compris entre la surface intérieure de la cuvette et la surface extérieure du pivot correspondant, est de section progressivement croissante, de la base du pivot à son sommet. Etant entendu que ledit capuchon emplit complè- tement l'espace sus-mentionné, cette disposition permet de faire en sorte que les contraintes de compression auxquelles le matériau constituant le capuchon est soumis lors de la rotation de la colonne soient à peu près constantes sur toute la hauteur du capuchon En effet, le croisillon étant soumis à des couples axés sur son centre, c'est-à-dire sur le point géométrique de convergence des deux sections concernées de la colonne, il va de soi que les forces de compression agissant sur le capuchon seront-inversement proportionnelles à l'ex- centration de leur point d'application La disposition en question permet donc d'avoir une épaisseur de maté- riau d'amortissement d'autant plus grande que les forces de compression sont faibles, ce qui permet cette égali- sation des contraintes, et une compression uniforme du capuchon. On donne ainsi aux capuchons une efficacité maximale, pour ce qui est notamment de l'absorption des vibrations. Cette disposition pourra être obtenue de diffé- rentes façons, et par exemple, ladite cuvette étant cylindrique ou approximativement cylindrique, en pré- voyant que ledit pivot est de forme tronconique ou approximativement tronconique, et va en s'amincissant à partir de sa base. Il est également intéressant de prévoir que le- dit capuchon est précontraint entre le pivot et la cu- vette. Ceci évite que du côté du capuchon opposé à ce- 253 X 356 lui qui est comprimé -au cours de la rotation de la co- lonne de direction ce capuchon ne se décolle du pivot du croisillon, de même qu'est évitée la naissance de forces de traction excessives au coeur du matériau, comme ce serait le cas avec un capuchon adhéré de chaque côté. Pour ce qui est maintenant de la réalisation desdites fourches, on pourra prévoir avantageusement qu'elles sont constituées de deux parties accolées, assujetties l'une à l'autre par des moyens de fixation appropriés. Cette disposition rendra très facile le montage des fourches sur le croisillon. Dans la même optique, on pourra prévoir que ces moyens de fixation comprennent un système à vis et écrou et éventuellement un organe de liaison complémentaire à montage rapide, du genre à goupille fendue ou analogue. Un dispositif d'accouplement réalisé -de cette manière pourra encore être caractérisé en ce que, l'ex- trémité d'arbre intéressée comportant une gorge péri- phérique, ladite vis fait saillie tangentiellement dans un logement, de forme générale cylindrique -éventuel- lement cannelé qui est prévu dans le pied de la fourche concernée pour la réception de ladite extrémité, de sorte que cette vis pénètre dans ladite gorge, et sert ainsi d'organe de retenue axiale dudit arbre sur la fourche. La vis a alors un double rôle, ce qui évite d'utiliser une clavette ou analogue pour retenir axia- lement l'arbre dans le pied de la fourche. Enfin, et comme cela sera aussi mieux vu dans ce qui suit, il sera particulièrement intéressant -et quoi- que ceci constitue une caractéristique accessoire de l'invention de prévoir que les deux parties constituant une même fourche sont identiques et sont assujetties l'une à l'autre en position tête-bêche. L'avantage de cette disposition est bien entendu 253 J 56 de faciliter la fabrication et de réaliser une économie sur l'outillage, puisque alors toutes les demi-fourches seront identiques La même pièce reproduite à huit exemplaires, par exemple par moulage ou matriçage, pour- ra ainsi équiper les deux dispositifs d'accouplement d'une colonne de direction pré-brisée à trois sections. Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif avec référence aux figures 2, 3, 4 a et 4 b du dessins annexé dans lequel: les figures la et lb représentent schématique- ment une colonne de direction pré-brisée à trois sec- tions réalisée selon la technique actuelle, respective- ment avant et après choc frontal la figure 2 représente un croisillon propre à équiper un dispositif d'accouplement conforme à la pré- sente invention-; la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'un des pivots d'un tel croisillon; la figure 4 a est une vue en perspective, avant montage, d'une fourche propre à être montée sur deux des pivots opposés du croisillon de la figure 2; et la figure 4 b est une vue analogue à celle de la figure 4 a, représentant une variante de réalisation de la fourche. Sur les figures la et lb, on a référencé en 1, 2 et 3 les trois sections d'une colonne de direction pré- brisée, le volant étant référencé en 4, et la crémail- lère (ou le boîtier de direction) représentée très schématiquement en 5 Des dispositifs d'accouplement de type cardan 6 et 7 relient respectivement la section 1 à la section 2 et la section 2 à la section 3 Les croi- sillons de ces dispositifs sont habituellement touril- lonnés sur les fourches par des roulements à aiguilles, c'est-à-dire des éléments rigides qui pourraient trans- mettre au volant les vibrations provenant du train avant du véhicule C'est pourquoi l'on prévoit, par exemple sur la section antérieure 3, un organe élastique d'amor- tissement des vibrations 8. Sur la figure la, a représente l'angle entre la section intermédiaire 2 et les sections extrêmes 1 et 3, Cet angle peut être compris entre environ 15 et 45 . La figure lb montre la déforrmation de la colonne pré-brisée de la figure la après un choc frontal f; il n'y a aucun déplacement de la section 1 vers la poitrine du conducteur. Dans une colonne pré-brisée à seulement deux sec- tions, la section 2 attaquerait la crémaillère 5 enbiais, et l'organe élastique 8 serait monté sur elle (ou sur la section 1), la section 3 étant supprimée. Les autres figures montrent comment l'on peut réaliser les dispositifs d'accouplement 6 et 7 sans rou- lements rigides, et d'une façon telle qu'ils permettent parfaitement de se dispenser dans tous les cas de l'or- gane élastique 8. Chacun des quatre pivots 9 du croisillon 10 des figures 2 et 3 est coiffé d'un capuchon 11 en matériau élastique d'amortissement des vibrations, notamment en élastomère Pour la transmission de couples importants, on peut utiliser du polyuréthanne, mais si l'on désire un a m o r t i S S e me N t différentet pour des couples à trans- mettre moins importants, on pourra utiliser avantageuse- ment le caoutchouc. Chaque capuchon 11 sera avantageusement précon- traint sur le pivot correspondant, ceci dans le but in- diqué plus haut. Sur les figures 2 et 3, on a représenté le mode de réalisation selon lequel les capuchons adhèrent par leur surface intérieure sur la surface extérieure tron- conique 12 des pivots du croisillon 10 Par voie de con- séquence, selon le principe de l'invention, la surface extérieure (de formi E gnérdilepproxiinati-,enientcylindrique) des capu- 2533 J 56 thons 11 devrapouvoir tourner à frottement doux dans les cu- vettes 13 de la fourche associée, lesquelles, indépendam- ment d'uné légère dépouille de matriçage, sont aussi pratiquement cylindriques. Pour ce faire, la surface extérieure des capu- chons est pourvue de deux rangées d'alvéoles 14 emplis de graisse et, bien entendu, le-diamètre extérieur des capuchons n'est que très peu supérieur (quelques dixièmes de mm) à celui des cuvettes. La mise en place,dans chaque cuvette, du pivot associé équipé de son capuchon s'effectue très facilement, un trou de décompression (non représenté),étanché parle ca- puchon,étantau besoin prévu dans le fond des cuvettes. La base de chaque capuchon 11 est pourvue d'une lèvre annulaire d'étanchéité 15 s'appliquant sur la face 16 des cuvettes, ce qui évite efficacement les fuites de graisse à l'extérieur et l'introductiond'impuretés externes. Comme on le voit aussi sur les figures, les capu- chons 11, du fait de leur logement intérieur tronconique, adapté à la forme des pivots 9, ont une épaisseur de pa- roi latérale qui va en augmentant notablement de leur base à leur sommet, ceci pour la raison également indi- quée plus haut. On conçoit qu'un croisillon tel que 10, associé à une première fourche montée pivotante sur deux de ses pivots opposés 9, coiffés des capuchons 11, et à une se- conde fourche, de même montée pivotante sur ses deux autres pivots opposés, pourra constituer un dispositif d'accouplement à cardan apte à remplacer avantageusement les dispositifs d'accouplement à roulements rigides de la technique antérieure. Ces fourches pourront être réalisées de diffé- rentes manières, notamment en fonction de l'encombrement autorisé et des normes de sécurité fixées par les cons- tructeurs. Dans le mode de réalisation de la figure 4 a, on utilise une fourche 17 constituée de deux parties accolées identiques 17 a et 17 b, par exemple en aluminium pour gagner du poids, et réa- lisées par matriçage (ou par moulage) On voit que chaque partie 17 a,17 b comporte un tenon 18 et une mortaise 19 complémentaire, le tenon 18 d'une partie s'engageantdans la mortaise 19 de l'autre, selon un montage en tête-bêche. Les cuvettes 13 réalisées dans chaque partie 17 a,17 b se font bien entendu vis-à-vis. Dans la position représentée, on voit-que les deux parties 17 a,17 b pourront s'engager sans aucune dif- ficulté sur deux pivots opposés 9 -équipés de leurs capuchons 11 du croisillon 10 L'extrémité cannelée 20 d'une section 21 de colonne de direction (pouvant être l'une quelconque des sections 1, 2 et 3 des figures 1 a et lb) peut, quant à elle, s'engager dans un logement cannelé de forme générale cylindrique du pied delafourche ainsi constituée 17 a17 b, ce logement étant formé par les deux coquilles cannelées semicylindriques 22 que comportent lesdites parties 17 a et 17 b. Les moyens de fixation permettant l'assujettis- sement de ces deux parties 17 a et 17 b l'une à l'autre comprennent avantageusement une goupille fendue 26 s'en- gageant à force dans des trous latéraux 27 et 28 traver- sant, d'un côté, le tenon 18 de la partie 17 b et la mor- taise 19 de la partie 17 a Ces moyens comprennent par ailleurs une vis 23 s'engageant dans des trous 24-des parties 17 a et 17 b et sur l'extrémité de laquelle vient se visser un écrou 25. Quant à l'ordre des opérations de montage, ii n'est pas critique, et pourra, à titre indicatif, être le suivant: mise en place des cuvettes 13 sur les pivots; mise en place de la goupille 26; introduction de l'ex- trémité cannelée 20 dans le pied de la fourche 17; mise en place de la vis 23. On remarque que les trous 24 débouchent latérale- ment dans le logement cannelé de la fourche 17 Cela 2532 OJ 56 permet à la vis 23 de s'engager tongentiellement dans une gorge périphérique 27 que comporte l'extrémité cannelée de la section 21, et donc dp maintenir cette extrémité Rxialement dans le pied de la fourche 17. En variante, on pourrait tout aussi bien prévoir dans ledit logement cannelé une nervure périphérique en saillie, qui s'engagerait alors dans la totalité de la gorge 27, pour effectuer cette retenue axiale, le calage en rotation étant de toute façon assuré par les canne- lures ou autres moyens d'entraînement. A la figure 4 b, on a représenté une variante de réalisation d'une fourche 17 ', constituée de deux parties 17 'a et 17 'b qui ne sont pas identiques En effet, d'un côté du logement cannelé semi-cylindrique 22 ', ces deux pièces sont plates, tandis que,de l'autre côté, l'une comporte un tenon 18 ' propre à pénétrer dans unemortaise 19 ' de l'autre. On obtient ainsi des pièces plus légères que dans le mode de réalisation de la figure 4 a mais nécessitant bien entendu un outillage plus important. Pour leurs autres parties, les pièces 17-'a et 17 'b peuvent être tout à fait analogues aux pièces 17 a et 17 b, et se monter de la même façon. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nulle- ment à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'accouplement de type cardan, destiné à équiper notamment une colonne de direction dite "pré-brisée", ce dispositif étant prévu pour relier deux arbres non alignés, notamment deux sections non alignées d'une telle colonne, et comportant essentielle- ment, d'une part un croisillon présentant quatre pivots opposés deux à deux et d'autre part deux fourches, le pied de chacune d'elles étant 'agencé pour pouvoir être calé axialement et en rotation sur l'extrémité corres- pondante de chacun desdits arbres, tandis que les deux branches de chacune de ces fourches sont associées à des moyens de liaison en rotation établissant une liaison pivotante entre elles et deux pivots opposés dudit croi- sillon, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison en rotation comprennent, pour chacun d'au moins deux pi- vots opposés du croisillon, un capuchon en matériau élastique d'absorption des vibrations engagé d'une part sur chacun de ces deux pivots et d'autre part dans une cuvette de la branche correspondante de la fourche con- cernée, ce capuchon adhèrant d'un côté sur l'organe cor- respondant (pivot ou cuvette) et présentant de l'autre côté une surface permettant une rotation à frottement doux sur l'autre organe (respectivement cutvette ou pivot). 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit capuchon adhère sur le pivot et est engagé à frottement doux dans ladite cuvette. 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit capuchon comporte extérieurement des alvéoles retenant de la graisse ou analogue et, à sa base, une lèvre annulaire d'étanchéité s'appliquant sur le pourtour de ladite cuvette. 4 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'au repos, l'espace annulaire, occupé par ledit capuchon, compris entre la surface intérieure de la cuvette et la surface extérieure du pivot correspondant, est de section pro- gressivement croissante, de la base du pivot à son som- met. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que, ladite cuvette étant cylindrique ou ap- proximativement cylindrique, l edit pivot est de forme tronconique ou approximativement tronconique, et va en s'amincissant à partir de sa base. 6 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que ledit ca- puchon est précontraint entre le pivot et la cuvette. 7 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fourches sont constituées de deux parties accolées, assujetties l'une à l'autre par des moyens de fixation appropriés. 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que lesdits moyens de fixation comprennent un système à vis et écrou et éventuellement un organe de liaison complémentaire à montage rapide, du genre à gou- pille fendue ou analogue. 9 Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que, l'extrémité d'arbre intéressée compor- tant une gorge périphérique, ladite vis fait saillie tangentiellement dans un logement, de forme générale cylindrique -éventuellement cannelé qui est prévu dans le pied de la fourche concernée pour la réception de ladite extrémité, de sorte que cette vis pénètre dans ladite gorge, et sert ainsi d'organe de retenue axiale dudit arbre sur la fourche. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 7 à 9, caractérisé en ce que les deux parties constituant une même fourche sont identiques et sont as- sujetties l'une à l'autre en position tête-bêche. 2530-56 11 Colonne de direction comportant au moins deux sections non alignées, caractérisée en ce que ces sec- tions sont reliées par un dispositif d'accouplement con- forme à l'une quelconque des revendications précédentes.