Brevet FR2779787A1 — publié le 19991217

Bague de tolérance pour roulement. L'invention concerne le domaine des bagues de tolérance, en particulier celles utilisées dans les roulements de colonne de direction. Généralement, les roulements de colonne de direction comportent une bague extérieure, une bague intérieure, chaque bague comportant un chemin de roulement toroidal, et une rangée de billes disposées entre les deux chemins de roulement au contact de ces derniers. Une cage peut être disposée dans le roulement pour maintenir un espace circonférentiel régulier entre les billes. Du fait de la faible vitesse de rotation de ce type de roulement, la présence de la cage n'est pas obligatoire et on peut disposer les billes sans cage avec un très faible jeu circonférentiel entre deux billes adjacentes. On utilise généralement pour la fabrication de tels roulements, des bagues en tôle emboutie, lesdites bagues étant ensuite traitées thermiquement pour leur conférer la dureté nécessaire. Les colonnes de direction sont généralement équipées d'une paire de roulements à contact oblique montés en opposition et fonctionnant à jeu nul grâce à un effort axial de précontrainte exercé sur les bagues intérieures par un organe axialement élastique, ressort, rondelle élastique, etc. Les bagues extérieures de roulement sont solidarisées avec le logement de la colonne de direction et les bagues intérieures sont montées sur l'arbre de colonne par l'intermédiaire d'une bague de tolérance qui permet d'assurer le montage aisé du roulement sur l'arbre sans serrage initial et de réaliser ensuite la solidarisation entre la bague intérieure et l'arbre, même lorsque les sections de l'arbre et de la bague intérieure ont un profil très différent. La bague de tolérance peut permettre, par des formes adaptées, de monter une bague intérieure ayant une forme de révolution sur un arbre à section carrée. La déformation de la bague de tolérance permet d'assurer la compensation des défauts géométriques et des dispersions dimensionnelles de la bague intérieure et de l'arbre. Enfin, la bague de tolérance permet de transmettre à la bague intérieure l'effort axial de mise en précontrainte. L'arbre peut avoir, selon les cas, une section droite, circulaire, ou polygonale, par exemple carrée. La bague de tolérance se présente sous la forme d'un anneau élastique ouvert en un point de sa circonférence par une fente s'étendant axialement et radialement sur toute l'épaisseur de la bague, ce qui lui confère l'élasticité radiale requise. La bague de tolérance est fabriquée par moulage d'une matière synthétique telle qu'un polyamide pouvant être chargé d'éléments susceptibles d'améliorer ses caractéristiques mécaniques, par exemple des fibres de verre. L'alésage de la bague de tolérance est de section circulaire ou polygonale, carrée par exemple, en fonction de la section de l'arbre. A l'état libre, la bague de tolérance présente un jeu radial relativement important par rapport à l'arbre. Les roulements, munis de leur bague de tolérance, sont mis en place sur l'arbre et dans leur logement. On exerce ensuite l'effort axial de précontrainte sur la bague de tolérance au moyen d'un ou plusieurs organes élastiques qui exercent sur ladite bague de tolérance un effort tendant à rapprocher les bagues intérieure et extérieure axialement l'une de l'autre. On rattrape ainsi les jeux internes des roulements en assurant un contact permanent sans jeu et sous précharge entre les bagues du roulement et les billes. Par ailleurs, par effet de coin entre l'alésage de la bague intérieure et la forme extérieure conique de la bague de tolérance, cette dernière se resserre sur l'arbre assurant ainsi une liaison sans jeu entre ces éléments. Lors du moulage par injection d'un anneau ouvert, il arrive fréquemment que la pièce finie présente, au niveau de la fente, un décalage radial relativement important entre les deux extrémités de l'anneau se faisant face, en raison de la répartition des contraintes ou de températures irrégulières lors de l'opération de moulage. Ce défaut peut s'avérer gênant lors de la séquence de montage du roulement sur l'arbre. En effet, la bague de tolérance étant déjà en place dans la bague intérieure du roulement, ce décalage radial risque d'empêcher, ou tout au moins de gêner, l'introduction du roulement sur l'arbre. Ce phénomène est encore plus pénalisant si on souhaite automatiser le montage. La présente invention a pour but de proposer une bague de tolérance adaptée au montage automatique et dont les deux extrémités sont sensiblement alignées. Le dispositif de bague de tolérance, selon l'invention, est prévu pour un roulement de colonne de direction, du type comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, une rangée d'éléments roulants disposés entre une chemin de roulement intérieur de la bague extérieure et un chemin de roulement extérieur de la bague intérieure. La bague intérieure est pourvue d'une surface intérieure de révolution destinée à venir se monter sur un arbre de colonne de direction par l'intermédiaire de la bague de tolérance. La bague de tolérance se présente sous la forme d'un anneau ouvert pourvu d'une surface d'appui venant en contact avec la surface intérieure de la bague intérieure, d'une surface intérieure en concordance de forme avec l'arbre de colonne de direction, et de deux surfaces d'extrémité disposées en regard l'une de l'autre. La bague de tolérance comprend un élément de liaison disposé entre lesdites surfaces d'extrémité se raccordant auxdites surfaces d'extrémité en des points radialement décalés l'un par rapport à l'autre. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément de liaison comprend une branche circonférentielle extérieure se raccordant à une surface d'extrémité, une branche circonférentielle intérieure se raccordant à l'autre surface d'extrémité, et une branche radiale se raccordant à chacune desdites deux branches circonférentielles. La branche radiale peut être disposée a égale distance des surfaces d'extrémité. Dans un mode de réalisation de l'invention, la branche radiale comprend une zone de rupture de faible section. Avantageusement, la branche radiale est de longueur axiale supérieure à son épaisseur radiale. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de liaison comprend une branche extérieure se raccordant à une surface d'extrémité, une branche intérieure se raccordant à l'autre surface d'extrémité, et une zone de rupture raccordant chacune desdites deux branches. Les branches extérieure et intérieure peuvent être alignées ou obliques. Avantageusement, les branches sont de longueur axiale supérieure à leur épaisseur radiale. Grâce à la disposition de l'élément de liaison par rapport aux extrémités de la bague de tolérance mutuellement en regard, cet élément de liaison permet de maintenir efficacement les deux extrémités de la bague de tolérance radialement en face l'une de l'autre à l'état libre tout en lui conservant la possibilité de variations dimensionnelles une fois que le roulement muni de sa bague de tolérance est monté sur l'arbre. La forme et l'implantation de l'élément de liaison autorisent les deux extrémités de la bague de tolérance à se rapprocher ou à s'éloigner. La bague de tolérance peut ainsi subir les variations diamétrales nécessaires pour s'adapter à la géométrie et aux dimensions de la bague intérieure et de l'arbre lors de la mise en précontrainte de l'ensemble, sans décalage axial entre ses extrémités. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un arbre de colonne de direction disposé dans son logement; la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 montrant un roulement disposé sur l'arbre; la figure 3 est une vue de face en élévation d'une bague de tolérance selon l'art antérieur; la figure 4 est une vue en coupe axiale de la bague de tolérance de la figure 3; la figure 5 est une vue de face en élévation d'une bague de tolérance selon l'invention; la figure 6 est une vue de détail de la figure 5; la figure 7 est une vue en coupe axiale de la bague de tolérance de la figure 5; les figures 8 à 10, similaires aux figures 5 à 7, illustrent un autre mode de réalisation de l'invention; et les figures 1 1 à 1, similaires aux figures 5 à 7, illustrent un autre mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, un arbre de colonne de direction 1 est disposé dans un logement 2 et fixé à rotation dans celui- ci par deux roulements 3 et 4 identiques. Seul le roulement 4 sera décrit dans ce qui suit. Le roulement 4 comprend une bague extérieure 5 pourvue d'un chemin de roulement toroïdal intérieur 6. La bague extérieure 5 se prolonge par une portion cylindrique 7 dont l'extrémité libre est repliée vers l'extérieur en formant un rebord radial 8. La portion cylindrique 7 est pourvue de plusieurs protubérances 9 en saillie vers l'intérieur obtenues en déformant ladite portion cylindrique 7. Le roulement 4 comprend également une bague intérieure 10 de forme toroïdale dont la surface extérieure forme un chemin de roulement 11. Entre les chemins de roulement 6 et 11, sont disposés une rangée d'éléments roulants 12, par exemple des billes. Une cage 13, en matériau synthétique, permet de maintenir un espacement circonférentiel régulier entre les éléments roulants 12. Une bague de tolérance 14, réalisée en matériau synthétique, éventuellement additionnée d'une charge améliorant ses propriétés mécaniques, par exemple de la fibre de verre, est disposée en contact avec la périphérie la de l'arbre 1. La bague de tolérance 14 comprend une surface intérieure 15 de forme adaptée à la périphérie la de l'arbre 1, une surface extérieure 16 cylindrique de révolution, une surface d'appui 17 disposée du côté des éléments roulants 12 et de forme adaptée à la surface intérieure 18 de la bague intérieure 10 qui présente en section droite méridienne une forme d'arc de cercle dont la convexité est dirigée vers l'arbre, et une surface radiale 19 à l'opposé de la surface d'appui 17. La bague de tolérance 14 forme ainsi un anneau qui est ouvert par une fente 20 afin de permettre son adaptation à la périphérie la de l'arbre 1 et à la surface intérieure 18 de la bague intérieure 10. La bague de tolérance 14 est donc une pièce intermédiaire réalisant l'interface et la liaison entre la bague intérieure 10 et l'arbre 1 sur lequel ladite bague vient se monter. Une rondelle élastique annulaire 21 est disposée sur la périphérie 1 a de l'arbre 1 en contact avec la surface radiale 19 de la bague de tolérance 14. La rondelle élastique 21 présente des ondulations circonférentielles de façon à présenter une élasticité axiale lui permettant d'exercer un appui sur la bague de tolérance 14. Une rondelle-frein 22 est disposée entre l'arbre 1 et la portion cylindrique 7 de la bague extérieure 4. La rondelle-frein 22 comprend une portion radiale 23 en contact avec la rondelle élastique 21 du côté de celle- ci opposé à la bague de tolérance 14, la portion radiale 23 se prolongeant vers l'intérieur par une portion oblique 24 découpée en dents ou languettes, dirigée à l'opposé de la rondelle élastique 21 et de diamètre, à l'état libre, légèrement inférieur à celui de l'arbre 1 pour former un moyen de blocage automatique autorisant la rondelle- frein 22 à se déplacer en direction de la rondelle élastique 21 mais interdisant tout mouvement de démontage de sens opposé, par effet d'arc- boutement. La portion radiale 23 se prolonge du côté opposé à la portion oblique 24 par une portion cylindrique 25 s'étendant entre la rondelle élastique 21 et les protubérances 9 de la portion cylindrique 7 de la bague extérieure 4. La portion cylindrique 25 se termine par un rebord 26 radial dirigé vers l'extérieur et dont la périphérie est de diamètre légèrement supérieur au cercle fictif circonscrit par les protubérances 9 pour éviter toute séparation de la bague extérieure 4 et de la rondelle-frein 22. Le rebord radial 8 de la bague extérieure 4 est prévu pour venir en contact avec une surface frontale 27 du logement 2, voir figure 1. La bague extérieure 5 est ainsi bloquée axialement dans un sens, tandis qu'elle est bloquée dans l'autre sens par la rondelle-frein 22 dont les dents de la portion oblique 24 viennent en contact d'accrochage sur la périphérie 1 a de l'arbre 1. La mise en précontrainte des bagues extérieure 5 et intérieure du roulement 4 est assurée par la rondelle élastique 21 et la bague de tolérance 14. On voit, particulièrement sur la figure 3, que les deux extrémités de la bague de tolérance 14, de part et d'autre de la fente 20, présentent un désalignement radial A qui peut s'avérer gênant lors d'un montage, en particulier lors d'un montage automatisé. Une bague de tolérance 28, conforme à l'invention, est illustrée sur les figures 5 à 7. La bague de tolérance 28, réalisée en matériau synthétique, additionnée ou non de charge minérale, comprend une surface intérieure 29 de forme adaptée à la périphérie de l'arbre de colonne de direction. La surface intérieure 29 est ici circulaire mais, dans d'autres modes de réalisation, pourrait être polygonale, par exemple carrée. La bague de tolérance 28 comprend une surface extérieure 30 cylindrique, une surface d'appui 31 reliant les surfaces intérieure 29 et extérieure 30, et une surface radiale 32 reliant les surfaces intérieure 29 et extérieure 30 du côté opposé à la surface d'appui 31. La surface d'appui 31 est ici prévue pour être en concordance de forme avec la surface intérieure de la bague intérieure d'un roulement de colonne de direction et présente, en section axiale, un profil en arc de cercle dont la concavité est tournée vers la bague intérieure. On pourrait envisager, dans un autre mode de réalisation, une surface d'appui ayant la forme d'un tronc de cône. La bague de tolérance 28 est en forme d'anneau avec une portion 33 partiellement fendue. La portion 33 définit deux surfaces d'extrémité 34 et 35 se faisant mutuellement face et disposées à faible distance l'une de l'autre. Les surfaces d'extrémité 34 et 35 sont parallèles. A titre de variante, on pourrait prévoir qu'elles soient disposées dans des plans passant par l'axe de la bague de tolérance. Un organe de liaison 36 est disposé entre les surfaces d'extrémité 34 et 35. L'organe de liaison 36 comprend une branche circonférentielle extérieure 37, une branche radiale 38 et une branche circonférentielle intérieure 39. La branche circonférentielle extérieure 37 s'étend à partir de la surface d'extrémité 34 en affleurant la surface extérieure 30, et est dirigée vers la surface d'extrémité opposée 35. La branche circonférentielle extérieure 37 est de dimension circonférentielle sensiblement égale à la moitié de la portion 33 et se prolonge à son extrémité opposée à la surface d'extrémité 34 par la branche radiale 38, laquelle se prolonge à proximité de la surface intérieure 29 par la branche circonférentielle intérieure 39 qui se raccorde à la surface d'extrémité 35 en affleurant la surface intérieure 29. Les branches 37 à 39 sont de dimension axiale sensiblement égale à celle de la surface extérieure 30 pour présenter une certaine rigidité garantissant un alignement satisfaisant des surfaces d'extrémité 34 et 35 dans le sens axial. Les branches circonférentielles 37 et 39 sont de faible épaisseur radiale et la branche radiale 38 est de faible dimension circonférentielle pour conserver à l'organe de liaison 36 une souplesse suffisante permettant un ajustement de la distance entre les surfaces d'extrémité 34 et 35 et une adaptation de la bague de tolérance 28 à l'arbre de colonne de direction et à la bague intérieure de roulement entre lesquels elle est disposée. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré sur les figures 8 à 10, l'élément de liaison 36 comprend des branches circonférentielles 37 et 39 d'épaisseur radiale supérieure à celle du mode de réalisation précédent. La branche radiale 40 reliant les branches circonférentielles 37 et 39, se présente sous la forme d'un pion d'axe 42 comprenant une zone de rupture 41 de faible section afin qu'après la mise en place de la bague de tolérance 28 sur l'arbre, le resserrement de ladite bague de tolérance 28 dû à la mise en précontrainte provoque la rupture de la zone de rupture 41 redonnant ainsi à la bague de tolérance 28 toute possibilité de variation dimensionnelle pour s'adapter à l'arbre et au roulement. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 11 à 13, la bague de tolérance 28 comprend un organe de liaison 43 pourvu d'une branche extérieure 44 et d'une branche intérieure 45 séparées par une zone de rupture 46. La branche extérieure 44 s'étend à partir du bord externe de la surface d'extrémité 34 et se dirige vers le bord interne de la surface d'extrémité 35. Réciproquement, la branche interne 45 s'étend à partir du bord interne de la surface d'extrémité 35 en direction du bord externe de la surface d'extrémité 34. Les branches externe 44 et interne 45 sont alignées et se raccordent sensiblement au milieu de la portion 33 par une zone de rupture 46 d'épaisseur plus faible que celle desdites branches 44 et 45. A titre de variante, on pourrait prévoir des branches 44 et 45 parallèles mais légèrement désalignées et se raccordant également par une zone de rupture de faible épaisseur. Là encore, l'organe de liaison 43 offre une certaine rigidité dans le sens axial empêchant un décalage des surfaces d'extrémité 34 et 35 tout en garantissant une souplesse dans le sens circonférentiel permettant l'adaptation de la bague de tolérance 28 aux organes entre lesquels elle est disposée, d'abord par déformation de l'organe de liaison 43, cette déformation étant facilitée par le fait qu'une extrémité de l'organe de liaison 43 se raccorde au bord interne de la bague de tolérance 28, tandis que l'autre extrémité se raccorde au bord externe de ladite bague de tolérance 28, puis, en cas de déformation plus importante, par rupture de la zone de rupture 46, redonnant ainsi à la bague de tolérance 28 toute sa souplesse après le montage. Grâce à l'invention, on dispose d'une bague de tolérance adaptée au montage automatisé entre un arbre de colonne de direction et une bague interne de roulement grâce à sa rigidité, mais qui conserve la souplesse souhaitée pour s'adapter à la périphérie de l'arbre et à la surface interne de la bague interne tout en étant apte à transmettre au roulement la précontrainte exercée par une rondelle axialement élastique. o10 REVENDICATIONS 1. Dispositif de bague de tolérance (28) pour roulement de colonne de direction, du type comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, une rangée d'éléments roulants disposés entre un chemin de roulement intérieur de la bague extérieure et un chemin de roulement extérieur de la bague intérieure, la bague intérieure étant pourvue d'une surface intérieure de révolution destinée à venir se monter sur un arbre de colonne de direction par l'intermédiaire de la bague de tolérance, ladite bague de tolérance se présentant sous la forme d'un anneau ouvert pourvu d'une surface d'appui (31) venant en contact avec la surface intérieure de la bague intérieure, d'une surface intérieure (29) en concordance de forme avec l'arbre de colonne de direction, et de deux surfaces d'extrémité (34, ) disposées en regard l'une de l'autre, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de liaison (36) disposé entre lesdites surfaces d'extrémité et se raccordant auxdites surfaces d'extrémité en des points radialement décalés l'un par rapport à l'autre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de liaison comprend une branche circonférentielle extérieure (37) se raccordant à une surface d'extrémité, une branche circonférentielle intérieure (39) se raccordant à l'autre surface d'extrémité, et une branche radiale (38) se raccordant à chacune desdites deux branches circonférentielles. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la branche radiale est disposée à égale distance des surfaces d'extrémité. 4. Dispositif selon la revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la branche radiale (40) comprend une zone de rupture (41) de faible section. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que la branche radiale est de longueur axiale supérieure à son épaisseur radiale. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de liaison comprend une branche extérieure se raccordant à une surface d'extrémité, une branche intérieure se raccordant à l'autre surface Il d'extrémité, et une zone de rupture raccordant chacune desdites deux branches. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les branches extérieure (44) et intérieure (45) sont alignées. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que les branches extérieure et intérieure sont obliques. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les branches sont de longueur axiale supérieure à leur épaisseur radiale.