Brevet FR2564161A1 — publié le 19851115

l1 2564161 La présente invention concerne des joints ou paliers flexibles du type couramment appelé des joints à rotules, qui comprennent un élément intérieur rigide de profil sphérique et un élément extérieur rigide qui s'étend autour de l'élément intérieur rigide et qui est maintenu espacé de celui-ci par un ou plusieurs composants en matière élastomère élastique. Couramment, mais non nécessairement, la matière élastomère a été liée à la matière métallique des éléments rigides intérieur et extérieur et/ou, lors de l'assemblage, elle a été soumise à une compression entre lesdits éléments rigides de façon que l'orientation relative et les positions nécessaires des éléments rigides et de la matière élastique soient maintenues pendant l'utilisation du joint ou palier. Bien que la conception classique d'un joint ou palier à rotule donne un fonctionnement satisfaisant en service, elle est d'une fabrication et d'un montage coûteux. Selon un aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'un joint ou palier flexible du type à rotule consiste à: former un ensemble constitué d'un élément intérieur rigide comportant une surface incurvée de forme partiellement sphérique ou de baril, d'une couche de matière élastomère qui s'étend sur ladite surface incurvée, et d'un élément annulaire qui définit une surface incurvée de forme partiellement sphérique ou de baril entrant en contact avec ladite matière élastomère qui est disposée entre - 30 lesdits éléments intérieur rigide et annulaire, ledit élément annulaire étant constitué d'une matière déformable ayant un module d'élasticité plus élevé que la matière élastomère; - entourer ledit ensemble par un élément rigide extérieur sensiblement tubulaire, formé d'un matériau d'un module d'élasticité plus élevé que celui de l'élément annulaire; - adapter ledit élément extérieur rigide de façon qu'il soit pourvu de deux butées extrêmes pour un positionnement axial de l'élément annulaire et d'une couche de matière élastomère, et - soumettre l'élément extérieur rigide à une compression radiale afin de déformer l'élément annulaire et de soumettre à une compression la couche de matière élasto- mère. L'ensemble précité constitué par l'élément intérieur rigide, la couche de matière élastomère et l'élé- ment annulaire est de préférence soumis à un traitement de vulcanisation pour lier la matière élastomère à la fois avec l'élément intérieur rigide et avec l'élément annulaire. De préférence ledit eroemble complètement lié est formé avant l'insertion de l'un quelconque des composants de l'ensemble dans l'élément extérieur rigide. Dans un autre procédé, l'ensemble peut compren- dre une couche de matière élastomère qui est pré-vulcanisée et qui est facultativement réunie à au moins un des éléments intérieur rigide et annulaire par une opération ultérieure de liaison par post-vulcanisation. Il est envisagé que normalement la couche de matière élastomère soit liée ou autrement assemblée, par exemple par utilisation d'adhésifs, avec les éléments inté- rieur rigide et annulaire mais cela n'est pas essentiel. Lorsque la couche de matière élastomère doit être soumise à un haut degré de compression radiale par l'élément extérieur rigide, la résistance résultante engendrée par frottement et s'opposant à un mouvement relatif entre la matière élas- tomère et les éléments intérieur rigide et annulaire peut être suffisante pour éviter un mouvement de glissement indésirable dans des interfaces avec la matière élastomère sous l'effet des flexions se produisant en cours d'utilisa- tion dans le joint ou palier. Pour certaines applications, l'élément extérieur rigide peut comporter une surface, dirigée vers l'intérieur et légèrement grossière, pour entrer en contact avec l ément annulaire afin de s'opposer à un mouvement relatif entre eux. Il est en outre envisagé que normalement l'élément extérieur soit empêché de se déplacer par rapport à l'élément annulaire, par exemple sous l'effet d'une résistance engendrée par frottement par les forces de compression radiale, ou bien par exemple par l'utilisation d'adhésifs. Cependant cet effet de retenue n'est pas essen- tiel et, pour certaines applications, un mouvement de glisse- ment relatif peut être permis - par exemple en faisant en sorte que les charges de compression radiale ne soient pas trop grandes et que des matériaux de faible coefficient de frottement soient utilisés. De préférence, une déformation de l'élément extérieur rigide,résultant du fait qu'il est soumis a des forces de compression pour créer une compression résiduelle dans la couche de matière élastomère, est contrôlée de telle sorte que les dimensions extérieures de l'élément extérieur rigide après compression correspondent étroitement aux dimensions imposées au joint ou palier résultant en vue de son installation dans, ou de son positionnement par rapport à, une des deux pièces à accoupler. Cependant, en variante, l'élément extérieur rigide peut être soumis à une opération d'usinage après l'étape de compression et de déformation de façon que ses dimensions extérieures correspondent à celles imposées pour l'application envisagée du joi.nt ou palier résultant. L'élément intérieur rigide comprend de préféren- ce un tube ou barre de profil cylindrique, sur une surface extérieure duquel sont fixés un ou plusieurs éléments qui définissent une surface de forme partiellement sphérique ou de baril de l'élément intérieur rigide. La surface de forme partiellement sphérique ou de baril peut être définie par un anneau massif de matière comportant un trou cylindrique d'un diamètre correspondant ai diamètre extérieur du tube ou barre sur lequel il est fixé, et une surface extérieure qui a la forme partiellement sphérique ou de baril imposéeo L'anneau peut être fixé sur le tube ou barre par soudage, par brasage, par des adhésifs ou par d'autres moyens sélec- tionnés en fonction des matériaux utilisés et qui peuvent comprendre des matériaux métalliques, des matières plastiques et des matériaux composites comme des matières plastiques renforcées par des fibres. La surface de forme partiellement sphérique ou de baril de l'élément intérieur rigide peut en variante être définie par une structure analogue à une coquille, par exemple en métal embouti, qui est placée autour du tube ou barre. La structure analogue à une coquille peut avoir la forme d'un anneau ou d'un segment ou bien elle peut être formée à partir d'une bande de matière incurvée transversale- ment et qui est enroulée autour du tube ou barre, les extré- mités de la bande étant fixées ensemble pour maintenir la bande à la forme annulaire mquise. Dans une autre variante de construction, l'élément intérieur rigide peut comprendre un élément creux ou massif de forme sphérique, partiellement sphérique ou de- baril qui est fixé sur ou solidaire d'une extrémité d'un tube ou barre porteur. De préférence ledit élément annulaire est formé d'un matériau moulé pratiquement non élastique. Il est préférable d'utiliser pour l'élément annulaire des matières plastiques, comme du nylon, mais on peut empbyer d'autres matières, par exemple des matières métalliques telles qu'un alliage de zinc. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est prévu un joint ou palier flexible du type à rotule, comprenant: - une couche de matière élastomère qui s'étend autour d'un élément intérieur rigide de forme partiellement sphérique ou de baril; - un élément extérieur rigide qui s'étend autour de la couche de matière élastomère et de l'élément intérieur rigide et qui maintient la couche de matière élastomère en compression résiduelle entre lesdits éléments rigides; - l'élément extérieur rigide comprenant deux butées extrêmes pour le positionnement axial de la couche de matière élastomère, et - entre lesdites butées extrêmes, un corps tubulaire à l'intérieur duquel est disposé au moins un élément annulai- re qui définit une surface de forme partiellement sphéri- que ou de baril,destinée à entrer en contact avec la couche de matière élastomère,et qui est constitué d'un matériau ayant un module d'élasticité qui est supérieur à celui de la couche de matière élastomère et inférieur à celui de l'élément extérieur rigide. Les butées extrêmes sont de préférence réalisées par déformation du matériau, de préférence de l'acier, qui forme le corps central de l'élément extérieur rigide. L'élément annulaire comprend de préférence deux bagues, par exemple des bagues en matière plastique moulée, qui peuvent être légèrement espacées ou bien qui peuvent venir buter axialement dans le joint ou palier assemblé. De préférence l'élément annulaire est lié à la couche de matière élastomère. Dans des constructions comportant un élément annulaire lié à la couche de matière élastomère, il peut être souhaitable, pour certaines applications, de pourvoir l'élé- ment annulaire d'une surface sensiblement lisse destinée à entrer en contact avec le corps tubulaire de l'élément exté- rieur rigide de façon à permettre un glissement contrôlé entre l'élément annulaire et le corps tubulaire lors de l'utilisation du joint ou palier dans certaines conditions de charge. Des matériaux appropriés pour former l'élément extérieur rigide comprennent des matériaux métalliques comme le laiton ou l'acier, le matériau sélectionné ayant un module d'élasticité supérieur à celui du matériau de l'élément annulaire afin que cet élément annulaire puisse être déformé sans difficulté excessive quand l'élément extérieur rigide est soumis à une compression radiale afin de précomprimer radialement la matière élastomère. Le matériau de l'élément extérieur rigide doit être un matériau dont la limite élastique est dépassée quand la compression radiale nécessai- re est exercée dans le but de pré-charger la couche de matière élastomère. De préférence, l'élément annulaire est d'une construction en deux parties, par exemple deux inserts ayant chacun la forme d'une bague annulaire et lesdites bagues étant disposées de façon à être placées à proximité étroite l'une de l'autre ou bien à venir buter axialement l'une contre l'autre en définissant ainsi ladite surface radialement intérieure de forme partiellement sphérique ou de baril. Lorsque l'élément annulaire est d'une construc- tion en deux parties, il est préférable que les extrémités des deux bagues annulaires qui sont placées en regard l'une de l'autre ou qui viennent buter l'une contre l'autre aient une épaisseur pratiquement négligeable. En conséquence on peut réduire au minimum les dimensions radiales hors-tout du joint ou palier flexible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale, en coupe longitudinale dans sa moitié de gauche, d'un palier flexible conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en bout du palier de la figure 1, à moitié en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, et la figure 3 est une vue en bout du palier des figures 1 et 3 après compression radiale. Un palier flexible destiné à être mis en place par emmanchement dans un carter ( non représenté) comprend un ensemble intérieur rigide 10, un ensemble extérieur 11 et une couche 12 de matière élastomère élastique, comme du caoutchouc naturel, qui est placée entre lesdits ensembles rigides intérieur et extérieur. L'ensemble rigide intérieur 10 est formé de deux parties, à savoir une barre pleine 13 s'étendant au travers du palier flexible et une coquille métallique extérieure 14 fixée sur la surface extrieure de la barre. La barre 13 a une section droite de forme circu- laire et elle est pourvue à chaque extrémité d'une partie 15 ayant le profil d'une languette et dans laquelle est ménagé un trou 16, les trous des deux parties extrêmes facilitant la fixation de l'ensemble de palier sur une de deux pièces à accoupler ensemble par le palier. La couche 12 de caoutchouc naturel est fixée par adhésif sur la surface extérieure partiellement sphérique de la coquille 14. Ladite couche 12 a une épaisseur sensiblement uniforme et en conséquence elle comporte une surface extérieure également de forme partiellement sphérique et sur laquelle est fixé par adhésif l'eremble rigide extérieur 11. L'ensemble rigide extérieur 11l est d'une construc- tion en trois éléments, comprenant un élément extérieur 17 pourvu d'une partie centrale 18 de orame cylindrique dans laquelle sont disposées deux bagues lé en matière plastique moulée de façon à comporter chactzne une surface intérieure de forme partiellement sphérique destinée à adhérer sur la couche de caoutchouc l' et une surface extérieure de forme partielles ment cylindrique pour entrer an contact frottant avec la surface radialement intérieure de la partie cylindrique 18 de l'élément extérieur. L'élément extérieur 1? est forme de métal embouti et, avant l'assemblage avec les autres composants du palier - flexible, il se présente sous la forme d'une partie cylindri- que, comprenant ladite partie cylindrique centrale 18 mention- née ci-dessus, et de parties cylindriques additionnelles ( non représentées) s'étendant à partir de chaque extrémité de la partie cylindrique centrale. Avant l'assemblage, une desdites parties extrêmes peut être déformée pour créer une collerette 20 dirigée radialement vers l'intérieur et qui forme une face de butée axiale pour une des bagues 19 en matière plastique. Lors de la fabrication du palier flexible, l'eroemble rigide intérieur 10 et les bagues 19 en matière plastique sont positionnés dans un rnoule, les bagues venant en butée axiale et un espacement uniforme étant établi entre lesdites bagues et la coquille 14 de l'ensemble rigide extérieur 10. Une matière élastomère est ensuite injectée dans ledit espace et elle est ensuite vulcanisée de manière à produire un ensemble cohérent comprenant l'ensemble rigide intérieur, la couche de matibre élastomere et les deux bagues annulaires 19. L'ensemble résultant est ensuite soumis à une compression radiale pour réduire le diamètre de l'ensemble extérieur rigide 17 à une valeur qui est présélectionnée de façon à permettre son emboîtement dans le carter o le palier doit être emmanché pour une utilisation finale, ladite réduction de diamètre de l'ensemble extérieur permet- tant d'obtenir le degré nécessaire de précompression de la matière élastomère de la couche 12. Dans une variante du procédé de fabrication de palier flexible, la couche 12 formée d'une matière élastomère élastique est liée à la surface extérieure, de forme partiellement sphérique, de la coquille 14. Une bague 19 en matière plastique moulée est ensuite insérée dans l'élé- ment extérieur rigide de façon à venir buter contre la collerette extrême 20. La surface extérieure, de forme partiellement sphérique, de la couche 12 de matière élasto- mère est ensuite revêtue d'un adhésif et l'ensemble formé par liaison de la matière élastomère et de l'ensemble rigide intérieur 10 est ensuite positionné à l'intérieur de l'élément extérieur rigide de façon qu'une partie extrême 15 de la barre 13 passe par l'ouverture définie par la périphé- rie intérieure de la collerette 20. La seconde bague 19 en matière plastique moulée est ensuite insérée dans l'élément extérieur rigide et la partie extrême cylindrique de l'élément extérieur rigide qui est placée à l'extrémité de la partie cylindrique centrale 18 opposée à la collerette 20 est ensuite déformée de façon à créer une seconde collerette 21 dé forme sensiblement semblable à celle de la collerette 20 et en butée avec la seconde bague en matière plastique moulée. Dans une autre variante de l'invention, la couche 12 de matière élastomère peut être liée à l'ensemble rigide intérieur 10 après l'insertion dans l'ensemble extérieur rigide 11. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un joint ou palier flexible du type à rotule, caractérisé en ce qu'il consiste à: - former un ensemble constitué d'un élément intérieur rigide (10) comportant une surface incurvée de forme partiellement sphérique ou de baril, d'une couche (12) de matière élastomère qui s'étend sur ladite surface incurvée, et d'un élément annulaire (19) qui définit une surface incurvée de forme partiellement sphérique ou de baril entrant en contact avec ladite matière élastomère qui est disposée entre lesdits éléments intérieur rigide (10) et annulaire (19), ledit élément annulaire étant constitué d'une matière déformable ayant un module d'élasticité plus élevé que la matière élastomère; entourer ledit ensemble par un élément rigide extérieur (17) sensiblement tubulaire, formé d'un matériau d'un module d'élasticité plus élevé que celui de l'élément annulaire; - adapterledit élément rigide extérieur (17) de façon qu'il soit pourvu de deux butées extrêmes (20) pour un position- nement axial de l'élément annulaire et d'une couche de matière élastomère, et - soumettre l'élément extérieur rigide (20) à une compression radiale afin de déformer l'élément annulaire et de soumettre à une compression la couche de matière élastomère. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément annulaire comprend deux bagues annulaires (19). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une bague annulaire (19) est montée dans l'élément extérieur tubulaire (17) de façon à s'appliquer contre une butée (20) dirigée vers l'intérieur à une extrémité dudit élément et en ce que l'autre bague annulaire (19) est montée dans l'élément tubulaire après l'insertion de l'élément intérieur rigide (10) et de la couche (12) de matière élasto- mère. 4. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément annulaire (19) est lié à la couche (12) de matière élastomère. 5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément annulaire (19) est formé d'une matière moulée sensiblement non élastique. 6. Joint ou palier flexible du type à rotule, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par un procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Joint ou palier flexible du type à rotule, caractérisé en ce qu'il comprend: - une couche (12) de matière élastomère qui s'étend autour d'un élément intérieur rigide (10) de forme partiellement sphérique ou de baril; - un élément extérieur rigide (17) qui s'étend autour de la couche (12) de matière élastomère et de l'élément intérieur rigide (10) et qui maintient la couche de matière élasto- mère en compression résiduelle entre lesdits éléments rigides; - l'élément extérieur rigide (17) comprenant deux butées extrêmes (20) pour le positionnement axial de la couche de matière élastomère, et - entre lesdites butées extrêmes, un corps tubulaire (18) à l'intérieur duquel est disposé au moins un élément annulaire (19) qui définit une surface de forme partiellement sphéri- que ou de baril, destinée à entrer en contact avec la ' couche de matière élastomère (12), et qui est constitué d'un matériau ayant un module d'élasticité qui est supérieur à celui de la couche de matière élastomère et inférieur à celui de l'élément extérieur rigide. 8. Joint ou palier flexible selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit élément annulaire comprend deux bagues (19) alignées axialement. 9. Joint ou palier flexible selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux bagues annulaires précitées (19) sont espacées axialement dans le joint ou palier assem- blé. 10. Joint ou palier flexible selon une des revendica- tions 8 ou 9, caractérisé en ce que des extrémités correspon- dantes desdites bagues annulaires (19) ont une épaisseur pratiquement négligeable. 11. Joint ou palier flexible selon une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit élément annulaire (19) est lié à la couche de matière élas- S tomère. 12. Joint ou palier flexible selon une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que lesdites butées extrêmes (20) font partie intégrante de la matière qui constitue le corps central (18) de l'élément extérieur rigide (17).