Brevet FR2780117A1 — publié le 19991224

Palier à roulement. L'invention concerne le domaine des paliers à roulement, en particulier ceux utilisés dans les colonnes de direction. Généralement, les paliers à 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. 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. Une cage est disposée dans le roulement pour maintenir un espace circonférentiel régulier entre les billes. La cage est généralement réalisée en matière synthétique moulée. Les colonnes de direction sont généralement équipées d'une paire de roulements à contact oblique montés en opposition et fonctionnant h 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. Par exemple, 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. Un des problèmes à résoudre dans ce type de palier à roulement est d'assurer l'indémontabilité de l'ensemble constitué par le roulement proprement dit, c'est-à-dire les bagues intérieure et extérieure, les billes et la cage, et la bague de tolérance. Le document DE-A-38 08 556 propose un roulement de colonne de direction dans lequel l'indémontabilité est assurée au moyen d'une bague de tolérance munie d'une extension axiale pourvue de crochets venant coopérer avec une portion radiale de la bague extérieure. L'inconvénient principal d'un tel roulement réside dans le fait qu'une partie de la bague de tolérance doit passer entre la bague intérieure du roulement et l'arbre de colonne de direction, ce qui augmente l'encombrement axial de cet ensemble. La présente invention a pour objet de proposer un autre moyen assurant l'indémontabilité du palier à roulement. La présente invention a également pour objet un palier à roulement de faible encombrement radial, adapté aux colonnes de direction. Le dispositif de palier à roulement de colonne de direction, selon l'invention, est 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, une cage de maintien des éléments roulants montée entre lesdites deux bagues et pourvue d'alvéoles dans lesquelles sont disposés les éléments roulants, et une bague de tolérance annulaire en contact avec une surface intérieure de révolution de la bague intérieure et avec la périphérie de l'arbre de colonne de direction. La cage comprend des moyens de retenue axiale de la bague de tolérance. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens de retenue axiale sont actifs avant le montage dans la colonne de direction. Avantageusement, la cage comprend au moins une protubérance dirigée radialement vers l'intérieur. La protubérance peut avoir la forme d'un bourrelet continu ou d'une pluralité de crochets. Dans un mode de réalisation de l'invention, la bague de tolérance comprend au moins une surface de retenue aménagée sur sa périphérie et apte à coopérer avec les moyens de retenue axiale. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens de retenue axiale sont aptes à coopéer avec une rondelle-frein d'immobilisation du roulement sur l'arbre, et avec la bague de tolérance. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de retenue axiale sont aptes à coopérer uniquement avec une rondelle-frein d'immobilisation du roulement sur l'arbre, la bague de tolérance étant retenue par l'intermédiaire de la rondelle-frein. Une rondelle de précontrainte peut être disposée entre la bague de tolérance et la rondelle- frein. Avantageusement, la cage comprend des moyens de retenue axiale de la bague extérieure. On dispose ainsi d'un palier à roulement indémontable avant son installation définitive entre un logement de colonne de direction et un arbre et ne risquant donc plus une séparation intempestive de ses composants, tout en conservant un encombrement radial très faible et une construction économique, dans la mesure o les bagues intérieure et extérieure restent inchangées, tandis qu'aucune pièce supplémentaire ne s'avère nécessaire. 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 I est une vue en coupe axiale d'un arbre de colonne de direction disposé dans son logement, selon l'art antérieur; la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 4 d'un palier à roulement conforme à l'invention, en cours d'assemblage; la figure 3, semblable à la figure 2, montre le palier à roulement à l'état assemblé; la figure 4 est une vue en coupe radiale selon IV-IV de la figure 3; et les figures 5 et 6 sont des vues semblables à la figure 3, montrant d'autres modes de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, un arbre de colonne de direction i 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 toroidal 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 toroidale dont la surface extérieure forme un chemin de roulement 1 1. 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 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 la 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. 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 10 du roulement 4 est assurée par la rondelle élastique 21 et la bague de tolérance 14. Bien qu'un tel roulement donne toute satisfaction sur le plan technique, il oblige cependant à effectuer une opération supplémentaire lors de la fabrication de la bague extérieure, à savoir la formation des protubérances radiales 9. D'autre part, la présence de la rondelle-frein est obligatoire. Comme on le voit sur les figures 2 à 4, le palier à roulement 28 comprend une bague extérieure 29 pourvue d'un chemin de roulement toroïdal intérieur 30. La bague extérieure 29 se prolonge par une portion cylindrique 31 dont l'extrémité libre est repliée vers l'extérieur en formant un rebord radial 32. Le roulement 28 comprend également une bague intérieure 33 de forme toroïdale dont la surface extérieure forme un chemin de roulement 34. Entre les chemins de roulement 30 et 34, sont disposés une rangée d'éléments roulants 35, par exemple des billes. Le chemin de roulement 30 est disposé d'un côté d'un plan radial passant par le centre des éléments roulants 35, tandis que le chemin de roulement 34 est disposé de l'autre côté dudit plan. Une cage 36, en matériau synthétique, permet de maintenir un espacement circonférentiel régulier entre les éléments roulants 35. Une bague de tolérance 37, réalisée en matériau synthétique, éventuellement additionné d'une charge améliorant ses propriétés mécaniques, par exemple de la fibre de verre, est disposée en contact avec la périphérie de l'arbre, non représentée. La bague de tolérance 37 comprend une surface intérieure 38 de forme adaptée à la périphérie de l'arbre, une surface extérieure 39 cylindrique de révolution, une surface d'appui 40 disposée du côté des éléments roulants 35 et de forme adaptée à la surface intérieure 41 de la bague intérieure 33 qui présente en section droite axiale une forme d'arc de cercle dont la convexité est dirigée vers l'arbre, et une surface radiale 42 à l'opposé de la surface d'appui 40. La bague de tolérance 37 forme un anneau qui est ouvert par une fente 43 afin de permettre son adaptation à la périphérie de l'arbre et à la surface intérieure 41 de la bague intérieure 33. La cage 36 comprend une partie annulaire 44 disposée entre les bagues extérieure 29 et intérieure 33 du côté du chemin de roulement 30, une partie alvéolée, non visible sur les figures, cachée par les éléments roulants 35 disposés dans ces alvéoles, et une autre partie annulaire 45 disposée du côté opposé à la première partie annulaire 44 et entourée par la partie cylindrique 31 de la bague extérieure 29. La partie annulaire 45 s'étend axialement au-delà de la bague intérieure 33 et comprend un alésage 46 qui se prolonge axialement à l'opposé des éléments roulants 35 par un chanfrein 47. Sur le chanfrein 47, sont prévues une pluralité de protubérances radiales 48 circonférentiellement régulièrement espacées et en saillie radialement vers l'intérieur. Les protubérances radiales 48 sont prévues avec une surface d'entrée 49 disposée du côté opposé aux éléments roulants 35 et une surface de blocage 50 disposée du côté des éléments roulants 35, les surfaces d'entrée 49 et de blocage 50 étant obliques. Entre la surface cylindrique extérieure 39 de la bague de tolérance 37 et la surface d'appui 40, est prévu un bourrelet continu 51 en saillie radialement vers l'extérieur et de diamètre extérieur tel qu'il interfère avec les protubérances 48 de la cage 36. Le bourrelet 51 est formé d'un côté par un prolongement de la surface concave 40, et de l'autre côté par une surface oblique 52 se raccordant à la surface cylindrique extérieure 39. La surface de blocage 50 de la cage 36 et la surface oblique 52 de la bague de tolérance 37 sont de pentes sensiblement égales de façon à pouvoir coopérer mutuellement et assurer le blocage axial de la bague de tolérance 37 par rapport à la cage 36. Avantageusement, des crochets 44a orientés radialement vers l'extérieur et situés à l'extrémité de la première partie annulaire 44 de la cage 36 assurent la retenue axiale de la bague extérieure par la cage. Sur la figure 2, la bague de tolérance 37 n'est pas encore montée définitivement avec retenue axiale sur la cage 36. On présente donc la bague de tolérance 37 dans l'alésage de la partie cylindrique 31 de la bague extérieure 29 en la centrant sur l'axe du palier à roulement 28, puis on la pousse axialement en direction des éléments roulants 35. Le bourrelet 51 entre ainsi en contact par la surface concave 40 avec la surface d'entrée 49 des protubérances 48 de la cage 36, ce qui provoque un resserrement de la bague de tolérance 37 grâce à sa fente 43. Puis le bourrelet 51 franchit les protubérances 48 et la surface oblique 52 se trouve en contact avec la surface de blocage 50, ce qui provoque la retenue axiale de la bague de tolérance 37 par rapport à la cage 36 et par voie de conséquence avec les éléments roulants 35 et la bague intérieure 33. Avantageusement, les crochets 44a orientés radialement vers l'extérieur et situés à l'extrémité de la première partie annulaire 44 de la cage 36 assurent la retenue axiale de la bague extérieure par la cage. Le palier à roulement se trouve alors dans l'état illustré sur la figure 3 o la cage assure la retenue axiale et l'indémontabilité de l'ensemble des éléments. On voit donc que l'on parvient à réaliser un palier à roulement de très faible encombrement radial, indémontable même pendant son transport et sa manipulation en vue de son installation dans une colonne de direction, et ce indépendamment d'une rondelle-frein, ce qui permet d'envisager de munir un arbre de colonne de direction de deux paliers à roulement dont l'un serait dépourvu de rondelle-frein et de rondelle de précontrainte d'o une diminution des coûts. Le mode de réalisation illustré sur la figure 5 est similaire à celui des figures 2 à 4, à ceci près que la cage 36 comprend une partie cylindrique supplémentaire 53 s'étendant au-delà de la partie annulaire 45 à l'opposé des éléments roulants 35 radialement à proximité de l'alésage de la partie cylindrique 31 de la bague extérieure 29. A l'extrémité de la partie cylindrique 53, sont disposées une pluralité de protubérances 54 dirigées radialement vers l'intérieur, circonférentiellement régulièrement réparties et formant crochets. Ces protubérances 54 sont prévues pour coopérer avec le rebord radial 26 d'une rondelle-frein 22 du type illustré sur la figure 1 qui est disposée dans le palier à roulement 28. Une rondelle élastique annulaire 21 est disposée axialement entre la rondelle-frein 22 et la surface radiale arrière 42 de la bague de tolérance 37. On réalise ainsi, grâce à la cage 36, non seulement la retenue axiale, avant montage, de la bague de tolérance 37, mais aussi la retenue axiale, avant montage, de la rondelle-frein et par conséquent de la rondelle élastique, et ce sans ajouter de pièce supplémentaire. Le mode de réalisation illustré sur la figure 6 est semblable à celui de la figure 5, à ceci près que la cage 36 est dépourvue des protubérances 48 des figures 2 et 3, et que la bague de tolérance 37 est dépourvue de bourrelet 51, la retenue axiale de la bague de tolérance 37 étant assurée uniquement par l'intermédiaire de la rondelle-frein 22 et de la rondelle élastique 21 par coopération entre le rebord radial 26 et les protubérances 54. La surface cylindrique extérieure 39 de la bague de tolérance 37 se raccorde directement à la surface concave 40. On utilise ainsi une cage 36 de forme simplifiée. Le montage de la bague de tolérance 37 est légèrement plus aisé dans la mesure o la bague de tolérance 37 n'a pas à franchir les protubérances 48 et peut donc être disposée sans poussée, la retenue axiale étant néanmoins assurée par l'intermédiaire de la rondelle élastique et de la rondelle-frein. Grâce à l'invention, on dispose d'une cage de retenue des éléments roulants d'un palier à roulement apte à assurer la retenue axiale d'autres éléments du palier à roulement, en particulier d'une bague de tolérance, et éventuellement d'une rondelle-frein et d'une rondelle élastique, sans augmentation de l'encombrement radial et sans augmentation du nombre de pièces. O10 REVENDICATIONS 1. Dispositif de palier à roulement (28) de colonne de direction, du type comprenant une bague extérieure (29), une bague intérieure (33), une rangée d'éléments roulants (35) disposés entre un chemin de roulement intérieur de la bague extérieure et un chemin de roulement extérieur de la bague intérieure, une cage (36) de maintien des éléments roulants montée entre les dites deux bagues et pourvue d'alvéoles dans lesquelles sont disposés les éléments roulants, et une bague de tolérance annulaire (37) en contact avec une surface intérieure de révolution de la bague intérieure et avec la périphérie de l'arbre de colonne de direction, caractérisé par le fait que la cage comprend des moyens de retenue axiale de la bague de tolérance. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens de retenue axiale sont actifs avant le montage dans la colonne de direction. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la cage comprend au moins une protubérance (48) dirigée radialement vers l'intérieur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la protubérance a la forme d'un bourrelet continu. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la protubérance a la forme d'une pluralité de crochets. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bague de tolérance comprend au moins une surface de retenue (52) aménagée sur sa périphérie et apte à coopérer avec les moyens de retenue axiale. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de retenue axiale sont aptes à coopérer avec une rondelle-frein d'immobilisation du roulement sur l'arbre, et avec la bague de tolérance. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens de retenue axiale sont aptes à coopérer uniquement avec une rondelle-frein d'immobilisation du roulement sur l'arbre, la bague de tolérance étant retenue par l'intermédiaire de la rondelle-frein. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait qu'il comprend une rondelle de précontrainte disposée entre la bague de tolérance et la rondelle-frein. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la cage comprend des moyens (44a) de retenue axiale de la bague extérieure.