Brevet FR2669691A1 — publié le 19920529

La présente invention concerne les paliers lisses souples destinés à assurer la liaison entre un arbre et un support de manière que seul un degré de liberté en rotation relative entre arbre et support soit possible; l'invention vise aussi l'application d'un tel palier aux colonnes de direction d'automobile notamment. Dans de nombreux secteurs industriels il est nécessaire de pouvoir monter un arbre sur au moins un support de manière que ces arbre et support ne puis- sent que tourner en rotation relative suivant leur axe commun sans pouvoir pour autant se déplacer en trans- lation selon cet axe. Une telle situation se rencontre par exemple dans l'industrie automobile pour le montage des colon- nes de direction. Comme on le sait, classiquement, une colonne de direction se compose d'un support, douille ou tube de colonne qui est fixé au poste de conduite du véhi- cule par l'intermédiaire de ferrures, pattes ou ana- logues Une telle colonne de direction se compose aus- si d'un arbre proprement dit qui, par l'intermédiaire du volant, transmet les instructions du conducteur aux roues directrices du véhicule par l'entremise d'un boîtier de direction et d'une timonerie Cet arbre est monté, au moins partiellement, dans ce support, douil- le ou tube à l'aide de roulements, le plus souvent à rouleaux, de manière à n'autoriser qu'un seul degré de liberté de rotation relative selon l'axe commun de l'arbre et de ce support, douille ou tube, à l'exclu- sion de tout autre degré de liberté telle qu'une translation axiale. Un tel sous-ensemble qui participe active- ment à la sécurité doit être fiable, satisfaire à des normes strictes et parfois apparemment contradictoires tout en restant d'un coût modique. Une telle colonne direction doit être par exemple: exempte de tout jeu, sans le moindre serrage empêchant les déplacements, autoriser une rotation avec un couple qui n'excède pas 0,2 Ni, avoir une longévité à l'usure qui tradi- 1 j tionnellement correspond au moins à la durée de vie moyenne escomptée du véhicule, résister aux contraintes de compression radiale qui peuvent se manifester lors d'une tentative d'effraction alors que l'anti-vol est enclenché, sous i l'action d'un couple de 250 Nm, résister de par sa raideur à un moment fléchissant résultant d'un effort appliqué radialement sur le volant de l'ordre de 1 k N/mm, résister à toute translation longitudinale de l'arbre par rapport au support, par glissement. Cette brève énumération, non exhaustive, illustre combien il est difficile de satisfaire à l'ensemble de toutes ces prescriptions techniques compte-tenu des impératifs économiques auxquels il faut faire face. Une solution habituellement utilisée pour résoudre ce type de difficulté consiste à se servir de paliers à billes ou à rouleaux très particuliers, qui sont très différents des roulements à pistes circu- 30 laires, coniques ou sphériques En effet, les roule- ments utilisés pour ce type d'application ont par exemple des pistes polygonales souvent triangulaires. Ces roulements permettent de compenser les variations des cotes résultant des tolérances de fabrication entre support, tube ou douille et arbre, tout en s'assurant de l'absence totale de jeu, comme rappelé précédemment. Le but de l'invention est de produire un pa- lier lisse souple pour monter un arbre sur un support de manière que seul un degré de liberté en rotation, relative entre arbre et support soit possible et qui, bien que d'un coût de fabrication et de montage mo- dique, permette de satisfaire à la plupart des pres- criptions techniques qui ont été mentionnées aupara- vant. L'invention a pour objet un palier lisse souple pour monter un arbre sur un support de manière que seul un degré de liberté en rotation relative en- tre arbre et support soit possible, et qui est consti- tué essentiellement d'une bague extérieure et d'une bague intérieure engagée dans celle-ci Ce palier est remarquable en ce que la bague extérieure est faite d'un fourreau qui est délimité par un paroi externe et par une paroi interne et qui porte sur sa paroi ex- terne à proximité de l'une au moins de ses extrémités un manchon en saillie, en ce que engagée dans cette bague extérieure se trouve une bague intérieure qui est faite d'un fourreau qui est délimité par une paroi externe et par une paroi interne et qui porte sur sa paroi interne à proximité de l'une au moins de ses ex- trémités un manchon en saillie, et en ce qu'une liai- son est située à l'écart de l'aplomb des manchons pour réunir ces bagues tout en autorisant seulement une rotation relative entre elles, cette liaison étant faite un élément femelle porté par l'une de ces parois en regard des bagues et d'un élément mâle porté par l'autre de ces parois en regard des bagues, ces élé- ments mâle et femelle étant accouplés l'un à l'autre par engagement mutuel. L'invention a aussi pour objet l'application d'un tel palier à une colonne de direction d'automobi- le. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent, ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, o: la Figure 1 est une coupe méridienne sché- matique d'un mode de réalisation d'un palier lisse souple selon l'invention dans son application à une colonne de direction; la Figure 2 est une vue perspective écla- tée de ce mode de réalisation d'un palier lisse souple selon l'invention; et les autres Figures 3 à 11 sont des vues en élévation avec coupe partielle, d'autres variantes d'exécution de réalisations d'un palier souple lisse selon l'invention. Les paliers lisses souples de même que les colonnes de direction d'automobiles étant bien connus dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'inven- tion Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions classiques cou- rantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un mê- me numéro de référence pour identifier un élément ho- mologue, quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution. Pour la commodité de l'exposé, on décrira d'abord chacun des constituants de l'invention avant d'en exposer l'assemblage et le fonctionnement. On exposera les particularités d'un palier lisse souple selon l'invention dans son application particulière à une colonne de direction d'automobile mais il est clair que le palier lisse selon l'inven- tion trouve d'autres applications. Comme on le voit sur la Figure 1, une co- lonne de direction D d'automobile se compose essen- tiellement d'un support S et d'un arbre A coaxiaux Le support S qui se présente à la manière d'une douille ou d'un tube est fixé à une structure ou coque non re- présentée d'un poste de pilotage à l'aide de ferrures F ou analogues Un volant V, fixé à l'une des extré- mités de l'arbre A, est destiné à le faire tourner se- lon l'axe X-X commun, sans que pour autant cet arbre puisse coulisser par translation selon cet axe. Pour parvenir à ceci, on interpose entre arbre et support au moins un palier lisse souple selon l'invention Comme on le voit, ce palier 10 est cons- titué d'une bague extérieure 11 dans laquelle est en- gagée au moins partiellement une bague intérieure 12. Comme on le voit, la bague 11 extérieure est faite d'un fourreau 110 qui est délimité par une paroi externe 111 et par une paroi interne 112 A proximité de l'une au moins des extrémités de ce fourreau 110, la paroi externe 111 porte un manchon 1111 en saillie. La bague 12 extérieure est faite d'un four- reau 120 qui est délimité par une paroi externe 121 et une paroi interne 122 Le fourreau 120 porte à proxi- mité de l'une au moins de ses extrémités et sur sa pa- roi interne 112 un manchon 1221 en saillie. Une liaison 13, située à l'écart de l'aplomb des manchons 1111 et 1221 permet de réunir les bagues 11 et 12 de manière à interdire toute translation re- lative selon l'axe X-X mais tout en autorisant seule- ment une rotation relative entre elles Cette liaison 13 est faite d'un élément femelle 131 porté par l'une des parois 112, 121 en regard de chacune des bagues 11 et 12, et est aussi faite d'un élément mâle 132 porté par l'autre de ces parois 112, 121 en regard des ba- gues 11 et 12 Ces éléments mâle et femelle 132 et 131 sont accouplés l'un à l'autre par engagement mutuel de préférence élastique, comme on le comprendra par la suite. Comme on peut l'observer sur les diverses figures du dessin, la section droite méridienne des éléments mâle et femelle 132 et 131 de la liaison 13 est anguleuse, approximativement en grecque (Figures 3, 4, 5, 9, 11) ou bien est courbe de préférence en arc de cercle (Figures 6, 8, 10) ou bien est sphérique (Figure 7). S'il y a lieu l'un au moins des fourreaux , 120 est pourvu de fentes 113, 123 respectivement. Ces fentes qui par exemple débouchent à l'une des ex- trémités d'un fourreau, délimitent entre elles des languettes 114, 124 respectivement Comme on peut l'observer, la liaison 13 et en particulier ses élé- ments femelle 131 et/ou mâle 132, sont portés pour partie au moins par ces languettes 114, 124. Comme on peut l'observer, selon les modes de réalisation et les variantes d'exécution, l'élément mâle 132 est porté par la paroi interne 112 de la bague extérieure 11 alors que l'élément femelle 131 est porté par la paroi interne 122 de la bague inté- rieure 12 Il est clair que la solution inverse peut être retenue, c'està-dire que l'élément mâle 132 est porté par la paroi externe 121 de la bague intérieure 12 et l'élément femelle 131 est alors porté par la paroi interne 112 de la bague extérieure 11, comme illustré sur la Figure 7. Les bagues extérieure 11 et intérieure 12 du palier 10 selon l'invention sont assemblées et montées comme illustré en particulier sur la Figure 1; comme on peut le comprendre le manchon 1221 en saillie sur la paroi interne 122 du fourreau 120 de la bague inté- rieure 12 assure le serrage sur l'arbre 1 De même, le manchon 1111 en saillie sur la paroi externe 111 du fourreau 110 de la bague extérieure 11 assure le ser- rage sur le support S, comme illustré sur la Figure 1. Du fait de la position adoptée pour les élé- ments mâle et femelle 132 et 131, respectivement, de la liaison 13 à l'écart de l'aplomb des manchons 1111 et 1221 on observe que le guidage en rotation est absolument indépendant des efforts et des réactions qui se développent au niveau des manchons. Grâce à cette solution, on obtient un palier lisse souple qui a une grande qualité de guidage en rotation, qui interdit pratiquement tout glissement longitudinal du fait des efforts importants développés au niveau des manchons, et une raideur radiale impor- tante. Le choix de l'élasticité des matériaux dont sont faites les bagues, et l'existence éventuelle de fentes qui y délimitent des languettes permettent d'obtenir une souplesse plus importante qui favorise le montage et/ou le fonctionnement. De préférence, l'une au moins des bagues 11 et 12 est faite en un matériau synthétique et lors- qu'on utilise deux matériaux synthétiques, on choisit le couple de ceux-ci qui offre la souplesse, le coef- ficient de frottement et l'insensibilité au fluage, l'endurance, la résistance à l'usure, recherchés. Parmi les matériaux que l'on peut utiliser, on mentionnera notamment les polyacétals, les poly- propylènes, les polyamides, les téréphtalates de polyéthylène-glycol. S'il y a lieu, ces matériaux sont "chargés" d'au moins une substance lubrifiante choisie par exem- ple notamment parmi le graphite, le bisulfure de mo- lybdène, le polytétrafluoréthylène, les silicones. Les bagues d'un palier selon l'invention sont fabriquées par exemple par moulage par injection. Comme on le comprend, l'assemblage des deux bagues d'un palier selon l'invention est fait de pré- férence préalablement par encastrement mutuel élasti- que avant leur mise en oeuvre; s'il y a lieu chacune de ces bagues peut d'abord être mise en place respec- tivement sur l'arbre et le support et ces bagues sont15 réunies ensuite. On observera que ce qui est essentiel est l'absence de jeu et la très forte tenue longitudinale de chacune des bagues sur l'arbre et dans le support, respectivement.20 De ce qui précède, on saisit immédiatement tout l'intérêt et les avantages apportés par un palier lisse souple selon l'invention. REVENDICATIONS 1 Palier lisse souple pour monter coaxia- lement un arbre sur un support de manière que seul un degré de liberté en rotation relative entre arbre et support soit possible, palier ( 10) caractérisé en ce qu'il comprend une bague ( 11) extérieure faite d'un fourreau ( 110) qui est délimité par une paroi externe ( 111) et une paroi interne ( 112) et qui porte sur sa paroi externe ( 111) à proximité de l'une au moins de ses extrémités un manchon ( 1111) en saillie, engagée dans cette bague extérieure ( 11) une bague ( 12) inté- -rieure faite d'un fourreau ( 120) qui est délimité par une paroi externe ( 121) et une paroi interne ( 122) et qui porte sur sa paroi interne ( 122) à proximité de l'une au moins de ses extrémités un manchon ( 1221) en saillie, une liaison ( 13) située à l'écart de l'aplomb des manchons ( 1111, 1221) pour réunir ces bagues ( 11, 12) tout en autorisant seulement une rotation relative entre elles ( 11, 12) faite d'un élément femelle ( 131) porté par l'une de ces parois ( 112, 121) en regard des bagues ( 11, 12) et faite d'un élément mâle ( 132) porté par l'autre de ces parois ( 112, 121) en regard des ba- gues ( 11, 12), ces éléments mâle et femelle ( 132, 121) étant accouplés l'un à l'autre par engagement mutuel. 2 Palier selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la section droite de ces éléments mâle et femelle ( 132, 131) est anguleuse, notamment en grecque. 3 Palier selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la section droite de ces éléments mâle et femelle ( 132, 131) est courbe, de préférence en arc de cercle. 4 Palier selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la section droite de ces éléments mâle et femelle ( 132, 131) est sphérique. Palier selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un au moins des fourreaux ( 110, 120) peut être pourvu de fentes ( 113, 123) qui délimitent entre elles des languettes ( 114, 124) et en ce que cette liaison ( 13) est portée pour partie au moins par ces languettes ( 114, 124). 6 Palier selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément mâle ( 132) est porté par la paroi interne ( 112) de la bague extérieure ( 11) et l'élément femelle ( 131) est porté par la paroi interne ( 122) de la bague intérieure ( 12). 7 Palier selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément mâle ( 132) est porté par la paroi externe ( 121) de la bague intérieure ( 12) et l'élément femelle ( 131) est porté par la paroi interne ( 112) de la bague intérieure ( 11). 8 Palier selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les bagues ( 11, 12) sont faites chacune en un matériau synthétique et en ce que le couple de ces deux matériaux synthétiques offre notamment souplesse, petit coefficient de frot- tement et insensibilité au fluage, endurance, résis- tance à l'usure. 9 Palier selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les matériaux sont choisis notamment parmi les polyacétals, les polypropylènes, les poly- amides, les téréphtalates de polyéthylène glycol. Palier selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les matériaux sont chargés d'au moins une substance lubrifiante choisie notamment parmi le il graphite, le bisulfure de molybdène, le polytétrafluo- réthylène, les silicones - 11 Application d'un palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 à une colonne de direction de véhicule automobile terrestre.