Brevet FR2820083A1 — publié le 20020802

Roue de véhicule optimisée en masse et en fatigue. La présente invention concerne une roue de véhicule terrestre à moteur. Dans le domaine de la réalisation de roues de véhicules automobiles, les constructeurs cherchent à alléger les véhicules et pour cela cherchent à alléger, individuellement, tous les composants du véhicule automobile. Les fabricants de roues se doivent donc d'optimiser le poids des roues, d'autant plus qu'il s'agit d'un organe non suspendu. Une roue pour véhicule terrestre à moteur comporte, de manière générale, un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique. Le voile de roue est constitué d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur le moyeu de l'essieu du véhicule, une montée intérieure sensiblement conique qui présente au moins un rayon de courbure, la montée intérieure se terminant par un bord sensiblement cylindrique destiné à la liaison du voile avec la jante. Les roues actuelles pour voitures légères, véhicules utilitaires ou véhicules du type poids lourds sont généralement composées de deux éléments distincts : le voile de roue et la jante. Le voile est, de préférence, obtenu par fluotournage d'un flan monolithique d'acier ou d'aluminium. Cette technique conduit à des gradients importants d'épaisseur et de résistance mécanique entre le centre et la périphérie du voile. Le centre du voile, généralement de forte épaisseur, et peu écroui, constitue la principale zone critique en fatigue et détermine donc les dimensions de la totalité de la pièce. L'assemblage de la jante et du voile est généralement obtenu par soudage, tandis que la liaison de la roue avec le moyeu est obtenue par une fixation au moyen de boulons. Concernant les nuances d'acier classiquement employées au niveau du voile, on utilise des aciers dits de construction de référence S235 et S275 dans des épaisseurs de tôle pouvant varier de 6 mm à 14 mm. Une roue en acier ou aluminium avec un voile monolithique fluotournée présente deux inconvénients : une masse relativement élevée et une tenue en fatigue limitée. En effet, le procédé de fabrication par fluotournage, qui consiste à plaquer progressivement le métal sur un mandrin tournant au moyen de différents galets, conduit à écrouir seulement les parties déformées du voile, en diminuant de façon croissante l'épaisseur. La partie centrale plane du voile n'est pas, quant à elle, fluotournée. Elle conserve donc les caractéristiques mécaniques du métal de base et l'épaisseur du flan initial, et par conséquent, une forte épaisseur et de faibles caractéristiques mécaniques. Or, la tenue en service de la roue est principalement liée à la rigidité de la partie centrale du disque. Afin d'atteindre un niveau suffisant de rigidité, et compte tenu des faibles caractéristiques mécaniques de l'acier dans cette zone, l'emploi de flans de forte épaisseur est nécessaire. Dans une technique de mise en forme du voile par emboutissage, le flan de tôle de base est souvent constitué d'une tôle d'épaisseur constante. Les procédés d'emboutissage modifient les épaisseurs et entraînent des amincissements localisés ainsi que des épaississements en fonction des zones étirées ou en rétreint, sans lien avec les zones soumises à différentes contraintes mécaniques en fonctionnement. Par exemple, l'opération de tombé de bord entraîne invariablement un épaississement fort et inutile, sur la périphérie du voile, dû au mode de déformation en rétreint. Dans ce mode de réalisation, l'épaisseur de la tôle pour la réalisation du voile est définie pour la zone la plus sollicitée mécaniquement, les autres parties du voile étant des zones en sur épaisseur qui pénalise le poids du voile et de la roue. Par conséquent, les dimensions actuelles du voile reposent principalement sur celles de la partie centrale plane. Elles conduisent donc à sur dimensionner la totalité de la surface du voile en terme d'épaisseur, afin d'obtenir dans ladite partie centrale une rigidité souhaitée. La masse du voile se retrouve finalement pénalisée ou non optimisée. Par ailleurs, l'apparition de fissures de fatigue dans la partie centrale du voile est principalement due à des problèmes de contact de cette partie avec le plan d'appui du moyeu, et de la fixation par des boulons sur ledit moyeu. En effet, les nuances d'aciers utilisées pour la fabrication du voile ont généralement de bonnes aptitudes au fluotournage, mais présentent une certaine sensibilité à l'effet d'entaille. Le but de l'invention est d'améliorer les techniques actuelles de réalisation de roue en modifiant la structure de la partie centrale du voile, qui est critique du point de vue de la fatigue, pour une meilleure tenue en service et un allégement de la roue. L'invention a pour objet une roue de véhicule terrestre à moteur comportant de manière générale, un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique, le voile de roue étant constitué : d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur le moyeu de l'essieu du véhicule, une montée intérieure sensiblement conique qui présente au moins un rayon de courbure, la montée intérieure se terminant par un bord sensiblement cylindrique destiné à la liaison du voile avec la jante, caractérisé en ce que le voile de roue est composé d'une couronne formée d'une montée intérieure et une partie sensiblement plane en forme d'anneau intérieur, anneau portant les trous de fixation de la roue sur le moyeu du véhicule, la partie centrale du voile étant constituée d'une pièce annulaire dite intérieure et d'une pièce annulaire dite extérieure les deux pièces annulaires intérieure et extérieure enserrant, en périphérie, la partie sensiblement plane de la couronne. Les autres caractéristiques de l'invention sont : - la montée intérieure de la couronne présente de manière concentrique une épaisseur égale ou inférieure à l'épaisseur de la partie plane de la couronne qui porte les trous de fixation de la roue. - la montée intérieure de la couronne est fluotournée. - la pièce annulaire dite intérieure est plane, de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre de la partie plane de la couronne. - la pièce annulaire dite extérieure est plane, de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre extérieur de la partie plane de la couronne. - les pièces annulaires dites intérieure et extérieure portent un trou central pour le passage du moyeu de la roue du véhicule, et une série de trous de fixation de la roue en correspondance avec les trous la partie plane de la couronne. - les pièces annulaires dites intérieure et extérieure sont associées à la couronne par des moyens choisis parmi, le collage, le soudage de type laser, le soudage de type MAG, soudage par points ou cordon continu ou discontinu. - les pièces annulaires dites intérieure et extérieure sont des pièces découpées dans une tôle qui peut être du type sandwich. - les pièces annulaires dites intérieure et extérieure peuvent comporter un bord tombé s'ajustant dans le rayon de courbure séparant la montée intérieure et la partie plane de la couronne. La description, comprenant les figures et des exemples d'application non limitatifs, fera bien comprendre l'invention. La figure 1 présente une roue de l'art antérieur montée sur son moyeu. La figure 2 est un exemple d'application de l'invention. La figure 3 est un autre exemple de l'invention. L'invention concerne une roue de véhicule terrestre à moteur, comme représenté sur la figure 1, comportant de manière générale, un voile 2 de roue et une jante 3 sensiblement cylindrique, le voile 2 de roue étant obtenu à partir d'un flan de tôle d'épaisseur déterminée soumis notamment à plusieurs opérations de mise en forme, et constitué d'une partie centrale 5 sensiblement plane comportant une portée 6 sur laquelle sont alésés les trous 4 qui servent à centrer et à fixer la roue sur le moyeu 7 d'un essieu du véhicule, une montée intérieure 8 sensiblement conique, qui présente au moins un rayon de courbure, la montée intérieure 8 se terminant par un bord 10 sensiblement cylindrique destiné à la liaison du voile 2 avec la jante 3. Le bord 10 du voile 2 sert à assurer un appui pour la liaison entre voile 2 et jante 3. Il est également le siège de la liaison soudée entre voile et jante. Le joint soudé est traditionnellement de type cordon, par points, ou laser. Comme représenté sur la figure 2, le voile 2 de la roue 1, selon l'invention, est composé d'une couronne 11 formée d'une montée intérieure 12 et d'une partie sensiblement plane en forme d'anneau 13 intérieur, anneau 13 portant les trous 4 de fixation de la roue sur le moyeu du véhicule, la partie centrale du voile 2 étant constituée d'une pièce annulaire dite intérieure 14 et d'une pièce annulaire dite extérieure 15, les deux pièces 14,15 enserrant en leur périphérie la partie sensiblement plane de la couronne, au niveau de l'anneau 13. Selon l'invention, il est réalisé un voile 2 de roue 1 dont la partie centrale est constituée d'une structure sandwich obtenue par la superposition de deux pièces 14,15, par exemple, d'acier de caractéristiques mécaniques assurant une tenue à la fissuration et d'une épaisseur choisie, les pièces pouvant être soudées et/ou collées sur les faces planes de l'anneau 13, partie de la couronne 11. La liaison des pièces 14,15, peut être réalisée par soudage de type laser, soudage de type MAG, soudage par points ou au cordon, continu ou discontinu. Les pièces annulaires dites intérieure et extérieure sont planes, de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre de l'anneau 13 de la couronne 11. Selon l'invention, comme représenté sur la figure 3, les pièces 14,15, peuvent comporter un bord tombé 16,17 s'ajustant dans le rayon de courbure séparant la montée 12 intérieure et l'anneau 13 de la couronne 11, assurant d'une part leur centrage par rapport à l'axe principal de la couronne et d'autre part assurant un renforcement mécanique de cette zone particulièrement sollicitée. Les pièces 14,15, annulaires dites extérieure et extérieure portent un trou pour le passage du moyeu de la roue du véhicule et une série de trous de fixation de la roue en correspondance avec les trous 4 de l'anneau de la couronne. Chacune de ces pièces est réalisée en une nuance, par exemple d'acier peu sensible à l'effet d'entaille ou encore, par exemple, à caractéristiques mécaniques élevées et d'une bonne aptitude à la découpe. La couronne11 est, quant à elle, réalisée à partir d'un flan ayant une épaisseur inférieure à celle classiquement employée puisse que cette épaisseur est optimisée dans le domaine des charges par rapport au poids de la couronne. La nuance d'acier utilisée pour ladite couronne 11 doit, pour cela, présenter un bon compromis fluotournabilité/caractéristiques mécaniques/poids. La montée 12 intérieure de la couronne, par exemple fluotournée, présente de manière concentrique une épaisseur égale ou inférieure à l'épaisseur de l'anneau 13 portant les trous de fixation de la roue. Le domaine des charges par rapport au poids de la partie centrale du voile de roue est assuré par la structure sandwich formée par les pièces 14,15, annulaires. Les pièces annulaires 14,15, 16,17, dites intérieures et extérieures sont des pièces découpées dans une tôle du type sandwich, si l'on veut apporter une fonctionnalité supplémentaire liée à l'absorption d'une partie des vibrations solidiennes induites par le contrat route/pneumatique. Un des avantages de l'invention est de découpler les fonctions des différentes zones du voile de roue : - la rigidité pour supporter les chargements du véhicule avec une couronne fluotournée à caractéristiques mécaniques élevées et faible épaisseur, - la résistance à la fissuration dans les zones de contact avec le moyeu et les trous de fixation avec les pièces annulaires réalisées avec des aciers peu sensibles à l'effet d'entaille. Le choix des couples nuance d'acier/épaisseur optima pour la couronne et les pièces annulaires permet d'alléger la roue tout en augmentant sa tenue en service. Le tableau suivant donne deux exemples de l'invention pour deux types de roue référencés VU 16 pouces et PL22.5 pouces. Ces deux types de roue sont comparés à deux roues de référence de construction classique comme représenté sur la figure 1. Il est mis en évidence, sur ce tableau comparatif, l'intérêt de la roue de l'invention dans le domaine notamment de l'allègement. Roue VU 16"Roue PL 22,5" Référence L'invention Référence L'invention Jante 3 mm, S235 3 mm, S235 6 mm, S235 6 mm, S235 Voile 7mm, S275 Couronne : 4mm 14 mm S275 Couronne : 10 mm Pièces ann : 1 mm Pièces ann : 1mm Masse 12,4 Kg 10, 7 Kg 42, 5 Kg 36, 7 Kg La roue allégée de l'invention a une meilleure résistance vis-à-vis de la fatigue grâce à : - une nuance d'acier de caractéristiques mécaniques élevées et une faible épaisseur, - des pièces annulaires soudées et/ou collées sur l'anneau plan de la couronne, présentant une faible sensibilité à l'effet d'entaille, diminuant le risque d'apparition de fissures. La roue selon l'invention est ainsi allégée, tout en améliorant son comportement en fatigue, grâce à l'utilisation d'une structure sandwich au centre du voile. La structure sandwich, dans la zone centrale du voile, est obtenue par la superposition des deux pièces annulaires de métal soudées et/ou collées sur les faces planes intérieure et extérieure de la partie plane de la couronne, couronne réalisée dans une nuance d'acier peu sensible à l'effet d'entaille. Le concept décrit ci-dessus s'applique aux roues de voitures légères. L'idée est de partir d'un flan multicouche composé de deux ou trois flans monolithiques collés et/ou soudés superposés et concentriques. Le disque final est obtenu par emboutissage du flan décrit ci-dessus. La conception initiale du flan permet de mettre le couple épaisseur/grades en fonction des zones critiques et ce en adaptant du point de vue des caractéristiques métallurgiques et ou mécaniques, trois flans élémentaires. REVENDICATIONS 1. Roue de véhicule terrestre à moteur comportant de manière générale, un voile de roue et une jante sensiblement cylindrique, le voile de roue étant constitué d'une partie centrale sensiblement plane comportant une portée qui sert à centrer et à fixer la roue sur le moyeu de l'essieu du véhicule, une montée intérieure sensiblement conique qui présente au moins un rayon de courbure, la montée intérieure se terminant par un bord sensiblement cylindrique destiné à la liaison du voile avec la jante, caractérisé en ce que le voile de roue est composé d'une couronne formée d'une montée intérieure et une partie sensiblement plane en forme d'anneau intérieur, anneau portant les trous de fixation de la roue sur le moyeu du véhicule, la partie centrale du voile étant constituée d'une pièce annulaire dite intérieure et d'une pièce annulaire dite extérieure, les deux pièces annulaires enserrant en périphérie la partie sensiblement plane de la couronne. 2. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que la montée intérieure de la couronne présente de manière concentrique une épaisseur égale ou inférieure à l'épaisseur de la partie plane de la couronne qui porte les trous de fixation de la roue. 3. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que la montée intérieure de la couronne est ftuotournée. 4. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce annulaire dite intérieure est plane, de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre de la partie intérieure plane de la couronne. 5. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce annulaire dite extérieure est plane, de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre de la partie extérieure plane de la couronne. 6. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces annulaires dites intérieure et extérieure portent un trou central pour le passage du moyeu de la roue du véhicule, et une série de trous de fixation de la roue en correspondance avec les trous de la partie plane de la couronne. 7. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces annulaires dites intérieure et extérieure sont associées à la couronne par des moyens choisis parmi, le collage, le soudage de type laser, le soudage de type MAG, soudage par points ou cordon continu ou discontinu. 8. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces annulaires dites intérieure et extérieure sont des pièces découpées dans une tôle qui peut être du type sandwich. 9. Roue selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces annulaires dites intérieure et extérieure peuvent comporter un bord tombé s'ajustant dans le rayon de courbure séparant la montée intérieure et la partie plane de la couronne.