Brevet FR2816999A1 — publié le 20020524

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'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 du véhicule, tels qu'une crémaillère. 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. La crémaillère est attaquée par un pignon lié directement à l'arbre de colonne de direction ou par l'intermédiaire d'un arbre intermédiaire et d'un cardan. De manière connue en soi, les roulements de colonne de direction comportent une bague extérieure, une bague intérieure, chaque bague comportant un chemin de roulement toroïdal, des billes étant disposées entre les deux chemins de roulement au contact de ces derniers. Une cage, généralement réalisée en matière synthétique moulée, maintient les billes avec un espacement circonférentiel régulier. Un roulement est monté vers l'extrémité de la colonne située du côté du volant et l'autre roulement est monté à l'autre extrémité de la colonne, du côté de la crémaillère. Les bagues extérieures des roulements sont solidarisées avec un logement tubulaire de la colonne solidaire du châssis et les bagues intérieures sont montées sur l'arbre de colonne. Dans une colonne de direction, les roulements doivent être en mesure de supporter des charges radiales et des charges axiales, lesdites charges découlant des charges exercées au niveau du volant de commande d'orientation et des réactions en provenance de la crémaillère (et du cardan, s'il en existe un). De plus, dans ce genre d'application où les roulements sont très espacés dans le sens axial et où les caractéristiques géométriques de l'arbre et du logement tubulaire de colonne ne sont pas toujours excellentes, il peut exister des défauts d'alignement entre les deux roulements qui doivent alors être en mesure d'absorber de tels défauts tout en continuant à fonctionner dans des conditions satisfaisantes et sans que soit affectée la durée de vie desdits roulements. Le document FR-A-2 730 282 décrit un roulement de colonne de direction comprenant un boîtier en forme de douille avec un rebord et un appui, une bague extérieure en deux parties, une bague intérieure massive, une rangée de billes, deux éléments élastiques chacun entre une partie de la bague extérieure et le boîtier, et un élément de résistance axiale limitée situé à l'intérieur du boîtier. La structure du roulement est inapte à un serrage radial important ou à la transmission d'efforts axiaux importants, ce qui se traduirait dans les deux cas par une modification de la précontrainte dans le roulement et de l'angle de contact entre les billes et les chemins de roulement. L'invention propose un palier à roulement qui remédie aux inconvénients de l'art antérieur. L'invention propose un palier à roulement économique, apte à supporter des charges importantes tant axiales que radiales, un certain désalignement entre le logement non tournant et l'arbre tournant, et un serrage important sur l'arbre, sans que ces éléments provoquent de modifications importantes en ce qui concerne : - le jeu ou la précontrainte interne, - l'angle de contact, qui existent inévitablement entre les éléments roulants et les chemins de roulement. Le palier à roulement selon un aspect de l'invention est notamment destiné à une colonne de direction de véhicule automobile, et est du type comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, une rangée d'éléments roulants disposés entre lesdites bagues, un manchon élastique monobloc en contact axialement et radialement avec une desdites bagues, ledit manchon étant, à l'état monté, élastique axialement et radialement, et une enveloppe de maintien axial et radial du manchon, un espace annulaire étant défini entre ladite bague et l'enveloppe, le manchon étant disposé dans ledit espace et laissant libre une partie dudit espace pour permettre une déformation aisée dudit manchon. La partie libre de l'espace entre enveloppe et bague permet à un manchon réalisé en matériau peu ou pas compressible tel que du caoutchouc ou un élastomère de se déformer. Dans l'hypothèse où la partie libre serait réduite à néant, le manchon ne serait pas capable d'offrir un désalignement suffisant. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe comprend une portion axiale et au moins une portion radiale disposée à une extrémité de la portion axiale. De préférence, l'enveloppe comprend deux portions radiales disposées chacune à une extrémité de la portion axiale. Les extrémités libres desdites portions radiales pourront présenter un diamètre tel qu'il interdise tout démontage du manchon et de la bague avec lequel le manchon est en contact. Dans un mode de réalisation de l'invention, le manchon comprend une portion axiale et deux portions radiales disposées chacune à une extrémité de la portion cylindrique. Dans un mode de réalisation de l'invention, une portion radiale du manchon est disposée axialement entre une portion radiale de l'enveloppe et une surface radiale d'une des bagues. Le manchon assure à la fois une souplesse et un maintien dans le sens axial entre l'enveloppe et la bague avec lequel il est en contact. Dans un mode de réalisation de l'invention, une portion axiale du manchon est disposée radialement entre une portion axiale de l'enveloppe et une surface cylindrique d'une des bagues. Le manchon assure à la fois une souplesse et un maintien dans le sens radial entre l'enveloppe et la bague avec lequel il est en contact. Dans un mode de réalisation de l'invention, le manchon est pourvu d'une pluralité de nervures venant en contact avec une des bagues et/ou avec l'enveloppe, la partie libre dudit espace étant définie entre les nervures. Le manchon peut ainsi se déformer convenablement, la matière qui le compose pouvant venir remplir la partie libre dudit espace entre les nervures. Les nervures peuvent fléchir ou s'écraser en se déformant. Avantageusement, pour un manchon solidaire de la bague extérieure, les nervures seront prévues sur une surface extérieure de la portion axiale du manchon pour contact avec la portion axiale de l'enveloppe. Dans un mode de réalisation de l'invention, le manchon est pourvu d'une pluralité de protubérances sous la forme de plots ou de picots venant en contact avec une des bagues et/ou avec l'enveloppe. La partie libre dudit espace est définie autour des protubérances. Les protubérances peuvent fléchir ou s'écraser en se déformant. Le sommet des protubérances est en contact avec une des bagues et/ou avec l'enveloppe. Dans un mode de réalisation de l'invention, le palier comprend des fils disposés en tore montés entre au moins une des bagues et les éléments roulants et formant des chemins de roulement. On pourra prévoir deux fils par bague, de part et d'autre du plan passant par le centre des éléments roulants. Une bague peut présenter une forme annulaire à section en U avec un fond axial et deux branches radiales. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les chemins de roulement sont formés sur une surface de chaque bague. De préférence, l'enveloppe et les bagues sont réalisés en tôle mince. 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 vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une demi-vue en coupe axiale du palier à roulement de la figure 1 ; la figure 3 est une demi-vue en coupe axiale du palier à roulement de la figure 1 lors d'un désalignement ; la figure 4 est une demi-vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue partielle en coupe radiale du palier à roulement de la figure 1 ; et la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le palier à roulement 1 est disposé entre un logement fixe 2 comprenant un alésage 3 et une surface frontale 4, et un arbre tournant 5. Le logement 2 est pourvu d'une rainure annulaire 6 formée dans l'alésage 3 et dans laquelle est disposé un circlips 7. Le palier à roulement 1 est disposé axialement entre la surface frontale 4 et le circlips 7. L'arbre tournant 3 est pourvu d'une surface extérieure cylindrique 8 et d'une surface extérieure toroïdale 9 formant un épaulement. Le palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 10 annulaire à section en U, comprenant une portion axiale 11 et deux portions radiales 12 et 13 disposées aux extrémités opposées de la portion axiale 11 et dirigées vers l'intérieur. La portion radiale 12 est légèrement plus longue que la portion radiale 13. La bague extérieure 10 est fabriquée à partir d'un feuillard de tôle mince par découpe et emboutissage et/ou roulage. Le palier à roulement 1 comprend une bague intérieure 14 annulaire à section en U, comprenant une portion axiale 15 et deux portions radiales 16 et 17 disposées aux extrémités opposées de la portion axiale 15 et dirigées vers l'extérieur. Les portions radiales 16 et 17 sont sensiblement de même longueurs. La bague intérieure 14 est fabriquée à partir d'un feuillard de tôle mince par découpe et emboutissage et/ou roulage. La bague extérieure 10 se complète par deux fils 18 et 19 de section circulaire réalisés en acier et de forme générale circulaire. Les fils 18 et 19 forment des anneaux ouverts dont les extrémités sont en contact. Les fils 18 et 19 sont en contact avec l'alésage de la portion axiale 11 de la bague extérieure 10. Le fil 18 est en contact avec la portion radiale 12 et le fil 19 est en contact avec la portion radiale 13. De façon similaire, la bague intérieure 14 se complète par deux fils 20 et 21 de section circulaire réalisés en acier et de forme générale circulaire. Les fils 20 et 21 forment des anneaux ouverts dont les extrémités sont en contact. Les fils 20 et 21 sont en contact avec l'alésage de la portion axiale 15 de la bague intérieure 14. Le fil 20 est en contact avec la portion radiale 16 et le fil 21 est en contact avec la portion radiale 17. Les fils 18,19, 20 et 21 sont concentriques et les centres de leurs sections axiales définissent un rectangle, voire un carré. Le palier à roulement 1 comprend une rangée d'éléments roulants 22 disposée entre les fils 18,19, 20 et 21. Les fils 18 et 19 définissent un chemin de roulement extérieur et les fils 20 et 21 définissent un chemin de roulement intérieur. Une cage 23 assure le maintien de l'espacement circonférentiel entre les éléments roulants 22. La bague intérieure 14 est montée directement sur l'arbre tournant 3, la portion axiale 15 étant en contact avec la surface extérieure cylindrique 8 et une zone arrondie entre la portion axiale 15 et la portion radiale 16 étant en contact avec la surface extérieure toroïdale 9 de l'arbre tournant 3. Le palier à roulement 1 comprend, en outre, un manchon élastique 24 réalisé par exemple en élastomère ou matériau souple équivalent et solidaire de la bague extérieure 10. Le manchon 24 est monobloc et de forme annulaire à section en U, comprenant une portion axiale 25 et deux portions radiales 26 et 27 disposées aux extrémités opposées de la portion axiale 25 et dirigées vers l'intérieur. Les portions radiales 26 et 27 sont sensiblement de même longueurs et de même épaisseurs. La portion axiale 25 est en contact avec la surface extérieure de la portion axiale 11 de la bague extérieure 10 et l'entoure radialement. Les portions radiales 26, 27 sont en contact avec les portions radiales 12, 13 de la bague extérieure 10 et l'entourent axialement. La surface extérieure de la portion axiale 25 est pourvues de nervures 28 qui sont, dans le mode de réalisation représenté, orientées axialement. Les nervures 28 laissent libre l'espace situé entre elles dans le sens circonférentiel et peuvent se déformer en s'écrasant sous l'action d'un effort radial et en remplissant au moins en partie l'espace libre. Le matériau du manchon 24 est souple mais non compressible et l'espace libre confère au manchon 24 une bonne capacité de déformation qui peut être prédéterminée en faisant varier la forme et le volume de l'espace libre en fonction des caractéristiques souhaitées. En variante, les nervures 28 peuvent être orientées en hélice ou circonférentiellement. En variante, le manchon 24 peut être pourvu de plots ou de picots de forme par exemple circulaire avec une section transversale qui peut être rectangulaire, trapézoïdale, arrondie ou non, etc. Les plots ou picots définissent entre eux un espace libre dans lequel ils peuvent se déformer. Le palier à roulement 1 comprend, en outre, une enveloppe 29 fabriquée à partir d'un feuillard de tôle mince par découpe et emboutissage et/ou roulage. L'enveloppe 29 est monobloc et en contact avec le manchon 24. L'enveloppe 29 est de forme annulaire à section en U, comprenant une portion axiale 30 et deux portions radiales 31 et 32 disposées aux extrémités opposées de la portion axiale 30 et dirigées vers l'intérieur. Les portions radiales 31 et 32 sont sensiblement de même longueurs et de même épaisseurs. La portion axiale 30 est en contact avec la surface extérieure - susceptible de comprendre des nervures, plots ou picots-de la portion axiale 25 du manchon 24 et l'entoure radialement. Les portions radiales 31,32 sont en contact avec les portions radiales 26,27 du manchon 24 et les entourent axialement. La portion radiale 31 est en contact avec la surface frontale 4 du logement 2, la portion radiale 32 est en contact avec le circlips 7 et la portion axiale 30 est en contact avec l'alésage 3 du logement 2 dans lequel elle est ajustée, de préférence avec un emmanchement serré. Ainsi, les éléments roulants viennent en contact en quatre points avec les fils 18 à 21 constituant les chemins de roulement. Ce type de roulement est particulièrement économique à fabriquer et convient tout à fait à une application de colonne de direction qui ne réclame pas des roulements de grande précision mais des roulements aptes à supporter des charges radiales et axiales. En d'autres termes, le palier comprend une enveloppe externe 29, continue dans le sens circonférentiel et un manchon élastique 24 déformable, disposé entre l'enveloppe externe 29 et le roulement proprement dit. La bague intérieure 14 est montée serrée sur l'arbre 5. L'enveloppe 29 est montée serrée dans l'alésage 3 du logement 2. Des éléments additionnels d'immobilisation axiale, tels que la surface frontale 4, le circlips 7 à la place duquel on pourrait également prévoir un jonc ou une déformation locale du logement, permettent de positionner et d'immobiliser axialement le roulement sur l'arbre et dans le logement tubulaire pour participer à la transmission des efforts axiaux entre arbre et logement par l'intermédiaire du palier. Les portions radiales 31 et 32 de l'enveloppe 29 fournissent des surfaces d'appui de qualité pour les éléments de blocage axial. Le manchon élastique 24 et l'enveloppe 29 participent donc intégralement à la transmission au logement 2 des efforts exercés sur l'arbre 5. Les figures 1 et 2 montrent un montage sans désalignement, c'est-à-dire dans lequel l'axe de rotation de l'arbre et l'axe du logement sont confondus. La figure 3 montre un palier à roulement 1 fonctionnant avec un désalignement. L'axe de rotation de l'arbre et l'axe du logement ne sont plus confondus et font ici un certain angle alpha l'un par rapport à l'autre. Ils pourraient également être non confondus mais parallèles. On voit que le manchon élastique 24 s'est déformé pour absorber le défaut d'alignement. Les nervures 28 sont légèrement écrasées du côté de la portion radiale 26. La portion radiale 26 est légèrement comprimée et vient fluer radialement dans l'espace libre entre la portion 31 de l'enveloppe 29 et la portion 12 de la bague extérieure 10. La portion radiale 27 a tendance à s'expandre axialement dans l'espace libre situé entre les portions radiales 32 de l'enveloppe 29 et 13 de la bague extérieure 10. La bague extérieure 10 ne s'est pas déformée et continue à travailler en conservant ses caractéristiques géométriques d'origine. Les caractéristiques de roulement du palier, par exemple le couple de frottement ou le jeu de fonctionnement interne, sont conservées. Sur la figure 4, on montre un mode de réalisation dans lequel un palier à roulement 33 comprend un manchon 24 et une enveloppe 29 identiques à ceux des figures 1 à 3, des bagues extérieure 34 et intérieure 35 massives, pourvues respectivement d'un chemin de roulement toroïdal intérieur 36 et extérieur 37, entre lesquelles sont disposés une rangée d'éléments roulants 22, par exemple des billes, maintenus par une cage 23. La bague extérieure 34 est pourvue d'une surface axiale extérieure 34a et de deux surfaces frontales radiales 34b et 34c. Le manchon 24 est en contact avec les surfaces axiale 34a et radiales 34b et 34c. Sur la figure 5, est illustré plus en détail le profil du manchon 24 dont la portion radiale 25 présente sur sa surface extérieure une pluralité de nervures 28 orientées parallèlement à l'axe du palier à roulement 1. Toutefois, en variante, on pourrait prévoir des nervures hélicoïdales ou encore circonférentielles. Les nervures pourraient également être disposées sur une surface intérieure de la portion axiale 25 ou encore à la fois sur les surfaces intérieure et extérieure. Sur la figure 6, est illustré un mode de réalisation d'un palier à roulement 38 proche de celui des figures 1 à 3, à ceci près que le manchon 39 et l'enveloppe 40 sont associés à la bague intérieure 14 et non plus à la bague extérieure 10. En d'autres termes, la bague extérieure 10 est montée directement dans l'alésage 3 du logement 2. Le manchon 39 est monté en contact avec la portion axiale 15 et les portions radiales 16 et 17 de la bague intérieure 14. L'enveloppe 40 est montée en contact avec la partie axiale et les deux parties radiales du manchon 39. L'enveloppe 40 est montée sur l'arbre 5. Grâce à l'invention, on réalise de façon économique un roulement de colonne de direction apte à tolérer des défauts d'alignement, les faux rond de rotation, les excentrations entre l'arbre et le logement, tout en conservant sa géométrie fonctionnelle interne. En d'autres termes, les défauts de l'arbre et du logement sont absorbés par des déformations du manchon et n'ont pratiquement pas d'influence sur le reste des éléments du palier à roulement. Le palier à roulement est apte à transmettre des efforts axiaux et radiaux élevés, apte à être emmanché serré aussi bien dans le logement de colonne que sur l'arbre, et apte à amortir les vibrations. La transmission des efforts axiaux entre bague de roulement et enveloppe se fait avec une grande sécurité, avec amortissement de vibrations dans le sens axial et ne nécessite pas de collage, surmoulage ou immobilisation du manchon par des usinages coûteux. Le manchon est simplement disposé dans l'espace entre une bague du roulement et l'enveloppe, ledit espace présentant une forme annulaire à section en U. Les efforts se transmettent simplement par les portions radiales du manchon qui sont pincées axialement entre les retours radiaux de l'enveloppe et une face radiale de la bague du roulement. REVENDICATIONS 1. Palier à roulement (1), notamment pour colonne de direction de véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il comprend une bague extérieure (10), une bague intérieure (14), une rangée d'éléments roulants (22) disposés entre lesdites bagues, un manchon élastique (24) monobloc en contact axialement et radialement avec une desdites bagues, ledit manchon étant, à l'état monté, élastique axialement et radialement, et une enveloppe (29) de maintien axial et radial du manchon, un espace annulaire étant défini entre ladite bague et l'enveloppe, le manchon étant disposé dans ledit espace et laissant libre une partie dudit espace pour permettre une déformation aisée dudit manchon. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enveloppe (29) comprend une portion axiale (30) et au moins une portion radiale disposée à une extrémité de la portion axiale. 3. Palier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le manchon (24) comprend une portion axiale (25) et deux portions radiales (26,27) disposées chacune à une extrémité de la portion cylindrique. 4. Palier selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une portion radiale du manchon est disposée axialement entre une portion radiale de l'enveloppe et une surface radiale d'une des bagues. 5. Palier selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'une portion axiale du manchon est disposée radialement entre une portion axiale de l'enveloppe et une surface cylindrique d'une des bagues. 6. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le manchon (24) est pourvu d'une pluralité de nervures (28) venant en contact avec une des bagues et/ou avec l'enveloppe, la partie libre dudit espace étant définie entre les nervures. 7. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le manchon est pourvu d'une pluralité de protubérances venant en contact avec une des bagues et/ou avec l'enveloppe. 8. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des fils (18,19) disposés en tore montés entre au moins une des bagues et les éléments roulants et formant des chemins de roulement. 9. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les chemins de roulement sont formés sur une surface des bagues. 10. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'enveloppe et les bagues sont réalisés en tôle mince.