Brevet FR2798170A1 — publié le 20010309

Palier ' roulement de colonne de direction pour véhicules automobiles, présente invention relève du domaine des paliers à roulement notamment pour colonnes de direction de 'hicules automobiles. colonnes de direction comprennent généralement arbre dont une extrémité est solidaire d'un volant d'entraînement actionné par le conducteur du véhicule et dont l'autre extrémité est solidaire d'organes mécaniques destinés à assurer le positionnement angulaire des roues véhicule. L'arbre de la colonne de direction monté dans un logement de forme tubulaire fixe par l'intermédiaire de deux paliers à roulement, généralement à billes à contact oblique, montés en opposition. paliers à roulement comprennent généralement bague extérieure solidaire du logement, une bague intérieure en contact avec l'arbre, chaque bague étant pourvue d'un chemin de roulement toroïdal, et une rangée d'éléments roulants disposés entre les deux chemins de roulement en contact avec ceux-ci. On peut aussi prévoir cage pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier des eléments roulants. cage est réalisée, par exemple en matériau synthétique moulé. Vu la faible vitesse de rotation de ce type de roulement, la présence d'une cage n'est pas obligatoire, les éléments roulants pouvant être prévus pratiquement jointifs dans le sens circonférentiel. Les bagues de roulement sont réalisées en tôle emboutie et subissent un traitement thermique de durcissement. Les bagues extérieures des paliers à roulement sont solidarisées avec le logement de la colonne de direction et bagues intérieures sont montées sur l'arbre de colonne par l'intermédiaire d'une bague dite de tolérance radialement déformable, par exemple réalisée en matière synthétique moulée. La bague de tolérance permet d'assurer le montage aisé du roulement sur l'arbre sans serrage initial et de pouvoir réaliser ensuite la solidarisation entre la bague interieure et l'arbre, même lorsque leurs sections respectives ont des profils très différents, par exemple une bague întérieure ayant une forme de révolution et arbre à section carrée. La bague de tolérance permet, en outre, de compenser en se déformant des défauts géométriques et des dispersions dimensionnelles des bagues et de l'arbre, et de transmettre a la bague intérieure l'effort axial de mise en précontrainte. L'arbre peut avoir une section droite circulaire ou polygonale, par exemple carrée. L'alésage de la bague de tolérance est adapté à la section droite de l'arbre. La bague de tolérance peut se présenter sous la forme d'un anneau élastique interrompu une fente radiale. L'ensemble fonctionne â jeu nul grâce à un effort axial de précontrainte exercé sur les bagues de tolérance par un organe élastique axialement qui peut être, par exemple, un ressort une rondelle élastique, etc. L'effort axial de précontrainte peut-être exercé sur la bague de tolérance d'un seul des deux paliers à roulement, la bague de tolérance du deuxième palier à roulement étant immobilisée axialement dans la direction de cet effort. La bague de tolérance du premier palier à roulement pouvant coulisser axialement sur l'arbre, l'effort axial tend à rapprocher axialement l'une de l'autre les bagues intérieures des deux paliers à roulement. Cet effort axial peut être exercé par une rondelle élastique, du type ondulé ou à languettes à élasticité axiale. On rattrape ainsi les jeux internes des roulements et on assure le contact permanent sans jeu et sous précharge entre les bagues et les éléments roulants du palier à roulement. Des paliers à roulement connus pour colonnes de direction comprennent une pièce supplémentaire en forme de rondelle frein pour positionner la bague de tolérance sur l'arbre de la colonne de direction. La rondelle frein sert à fermer l'ensemble du palier à roulement et à le bloquer axialement sur l'arbre tout en maintenant une précharge axiale sur la bague de tolérance afin d'obtenir un fonctionnement sans jeu du palier à roulement. façon conventionnelle, les différentes pièces tel palier à roulement ne sont réunies qtze lors de leur montage dans le dispositif colonne de direction. Il existe donc un risque perte d'éléments lors des manipulations et du montage de l'ensemble dans le dispositif colonne de direction. De plus, plusieurs stocks pièces différentes doivent être gérés. Pour ces différentes raisons, on cherche à constituer un ensemble indémontable comprenant les bagues, les éléments roulants, la bague tolérance et la rondelle frein de façon à pouvoir assembler ledit ensemble avant son montage dans le dispositif de colonne de direction ainsi de livrer des paliers à roulement prêts à être montés sans risque perte de pièces. connaît par le document FR 9705259 un palier à roulement dont la bague extérieure comprend une portion cylindrique pourvue d'une pluralité de bossages en saillie radialement vers l'intérieur rapport à l'alésage de ladite portion cylindrique et disposés axialement au niveau d'une portion cylindrique de la rondelle frein. Les bossages définissent un diamètre inférieur à celui d'une collerette radiale de la rondelle frein et garantissent sa retenue le sens axial. Toutefois l'obtention des bossages requiert une opération de reprise de bague extérieure qui complique la fabrication et accroit les coûts. La rondelle frein est rentrée à force dans la bague exterieure avec déformation élastique lors du passage du ou des bossages et reprend ensuite sa forme initiale. Il en découle que les possibilités d'interférence radiale, et donc de retenue axiale ultérieure sont sévèrement limitées sous peine de ne plus pouvoir assembler dites pièces. De petits arrachements de matière sont, en outre, susceptibles de se produire lors de la rentrée en force et de venir polluer l'intérieur du roulement par la suite. Après sa mise en place la rondelle frein peut se mettre dans une position inclinée par rapport au roulement ce qui est nuisible à sa retenue par les bossages présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. L'invention a également pour objet de proposer un palier à roulement formant un ensemble indémontable très compact qui peut être monte en une seule opération dans le dispositif de colonne de direction. palier à roulement, selon l'invention, est notamment destiné à une colonne de direction de véhicule automobile, est du type comprenant une bague extérieure pourvue d'un chemin de roulement une bague intérieure pourvue d'un chemin de roulement, une rangee d'éléments roulants disposés entre les chemins de roulement desdites bagues, une bague de tolérance assurant liaison de la bague intérieure avec l'arbre de la colonne de direction et une rondelle frein pour bloquer le palier axialement sur l'arbre. bague extérieure comprend un moyen de retenue axiale de la rondelle frein. La bague extérieure est munie d'une rainure circulaire aménagée sur sa surface interne, la dite rainure étant destinée à recevoir anneau élastique formant butée axiale pour la rondelle-frein. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'anneau 'lastique est en contact avec une surface extérieure de révolution de la rondelle frein, la dite surface présentant un profil convexe en section axiale. Cette surface extérieure peut être intermédiaire entre une surface cylindrique extérieure et une surface radiale disposée à l'opposé des éléments roulants. La dite rainure peut être à profil en arc de cercle, en V, ou présenter deux bords obliques et un fond plat parallèle à l'axe du roulement. Avantageusement, le palier à roulement comprend un moyen de précontrainte axiale, tel qu'une rondelle élastique axialement disposée entre la bague de tolérance et la rondelle frein. L'anneau élastique peut être à section circulaire ou polygonale. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'anneau élastique est ouvert. Dans un mode réalisation, la rainure est aménagée vers l'extrémité de la bague extérieure axialement opposée au chemin de roulement. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un palier à roulement que décrit ci-dessus, dans lequel on forme la bague extérieure pourvue de la dite rainure par estampage d'un flan de tôle, puis par découpe emboutissage. Grâce à l'invention, on obtient un palier à roulement économique, la rainure de bague extérieure étant estampée en temps masqué avec d'autres opérations de découpe et d'emboutissage. Le montage s'effectuant sans forcer, on réduit le risque de présence de particules métalliques arrachées qui peuvent être nuisibles à la durée de vie du roulement. L'anneau élastique qui est légèrement précontraint dans sa rainure circulaire, constitue un élément de retenue axiale efficace pour la rondelle frein, même si celle-ci se met dans une position inclinée par rapport à l'axe du roulement. L'invention sera mieux comprise à l'étude 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 vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une de détail de la figure 1; la figure 3 est une vue semblable à la figure 2 montrant un palier à roulement selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue semblable à la figure 2 montrant un palier à roulement selon un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un flan de tôle estampé destiné à former bague extérieure d'un palier à roulement selon le premier mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est vue de dessus en élévation du flan de tôle de la figure 5; et la figure 7 est une en coupe axiale d'une bague extérieure d'un palier à roulement selon le premier mode de réalisation de l'invention; Comme on peut le voir sur la figure 1, palier à roulement 1 est disposé entre un logement fixe 2 représenté en traits mixtes et comprenant un alésage 2a et une surface frontale 2b, et un arbre tournant 3 également représenté en traits mixtes. Le palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 4 en tôle emboutie, définissant un chemin de roulement 5, une bague intérieure 6, en tôle emboutie, définissant un chemin de roulement 7, et une rangée d'éléments roulants 8, par exemple des billes, disposés entre le chemin de roulement intérieur 5 de la bague extérieure 4 et le chemin de roulement extérieur 7 de la bague interieure 6. La bague extérieure 4 comprend une portion cylindrique 4a s'étendant à partir du chemin de roulement 5 et une collerette radiale 4b s'étendant à partir de l'extrémité libre de la portion cylindrique 4a, vers l'extérieur. La portion cylindrique 4a est en contact avec l'alésage 2a du logement 2 et la collerette radiale 4b est en contact avec la surface frontale 2b du logement 2 et sert de butee de positionnement axial. La bague intérieure 6 comprend une portion cylindrique 6a emmanchée sur l'arbre 3 avec un certain jeu radial et une portion toroïdale 6b dont la surface externe forme le chemin 7. Le palier à roulement 1 comprend bague de tolérance élastique 9 réalisée en matériau synthétique, par exemple en polyamide, et formant un anneau interrompu par une fente radiale 10. La fente radiale 10 permet à la bague de tolérance 9 de s'adapter aux variations dimensionnelles diamétrales de l'arbre 3 et de la bague intérieure 6, dues aux tolérances de fabrication et d'assurer ainsi par élasticité la liaison entre la bague intérieure 6 et l'arbre 3. La bague de tolérance 9 permet en outre de compenser les défauts de coaxialité du logement par rapport à l'arbre. La bague de tolérance 9 comprend un alésage 9a en contact avec l'arbre 3, une portion de surface toroïdale 9b de forme correspondante à la portion toroïdale 6b de la bague intérieure 6 et en contact avec celle-ci, et à l'opposé de la surface toroïdale 9b, une surface radiale 9c. Le palier à roulement 1 comprend également une rondelle frein 11 comprenant une portion radiale 11a, une collerette oblique 11b s'étendant à partir de la portion radiale 11a radialement vers l'intérieur et axialement à l'opposé de la bague de tolérance 9, et une portion cylindrique 11c s'étendant à partir de la périphérie de la portion radiale 11a vers les éléments roulants 8 et disposée radialement entre la portion cylindrique 4a de la bague extérieure 4 et la bague de tolérance 9. La portion radiale l la se raccorde à la portion cylindrique 11c par une portion arrondie l 1d dont'.la surface extérieure présente en section axiale un profil convexe. La collerette oblique l lb, qui peut être découpée en languettes serre sur l'arbre 3 ce qui permet de déplacer la rondelle frein 11 en direction des éléments roulants 8 en glissant sur l'arbre 3 mais empêche un mouvement axial inverse par arc-boutement de la collerette oblique 11b sur l'arbre 3. On peut donc, lors du montage, disposer rondelle frein 11 dans une position axiale déterminée sur l'arbre 3 pour appliquer une précontrainte axiale à la bague intérieure 6 par l'intermédiaire de la bague de tolérance 9. La surface toroïdale 9b de la bague de tolérance 9 en contact avec la bague intérieure 6 provoque effet de coin entre l'arbre 3 et la portion toroïdale 6b de la bague intérieure 6 ce qui assure une liaison satisfaisante entre l'arbre 3 et la bague intérieure 6 et empêche d'autre part tout déplacement radial intempestif de la bague de tolérance 9 tant que le palier à roulement n'est pas monté sur l'arbre. Le palier à roulement 1 comprend également une rondelle élastique de précontrainte 12 de type ondulé, disposée axialement entre la surface radiale 9c de la bague de tolérance et la portion radiale 1 I a de la rondelle frein, la rondelle élastique 12 étant entourée radialement par la portion cylindrique 11c. La portion cylindrique 4a de la bague extérieure 4 est pourvue d'une rainure 13 circulaire formée dans l'alésage de ladite portion cylindrique 4a vers l'extrémité de la portion cylindrique opposée axialement au chemin de roulement. La rainure 13 est section droite en arc de cercle et est, préférablement formée par estampage. Le palier à roulement 1 comprend un anneau élastique 14 ouvert en un point de sa circonférence et de forme toroïdale. L'anneau élastique est disposé dans la rainure 13 et fait saillie de l'alésage de la partie cylindrique 4a radialement vers l'intérieur de façon qu'il présente diamètre intérieur plus faible que le diamètre extérieur de la portion cylindrique llc de la rondelle frein 11. L'anneau élastique 14 empêche ainsi un mouvement axial de démontage de la rondelle frein 11 retient ensemble les pièces du palier à roulement. L'anneau élastique peut être réalisé par dééoupe d'un fil métallique qui est ensuite roulé sur lui même. Un traitement thermique durcissement peut être prévu pour conférer au dit anneau 14 les caractéristiques souhaitées dureté et d'élasticité. L'anneau élastique présentera à l'état libre dimensions diamétrales telles qu'il soit légèrement précontrait dans la rainure 13 une fois en place dans celle-ci. procède à l'assemblage du palier à roulement 1 de la façon suivante : on dispose la rangée d'éléments roulants 8 sur le chemin 5 de la bague extérieure 4, on amène la bague intérieure 7 en contact avec les éléments roulants 8, on amène la bague de tolérance 9 en contact avec la bague intérieure 6, on introduit axialement la rondelle 'lastique 12 puis la rondelle frein 11 dans la bague extérieure 4, on dispose l'anneau élastique 14 dans la rainure 13. On remarquera que si on exerce sur la rondelle frein un effort axial qui pousse cette dernière contre l'anneau élastique, la zone de contact se faisait au niveau de la surface externe convexe de l'arrondi de raccordement 11 c et une zone de la surface de l'anneau élastique proche de l'alésage de ce dernier, ledit effort axial tend à augmenter le serrage de l'anneau élastique dans la rainure 13 et à renforcer le pouvoir de retenue dudit anneau élastique. Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 est semblable à celui de la figure 1 à ceci près que la rainure 13 présente une section droite en forme de V, en d'autres termes à bords tronconiques inclinés par exemple d'un angle de 30 par rapport à l'axe du palier à roulement. Le mode de réalisation illustré sur la figure 4 est semblable à celui de la figure 1 à ceci près que la rainure 13 présente une section droite à bords inclinés et à fond plat, en d'autres termes à bords tronconiques inclinés par exemple d'un angle de 30 par rapport à l'axe du palier à roulement et à fond cylindrique. L'anneau élastique 15 disposé dans la rainure 13 est ouvert en un point de sa circonférence et de forme polygonale. L'anneau élastique 15 peut être réalisé par moulage par injection d'un matériau synthétique. L'anneau élastique 15 comprend une surface cylindrique 15a en contact avec le fond de la rainure 13, une surface oblique 15b adjacente à la surface cylindrique 15a du côté des éléments roulants, en contact avec le bord incliné correspondant de la rainure 13, et se prolongeant en dehors de la dite rainure 13, une surface oblique 15c adjacente à la surface cylindrique 15a du côté opposé aux éléments roulants 8, en contact avec le bord incliné correspondant de la rainure 13, et se prolongeant en dehors de la dite rainure 13, une surface cylindrique 15d adjacente à la surface oblique 15c et s'étendant à l'opposé des éléments roulants 8, une surface radiale 15e adjacente à la surface cylindrique 15d et s'étendant vers l'intérieur, une surface cylindrique 15f adjacente la surface radiale 15e et s'étendant vers les éléments roulants 8, et une surface oblique 15g adjacente à la surface cylindrique 15f et à la surface oblique 15b. La surface oblique 15g est apte entrer en contact avec la rondelle frein 11 dans une zone arrondie convexe intermédiaire entre la portion radiale 11a et la portion cylindrique 11 c pour empêcher le démontage de la dite rondelle frein 11 et retenir ensemble les pièces du palier à roulement.Là encore, une poussée axial exercée par la rondelle frein sur l'anneau élastique tend, par effet de Coin, à ouvrir ledit anneau et à l'expandre à l'intérieur de la rainure. Comme on peut le voir sur les figures 5 à 7, une bague extérieure 4 est obtenue par découpe circulaire d'un flan de tôle 16 lui conférant une forme circulaire plane, estampage formant une rainure circulaire 13 sur l'une des faces du flan puis emboutissage et découpe de la partie centrale conférant au flan de tôle 16 la forme d'une bague extérieure. On pourrait prévoir d'inverser les opérations de découpe circulaire et d'estampage. Dans tous les cas, l'opération d'estampage sera prévue pour être effectuée durant des temps morts des procédés utilisés à ce jour afin de ne pas ralentir la production des paliers à roulement. Grâce l'invention, on obtient un palier à roulement compact axialement et radialement et qui peut être manipulé par un opérateur avant son installation définitive sans risque de perdre des pièces. Comme l'anneau élastique est monté en dernier après la rondelle frein, on prévoit une interférence diamétralè importante entre le dit anneau élastique et la rondelle frein, d'où une amélioration de la retenue axiale. L'anneau élastique constitue un organe de retenue agissant sur toute sa circonférence. On comprendra donc qu'il reste efficace même si la rondelle frein à tendance à s'incliner par rapport à l'axe du roulement. Enfin, zones de contact entre l'anneau élastique et la rondelle frein étant conçues de telle sorte que si la rondelle frein vient exercer un effort axial sur l'anneau élastique, ledit effort axial tend à augmenter le serrage de l'anneau élastique dans la rainure, ce qui renforce la fiabilite et l'efficacité du dispositif. REVENDICATIONS 1. Palier à roulement (1), notamment pour colonne de direction de véhicules automobiles, du type comprenant une bague extérieure (4) pourvue d'un chemin de roulement, une bague intérieure (6) pourvue d'un chemin de roulement, une rangée d'éléments roulants disposés entre les chemins de roulement desdites bagues, bague de tolérance (9) assurant la liaison de la bague intérieure avec l'arbre de la colonne de direction, et une rondelle frein (11) pour bloquer le palier axialement sur l'arbre, caractérisé par le fait que bague extérieure (4) est munie d'une rainure (13) circulaire aménagée sa surface interne, la dite rainure étant destinée à recevoir anneau (14) élastique formant butée axiale pour la rondelle-frein. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'anneau (14) élastique est en contact avec une surface extérieure révolution de la rondelle frein, la dite surface présentant un profil convexe en section axiale. 3. Palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la dite rainure est à profil en arc de cercle. 4. Palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la dite rainure est à profil en V. 5. Palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait la dite rainure présente deux bords obliques et un fond plat parallèle à l'axe du roulement. 6. Palier selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé par le fait que l'anneau (14) élastique est section circulaire. 7. Palier selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé par le fait que l'anneau (15) élastique est à section polygonale. 8. Palier selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisé par le fait que l'anneau élastique est ouvert. 9. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait la rainure est aménagée vers l'extrémité de la bague exterieuree axialement apposée au chemin de roulement. 10. Procédé de fabrication d'un palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme la bague extérieure pourvue la dite rainure par estampage d'un flan de tôle, puis par découpe et emboutissage.