Brevet FR2685414A1 — publié le 19930625

DISPOSITIF DE COUPLAGE MECANIQUE A COUPLAGE DETERMINABLE. La presente invention concerne un dispositif de couplage destiné à assurer une liaison mécanique à amortissement contrôlé entre une pièce de maintien et une pièce maintenue. On connaît déjà de tels dispositifs de couplage, qui doivent assurer la tenue d'une pièce maintenue vis-à-vis d'une pièce de maintien, tout en ayant une action sur la transmission des vibrations entre ces deux pièces, action consistant, en général, à amortir l'amplitude des vibrations transmises, avec un amortissement pouvant varier selon la fréquence. Cette action peut aussi consister à modifier la valeur des fréquences de résonance de l'une ou des deux pièces, en modifiant la masse vibrante et sa répartition au moyen d'une modification du couplage entre ces pièces. Cela permet d'atténuer ou déplacer en fréquence les vibrations gênantes, telles celles à une fréquence de résonance d'une pièce, sans devoir augmenter la taille de cette pièce pour en modifier les fréquences de resonance. Ainsi, dans l'industrie automobile, il est connu, pour traiter le problème des vibrations de l'arbre du volant par rapport à la colonne de direction dans laquelle il peut tourner, d'implanter des paliers à aiguilles dans cette colonne, qui portent cet arbre. Ces paliers, à corps en caoutchouc, sont entrés en force et collés sur la paroi interne de la colonne. Cependant, le diamètre interne de cette colonne étant mal défini, l'écrasement du corps élastique des paliers est mal défini, et il s'ensuit que le couplage entre la colonne et l'arbre est mal maîtrisé, ce qui entraîne un filtrage incorrect des vibrations transmises par la colonne à cet arbre. De plus, les aiguilles du palier induisent des vibrations désagréables sur le volant. La présente invention vise à resoudre ces problèmes. A cet effet, le dispositif de couplage selon l'invention, destiné à assurer une liaison mécanique à amortissement contrôlé entre une pièce de maintien et une pièce maintenue, est caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de pression aptes à bloquer ledit dispositif de couplage par des contacts sur au moins l'une desdites pièces et à exercer sur ces contacts une pression déterminée. On peut ainsi avoir un couplage, entre la pièce de maintien et ledit dispositif de couplage, qui est connu et répond, de façon précise, au besoin d'amortissement des fréquences, permettant une fabrication à échelle industrielle. Le dispositif de couplage selon l'invention comporte avantageusement d'autres moyens de pression aptes à bloquer, dans au moins une direction, au moyen d'autres contacts, l'autre pièce vis-à-vis dudit dispositif de couplage et à exercer sur ces autres contacts une pression déterminée. On dispose ainsi, du côté de cette autre pièce, des possibilités qu'offre ledit dispositif de couplage du côte de la première pièce. Si nécessaire, lesdits moyens de pression peuvent comporter des moyens de réglage de pression. On peut ainsi rattraper une variation de pression due à un jeu pouvant varier d'une pièce à l'autre. En particulier, lesdits moyens de pression peuvent comporter une languette flexible subissant l'action des moyens de réglage de pression. Ce reglage est ainsi effectué au moyen d'une pièce très simple, pouvant être d'un seul tenant avec les ou d'autres éléments de ce dispositif de couplage. Lesdits moyens de pression peuvent comporter des pièces en matériau élastique, ressort ou équivalent, qui, après insertion en force dans un logement dudit dispositif de couplage, exercent alors une force connue engendrant ladite pression. Ces pièces sont, par exemple, cylindriques pour un logement de cette forme mais peuvent avoir tout autre forme. Afin de maintenir mécaniquement ledit dispositif de couplage indépendamment de la pression exercée sur ladite pièce, un ergot rétractable peut être prévu pour rendre prisonnier ledit dispositif de couplage vis-à-vis de l'une desdites pièces. Avantageusement, ledit ergot est solidaire de ladite languette. On profite ainsi de l'aptitude de celle-ci à bouger pour lui faire retracter puis revenir l'ergot lors de sa mise en position sur la pièce. Lesdits contacts peuvent être sensiblement disposés selon un cercle. On peut alors les mettre au contact d'une pièce de maintien à section sensiblement circulaire. Lesdits contacts peuvent être aptes à bloquer en translation l'une desdites pièces par rapport à l'autre pièce. On évite ainsi la nécessité de pièces supplémentaires si un tel blocage est nécessaire. De même, lesdits contacts peuvent être capables de permettre la rotation d'une desdites pièces par rapport à l'autre pièce. On peut ainsi realiser un palier. Dans le corps de ce dispositif, des cavités peuvent être réparties de façon sensiblement uniforme. Une telle disposition facilite la fabrication d'un corps moulé, en répartissant les masses et permettant un refroidissement uniforme. Elle augmente aussi l'élasticité radiale du corps du dispositif de couplage et répartit ainsi les efforts radiaux. Il peut être utile que le dispositif de couplage selon l'invention comporte une partie moins deformable que le reste dudit dispositif de couplage et apte à venir en contact avec à la fois ladite pièce de maintien et ladite pièce maintenue sous l'action d'un déplacement rapprochant lesdites pièces. Cette partie moins déformable assure ainsi une protection évitant l'écrasement dudit dispositif de couplage en cas de contrainte radiale élevée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de la forme de réalisation préférée d'un dispositif de couplage selon l'invention, en référence au dessin, sur lequel la figure 1 est une vue axiale d'un palier selon l'invention, la figure 2 représente, sous forme perspective, une partie dudit palier, comportant une pièce torique de protection. Le dispositif de couplage 1, destiné à assurer une liaison mécanique à amortissement contrôle entre une pièce de maintien 2, représentée en pointillé, et une pièce maintenue 3, aussi représentée en pointillé, est représenté sur la figure 1, qui est une vue en coupe perpendiculaire à l'axe de ce dispositif. Dans cet exemple de réalisation, ce dispositif de couplage 1 est un palier assurant la liaison entre une pièce de maintien 2 qui est une colonne de direction formant un tube cylindrique contenant ce dispositif de couplage 1, tandis que la pièce maintenue 3 est un arbre cylindrique d'axe AX, commandé en rotation par un volant non représenté. Le palier 1 comporte un corps 1C en plastique à faible coefficient de frottement sur le matériau constituant 1'arbre 3 et a une forme générale cylindrique creuse d'axe AX, dont la paroi radiale externe 1E a un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de la colonne de direction 2, tandis que sa paroi interne 1I a un diamètre légèrement supérieur à celui de l'arbre 3. Des premiers moyens de pression comportent une première languette 4 flexible rattachée au reste du corps 1C par une extrémité de raccordement 4R, première languette disposée au niveau de la paroi externe 1E et qui, dans cet exemple, est orientée circonférentiellement à l'axe AX, et un premier moyen de réglage de pression constitué d'une première pièce de réglage 5, cylindrique dans cet exemple, en matériau élastique d'axe parallèle à l'axe AX, logée en force dans une première cavité 6 débouchant axialement et limitée par la première languette 4, située entre l'axe AX et cette première languette 4, et appuyant radialement au niveau de l'extrémité libre 4L de celle-ci. Un tel assemblage existe en trois endroits équi-répartis angulairement par rapport à l'axe AX. La première languette 4 comporte un premier contact 7 venant s'appliquer sur la face interne 21 de la colonne de direction 2 sous l'effet d'une déformation radiale de cette première languette 4 due à la première pièce de réglage 5 élastique. Un ergot 8, à section rectangulaire de longueur parallèle à l'axe AX, situé sur l'extrémité libre 4L de la première languette 4, fait saillie radialement à l'extérieur du diamètre de la paroi externe 1E et a une face 8E opposée à l'axe AX à une distance de cet axe AX supérieure au rayon interne de la colonne de direction 2, tandis que ladite distance de la face 8E à l'axe AX peut devenir inférieure à ce rayon interne de la colonne de direction 2 par enfoncement radial de cet ergot 8 et recul correspondant de la première languette 4 dans la première cavite 6. La colonne de direction 2 comporte un trou 2T traversant de taille correspondant à la section rectangulaire de l'ergot 8, pouvant le recevoir. Une telle disposition existe trois fois, au niveau de chacune des premières languettes 4. L'ergot 8 comporte axialement, par rapport à l'axe AX, donc au niveau de la largeur de sa section circonférentielle, une forme en biseau facilitant l'introduction axiale des trois ergots 8 dans la colonne de direction 2. Le corps 1C comporte des cavités 9, ensemble dont font partie les premières cavités 6 et des secondes cavités 16 ci-après définies, sensiblement équiréparties dans le volume de ce corps 1C, s'étendant axialement et circulairement à l'axe AX, en couches alternées, servant à équilibrer les masses et éviter un refroidissement inégal lors du moulage. De plus, elles contribuent à la déformabilité du corps 1C et elles permettent de diminuer la masse. Du côté de la paroi interne 1I du palier 1 tournée vers l'arbre 3, sont implantés des seconds moyens de pression comportant une seconde languette 14 flexible, rattachée au reste du corps 1C par une extrémité de raccordement 14R, disposée circonférentiellement par rapport à l'axe AX, associée à une seconde pièce de réglage 15 cylindrique en matériau élastique logée en force dans une seconde cavité 16 débouchant axialement et limitée par cette seconde languette 14 et située radialement comme cette seconde languette 14, mais plus éloignée de l'axe AX que celle-ci, cette seconde pièce de réglage 15 appuyant radialement vers l'axe AX, sur la seconde languette 14 à proximité de son extrémité libre 14L. Un tel assemblage existe en trois endroits équirépartis angulairement par rapport à l'axe AX, et dans cet exemple, situés angulairement en quinconce par rapport aux premiers moyens de pression 4 et 5, c'est-à-dire approximativement décalés de 60 degrés par rapport à la disposition de ceux-ci. La seconde languette 14 comporte, à proximité de son extrémité libre 14L, un second contact 17 venant au contact de l'arbre 3 sous l'effet de la déformation radiale de cette seconde languette 14 due à la seconde pièce de réglage 15. La longueur axiale du corps 1C ainsi que des divers moyens de pression est adaptée en fonction des forces exercées, afin de ne pas dépasser une pression susceptible d'endommager des éléments. La figure 2 représente, sous forme perspective, une vue partielle du palier 1 coupé selon un plan passant par l'axe AX. Ce palier 1 comporte de plus, par rapport à sa représentation sur la figure 1, une pièce torique 20 cylindrique creuse ayant sensiblement la même forme genérale que le corps lC, comportant une paroi cylindrique externe 20E de diamètre légèrement inférieur à celui de la paroi externe 1E, et une paroi cylindrique interne 20I de diamètre légèrement supérieur à celui de la paroi interne 1I. Cette pièce torique 20 à pour but d'éviter un écrasement radial excessif du palier 1. Elle est constituée d'un matériau résistant à l'écrasement, et a une longueur axiale adaptée pour lui permettre de résister à un écrasement radial. Cette pièce torique 20.est bloquée axialement au moyen de pattes 21 de fixation, déformables, dont deux sont représentées, au nombre de trois dans cet exemple, faisant partie du corps 1C et situées sensiblement dans le prolongement axial de la paroi externe 1E, équiréparties radialement et allongées axialement. Leur longueur est un peu supérieure à la longeur axiale du corps torique 20, et leur extrémité libre comporte un crochet 22 tourné vers l'axe AX. Le corps torique 20 comporte, dans sa paroi externe 20E, trois encoches 20L, dont deux sont représentées, pouvant recevoir une des pattes 21, dont le crochet 22 prend alors appui sur la face radiale 20R du corps torique 20 opposée au corps 1C. Le fonctionnement d'un tel palier 1 est le suivant. La pièce torique 20 est fixée sur le corps 1C au moyen des pattes 21, puis l'ensemble est introduit dans la colonne de direction 2. Selon que l'on a déjà implanté ou non les premières et secondes pièces de réglage 5 et 15, on doit ou non introduire d'abord la pièce torique 20 afin de laisser, si nécessaire, l'accès aux premières et secondes cavités 6 et 16. La forme en biseau des ergots 8 permet leur introduction axiale simultanée dans la colonne de direction 2 dont la paroi interne les écrase jusqu'à ce qu'ils viennent se loger chacun dans l'un des trois trous 2T, où ils reprennent leur forme initiale, bloquant ainsi en translation et en rotation le palier 1 par rapport à cette colonne de direction 2. La libération du palier 1 peut s'effectuer en écrasant simultanément les trois ergots 8 et tirant axialement sur le palier 1 au moyen d'un crochet traversant une cavité 9 ou traversant le palier 1 en son milieu si l'arbre 3 n'est pas implanté. On remarquera que l'extraction peut être facilitée en prévoyant un biseau dans le trou 2T, en regard du biseau de l'ergot 8, permettant de dégager ce dernier par appui axial sur le palier 1, puis traction axiale précédée d'une rotation pour éviter de rebloquer l'ergot 8. De même, on peut prévoir un autre biseau, au niveau de l'autre largeur de la section des ergots 8, ou bien au niveau de l'une des longueurs de ladite section, associé éventuellement à un biseau homologue du trou 2T, permettant respectivement de dégager l'ergot 8 du trou 2T par traction axiale ou par rotation puis retrait axial du palier 1. Les pièces de réglage 5 et 15 peuvent, comme indiqué cidessus, être implantées avant introduction du palier 1 ou bien après, et être éventuellement changées en fonction d'essais en vibration afin de régler la pression qu'elles exercent respectivement sur la face interne 21 de la colonne de direction 2 et sur l'arbre 3. Le réglage de la pression de contact sur les premiers ou seconds contacts 7 et 17 pourrait évidemment être effectué en utilisant d'autres moyens, par exemple en remplaçant les pièces de réglage 5 et 15 par une vis à section radiale croissante vers la tête de cette vis, appuyant par ses filets sur une surface de forme adaptée des languettes respectives 4 ou 14, située près de l'extrémité libre 4L ou 14L ou bien distante de celle-ci pour faire levier amplificateur de déplacement en rotation autour de l'extrémité de raccordement 4R ou 14R de la languette, le vissage d'une telle vis augmentant le diamètre qu'elle occupe dans la cavité correspondante 6 ou 16 et augmentant ainsi la pression sur le contact 7 ou 17 associé. De même, les pièces de réglage 5 et 15 peuvent ne pas exister si un réglage n'est pas nécessaire, du fait que la pression voulue est connue, les languettes 4 et 14 ayant alors une forme légèrement saillante par rapport à la paroi concernée du corps 1C, telle qu'elles s'appliquent d'elles-mêmes sur respectivement la colonne de direction 2 et l'arbre 3 et exercent la pression voulue de par leur flexibilité. La longueur, circonférentielle dans cet exemple, de ces languettes 4 et 14, entre leur extrémité de raccordement 4R ou 14R avec le reste du corps 1C et le point de contact 7 ou 17 associe, détermine alors l'aptitude de la languette 4 ou 14 à maintenir une pression sensiblement constante si le diamètre interne de la colonne de direction 2 ou le diamètre de l'arbre 3 présente des écarts de fabrication d'une pièce à l'autre. On peut ainsi, avec ce palier 1, ajuster séparément le couplage mécanique entre ce palier 1 et la colonne de direction 2, d'une part, et l'arbre 3 d'autre part, ce qui, comme le sait l'homme du métier, permet de modifier l'amplitude et la fréquence des vibrations issues d'un élément externe perturbateur lié à la colonne de direction 2, puisqu'il est mis en liaison mécanique avec une masse plus ou moins importante, représentant une partie plus ou moins importante de la masse de l'arbre 3, selon le couplage, et de géométrie variable en fonction dudit couplage. La pression sur les seconds contacts 17 est maintenue en-dessous d'une limite correspondant au couple de frottement acceptable. La disposition équirépartie et alternée des diverses cavités 9 évite au corps 1C de présenter des zones localisées angulairement résistant à la compression radiale, dont le matériau constituant serait détruit en cas d'ecrasement, du fait de la taille limitée du volume concerné. En particulier, on voit sur la figure 1 que le matériau séparant circonférentiellement deux cavités 9 voisines d'une couche externe est situé radialement sensiblement selon le milieu d'une cavité de la couche interne, et réciproquement, si bien que ledit matériau, en cas d'écrasement radial, écrase la cavité associée, ce qui évite ainsi une localisation des contraintes. Le corps torique 20, solidaire par commodité du corps 1C, limite la dynamique d'écrasement de ce corps 1C, tout en ne frottant pas sur l'arbre, en fonctionnement normal. On évite ainsi une détérioration éventuelle du corps 1C due à une tentative de forçage d'un doigt radial anti-vol bloquant l'arbre 3, un couple trop important sur le volant ayant pour effet de tendre à faire pivoter cet arbre 3 autour d'un axe parallèle à l'axe AX mais décentré car passant par le point de contact du doigt, situé sur la périphérie de cet arbre 3. De ce fait, cet arbre 3, pivotant autour de cet axe déporté, écrase un côté du palier 1 et risquerait de le détruire en l'absence du corps torique 20. L'exemple de réalisation ci-dessus concernait un arbre rotatif. Il est bien évident que des pièces maintenues 3 ayant un mouvement autre, tel que translation, par rapport à la pièce de maintien 2, peuvent être associées à un tel dispositif de couplage 1, en adaptant la position et le nombre de premiers et seconds contacts 7 et 17. Les cavités 9 jouent alors le rôle de libre passage d'air, évitant ainsi des surpressions dues au déplacement de pièces associées à la colonne de direction.De même, les seconds contacts 17 peuvent jouer le rôle des ergots 8, en bloquant le déplacement axial du palier 1 dans une gorge de l'arbre 3, le déblocage pouvant être effectué selon les principes exposés pour celui des ergots 8. On remarquera aussi qu'un tel palier 1, de par sa conception identique pour les premiers et seconds contacts, peut être fixé sur l'une ou l'autre des pièces couplées 2 et 3. I1 est même possible de ne pas bloquer en rotation ce palier 1, qui tendra alors à glisser en rotation par rapport à la pièce 2 ou 3 avec laquelle il a le moins de frottement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage (1) destiné à assurer une liaison mecanique à amortissement contrôlé entre une pièce de maintien (2) et une pièce maintenue (3), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de pression (4,5;14,15) aptes à bloquer ledit dispositif de couplage (1) par des contacts (7,17) sur au moins une desdites pièces (2,3) et à exercer sur ces contacts (7,17) une pression déterminée. 2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, dans lequel d'autres moyens de pression (14,15;4,5) sont aptes à bloquer, dans au moins une direction, au moyen d'autres contacts (17,7), l'autre pièce (3,2) vis-à-vis dudit dispositif de couplage (1) et à exercer sur ces autres contacts (17,7) une pression déterminée. 3. Dispositif de couplage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens de pression (4,5;14,15) comportent des moyens de réglage (5,15) de pression. 4. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de pression (4,5;14,15) comportent une languette flexible (4,14) subissant l'action des moyens de réglage (5,15) de pression. 5. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens de pression (4,5;14,15) comportent des pièces élastiques (5,15). 6. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un ergot rétractable (8) est apte à rendre prisonnier ledit dispositif de couplage (1) vis-à-vis de l'une desdites pièces (2,3). 7. Dispositif de couplage selon la revendication 6, dans lequel ledit ergot (8) est solidaire de ladite languette (4,14). 8. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel lesdits contacts (7,17) sont sensiblement disposés selon un cercle. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits contacts (7,17) sont aptes à bloquer en translation l'une desdites pièces (3,2) par rapport à l'autre pièce (2,3). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel lesdits contacts (7,17) sont aptes à permettre la rotation d'une desdites pièces (3,2) par rapport à l'autre pièce (2,3). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, comportant des cavités (9) réparties de façon sensiblement uniforme. 12. Dispositif de couplage selon l'une des revendications 1 à 11, comportant une partie (20) moins déformable que le reste (1C) dudit dispositif de couplage (1) et apte à venir en contact avec à la fois ladite piece de maintien (2) et ladite pièce maintenue (3) sous l'action d'un déplacement rapprochant lesdites pièces (2,3).