Brevet FR2684420A1 — publié le 19930604

CAGE D'ARTICULATION A ROTULE L'invention concerne une cage d'articulation à rotule, du type permettant un montage relativement aisé de la rotule dans la cage par poussée de la rotule à l'intérieur de la cage, et permettant également le démon- tage de la rotule par traction sur celle-ci, l'effort de traction étant de préférence nettement plus important que l'effort de poussée exercé sur la rotule pour son montage dans la cage. On connaît déjà, par le Brevet Français 2 402 797, une articulation à rotule de ce type, dans la- quelle la cage comprend un boîtier métallique tubulaire dans lequel est monté un coussinet en matière plastique à logement sphérique de réception de la rotule Le coussi- net présente une élasticité dans la direction axiale d'introduction de la rotule et est susceptible de se dé- placer axialement à l'intérieur du boîtier rigide, entre une position o il facilite le montage de la rotule et une position o il résiste au démontage de la rotule. Par ailleurs, il est souvent utile d'associer cette articulation à rotule à un système élastiquement déformable d'amortissement des vibrations et des chocs. Lorsque ce système est intégré à l'articulation à rotule, il se présente sous la forme d'un élément annulaire ou tubulaire interposé entre le boîtier rigide de la cage et un manchon extérieur de support. Il en résulte alors une augmentation des di- mensions extérieures de l'articulation à rotule et de son encombrement, ce qui crée des difficultés lorsque l'espace disponible pour l'implantation de l'articulation à rotule est limité. L'invention a pour objet une cage d'articulation à rotule qui est plus légère, plus simple et moins coûteuse que celles de la technique antérieure. Elle a également pour objet une cage d'articulation à rotule qui puisse être associée à un système intégré d'amortissement des chocs et des vibra- tions sans qu'il en résulte une augmentation de l'encombrement de l'articulation à rotule. Elle propose à cet effet une cage d'articulation à rotule du type permettant un montage de la rotule dans la cage par poussée de la rotule à l'intérieur de la cage et un démontage de la rotule par traction sur celle-ci, cette cage étant caractérisée en ce qu'elle comprend: un boîtier rigide comportant un passage cy- lindrique d'introduction de la rotule, ce passage débou- chant par une extrémité à l'extérieur du boîtier et par son autre extrémité dans une cavité sensiblement semi- sphérique du boîtier formée au diamètre de la rotule, et des moyens élastiquement déformables lo- gés dans le boîtier au raccordement entre le passage cy- lindrique et la cavité semi-sphérique dans un plan per- pendiculaire à l'axe dudit passage, ces moyens comportant ou délimitant un orifice central de passage de la rotule et étant destinés à exercer sur celle-ci un effort élas- tique de serrage tendant à la maintenir dans la cavité semi-sphérique du boîtier. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens élastiquement déformables sont constitués d'une pièce plate en matière plastique rigide comportant l'orifice central précité, ainsi qu'une fente radiale reliant cet orifice à un bord de ladite pièce et permettant une expansion élastique radiale de celle-ci et de l'orifice central. La cage d'articulation à rotule selon l'invention est ainsi composée de deux pièces, le boîtier et la pièce plate formant les moyens élastiquement défor- mables précités, ces deux pièces étant en matière plas- tique et pouvant avantageusement être obtenues directe- ment de moulage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'orifice central de ces moyens élastique- ment déformables comporte une surface interne en anneau sphérique au diamètre de la rotule, destinée à s'appliquer sur une surface correspondante de la rotule pour le guidage en rotation de celle-ci. Avantageusement, cet orifice central comporte également, du côté du passage cylindrique précité, une surface interne tronconique facilitant l'introduction de la rotule. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite pièce plate constituant les moyens élastiquement déformables est reçue dans un logement du boîtier formé par une fente ou lumière de celui-ci dans un plan perpendiculaire à l'axe du passage d'introduction de la rotule, cette fente ou lumière ayant une dimension transversale dans le plan précité supérieure à celle de la pièce plate pour permettre une expansion élastique de cette dernière au montage ou au démontage de la rotule. Par ailleurs, cette fente ou lumière est de préférence à section transversale trapézoïdale dont la petite base est située du côté du passage cylindrique d'introduction de la rotule, et elle a une hauteur supé- rieure à l'épaisseur de la pièce plate. Dans ces conditions, la pièce plate peut s'expanser radialement lorsqu'elle est poussée par la ro- tule en direction de la cavité semi-sphérique du boîtier à l'introduction de la rotule dans la cage, tandis qu'elle résiste à l'extraction de la rotule lorsqu'elle est au contraire tirée par celle-ci en direction du pas- sage cylindrique précité lors du démontage de la rotule. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pièce plate précitée est montée par clip- sage ou encliquetage élastique dans son logement du bol- tier. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier de la cage selon l'invention com- porte une queue cylindrique tubulaire de montage d'une tige rigide, dont l'axe est par exemple perpendiculaire à celui du passage d'introduction de la rotule Cette queue tubulaire vient de moulage avec le boîtier et comporte avantageusement un logement transversal de réception d'un insert tel qu'un écrou de fixation de la tige rigide et/ou une garniture en caoutchouc ou autre matière élas- tiquement déformable d'amortissement des vibrations et des chocs Dans ce cas, le système d'amortissement des vibrations et des chocs est intégré à la queue tubulaire de la cage et ne modifie en rien l'encombrement de celle- ci. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une articulation à rotule comprenant une cage selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale, à plus grande échelle, du boîtier de cette cage; la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue de dessus d'une pièce plate de maintien de la rotule; la figure 5 est une vue en coupe de cette pièce plate selon la ligne V-V de la figure 4; les figures 6, 7 et 8 illustrent schématique- ment les différentes phases du montage d'une rotule dans une cage selon l'invention. On a représenté en figure 1 une articulation à rotule selon l'invention, du type de celles utilisables dans l'industrie automobile, par exemple pour la commande des boîtes de vitesse. La rotule 10 montée en bout d'une tige 12 est reçue dans une cavité semi-sphérique 14 d'un boîtier ri- gide 16 moulé en matière plastique et est maintenue en place par une pièce plate 18 également moulée en matière plastique et ayant également une fonction de guidage en rotation de la rotule. Le boîtier 16 vient de moulage avec une queue tubulaire 20 qui reçoit l'extrémité d'une tige rigide 22 et qui peut comporter des moyens de fixation de cette ex- trémité de la tige et des moyens d'amortissement des vi- brations et des chocs. Le boîtier 16 est représenté à plus grande échelle dans les figures 2 et 3, et la pièce plate 18 dans les figures 4 et 5. Comme on le voit mieux en figure 2, le boîtier 16 comprend un passage cylindrique 24 d'introduction de la rotule 10, ce passage cylindrique ayant un diamètre légèrement supérieur à celui de la rotule Ce passage 24 débouche par une extrémité sur la face supérieure 26 du boîtier 16 et par son autre extrémité dans la cavité semi-sphérique 14 dont le diamètre est sensiblement égal à celui de la rotule 10 et qui est axialement alignéeavec le passage 24. Le boîtier 16 comprend par ailleurs une fente ou lumière traversante 28 de logement de la pièce 18, cette fente ou lumière s'étendant dans un -plan perpendi- culaire à l'axe du passage 24 et ayant des dimensions en largeur et en hauteur qui sont supérieures respectivement à la largeur et à l'épaisseur de la pièce 18 comme on le comprend d'après la figure 1. Cette fente ou lumière 28 est formée dans le boîtier 16 entre le passage 24 et la cavité semi-sphé- rique 14 et a, dans la vue en coupe de la figure 2, une section trapézoïdale, sa petite base étant située du côté 6 du passage 24 tandis que sa grande base est située du côté de la cavité semi-sphérique 14 Cette fente ou lu- mière 24 présente donc deux faces obliques 30 qui sont convergentes en direction de la face supérieure 26 du 5 boîtier 16. La pièce plate 18, représentée aux figures 4 et 5, a un contour sensiblement rectangulaire ou carré et comporte un orifice central 32 de passage de la rotule 10 et une fente radiale 34 qui relie cet orifice central à un côté 36 de la pièce 18, cette fente 34 permettant une expansion élastique radiale de la pièce 18 et de l'orifice central 32 dans le plan du dessin de la figure 4. L'orifice central 32 a un diamètre interne in- férieur à celui de la rotule 10 et sa surface interne comprend une première partie 38 en anneau sphérique dont le diamètre est sensiblement égal à celui de la rotule 10 et qui est orientée vers la cavité semisphérique 14 du boîtier Cette surface interne de l'orifice central 32 comprend une seconde partie 40 de forme tronconique, qui est située du côté du passage cylindrique 24 et qui faci- lite le montage de la rotule 10. Les deux côtés 42 de la pièce 18, qui sont pa- rallèles à la fente 34, présentent des faces obliques 44 qui ont la même inclinaison que les faces obliques 30 de la fente ou lumière 28 formée dans le boîtier 16. Enfin, les deux autres côtés de la pièce 18 comportent des rebords 46 qui permettent le montage de la pièce 18 dans la fente 28 par clipsage ou encliquetage élastique et qui assurent son maintien ou positionnement dans le boîtier 16 par butée sur les bords des extrémités de la fente ou lumière 28. La queue tubulaire 20 du boîtier 16 comprend (figures 2 et 3) un passage axial cylindrique borgne 48 de réception d'une extrémité de la tige 22 précitée, et dans lequel débouche un logement 50 de forme parallélipi- 7 pédique rectangle destiné à recevoir un insert, qui est par exemple monté dans le logement 50 par clipsage ou en- cliquetage élastique. Cet insert peut être constitué par une pièce de fixation de l'extrémité de la tige 22, par un écrou 52 (figure 1) dans lequel est vissée l'extrémité filetée de la tige 22, et/ou par des garnitures 54 d'une matière élastiquement déformable telle que du caoutchouc, permet- tant d'amortir et d'absorber les chocs et les vibrations. La cage de l'articulation à rotule selon l'invention est utilisée de la façon suivante: la pièce 18 est introduite dans la fente ou lumière 28 du boîtier 16 par son extrémité comportant la fente 34 Il suffit pour cela de pousser sur la pièce 18 pour refermer légèrement la fente 34 et introduire les rebords 46 du côté 36 à l'intérieur de la fente ou lu- mière 28, puis de pousser la pièce 18 jusqu'à ce que les rebords 46 de ce côté 36 ressortent de l'autre côté du boîtier 16 et s'écartent élastiquement en réalisant ainsi un clipsage ou encliquetage élastique de la pièce 18 dans la fente ou lumière 28 du boîtier 16 Dans cette posi- tion, l'orifice central 32 de la pièce 18 est sensible- ment centré sur l'axe commun du passage 24 et de la ca- vité semi-sphérique 14, le jeu de la pièce 18 dans la fente ou lumière 28 étant sensiblement nul dans la direc- tion indiquée par la double flèche 56 de la figure 3 et de quelques millimètres dans la direction indiquée par la double flèche 58 de cette figure. Le montage de la rotule 10 dans la cage est illustré aux figures 6 à 8, dans lesquelles le boîtier 16 a été représenté sous forme d'un bloc rectangulaire pour simplifier le dessin. On commence par introduire la rotule 10 dans le passage cylindrique 24 du boîtier 10 (figure 6) jusqu'à ce que l'extrémité inférieure de la rotule soit reçue dans la surface tronconique 40 de l'orifice central de la pièce 18, celle-ci se trouvant alors en appui sur le fond de la fente ou lumière 28, c'est-à-dire dans la zone la plus large de cette fente ou lumière 28. Par poussée sur la tige 12 de la rotule 10, on fait passer cette rotule à travers l'orifice central 32 de la pièce 18 (figure 7) ce qui se traduit par l'expansion élastique radiale de cette pièce et de son orifice central. La rotule 10 est ensuite amenée dans la cavité semi-sphérique 14 du boîtier 16 (figure 8) Dans cette position, la pièce 18 se resserre élastiquement sur la rotule 10 et tend à s'appliquer sur la paroi supérieure de la fente ou lumière 28 du boîtier 16 Les faces obliques 44 des côtés 42 de la pièce 18 sont en appui sur les faces obliques 30 de la fente ou lumière 28, et la surface 38 en anneau sphérique de l'orifice central de la pièce 18 est en appui sur la partie supérieure de la ro- tule 10 et forme un guidage en rotation de la rotule. Dans cette position, la pièce 18 peut être déformée élastiquement de façon faible, dans le sens de l'expansion radiale, ce qui assure une légère contrainte sur la rotule 10 et permet un rattrapage du jeu et de l'usure. Inversement, pour démonter la rotule 10, il suffit de tirer sur sa tige 12 dans le sens indiqué par la flèche 60 en figure 8, avec un effort suffisant pour vaincre la résistance de la pièce 18. L'effort nécessaire au montage de la rotule dans la cage est par exemple de l'ordre de 15 da N tandis que l'effort d'extraction de la rotule est plusieurs fois supérieur, par exemple de l'ordre de 45 da N Cette dif- férence vient de ce que, au montage de la rotule dans la cage, la pièce 18 peut s'expanser radialement à l'intérieur de la zone la plus large de la fente ou lu- mière 28 tandis qu'au démontage de la rotule, la pièce 18 sollicitée dans le sens de la flèche 60 par la traction exercée sur la tige 12 de la rotule, doit descendre à l'intérieur de la fente ou lumière 28, c'està-dire se déplacer dans la direction opposée à celle de la flèche , pour pouvoir s'expanser radialement et permettre le passage de la rotule 10. En fonction des utilisations de l'articulation à rotule, la tige 22 est montée de façon fixe et rigide dans la queue tubulaire 20 du boîtier 16, ou bien de fa- çon rigide et réglable au moyen de l'écrou 52, ou encore de façon à filtrer les vibrations grace aux garnitures 54 de caoutchouc ou matière analogue. Le boîtier 16 de la cage selon l'invention est réalisé en une matière plastique à propriétés auto-lubri- fiantes et résistant bien à des températures élevées de l'ordre de 200 'C La pièce 18 est réalisée par exemple en un polyamide à faible coefficient de frottement sur la rotule 10. De façon générale, la cage d'articulation à rotule selon l'invention est légère et peu coûteuse Son assemblage ne nécessite pas d'outils particuliers Elle peut être associée à des moyens intégrés d'amortissement des vibrations et de chocs sans augmentation de son en- combrement. REVENDICATIONS 1 Cage d'articulation à rotule du type per- mettant un montage de la rotule dans la cage par poussée de la rotule à l'intérieur de la cage et un démontage de5 la rotule par traction sur celle-ci, caractérisée en ce qu'elle comprend: un boîtier rigide ( 16) comportant un passage cylindrique ( 24) d'introduction de la rotule ( 10), ce passage débouchant par une extrémité à l'extérieur du boîtier ( 16) et par son autre extrémité dans une cavité ( 14) sensiblement semi-sphérique du boîtier formée au diamètre de la rotule, et des moyens élastiquement déformables ( 18) logés dans le boîtier ( 16) au raccordement entre le pas- sage cylindrique ( 24) et la cavité semi-sphérique ( 14) dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit passage ( 24), ces moyens comportant ou délimitant un orifice central ( 32) de passage de la rotule ( 10) et étant destinés à exercer sur celle-ci un effort élastique de serrage ten- dant à la maintenir dans la cavité semi-sphérique ( 14) du boîtier. 2 Cage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice central ( 32) des moyens Plastiquement déformables ( 18) comporte une surface interne ( 38) en anneau sphérique au diamètre de la rotule, destinée à s'appliquer sur une surface correspondante de la rotule pour le guidage en rotation de celle-ci. 3 Cage selon la revendication 1 ou 2, carac- térisée en ce que l'orifice central ( 32) comporte, du côté du passage cylindrique ( 24) précité, une surface in- terne ( 40) tronconique facilitant l'introduction de la rotule. 4 Cage selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que les moyens élastiquement déformables sont constitués d'une pièce plate ( 18) en ma- tière plastique rigide comportant l'orifice central ( 32) il précité, ainsi qu'une fente radiale ( 34) reliant cet ori- fice à un bord ( 36) de la dite pièce et permettant une expansion élastique radiale de celle-ci et de l'orifice central ( 32). 5 Cage selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pièce plate ( 18) est reçue dans un logement du boîtier ( 16) formé par une fente ou lumière ( 28) de celui-ci dans un plan perpendiculaire à l'axe du passage ( 24) d'introduction de la rotule, cette fente ou lumière ayant une dimension transversale dans ledit plan supé- rieure à celle de la pièce plate ( 18) pour permettre une expansion élastique de celle-ci au montage et au démon- tage de la rotule. 6 Cage selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite fente ou lumière ( 28) a une section transversale trapézoïdale dont la petite base est située du côté du passage cylindrique ( 24) d'introduction de la rotule, et une hauteur supérieure à l'épaisseur de la pièce plate ( 18). 7 Cage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la pièce plate ( 18) est à contour carré ou rec- tangulaire et ses côtés ( 42) s'étendant le long des faces obliques ( 30) de ladite fente ou lumière ( 28) comportent des faces obliques ( 44) parallèles à celles de la fente ou lumière ( 28). 8 Cage selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la pièce plate ( 18) est montée par clipsage ou encliquetage élastique dans son logement du boîtier. 9 Cage selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la pièce plate ( 18) est en une ma- tière plastique à faible coefficient de frottement sur la rotule, par exemple en polyamide. Cage selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que le boîtier ( 16) est moulé d'une pièce en matière plastique à propriétés auto-lubri- fiantes. 11 Cage selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que le boîtier ( 16) comporte une queue cylindrique tubulaire ( 20) de montage d'une tige rigide ( 22) dont l'axe est par exemple perpendicu- laire à celui du passage ( 24) d'introduction de la rotule dans le boîtier. 12 Cage selon la revendication 11, caractéri- sée en ce que ladite queue tubulaire ( 20) comporte un lo- gement transversal ( 50) de réception d'un insert tel qu'un écrou ( 52) de fixation de la tige rigide ( 22) et/ou des garnitures ( 54) en caoutchouc ou autre matière élastiquement déformable d'amortissement des vibrations et chocs.