Brevet FR2719094A1 — publié le 19951027

L La présente invention est relative aux r'oul ements r'adiaux précontralints sans jeu et. plus particulièrement. à ceux d'entre eux aptes à subi r des décalages d'alignement notamment par déplacements radiaux d'amplitude limitée, et à leur application notamment à des colonnes de direction d'automobiles par, exemple terr'estres. Les roulements radiaux sans jeu a precon- trainte en general. et ceux en particulier conçus pour être utilisés dans des colonnes de direction d'automo- biles terrestres notamment sont bien connus. Des solutions à ce type de roulement sont. par exemple. exposées dans les documents FR 2 426 828. FR 2 426 829 et FR 2 586 069. Un tel roulement radial est destiné à être placé dans un logement ou alésage et à recevoir un arbre ou similaire. Un roulement de ce type est, habituellement, constitué notamment de corps roulants éventuellement montés dans une cage. d'une bague relativement mince avec une surface in- terne par exemple non-circulaire servant de chemin de roulement extérieur aux corps roulants et avec une surface externe. d'un manchon-gaine ou frette avec une chambre intérieure destinée à r- ecevoir la surface externe de la bague et avec un parement exterieur destiné à être place dans le logement. Ce type de roulement trouve une application particulière notam- ment pour les colonnes de direction d'automobiles par exemple terrestres dont une partie d'un tronçon d'ar- bre s'il y a lieu sert localement directement par sa surface externe de chemin de roulerrment intérleur aux corps roulants. Si ce type de roulement donne, pour l'es- sentiel. satisfaction il ne permet cependant pas, tel quel et à lui seul, de satisfaire à toutes les exigen- ces souvent contradictoires requises des colonnes de direction. Au montage lorsque des roulements de ce type sont utilisés dans leur application à une co- lonne de direction. le support tubulaire dans lequel est situé le logement destiné à recevoir les roule- ments est, le plus souvent. confectionné à partir d un tube soudé qui ne possède pas la qualité géométrique qui est nécessaire pour le montage classique des rou- lements des deux paliers qui doivent être coaxiaux. Ce type de défaut d'alignement. pour être admissible, ne doit pas perturber le fonctionnement ultérieur des roulements qui assurent la précision. la douceur et la régularité de la manoeuvre transmise par la rotation du volant imprimée par le conducteur. Pour parvenir à ce résultat. les roulements traditionnels de colonne de direction doivent avoir. à la fois, un couple de rotation petit et une bonne rigidité radiale pour résister à un déplacement de l'arbre par rapport au logement sous un effort radial. C'est pourquoi le chemin de roulement extérieur des corps roulants est constitué d'une bague mince portée ou emprisonnée dans un manchon-gaine qui sert de fret- te. Toutefois. on observera que lorsque le tronçon d'arbre en question s'incline par rapport à son logement il génère un effort sur les corps rou- lants qui se répercute dans la bague. Si la bague ne peut pas se déplacer suffisamment. ceci se traduit par une réaction sur les corps roulants qui produit une augmentation du couple voire "un vissage" de l'arbre. Si la bague ne peut pas se déplacer suffisamment. cela se traduit par une réaction sur les extrémités des corps roulants qui ont tendance à se désaligner et induisent une poussée axiale sur l'arbre, phénomène appelé "vissage" dans la technique. Cecl crée une augmentation de couple. la cage venant frotter axiale- ment sur la frette. Ce plhéronoene pertur-bateur est d'autant plus prononcé que le raatériau dont est fait le manchon-gaine qui sert de frette, est plus dur. Ce dysfonc t ionnement est d'autant plus accentué qu'on utilise une bague dont la surface in- terne est non-circulaire, par exemple en forme de à curviligne à sommets arrondis pour, aglr sur les ai- guilles et l'arbre afin d'avoir un effort de coullsse- m.ent élevé sur l'arbre de l'ordre de 500 N. Cet effort supplémentaire est obtenu a l'aide de bagues relati- vement épaisses, de l'ordre du millimètre au lieu d'utiliser des bagues plus minces dont l'épalsseur est de I 'ordre du demi- millimètrle environ. Ceci augmente l'inertie du roulement et donc le serrage sur les aiguilles et l'arbre, et réduit d'autant plus les aptitudes au basculement notamment sous un effort radial. On voit donc qu'il n'est pas aisé de faire en sorte que ces différents impératifs, parfois con- tradictoires, soient conciliés si l'on se souvient de plus que des roulements de ce type doivent être fabri- qués au moindre coût et, en outre, ètre faciles à assembler en une entité dont la mise en place par exemple sur1 une colonne de direction est aisée et rap i de. Le but de l'invention est de remédier aux difficultés brièvement rappelées précédem-ment de ma- nière à obtenlr un roulement radial précontralnt sans jeu qui soit apte. à lui seul, a la fois à tolérer un certain défaut d'alignement notamment par basculement ou déversement et, à subirt un déplacement r'adial d'am- plitude limitée dans des cas extrêmes, sans faitre appel à des conditions strictes de fabrication et de montage. L' invent i on a pour ob let un rou Li e:-,:ent radial sans leu apte a être précontraint qui est des- tiné à être placé dans un logement et à recevoir un arbre, et qui est constitué notamment de corps r-ou- lants éventuellement montes dans un cage, d'une bagute avec une surface interne servant de chemin de roule- ment extérieur aux corps roulants et une surface ex- terne et d'un manchon-gaine avec une chambre inté- rieure destinée à recevoir la surface externe de la bague. avec un parement extérieur qui est destiné à être placé dans le logement et dont la surface exté- rieure sert de portée pour placer le manchon-gaine dans le logement et avec au moins un évidement péri- phérique en retrait situé au moins partiellement à l'aplomb de la chambre. Ce roulement est remarquable en ce que le manchon- gaine forme un socle avec une couronne intérieure et une couronne extérieure qui sont séparées par un couloir annulaire et qui sont réunies par une cloison transversale placée au moins partiellement au droit de l'évidement périphérique, la couronne intérieure portant la chambre et la couronne extérieure porttant le parement. L'invention a aussl pour objet l'applica- tion d'un tel roulement notamment à une colonne de direction dont l'arbre sert localement par exemple directement par une partie de sa surface externe de chemin de roulement lnterieur aux corps roulants. 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 a titre d'exemple. ou - la Figure 1 est une coupe méridienne schématique partielle d'une colonne de direction d'au- tomobile équipée de roulements selon l'invention; - la Figure 2 illustre sur la vue 2A une coupe -meéridlenne schématique d'un mode de réal isat on d'un roulement selon l'invention mis en place, et la vue 2B une vue perspectilve schématique d'un constl- tuant de ce roulement; - la Figure 3 est une coupe meridienne schématique d'un autre mode de réal isat ion d'un roule- ment sans jeu selon l'invention mis en place; - la Figure 4 illustre sur la vue 4A une élévation et sut la vue 4B une coupe méridienne pal'- tielle, respectilvement, d'une autre variante de réali- sation d'un constituant d'un roulement selon l'inven- tion; et - la Figure 5 i 1 lustre en coupe méridienne schématique partielle, un autre mode de réalisation d'un roulement sans jeu selon l'invention à manchon- gaine en deux parties axiales réunies, les vues A et B étant des variantes d'exécution. Les roulements radiaux précontraints sans jeu et leur application part icul ière notamment aux 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, l'Homme du Métier du secteur technique considéré puisera dans les solutions clas- siques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels i] est confronté. En particulier, il pourra utilement se reporter aux docu- ments précités pour plus amples informations. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifiera un élément homologue, quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'execut ion. Pour la commodité de l'expose, on décrira successivement chacun des constituants d'un roulement selon 1 ' invention avant d'en exposer au besoin la fabrication et la mise en oeuvre. UJne colonne de direction d'automobl le traditionnelle est équlpée d'au moins un roulement radial précontraint sans jeu R selon l'invention. Cette colonne de direction C comprend, essentielle- ment, un tronçon d'arbre A monté dans un support S tubulaire avec un alésage intérieur, usiné ou non, qui sert de logement L à au moins un palier à trouler.ent radial p-récontralnt sans jeu R. Ce roulement R est 1( interposé entre le support S et l'arbre A qul sert localement par exemple directement par une partie de sa surface externe ou par l'intermédiaire d'une doull- le ou chemise F appropriée rapportée, de chemin de roulement intérieur aux corps roulants, par exemple rouleaux ou aiguilles, du roulement R. Comme il est habituel, une telle colonne de direction est montée dans l'habitacle inclinée d'un certain angle a. théorique mesuré à partir de l'hori- zontal. En cas de fabrication du support S avec des logements L non rigoureusement coaxiaux, un déverse- ment ou basculement à î du tronçon d'arbre A par trap- port à sa position théorique peut exister, avec tous les inconvénients rappelés brièvement précédemment, si sa valeur est relativement importante. Pour supprimer la nécessité d'avoir r-ecours à des tolérances d'usinage très strictes, on met en oeuvre un roulement radial précontraint sans jeu per- fectionné selon l'invention. Un roulement selon l'in- vention possède une rigidité radiale qui confère a une colonne de direction une fréquence propre de vibration élevée et une résistance à un effort quasi statique importante lorsqu'un couple notable est exercé sutr le volant alors que l'antivol de direction est enclenché et bloque l'arbre. Sans une telle rigidité radiale, un couple de 2'I),daN environ sur- le volant se traduit par exemple par, une réaction de l'ordre de 1000 daN suri le pêne de l 'antîvol qui risque alors de se dégager de la gâche si le roulement est trop flexible. Co.name on le voit, un roul ement radial précontraint sans jeu selon l'invention comprend, essentiellement. des corps roulants 10 tels des l'ou- leaux ou des algullles qui sont éventuellement logés dans une cage 20. une bague 30 et un manchon-gaine 40 servant de frette. La bague 30 présente une surface 31 interne par exemple non-clrculaire et une surface 32 externe. Cette bague est par exemple faite en une tôle embou- tie, au besoin traitée, et est s'il y a lieu munie a l'une de ses extrémités d'un rebord qui est continu ou en forme de languettes distinctes pour servir pal' exemple à assurer le positionnement axial de la bague par rapport au manchon-gaine en s'engageant dans une gorge appropriée de ce dernier. Cette bague est d'un seul tenant continue ou fendue, ou bien est en plu- sieurs segments. Le manchon-gaine 40 comprend une chambre 41 intérieure destinée à recevoir la surface externe 32 de la bague 30, et présente un parement 42 extérieur qui est destiné à être placé dans le logement L et dont la surface extérieure sert de portée pour placer le manchon-gaine dans le logement. La chambre inté- rieure 41 est de préférence délimitée par au moins un flanc 410 radial contre lequel prend appui la bague 30 patr exemple par l'intermédiaire de ses tranches d'ex- tréemité. De cette maniere. la bague est immobilisée axialement au moins dans un sens dans la chambre. Le manchon-gaine 40 présente au moins un évidement 43 périphérique en retrait situé au -oins partiellement à l'aplomb de la chambre 41. Un tel évidement périphéri- que 43 est -.ménagé dans l'un au moins de ces parement 42 et chambre 41. Le:;ancton-gaine 40 forme un socle 400 avec une couronne 401 intérileure et avec une cou- ronne 402 extérieure qui sont séparées par un couloir 403 annulaire et qui sont réunies par une cloison 404 transversale. La cloison transversale 404 est placée au moins partiellement au droit de l'évidement pér]- phérique 43 de manière que la couronne intérieure 401 porte la chambre 41 et la couronne extérieure 402 porte le parement 42. La couronne extérieure 402 porte par exem- ple au moins une protubérance 405 saillante centrifuge qui est destinée à coopérer avec un dégagement D com- plémentaire du logement L pour contribuer au position- nement axial du roulement dans le logement. Les confl- gurations complémentaires d'un couple de protubérance et de dégagement coopérant sont telles que l'une au moins d'entre elles est conique ou prismatique ou similaires de manière que sous l'effet d'un effort radial, le jeu éventuel existant entre protubérance et dégagement se résorbe spontanément. Chaque protubé- rance 405 est, de préférence, portée par une lame 4(6 dont est munie la couronne extérieure 402. Une telle protubérance peut aussi prendre la forme d'un rebord terminal, continu ou non destiné à reposer contre la tranche libre du logement L du support S. La couronne intérieure 401 porte au noins un bec 407 salllant centripète destiné à coopérer avec la bague 30 pour contribuer à son posltlonnement axial relativement à la chambre intérieure 41. Le bec 407 est, de préférence, porté par une patte 408 dont est munie la couronne intérieure 401. S'il v a lieu un autre flanc radial 410 est ménagé sur chaque bec 407. De préférence, chaque bec 407 est muni d'une entrée 4070 évasée axiale diver- Fente vers 1 'extéerieur. Comme on le comprendra par' la suite une telle entrée contribue a la maise en place aisée notam?:ent de la bague 30 et des cor'ps iroulants dans le manchon-gaine 40. Les pr-otubérances 405 et becs 407 sont par- exemple alter-nes et de préféerence sont angulalire:-:ent rgul e1', ent répai-tis. De pr'efée-ence. les lames 406 et/ou les pattes 408 sont élastiques. Selon un -ode de réalisation. le manchon- gaine 40 est d'un seul tenant et continu ou bien est fendu de par't en par-t par- exemple parallèlement à ses enératrices. Selon un autre mode de r'éal isat ioon. au lieu d'être d'un seul tenant, le manchon-gaine est fait d'au moo ins deux secteur's comp[ement ar t- es qui i5 s'adaptent les uns aux autr'es pour lui donner une conf igurat ion simi lair'e à cel le d'uln manchon-ga ine d'un seul tenant. Pour, maintenir assemblés les diverts secteur-s complémentaires, on munit chacun de ces sec- teurs de movens d'assemblage et de fixation qui petr- met tent de maintenir réunis ensemble les diver-s sec- teurs complémentair-es. Ces tooyens d'assemblage et de fixation de tout type classique courant compr-ennent par, exemple des or'ganes mâle et femelle complémentai- r'es du type rainur-e et languette operant par- encli- quetage réversible ou n]on. Ce mooyens d'assemblage et de fixation sont part exemple port-és par, au moins un br-as 409 de pr'éfér-ence élastique. Les moyens d'assem- blage et de fixation peuvent êttre aussi constitues de joncs élastiques par' exer'ple en cor'de a piano ou d'an- neaux en tôle d'acier, de nuance appropritee. Selon un autre me ode de réal isat on il lustr-e sur' es Fiures 5A et 5B, le manchon-gaine 40 est fait en deux anneaux coaxiautx accoles 1 'un à l 'autre au niveau de la cloison transversale 404 qui se tr- ouve en quelque sorte dédoublée. Ces deux anneaux qui se pr-é- sentent a la maneièle d'une double gouttière tor-lque. sont réunis et maintenus assembles dos à dos de préfé- rence après:montage des constituants du roulement proprement dit; un tel assemblage est par exemple fait par soudage. collage, emboitement élastique, enclique- tage, etc... Le manchon-gaine 40 est par exemple fait en une matière synthétique du type élastomère de dureté Shore appropriée, mise en forme par exemple pour mou- lage par injection. Le manchon-gaine 40 peut êt-re aussi fait en une matière métallique par exemple un acier de nuance appropriée mise en forme et au besoin traitée selon des techniques traditionnelles appro- priées. Tout ceci est clairement illustré sur les figures du dessin auquel on se reportera utilement. Il est clair que l'illustration est schématique et que les échelles relatives des constituants ne sont pas respectées. On observera en particulier que grâce à la solution retenue spécialement pour le manchon-gaine qui sert de frette, il est possible de réunir et pré- assembler tous les constituants essentiels d'un roule- ment selon l'invention en une entité autonome avant de procéder à la mise en place du roulement en une seule opération. Lorsqu'un manchon- gaine selon l'invention est d'un seul tenant, qu'il soit continu ou fendu, on peut y placer aisément les corps roulants éventuelle- rent montés dans une cage et la bague, en les enfilant simultanément ou séparément dans le manchon-gaine par l'extrémité qul porte les becs à entrée évasée et flanc de retenue. L'engagement et la mise en place sont facilités par le fait que les becs sont portés directement par la couronne intérieure ou par des pattes, qui sont élastiques. Lorsque le manchon-gaine ll est fait de plusieurs secteurs complémentaires. il suffit t de placer les corps roulants éventuellement :-ontés dans une cage et la bague dans l un de ces secteurs puis de placer le ou les autres secteurs qui se trouvent automatiquement maintenus assemblés et fixés grâce au r".oyen d'assemblage et de fixation. Il en est de mm:e lorsque le manchon-gaine est fait de deux anneaux coaxiaux assemblés dos-à-dos. On comprend donc que de la sorte on a constitué une entité pré-assemblée qu'il est facile de stocker et de transporter jusqu'au poste o l'entité que constitue le roulement selon l'invention sera:Alse en place par exemple pour servir de palier pour un tronçon d'un ar-bre de colonne de direction comme il- lustr-é sur la Fig-ure 1. On observera que du fait que le roulement selon l'invention résiste à un effort de coulissement axial très élevé, il devient possible de positionner axialement l'arbre relativement à son support pendant le transport de la colonne. le préré- glage de la position du volant par rapport au support étant alors fait chez le constructeur de la colonne de direction proprement dite. Une fois mis en place, on comprend aisément que le manchon-gaine servant de frette a la configura- tion d'un socle qui comprend essentiellement la cou- ronne intérieure et la couronne extérieure séparées par un couloir annulaire et réunies par la cloison transversale et autorise des déplacements en incli- naison et aussi radiaux notamment du fait que la clol- son transversale est placée au mooins partiellement au droit d'au moins un évidement périphérique. Ce qu, précède met bien en lumière les particularités distinctives de l'invention, l'intérêt qu'elle offre et les avantages qu'elle apporte. REVEND I CATIONS 1 - Roulerient radial sans jeu apte à étre précontraint qul est destiné a être placé dans un logement et à recevoir un arbre et qui est constitué notamment de corps roulants (10) éventuellement montés dans un cage (20>, d'une bague (30) avec une surface (31) interne servant de chemin de roulement exteérieur aux corps roulants (10) et une surface (32) externe, et d'un manchon-gaine (40) avec une chambre 141) lnté- rieure qui est destinée a recevoir la surface externe (32) de la bague (30), avec un parement (42) extérieur qui est destiné à être placé dans le logement et dont la surface extérieure sert de portée pour placer le manchon-gaine (40) dans le logement et avec au moins un évidement (43) périphérique en retrait situé au moins partiellement à l'aplomb de la chambre (41) roulement caractérisé en ce que le manchon-gaine (40) forme un socle (400) avec une couronne (401) inté- rieure et une couronne (402) extérieure qui sont sépa- rées par un couloir (403) annulaire et qui sont réu- nies par une cloison (404) transversale placée au moins partiellement au droit de l'évidement périphéri- que (43), la couronne intérieure (401) portant la chambre (41) et la couronne extérieure (402) portant le parement (42). 2 - Roulement selon la revendication 1. caractérisé en ce que l'évidement périphérique (43) est ménagé dans l'un au moins de ces chambre (41) et parement (42). 3 - Roulement selon la revendlcation I1 ou 2, caractérisé en ce que la couronne extérieure (402) porte au moins une protubérance 1405) saillante cen- trifuge pour contribuer au positionnement axial du roulement dans le logement. 4 - Roulement selon la revendication 3. :, caracterise en ce que la couronne exterieure (42 est aunrie d'au molns une lame (406) axiale et en ce que cette lame (406) porte une protuberance (405). - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. caractérisé en ce que la cou- rtonne intérieure (401> porte au moins un bec (4107) saillant centripète destiné a coopérer avec la bague (30) pour contribuer, à son positionnement axial r'ela- tivement à la chambre lntérieure (41>. 6 - Roulement selon la revendicatlon 5. caractérisé en ce que la couronne intérieure (401) est munie d'au tmoins une patte (408) axiale et en ce que cette patte (408) porte un bec (407). 7 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 4 à 6. caractérisé en ce que les protu- bérances (405) et becs (407) sont alternés. 8 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les protu- bérances (405) et becs 1407) sont angulairement regu- lièrement répartis. 9 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre intérieure (41) est délimitée par au moins un flanc (410) radial contre lequel prend appui la bague 130) pour l'immobiliser axialement dans au moins un sens. - Roulement selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'un des flancs lradiaux (410 est ménagé suir un bec 1407). 11 - Role:'ent selon l'une quel conque de.s 'i-evendications 5 à 11. caract cri se on ce qule chtviqule bec (407) prlsenllte lillne entlrée ( 4070 évasée (axi ale diver-gente vers I 'ext ér]i eu dest i n(e a contl Ji u r i, la i se en place notam!-rrent de la bague.(g 3 et des C Olps roulants ( 101) dans le 7anchon-gaine (410). 12 - Rolllet.eent selonlI une qllelconqulle (c: s revendications 4 à 11, caractérise en ce que ces la:-es (4061 et/ou pattes (4081 sont élastiques. 13 - Roulement selon l 'une quelconque des revendications i a 12, caractérisé en ce que le man chon-gaine (40) est continu. 14 - Rotilement selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. caractérisé en ce que le man- chon-gaine (40) est fendu. - Roulement selon l 'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérise en ce que le mlan chon-gaine (40> est fait d'au moins deux secteurs cor- plémentaires. 16 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le man- chon-gaine (40) est fait de deux anneaux coaxiaux accolés l'un à l'autre au niveau de la cloison trans- versale (404). 17 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le man- chon-gaine (40) est fait en une matière synthétique. 18 - Roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le man- chon-gaine (40) est fait en une matière métallique. 19 - Application d'un roulement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 18 notamment à unle colonne de direction d'automobile dont l'arbre sert s'il v a lieu localement de chemin de roulement intérieur aux corps roulants (10).