Brevet FR2798171A1 — publié le 20010309

Palier à roulement de colonne de direction pour véhicules automobiles. La présente invention relève du domaine des paliers à roulement, notamment pour colonnes de direction de véhicules automobiles. Les colonnes de direction comprennent généralement un arbre dont une extrémité est solidaire d'un volant d'entrainement actionné par le conducteur du véhicule et dont l'autre extrémité est solidaire d'organes mécaniques destinés à assurer le positionnement angulaire des roues du véhicule. L'arbre de la colonne de direction est 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. Ces paliers à roulement comprennent généralement une 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 et en contact avec ceux-ci. On peut aussi prévoir une cage pour maintenir l'espacement circonférentiel régulier des éléments roulants. La 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 les 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 intérieure et l'arbre, même lorsque leurs sections respectives ont des profils très différents, par exemple une bague .intérieure ayant une forme de révolution et un 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 à 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 par une fente radiale. L'ensemble fonctionne à 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. De façon conventionnelle, les différentes pièces d'un tel palier à roulement ne sont réunies que lors de leur montage dans le dispositif de colonne de direction. Il existe donc un risque de perte d'éléments lors des manipulations et du montage de l'ensemble dans le dispositif de colonne de direction. De plus, plusieurs stocks de pièces différentes doivent être gérés. Pour ces différentes raisons, on cherche à constituer un ensemble indémontable comprenant les bagues, les éléments roulants, la bague de tolérance et la rondelle frein de façon à pouvoir assembler ledit ensemble avant son montage dans le dispositif de colonne de direction et ainsi de livrer des paliers à roulement prêts à être montés sans risque de perte de pièces. On 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 par 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 dans le sens axial. Toutefois l'obtention des bossages requiert une opération de reprise de la bague extérieure qui complique la fabrication et accroit les coûts. La rondelle frein est rentrée à force dans la bague extérieure 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 les 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. La 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 monté en une seule opération dans le dispositif de colonne de direction. Le palier à roulement, selon l'invention, est notamment destiné à une colonne de direction de véhicule automobile, et est du type comprenant une bague extérieure pourvue d'un chemin de roulement, une bague intérieure pourvue d'un chemin de roulement, une rangée d'éléments roulants disposés entre les chemins de roulement desdites bagues, une bague de tolérance assurant la 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. La bague extérieure comprend un moyen de retenue axiale de la rondelle frein. La bague extérieure est munie d'une pluralité de picots issus d'une portion située vers l'extrémité libre de ladite bague extérieure, axialement à l'opposé du chemin de roulement, lesdits picots étant en saillie radialement vers l'intérieur afin de former un arrêt axial pour un anneau électrique formant lui-même butée axiale pour la rondelle frein. On assure ainsi la retenue axiale de l'anneau élastique et des autres éléments dans la bague extérieure. Avantageusement, la portion d'où sont issus les picots est une portion arrondie. Les picots peuvent être formés à partir d'une surface de la portion arrondie présentant un profil convexe en section axiale. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'anneau élastique est en contact avec une surface extérieure de révolution de la rondelle frein, la dite surface présentant un profil convexe en section axiale. Avantageusement, les dits picots forment pour l'anneau élastique une butée axiale dans la direction opposée au chemin de roulement. Dans un mode de réalisation de l'invention, la bague extérieure comprend des picots supplémentaires décalés axialement par rapport aux premiers picots, les picots supplémentaires formant pour l'anneau élastique une butée axiale dans la direction du chemin de roulement. Avantageusement, les picots supplémentaires sont issus d'une portion arrondie de la dite bague extérieure. Les picots supplémentaires sont disposée axialement à une distance des premiers picots sensiblement égale à l'épaisseur de l'anneau dans le sens axial. Avantageusement, les picots et, le cas échéant, les picots supplémentaires sont circonférentiellement répartis. 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. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un palier à roulement tel que décrit ci-dessus, dans lequel on forme la bague extérieure par découpe et emboutissage d'un flan de tôle, puis, la bague extérieure comprenant une portion axiale qui la prolonge à l'opposé du chemin de roulement, on vient poinçonner localement la portion de façon à refouler axialement et radialement de la matière, la matière déplacée formant les premiers picots en saillie radialement vers l'intérieur par rapport à l'alésage de la portion axiale. Le poinçonnage peut se faire avantageusement sur une surface présentant un profil convexe en section axiale. On obtient un palier à roulement économique, les picots de la bague extérieure pouvant être poinçonnés en temps masqué par rapport à d'autres opérations de découpe et d'emboutissage. Le montage de la rondelle frein s'effectue sans interférence radiale avec d'autres éléments et donc sans effort particulier, et sans risque de déformation permanente ou d'arrachement des particules métalliques qui risqueraient de venir polluer le roulement. L'anneau élastique est monté en dernier, et on peut prévoir sans inconvénient une forte interférence radiale entre l'anneau et la rondelle qu'il retient. L'anneau offre à la rondelle qu'il retient une surface de contact et de retenue quasiment continue. Une éventuelle mise en position inclinée de la rondelle ne présente pas de risque de démontage. A l'état libre, l'anneau élastique présente un diamètre supérieur â celui de l'alésage dans # lequel il est monté. L'anneau élastique est donc légèrement précontraint d'où une grande stabilité dans l'espace et dans le temps, encore améliorée en cas de double rangée de picots. 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 une demi-vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue arrière partielle de la bague extérieure du palier à roulement de la figure 1; la figure 3 est une vue semblable â la figure 1 montrant un palier à roulement selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue arrière partielle de la bague extérieure du palier à roulement de la figure 3; et les figures 5 et 6 sont des vues en coupe axiale de la bague extérieure du palier à roulement de la figure 1 en cours de fabrication. Comme on peut le voir sur la figure 1, le palier à roulement 1 est disposé entre un logement fixe 2 représenté en traits fins et comprenant un alésage 2a et une surface frontale 2b, et un arbre tournant 3 également représenté en traits fins. 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 intérieure 6. La bague extérieure 4 comprend une portion cylindrique 4a s'étendant à partir du chemin de roulement 5 et présentant un alésage 4b, une portion arrondie 4c s'étendant à partir de l'extrémité libre de la portion cylindrique 4a, vers l'extérieur sur un angle de 90 et présentant une surface convexe 4d prise en section axiale, et une collerette radiale 4e s'étendant à partir de l'extrémité libre de la portion arrondie 4c, vers l'extérieur et présentant une surface frontale 4f. La surface convexe 4d se raccorde à l'alésage 4b et à la surface frontale 4f. La portion cylindrique 4a est en contact avec l'alésage 2a du logement 2 et la collerette radiale 4e est en contact avec la surface frontale 2b du logement 2 et sert de butée 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 une 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 1 l a, 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 jonction entre la portion radiale 11a et la portion cylindrique 11c est assurée par une portion arrondie 11d présentant une surface extérieure 11e convexe en section axiale, du côté opposé aux éléments roulants 8. La collerette oblique 11b qui peut être découpée en languettes serre sur l'arbre 3 ce qui permet de déplacer la rondelle frein 11 en direction du chemin de roulement 5 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 la 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 un 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 axiale 12, de type ondulé, disposée axialement entre la surface radiale 9c de la bague de tolérance 9 et la portion radiale 11a de la rondelle frein 11, la rondelle élastique 12 étant entourée radialement par la portion cylindrique 11c. La bague extérieure 4 est pourvue d'une rangée de picots 13 circonférentiellement régulièrement répartis, disposée sur la surface convexe 4d de la portion arrondie 4c de façon adjacente à l'alésage 4b. Les picots 13 sont en saillie radialement vers l'intérieur, leurs extrémités radiales libres 13a formant un cercle fictif de diamètre nettement inférieur à celui de l'alésage 4b mais légèrement supérieur au diamètre extérieur de la rondelle frein 11. Axialement, les picots 13 se trouvent sensiblement au même niveau que la collerette oblique 11b de la rondelle frein 11. Le palier à roulement 1 comprend un anneau élastique 14 ouvert en un point de sa circonférence et de forme toroïdale. L'anneau élastique 14 est disposé dans l'alésage 4b de la partie cylindrique 4a et est retenu axialement dans ledit alésage par contact avec les picots 13. A l'état monté, l'anneau élastique 14 présente un diamètre intérieur plus faible que le diamètre extérieur de la portion cylindrique 11 c de la rondelle frein 11. L'anneau élastique 14 empêche ainsi un mouvement axial de démontage de la rondelle frein 11 et retient ensemble les pièces du palier à roulement. L'anneau élastique 14 peut être réalisé par découpe d'un fil métallique qui est ensuite roulé sur lui même. Un traitement thermique de durcissement peut être prévu pour conférer au dit anneau 14 les caractéristiques souhaitées de dureté et d'élasticité. L'anneau élastique 14 présente à l'état libre des dimensions diamétrales telles qu'il soit légèrement précontraint dans l'alésage 4b, une fois mis en place dans le dit alésage 4b. En variante, l'anneau élastique 14 pourrait être de section polygonale. Le contact entre la rondelle frein 11 et l'anneau élastique 14 se fait par l'intermédiaire de la surface convexe 11e de la portion arrondie 11d, de telle sorte qu'un effort axial exercé par la rondelle frein 11 sur l'anneau élastique 14 quand celui-ci est en butée contre les picots 13 tend à ouvrir l'anneau élastique 14 par effet de coin. On 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 élastique 12 puis la rondelle frein 11 dans la bague extérieure 4, tout en exerçant un appui axial sur la rondelle frein en direction du chemin de roulement 5, on dispose l'anneau élastique 14 dans l'alésage 4b en lui faisant franchir la rangée de picots 13, et on relâche le dit appui axial. La rondelle frein 11 vient appuyer sur l'anneau élastique 14 qui lui même est retenu par la rangée de picots 13. Une poussée axiale exercée par la rondelle frein 11 sur l'anneau élastique 14 tend par effet de coin, à ouvrir le dit anneau et à augmenter le serrage sur la bague extérieure 4, ce qui renforce la fiabilité et l'efficacité du dispositif et permet de manipuler en toute sécurité l'ensemble ainsi constitué sans risque de démontage accidentel. Le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4 est semblable à celui de la figure 1 à ceci près que la bague extérieure 4 comprend une rangée de picots supplémentaires 15 en saillie radialement vers l'intérieur par rapport à l'alésage 4b et disposés axialement entre les picots 13 et les éléments roulants 8, sensiblement au niveau de la portion cylindrique 11 c de la rondelle frein 11 et de la rondelle élastique 12. Un espace axial servant de logement pour l'anneau élastique 14 est laissé entre les picots 13 et les picots supplémentaires 15 qui servent ainsi à empêcher un éventuel déplacement axial de l'anneau 14 vers les éléments roulants 8 et plus particulièrement une éventuelle mise en travers de l'anneau 14. On voit sur la figure 3 que deux picots supplémentaires 15 sont disposés d'un côté et de l'autre d'un picot 13. Bien entendu d'autres dispositions peuvent être envisagées : un picot supplémentaire 15 par picot 13, un picot supplémentaire 15 pour deux picots 13, etc. Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, les picots 13 d'une bague extérieure 4 sont obtenus par poinçonnage. La bague extérieure 4 en cours de fabrication est disposée dans une matrice dont une partie 16 épouse la forme de la surface extérieure de la portion cylindrique 4a et la surface de la collerette radiale 4e opposée à la surface frontale 4f au moins localement. Un outil de poinçonnage 17 vient axialement en appui sur la surface frontale 4f au moins localement. L'outil de poinçonnage 17 comporte un certain nombre de poinçons 18 axialement mobiles par rapport audit outil de poinçonnage, chaque poinçon étant disposé dans un trou 19 dudit outil. Chaque poinçon est déplacé axialement en direction du chemin de roulement 5 et entre en contact avec la surface convexe 4d de la portion arrondie 4c. Le déplacement des poinçons 18 étant poursuivi, provoque la déformation plastique de la portion arrondie 4c en l'amincissant à proximité de la collerette radiale 4e, la matière déplacée se retrouvant à la jonction entre la portion arrondie 4c et la portion cylindrique 4a et formant ainsi les picots 13. En d'autres termes, on effectue un poinçonnage axial qui provoque un refoulement de matière axial et radial vers l'intérieur. Les picots supplémentaires 15 peuvent être formés de façon similaire en utilisant un outil, non représenté, légèrement plus proche de l'axe de la bague extérieure 4 et déplaçant de la matière de la bague extérieure 4 d'une zone de la portion arrondie 4c proche de la portion cylindrique 4a axialement vers les éléments roulants 8 dans l'alésage 4a. Avantageusement, l'opération de poinçonnage pourra se faire en temps masqué avec d'autres opérations de formage de la bague extérieure 4. Grâce à 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 peut prévoir une interférence diamétrale 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 pour la rondelle frein 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, les 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, ce dernier vient en butée contre les picots et ledit effort axial tend à ouvrir l'anneau et à augmenter le serrage dudit anneau élastique dans l'alésage de la bague extérieure de la rainure, ce qui renforce la fiabilité et l'efficacité du dispositif de retenue. 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 (8) disposés entre les chemins de roulement desdites bagues, une 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 la bague extérieure (4) est munie d'une pluralité de picots issus d'une portion située vers l'extrémité libre de la dite bague extérieure, axialement à l'opposé du chemin de roulement, lesdits picots étant en saillie radialement vers l'intérieur, afin de former un arrêt axial pour un anneau (14) élastique formant lui-même butée axiale pour la rondelle-frein. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la portion d'où sont issus les picots est une portion arrondie. 3. Palier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les picots sont formés à partir d'une surface de la portion arrondie présentant un profil convexe en section axiale. 4. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'anneau (14) élastique est en contact avec une surface extérieure de révolution de la rondelle frein, la dite surface présentant un profil convexe en section axiale. 5. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les dits picots forment pour l'anneau élastique une butée axiale dans la direction opposée au chemin de roulement. 6. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bague extérieure (4) comprend des picots supplémentaires décalés axialement par rapport aux premiers picots, les picots supplémentaires formant pour l'anneau élastique une butée axiale dans la direction du chemin de roulement. 7. Palier selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les picots supplémentaires sont issus d'une portion arrondie de la dite bague extérieure. 8. Palier selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que les picots supplémentaires sont disposée axialement à une distance des premiers picots sensiblement égale à l'épaisseur de l'anneau dans le sens axial. 9. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'anneau (14) élastique est à section circulaire. 10. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'anneau (14) élastique est à section polygonale. 11. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'anneau élastique est ouvert. 12. Procédé de fabrication d'un palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme la bague extérieure par découpe et emboutissage d'un flan de tôle, puis, la bague extérieure comprenant une portion axiale qui la prolonge à l'opposé du chemin de roulement, on vient poinçonner localement ladite portion de façon à refouler axialement et radialement de la matière, la matière déplacée formant les premiers picots en saillie radialement vers l'intérieur par rapport à l'alésage de la portion axiale.