Brevet FR2722126A1 — publié le 19960112

L'invention concerne un procédé pour réaliser l'assemblage entre le palier d'un axe ou d'un arbre et un support de palier, appelé ci-après "assemblage palier- support de palier", en particulier pour une pompe à eau de refroidissement d'un véhicule, dans lequel la surface extérieure d'une bague extérieure du palier est reliée de façon fixe à une surface annulaire qui l'entoure d'un support de palier. Un tel assemblage est utilisé par exemple pour le montage de la partie tournante de la pompe à eau du circuit d'eau de refroidissement d'un vé- hicule automobile. Un support de palier pour un tel assemblage est décrit par exemple dans la demande de brevet allemand DE 38 33 331 Ai soumise à l'inspection publique. Ce sup- port est en matière plastique, mais des supports de pa- lier métalliques sont également connus. Le support selon ce document possède un cylindre de montage destiné à re- cevoir un palier et possédant un diamètre constant à l'exception de divers évidements, par exemple pour la mise en place d'éléments d'arrêt et de joints d'étan- chéité. Pour le maintien du palier dans le cylindre de montage, ce dernier est pourvu d'un logement approprié et une pièce séparée d'immobilisation axiale doit être insé- rée. Le logement et le diamètre intérieur du cylindre de montage doivent être réalisés suffisamment précis si la précision de l'emplacement et l'absence de jeu du palier à mettre en place doivent répondre à certaines exigences. La demande de brevet JP 54-84157, soumise à inspection publique, décrit un procédé pour enfoncer une douille de palier à diamètre extérieur constant dans un alésage récepteur ayant également un diamètre constant; selon ce document, la douille est d'abord comprimée coni- quement pour pouvoir être mise en place plus facilement dans l'alésage récepteur et elle reprend sa forme cylin- drique à diamètre constant pendant la suite de l'enfonce- ment dans l'alésage. Par le brevet des E.U.A. 2 779 641, il est connu de donner une forme conique au perçage formant lo- gement d'un support de palier et de fabriquer la surface extérieure de la bague extérieure d'un roulement à billes, à mettre en place dans ce perçage, avec un dia- mètre qui n'augmente pas, mais de la doter d'un profil en dents de scie en direction axiale, les nervures en dents de scie pénétrant dans la paroi du perçage lors de l'en- foncement de la bague du roulement dans le perçage. On connaît en outre des montages rotatifs d'arbres comprenant un coussinet disposé sur l'arbre et présentant une surface extérieure conique, de même qu'un perçage destiné à recevoir le coussinet et ayant une forme conique complémentaire, le coussinet étant maintenu pressé élastiquement contre le perçage. Un exemple d'un tel montage est montré par le brevet DE 39 34 125 C2. Le problème technique à la base de l'invention est la mise à disposition d'un procédé pour réaliser un assemblage palier-support de palier nécessitant aussi peu d'opérations et de dépense de travail et permettant l'ob- tention d'un maintien protégé contre le détachement et le changement de position du palier dans son support, sans que cela demande des moyens auxiliaires supplémentaires. Selon l'invention, on obtient ce résultat par un procédé qui est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - fabrication d'un palier possédant une bague extérieure ayant une surface extérieure conique, - fabrication d'un support de palier présentant un per- gage formant logement d'une forme conique correspon- dant à la surface extérieure de la bague extérieure du palier, perçage dont la surface annulaire entourant le palier et faisant partie du support de palier est faite d'un matériau qui se contracte au refroidisse- ment, - insertion du palier dans le perçage formant logement en maintenant la surface annulaire du support de palier à une température supérieure à la température ulté- rieure d'utilisation et - refroidissement de la surface annulaire du support de palier pour établir une liaison fixe entre la bague extérieur du palier et la surface annulaire du support de palier par contraction de cette dernière. La liaison entre la bague extérieure du palier et le support est obtenue par la contraction de la sur- face annulaire du corps de palier sur la surface exté- rieure de la bague extérieure du palier pendant le re- froidissement de la partie concernée du support de pa- lier. La surface de la bague extérieure du palier et la surface annulaire du support sont ainsi réunies d'une ma- nière sûre, empêchant tout mouvement relatif lors de l'utilisation consécutive, sans que cela nécessite des dispositions auxiliaires supplémentaires, telles que l'emploi de segments d'arrêt, goupilles, colles ou défor- mations de matériau, puisqu'on peut se dispenser des étapes correspondantes de procédés classiques, comme par exemple l'enfoncement, la contraction ou la fixation par collage, avec des moyens supplémentaires pour fixer la position et l'emplacement. En raison de la conformation conique correspondante des surfaces à assembler, il n'est plus nécessaire de réaliser le perçage formant logement par un usinage par enlèvement de copeaux, usinage pour lequel des précisions de forme de l'ordre de 0,005 mm peuvent être demandées au cas o le diamètre doit être constant. De plus, grâce à la forme conique, le palier peut facilement être mis en place dans le perçage, d'éventuels manques de précision des diamètres des cônes pouvant facilement être compensés lors du montage par des tolérances axiales, sans que la solidité de l'assemblage ultérieur en souffre. La forme conique des surfaces co- opérantes du palier et du support est en outre particu- lièrement avantageuse lorsque, par exemple dans le cas du montage rotatif de la partie tournante d'une pompe à eau pour le système de refroidissement par eau d'un véhicule automobile, l'arbre maintenu dans le palier présente un sens principal de sollicitation suivant l'axe, la conicité étant choisie dans ce cas de manière que le pro- fil conique se rétrécisse dans le sens principal de sollicitation. Le procédé selon l'invention procure donc, par des moyens très simples et une faible dépense, un montage rotatif d'un axe ou d'un arbre qui est autoblo- quant. L'angle de cône est à choisir convenablement, suivant l'application, en tenant compte du comportement de retrait du matériau utilisé pour le support de palier. Selon une caractéristique de l'invention, des valeurs ty- piques avantageuses pour l'angle de cône sont comprises entre 1,9 et 2,1 . La valeur pour cet angle peut en par- ticulier être choisie en fonction de la tolérance axiale désirée des extrémités de l'arbre traversant le palier ou des faces d'extrémité du palier et, en cas d'utilisation d'une pièce coulée pour le support de palier, également en fonction du processus de coulée. Un perfectionnement avantageux de l'invention prévoit la fabrication du support de palier comme une pièce coulée en aluminium ou magnésium. La réalisation sous la forme d'une pièce coulée a pour conséquence que le perçage formant logement ne demande pas d'usinage coû- teux par enlèvement de copeaux. Lorsque, selon une autre caractéristique, l'insertion du palier dans le perçage et le refroidissement de la surface annulaire s'effectuent directement à la suite d'une opération d'ébavurage à la presse faisant partie du processus de coulée, on obtient l'avantage que le palier peut être monté immédiatement après cette opération d'ébavurage à la fin du processus de coulée du support de palier. De cette manière, la cha- leur résiduelle encore présente après l'évaburage, est utilisable pour un refroidissement contrôlé au cours duquel la surface annulaire du support de palier recouvre et vient se serrer sous l'effet de son retrait autour de la bague extérieure du palier. On utilise donc ainsi l'énergie primaire mise en oeuvre pour le processus de coulée, ce qui maintient le besoin en énergie à faible niveau et accélère en outre le refroidissement jusqu'à la température ambiante. Le montage du palier peut s'effec- tuer dans ce cas manuellement lors du démoulage de la pièce coulée, mais il peut également être intégré automa- tiquement dans le cycle de coulée ou de moulage et s'ef- fectuer pendant l'opération d'ébavurage à la presse. En remplacement d'un tel montage du palier inté- gré dans le processus de coulée, il est possible aussi, selon une autre caractéristique, de refroidir d'abord le support de palier jusqu'à la température ambiante après le processus de coulée et de le réchauffer avant l'inser- tion ultérieure du palier. Le montage du palier est ainsi séparé dans le temps de la fabrication du support du fait que le montage est effectué à un moment ultérieur, après la fabrication du support de palier. Ce dernier est en- suite réchauffé de façon contrôlée au-delà de la tempéra- ture d'utilisation ultérieure afin d'obtenir l'assemblage consécutif du support et du palier par la contraction de la surface annulaire du support. Pour ce réchauffage du support, le perçage formant logement peut au besoin être soumis en plus à une finition opérée indépendamment du lieu o s'est effectuée précédemment la coulée. Afin de contribuer au maintien en place en direc- tion radiale, la bague extérieure du palier peut être fa- briquée avec une surface extérieure rugueuse, notamment de manière à doter cette surface d'une rugosité contrô- lée, par exemple sous la forme de rainures uniformes de moletage ou analogues, dans lesquelles pénètre le maté- riau de la surface annulaire intérieure du support de pa- lier pendant le processus de retrait. Une disposition très avantageuse pour réaliser l'étanchéité d'un assemblage selon l'invention est obte- nue par une caractéristique selon laquelle une garniture d'étanchéité axiale unifiée à anneau glissant est placée dans la zone du palier, garniture qui coopère avec la partie conique terminale de plus grand diamètre de la surface annulaire du support de palier. Une telle garni- ture se trouve dans le commerce et possède déjà un joint en élastomère fixé par vulcanisation sur matériau de mon- tage/jointoiement. Une variante simplifiée et plus économique pour l'étanchéité est l'emploi d'un palier compact dans lequel est intégrée une garniture d'étanchéité axiale à anneau glissant (ce que l'on appelle aussi une étanchéité inté- grée dans le palier). Dans ce cas, selon une autre carac- téristique de l'invention, une combinaison d'un palier et d'une garniture d'étanchéité axiale à anneau glissant est mise en place à l'état préassemblé en tant que dispositif d'étanchéité intégré dans le palier, sans matériau de montage étanche supplémentaire. De tels paliers compacts combinés etétanchéifiésdontl'utilisation supprime la né- cessité de prévoir un dispositif d'étanchéité supplémen- taire du support de palier vis-à-vis de l'espace dans le- quel circule l'eau, sont au stade de mise au point et d'essai. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, mais nul- lement limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une coupe axiale d'un assem- blage palier-support de palier pour une pompe à eau d'un circuit de refroidissement par eau d'un véhicule automo- bile; et - la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1 d'un assemblage palier-support de palier, mais avec un dispositif d'étanchéité selon une variante. En référence aux réalisations représentées de l'assemblage palier- support de palier d'une pompe à eau, on expliquera ci-après le procédé pour le produire, étant entendu que l'assemblage selon la figure 2 correspond largement à celui de la figure 1. Des éléments fonction- nellement identiques sont pourvus des mêmes références et les explications qui suivent se rapportent aux deux réa- lisations, sauf s'il est fait référence expressément à l'une d'elles. La partie représentée d'une pompe à eau com- prend un support de palier 1 sur lequel est formé un manchon 2 destiné à recevoir un palier, ainsi qu'un arbre de pompe 2 réalisé comme un arbre à deux bouts sortis et constituant en même temps la bague intérieure d'un palier compact 12, c'est-à-dire d'un palier axial et radial com- biné. Sur un bout de l'arbre de pompe 6 est enfilée par pression, à une position fixe, une garniture d'étanchéité axiale unifiée à anneau glissant 11, pourvue d'un joint d'étanchéité en élastomère 9, et la roue à ailettes 8 est montée ensuite solidaire en rotation et à une position axiale définie par rapport au support de palier. Par son bout opposé à la roue à ailettes 8, l'arbre de pompe 6 est solidarisé en rotation, d'une manière classique non représentée, avec une pièce d'entraînement 7 pour faire tourner l'arbre de pompe 6. En variante, dans l'assem- blage selon la figure 2, dès le préassemblage du palier compact, une garniture d'étanchéité axiale appropriée 11', à anneau glissant, a déjà été mise en place comme étanchéité intégrée dans un palier compact 13. Dans ce cas, la garniture est placée ensemble avec le palier com- pact 13 dans le support de palier 1, sans que cela de- mande du travail supplémentaire, et le montage de la roue à ailettes s'effectue de nouveau comme indiqué plus haut. La réalisation de l'assemblage palier-support de palier commence par la fabrication du support de pa- lier 1 et la mise à disposition de la roue à ailettes 8 ainsi que, dans le cas de l'assemblage selon la figure 1, du palier compact 12 et de la garniture d'étanchéité axiale unifiée 11 à anneau glissant, mise en place par pression, ou, dans le cas de l'assemblage selon la figure 2, de la combinaison du palier compact 13 et de la garni- ture d'étanchéité intégrée 11'. Le support de palier 1 est fabriqué sous la forme d'une pièce coulée en alumi- nium, mais un autre matériau de coulée, du magnésium par exemple, est utilisable aussi. La surface intérieure du manchon 2 du support de palier est réalisée coniquement, de la façon représentée, par sa formation autour d'un noyau massif conique, l'angle de cône "a" étant de 2 dans cet exemple. L'espace entouré par cette surface an- nulaire intérieure conique 3 du manchon sert de perçage formant logement pour une bague extérieure 4 d'un palier. Cette bague est par conséquent fabriquée avec une surface extérieure 5 dont la forme conique correspond à la sur- face intérieure du manchon et dont l'angle de cône est également de 2 . En raison de la fabrication du support de palier 1 comme une pièce coulée, la fabrication ne de- mande pas d'étapes supplémentaires coûteuses, telles que l'usinage par enlèvement de copeaux du perçage formant le logement pour le palier et analogues. Le support de palier 1, encore échauffé en rai- son du processus de coulée au-delà de la température am- biante - laquelle représente dans ce cas la température d'utilisation ultérieure - est soumis à une opération d'ébavurage à la presse et, immédiatement après, l'unité préassemblée composée de l'arbre et du palier est glis- sée, avec la partie coniquement rétrécie du palier à l'avant et à partir du côté coniquement évasé du perçage formé par le manchon 2, à l'intérieur de ce dernier, jus- qu'à ce que les surfaces coniques 3, 5 correspondantes de la bague extérieure 4 du palier et du support de palier 1 s'appliquent par toute leur étendue l'une contre l'autre. Pour ce qui concerne la solidité de l'assemblage palier-support de palier ultérieur, il n'est pas nécessaire que le palier prenne une position déterminée dans le manchon récepteur 2; cette position peut varier par exemple dans une plage axiale d'environ 1,5 mm vers les deux côtés autour d'une position théorique, sans que cela entraîne par la suite des conséquences nuisibles au fonctionnement, de sorte que de larges tolérances de fabrication sont autorisées. L'insertion du palier 12 ou 13 dans le manchon 2 peut s'effectuer manuellement au démoulage de la pièce coulée formant le support de palier ou, en variante, automatiquement dans le cycle de coulée sous pression. Quoiqu'il en soi, cette opération ne demande pas le déploiement d'efforts ni des dispositions particulières pour le positionnement. Après l'insertion du palier 12 ou 13 dans le perçage formant logement du manchon du support 1, le pro- cessus consécutif de refroidissement de ce support assure la contraction du manchon d'aluminium 2, lequel enserre ainsi progressivement et avec de plus en plus de force la surface extérieure 5 de la bague extérieure 4 du palier, jusqu'à ce que, après le refroidissement du support de palier 1 jusqu'à la température ambiante, il se soit éta- bli un assemblage tellement solide entre la bague exté- rieure 4 du palier et le manchon d'aluminium 2 que ces deux éléments ne sont plus déplaçables l'un par rapport à l'autre. Pour contribuer au maintien en place en direc- tion radiale la bague extérieure 4 du palier est pourvue, à sa surface extérieure 5, dans une zone centrale 10, d'une surface rugueuse sous la forme d'un striage régu- lier, dans lequel l'aluminium constitutif du manchon 2 pénètre pendant le retrait, ce qui contribue à fixer les positions relatives. Comme le montage du palier fait im- médiatement suite à la coulée, l'énergie du processus de coulée est exploitée pour l'assemblage, si bien qu'une dépense d'énergie supplémentaire pour échauffer le sup- port de palier 1 n'est pas nécessaire. Par contre, si le montage du palier doit s'effectuer seulement à un moment ultérieur, il est possible aussi, en variante, en vue du montage du palier, de réchauffer le support 1 au-delà de la température d'utilisation ultérieure envisagée, d'in- sérer ensuite le palier 12 ou 13 puis de refroidir le support 1 et de provoquer ainsi sa contraction. Dans l'assemblage selon la figure 1, à l'état monté illustré du palier 12 dans le support 1, la zone d'étanchéification à anneau glissant 11 du palier 12, zone qui se trouve du côté de la roue à ailettes, est si- tuée, de manière à assurer son étanchéité, en regard de la partie évasée du manchon 2. Ladite zone 11 est formée par la garniture d'étanchéité axiale unifiée à anneau glissant 11, comprenant le joint d'étanchéité en élasto- mère 9 fixé par vulcanisation et sur matériau de mon- tage/jointoiement, garniture qui, par sa mise en place axiale par pression sur l'arbre 6 et son emmanchement dans le manchon 2, sépare l'espace de palier éloigné de la roue à ailettes de l'espace dirigé vers cette roue et dans lequel circule le fluide de refroidissement. En cas d'utilisation du palier 13 selon la figure 2, lequel est combiné avec une garniture d'étanchéité axiale à anneau glissant, cet état de séparation existe déjà dès le mon- tage du palier dans le support 1, de sorte que la mise en place d'un dispositif d'étanchéité séparé est supprimée. La réalisation décrite de l'assemblage palier- support de palier, lequel empêche des mouvements relatifs entre le palier 12, 13 et le support 1, est possible moyennant une faible dépense et, surtout, ne demande pas de matières ou de moyens auxiliaires supplémentaires, tels que des colles, des segments d'arrêt, des goupilles ou des déformations de matériau pour bloquer la position du palier dans le support 1. Ensuite, la roue à ailettes 8 et la pièce d'entraînement 7 sont fixées sur les bouts d'arbre concernés, de sorte que le dispositif est prêt à fonctionner dans la zone de l'assemblage. Pour ce qui concerne l'ajustement du jeu à étanchéifier entre lesupport de palier 1 et la roue à ailettes 8, il est possible, dans le cas de l'assemblage selon la figure 2, d'effec- tuer le montage de la roue 8 sur le palier combiné 13 dès avant la réalisation de l'assemblage à l'intérieur du support 1. Pour le montage illustré d'une pompe à eau, on obtient pendant le fonctionnement, en raison de l'effet de pompage, un sens principal de sollicitation suivant l'axe, ce qui est indiqué dans la figure par la force de pression P. L'assemblage réalisé entre le palier et le support tient compte de ce fait par l'orientation des cônes formés par la surface extérieure 5 de la bague extérieure 4 du palier et par la paroi intérieure 3 du manchon et leur rétrécissement dans ce sens prin- cipal de sollicitation, de sorte que la sollicitation peut être encaissée particulièrement bien par l'assem- blage. On comprendra que le montage des autres éléments de la pompe à eau, qui ne sont pas essentiels à l'inven- tion, s'effectue de manière classique, sans changement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser l'assemblage entre le palier d'un axe ou d'un arbre et un support de palier, appelé ci-après "assemblage palier- support de palier", en particulier pour une pompe à eau de refroidissement d'un véhicule, dans lequel la surface extérieure d'une bague extérieure du palier est reliée de façon fixe à une sur- face annulaire qui l'entoure d'un support de palier, ca- ractérisé par les étapes suivantes: - fabrication d'un palier (12) possédant une bague extérieure (4) ayant une surface extérieure (5) conique, - fabrication d'un support de palier (1) présentant un perçage formant logement d'une forme conique corres- pondant à la surface extérieure de la bague extérieure du palier, perçage dont la surface annulaire (3) en- tourant le palier et faisant partie du support de pa- lier est faite d'un matériau qui se contracte au re- froidissement, - insertion du palier dans le perçage formant logement en maintenant la surface annulaire du support de palier à une température supérieure à la température ulté- rieure d'utilisation et - refroidissement de la surface annulaire du support de palier pour établir une liaison fixe entre la bague extérieure du palier et la surface annulaire du support de palier par contraction de cette dernière. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en outre en ce que l'angle de cône (a) de la surface extérieure (5) de la bague extérieure (4) du palier et la surface annulaire (3) du support de palier est compris entre 1,9 et 2,1 . 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en outre en ce que le support de palier (1) est fabriqué par un processus de coulée d'aluminium ou de ma- gnésium. 4. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en outre en ce que l'insertion du palier (12) dans le perçage formant logement et le refroidissement de la surface annulaire (3) du support de palier s'effectuent directement à la suite d'une opération d'ébavurage à la presse faisant partie du processus de coulée. 5. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en outre en ce que le support de palier (1) est d'abord refroidi jusqu'à la température ambiante après le processus de coulée et est réchauffé avant l'insertion ultérieure du palier (12). 6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en outre en ce que la bague extérieure (4) du palier est fabriquée avec une surface extérieure (5) ru- gueuse. 7. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en outre en ce qu'une garniture d'étanchéité axiale unifiée à anneau glissant (9) est disposée dans la zone du palier (12), garniture qui coopère avec la partie conique terminale de plus grand diamètre de la surface annulaire (3) du support de palier. 8. Procédé selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en outre en ce qu'une combinaison d'un palier (13) et d'une garniture d'étanchéité axiale à anneau glissant (11') est mise en place à l'état préassemblé en tant que dispositif d'étanchéité intégré dans le palier, sans matériau de montage étanche supplémentaire.