Brevet FR2813356A1 — publié le 20020301

Palier à roulement à précontrainte axiale, notamment pour colonne de direction de 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. 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 reliée à l'arbre, chaque bague étant pourvue d'un chemin de roulement, par exemple toroidal, et une rangée d'éléments roulants, par exemple des billes, 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. Les bagues de roulement sont réalisées en tôle emboutie et subissent un traitement thermique de durcissement. Les bagues extérieures 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 réalisée par exemple en matière synthétique moulée. La bague de tolérance permet d'assurer le montage aisé du palier à 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 par exemple sous la forme d'un anneau élastique interrompu par une fente radiale. Elle peut également se présenter sous la forme d'un anneau comportant un certain nombre de patins répartis sur la circonférence et reliés entre eux par des portions déformables. L'ensemble fonctionne à jeu nul grâce à un effort axial de précontrainte exercé sur les bagues de tolérance par un organe élastique axialement. 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 sur l'arbre dans la direction de cet effort. La bague de tolérance du premier palier à roulement pouvant coulisser axialement sur l'arbre lors de la mise en place dudit palier, les bagues intérieures des roulements tendent à se rapprocher l'une de l'autre sous l'effet de l'effort axial jusqu'a l'obtention d'un jeu nul ou d'une précontrainte dans les roulements. Cet effort axial peut être exercé par une rondelle élastique, par exemple une rondelle métallique 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. Les paliers à roulement connus pour colonnes de direction peuvent par ailleurs comprendre 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. La rondelle frein peut, par exemple, se présenter sous la forme d'une rondelle métallique munie dans son alésage de languettes flexibles dans le sens axial et précambrées de façon à pouvoir fléchir élastiquement et autoriser un déplacement axial de la rondelle frein sur l'arbre dans un sens, mais à venir s'arc-bouter sur l'arbre et empêcher tout déplacement axial de la rondelle frein sur l'arbre dans le sens opposé, donc à venir se bloquer sur l'arbre dans la position correspondant à la précontrainte recherchée. 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. C'est pourquoi on a déjà proposé de 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. Une solution décrite par le document FR-A-2 756 885 fait coopérer la rondelle frein avec des bossages de retenue formés sur la bague extérieure. Une autre solution utilise une pièce supplémentaire, à savoir un anneau élastique engagé dans une gorge intérieure de la bague extérieure pour former un jonc de retenue de la rondelle frein. Dans les deux cas, la rondelle frein est intégrée au palier à roulement et ne peut être montée séparément des autres pièces du palier. Or, pour des raisons relatives au processus de montage, il peut être souhaitable de pouvoir mettre en place la rondelle frein en dernier, après mise en place préalable de tous les autres éléments sous la forme d'un ensemble indémontable dans la colonne de direction. Par ailleurs, il est connu par le document US-A-5 193 917 de réaliser les moyens de précontrainte axiale et éventuellement aussi des languettes élastiques formant frein pour le blocage axial d'un tel palier à roulement sur l'arbre de la colonne de direction, au niveau d'une gorge ménagée dans l'arbre, d'une seule pièce avec la bague de tolérance moulée en matière synthétique. Les principaux inconvénients de cette solution consistent dans le fait que les moyens de précontrainte, pour obtenir le même effet de ressort, doivent présenter un encombrement axial plus important qu'une rondelle élastique en acier et que les moins bonnes caractéristiques au vieillissement de la matière synthétique par rapport à l'acier peuvent conduire à terme à une altération ou une perte d'élasticité axiale des moyens de précontrainte. La présente invention vise un palier à roulement à précontrainte axiale, notamment pour colonne de direction de véhicules automobiles, permettant un montage de la rondelle frein séparément des autres parties du roulement réunies sous la forme d'un ensemble. Le palier à roulement à précontrainte axiale objet de l'invention, notamment pour colonne de direction de véhicules automobiles, disposé entre un logement et un arbre, comprend 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, et un élément élastique de précontrainte axiale. Ledit élément est une rondelle venant en appui contre une face radiale de la bague de tolérance et comprenant au moins deux pattes axiales faisant saillie dans le même sens et comportant à leurs extrémités libres des moyens d'accrochage conformés pour coopérer avec la bague intérieure en vue d'assurer la solidarisation axiale de l'élément de précontrainte avec la bague intérieure, la bague de tolérance étant de préférence intercalée au moins en partie entre la rondelle de l'élément de précontrainte et la bague intérieure. Cette solidarisation, donc la réunion des éléments du palier à roulement sous la forme d'un ensemble indémontable, est ainsi assurée indépendamment de la rondelle frein qui sert au blocage axial du palier à roulement sur l'arbre et qui, dans le cas d'un palier de colonne de direction, peut ainsi être montée après la mise en place des autres éléments dans la colonne de direction. Les moyens d'accrochage à l'extrémité libre des pattes de la rondelle de l'élément de précontrainte peuvent être constitués, par exemple, par un crochet tourné vers l'extérieur, ou par une partie bombée dont la convexité est tournée vers l'extérieur. De préférence, les pattes axiales de l'élément de précontrainte qui peuvent être avantageusement au nombre de trois et être réparties à 120 les unes des autres sur la circonférence comportent au moins une partie coudée ou bombée dont la convexité est tournée vers l'intérieur, donc vers l'arbre, et qui est destinée à venir en appui, avec précontrainte radiale, sur la surface de l'arbre. La bague de tolérance peut avantageusement comporter des languettes radialement élastiques destinées à coopérer avec les pattes axiales de l'élément de précontrainte, de préférence au niveau de la partie coudée desdites pattes, afin d'exercer sur ces dernières un effort dirigé radialement vers l'intérieur vers l'axe du roulement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un palier à roulement suivant l'invention, la figure 2 est une coupe axiale partielle du palier à roulement de la figure 1 à l'état monté, la figure 3 est une vue en perspective de la bague de tolérance du palier des figures 1 et 2, la figure 4 est une coupe axiale partielle de la bague de tolérance de la figure 3 au niveau d'une languette radialement élastique, et la figure 5 est une coupe axiale d'un autre mode de réalisation du palier à roulement suivant l'invention. Le palier à roulement 1 selon les figures 1 à 4 servant par exemple de palier à précontrainte axiale de colonne de direction de véhicules automobiles est destiné à être monté, comme le montre la figure 2, entre un logement fixe 2 comprenant un alésage 2a et une surface frontale 2b, et un arbre tournant 3. Le palier à roulement 1 comprend un roulement composé d'une bague extérieure 4 en tôle emboutie, définissant un chemin de roulement extérieur 5, d'une bague intérieure 6 en tôle emboutie, définissant un chemin de roulement intérieur 7, d'une rangée d'éléments roulants 8, en l'occurrence des billes, disposés entre le chemin de roulement extérieur 5 et le chemin de roulement intérieur 7, et d'une cage 9 maintenant les éléments roulants 8 répartis sur la circonférence. La bague extérieure 4 comprend une portion cylindrique 4a s'étendant dans un premier sens axial à partir d'une portion toroidale 4b définissant le chemin de roulement 5 et une collerette radiale 4c s'étendant vers l'extérieur à partir de l'extrémité libre de la portion cylindrique 4a. A l'état monté du palier selon la figure 2, la portion cylindrique 4a est en contact avec l'alésage 2a du logement 2 et la collerette radiale 4c 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 toroïdale 6a définissant le chemin de roulement 7 et une portion cylindrique 6b s'étendant à partir de la portion toroidale dans un second sens axial, donc en sens contraire de la portion cylindrique 4a de la bague extérieure. Le palier à roulement 1 comprend par ailleurs une bague de tolérance élastique 10 réalisée en matériau synthétique et comprenant, comme le montre surtout la figure 3, une portion 10Oa en forme d'anneau fermé portant intérieurement une pluralité de patins 10b séparés dans le sens circonférentiel par des fentes ou encoches axiales. Dans l'exemple illustré, la portion annulaire i0a porte trois groupes de trois patins, les patins de chaque groupe étant séparés par des fentes c et les groupes de patins étant séparés par des encoches O10d ayant dans le sens circonférentiel une largeur supérieure à celle desdites fentes 10c. Les patins 10Ob ne sont donc reliés entre eux que par des parties de section relativement faible, légèrement déformables, correspondant à la portion annulaire O10a. Les patins 10b sont prolongés axialement dans ledit second sens axial par des ailes 10e de faible épaisseur radiale dont les faces intérieures sont situées sur un diamètre légèrement plus grand que le diamètre correspondant aux faces intérieures des patins 10b. Chaque aile 10e comporte sur sa face extérieure un bossage 10f situé au milieu de sa largeur dans le sens circonférentiel. A l'intérieur de chaque encoche 10d, la portion annulaire 10a porte une languette 10g faisant saillie de façon oblique vers l'intérieur et dans ledit second sens axial, sensiblement jusqu'au diamètre intérieur des patins 10b, comme le montre surtout la figure 4. Enfin, le palier à roulement 1 comprend un élément élastique de précontrainte 11 constitué ici par une rondelle ondulée Il a (voir figure 1) réalisée par découpe et pliage d'un feuillard d'acier, la rondelle la venant en appui contre une face 1 Oh sensiblement radiale de la bague de tolérance 10 Cet élément comprend en outre plusieurs pattes 1 lb en porteà-faux faisant saillie sensiblement axialement dans le même sens sur la rondelle la, sur le diamètre intérieur de cette dernière, à l'endroit des sommets des ondulations. Dans l'exemple illustré, les pattes 1 lb sont au nombre de trois et sont réparties à 120 les unes des autres, leur largeur dans le sens circonférentiel étant légèrement inférieure à la largeur circonférentielle des encoches 10d de la bague de tolérance 10. Chaque patte l lb est repliée en crochet 1 lc vers l'extérieur à son extrémité libre et est légèrement coudée entre ses extrémités opposées de telle manière que le coude 1 ld décalé vers l'intérieur par rapport aux deux extrémités de la patte soit situé sur un diamètre inférieur au diamètre intérieur des patins lob de la bague de tolérance 10. Comme représenté sur la figure 1, la longueur des pattes 1 lb est telle que lors de l'assemblage du palier à roulement 1 comprenant le roulement proprement dit composé des bagues 4 et 6, des éléments roulants 8 et de la cage 9, ainsi que la bague de tolérance 10 et l'élément de précontrainte 11, les ailes 10e de la bague de tolérance 10 étant insérées dans ledit second sens axial à l'intérieur de la bague intérieure 6 et les pattes lb de l'élément de précontrainte 11 étant insérées dans ce même second sens axial dans les encoches 10d de la bague de tolérance 10, les crochets llc à l'extrémité libre des pattes 1 lb coopèrent avec l'extrémité libre de la portion cylindrique 6a de la bague intérieure 6. Les éléments constitutifs du roulement proprement dit et la bague de tolérance 10 sont de façon connue en soi liés axialement par l'intermédiaire de la cage 9 qui comporte des crochets 9a, 9b susceptibles de coopérer avec la bague extérieure 4 d'une part et avec la bague de tolérance 10 d'autre part. L'élément de précontrainte 11 étant d'autre part lié axialement à la bague intérieure 6 par les pattes lb munies des crochets 1 lc, la bague de toilérance 10 est maintenue axialement entre la bague intérieure 6 et la ron delle la de l'élément de précontrainte 1 1. On dispose ainsi d'un ensemble unitaire que l'on peut transporter et manipuler sans risquer un démontage accidentel ou la désolidarisation de certains éléments. Les languettes élastiques lo0g de la bague de tolérance 10 coopèrent avec la partie coudée lld des pattes llb de l'élément de précontrainte 11 afin d'assurer un pré-centrage de l'élément de précontrainte 1 1 dans la bague de tolérance 10 lors de l'assemblage de ces pièces et d'exercer sur lesdites pattes 1 lb un effort radial dirigé vers l'axe du roulement et de renforcer l'action desdites pattes sur l'arbre, après montage du palier à roulement sur l'arbre, selon la figure 2. Sur cette figure 2, on reconnaît le palier à roulement 1 monté sur l'arbre 3 et dans son logement 2, après la mise en précontrainte et l'immobilisation axiale sur l'arbre au moyen d'une rondelle frein 12 comprenant une portion 12a en anneau fermé et une pluralité de languettes 12b faisant saillie vers l'intérieur sur la portion 12a en étant inclinées dans un sens axial de telle manière que lesdites languettes 12b puissent fléchir élastiquement lors de l'engagement de la rondelle frein 12 sur l'arbre 3 dans le sens de montage du palier à roulement correspondant audit second sens axial, mais s'opposent par effet d'arc- boutement à tout déplacement de la rondelle frein 12 sur l'arbre 3 dans le sens contraire. Pour le montage dans la colonne de direction, l'ensemble préassemblé comprenant le roulement proprement dit (bagues 4 et 5, éléments roulants 8, cage 9), ainsi que la bague de tolérance 10 et l'élément de précontrainte 11, est mis en place entre le logement 2 et l'arbre 3 de la colonne. Ce n'est qu'ensuite que l'on bloque l'ensemble axialement sur l'arbre 3 avec précontrainte axiale à l'aide de la rondelle frein 12 qui est indépendante de cet ensemble. Les pattes axiales Ila de l'élément de précontrainte 11 non seulement maintiennent ledit ensemble préassemblé avant et pendant le montage, par les crochets l lb coopérant avec la bague intérieure 6, mais facilitent également le centrage de l'ensemble sur l'arbre 3. De plus, l'action élastique radiale des parties coudées lic des pattes I la, renforcée par l'action des languettes élastiques 1Og de la bague de tolérance 10, assure une certaine retenue par friction de l'ensemble sur l'arbre 3, tout en autorisant un déplacement axial par rapport à ce dernier. Une fois l'ensemble positionné correctement, il suffit d'amener la rondelle frein 12 en butée contre la rondelle 1la de l'élément de précontrainte 11. L'écrasement des ondulations de la rondelle 1l a permet d'obtenir une précontrainte calibrée. Par ailleurs, I'effort axial exercé sur la bague de précontrainte 10 par la rondelle 1 la provoque, par l'effet de cône dans la bague intérieure du roulement, un resserrement des patins lO0b de la bague de tolérance 10 sur l'arbre 3, grâce à la déformation des parties plus minces de la portion annulaire l0a entre les patins 10b, au droit des fentes 10c et des encoches 10d. Le serrage de la bague de tolérance 10 sur l'arbre étant complété par le serrage des pattes 1 la de l'élément de précontrainte 1 1 sur l'arbre 3, lui-même renforcé par l'action des languettes lOg de la bague 10, il existe une très bonne liaison entre le roulement et l'arbre et le palier à roulement de colonne de direction est prêt à remplir sa fonction dans les meilleures conditions. Il est à noter qu'après montage du palier à roulement sur l'arbre, la remontée radiale du coude lld des pattes llb de l'élément de précontrainte 1 1 provoque également la remontée radiale des pattes l lb au niveau de leur extrémité libre et leur mise en contact élastique permanent avec l'alésage de la bague intérieure 6 du roulement. Il est aussi possible d'utiliser le palier à roulement pour faire passer un courant électrique entre l'arbre et le logement via la rondelle frein 12, l'élément de précontrainte 11, la bague intérieure 6, les éléments roulants 8 et la bague extérieure 4. Cette possibilité constitue un avantage appréciable pour réaliser par exemple une mise à la masse du volant de direction, afin de limiter les risques de déclenchement intempestif du coussin gonflable ("airbag") du conducteur par les phénomènes d'électricité statique au cas o la mise à la masse du siège du conducteur n'est pas ou plus correctement assurée. On peut aussi utiliser le palier à roulement pour réaliser un contact électrique tournant destiné à alimenter en courant certains accessoires annexes. La figure 5 illustre un autre mode de réalisation du palier à roulement suivant l'invention, qui se distingue du mode de réalisation des figues 1 à 4 principalement par la structure de la bague de tolérance qui est constituée ici par une bague élastique 100 ouverte, c'est-à-dire fendue en un point de sa circonférence. L'alésage 100a de la bague de tolérance 100 est cylindrique et comporte un certain nombre de rainures axiales 100b destinées à recevoir les pattes axiales 101b de l'élément de précontrainte 101 comprenant également une rondelle ondulée 101a en appui contre une face radiale 100c de la bague de tolérance 100. Les pattes axiales 101b ont une plus grande largeur que les pattes i lb de l'exemple des figures 1 à 4, ce qui leur procure une raideur radiale suffisante pour pouvoir se passer des languettes lo0g prévues sur la bague de tolérance 10 pour renforcer l'action élastique des pattes axiales 1 lb de l'élément de précontrainte 1 1 des figures 1 à 4. Par ailleurs, les pattes 101b comportent à leurs extrémités libres non pas un crochet vers l'extérieur, mais une partie bombée ou coudée l101c dont la convexité est tournée vers l'extérieur, pour coopérer avec effet d'accrochage avec la bague intérieure 6 du roulement. L'interférence de la partie d'accrochage 101c des pattes 101b avec la bague 6, après montage de l'ensemble dans la colonne de direction, est renforcée par l'aménagement, sur les pattes 101b, d'une partie bombée 101d dont la convexité est tournée vers l'intérieur, ce qui provoque la remontée radiale de la partie d'accrochage 101c sous l'action de l'arbre de la colonne de direction. Il convient de remarquer que les modes de réalisation représentés et décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemple illustratifs et non limitatifs et admettent de nombreuses modifications et variantes. Ainsi, les moyens d'accrochage 11c, 101c aux extrémités libres des pattes 11 a, lO1a de l'élément de précontrainte pourraient être conformés différemment et pourraient coopérer avec la bague intérieure 6 à un endroit autre que l'extrémité éloignée de la rondelle de l'élément de précontrainte. Ce dernier pourrait comprendre une rondelle de précontrainte autre qu'une rondelle ondulée. Au lieu d'être réalisé à partir d'un feuillard d'acier, l'élément de précontrainte pourrait être moulé d'une seule pièce en matière synthétique, mais séparément de la bague de tolérance et de préférence en une matière différente de celle de ladite bague, compte tenu des fonctions différentes de ces deux éléments. REVENDICATIONS 1. Palier à roulement à précontrainte axiale, notamment pour colonne de direction de véhicules automobiles, disposé entre un logement (2) et un arbre (3), comprenant une bague extérieure (4) pourvue d'un chemin de roulement (5), une bague intérieure (6) pourvue d'un chemin de roulement (7), une rangée d'éléments roulants (8) disposés entre les chemins de roulement (5, 7) desdites bagues (4, 6), une bague de tolérance (10) assurant la liaison de la bague intérieure (6) avec l'arbre (3), et un élément de précontrainte axiale (11; 101), caractérisé par le fait que ledit élément de précontrainte (11; 101) est une rondelle (1la; 10la) venant en appui contre une face radiale (10h; 100h) de la bague de tolérance (10; 100) et comprenant au moins deux pattes sensiblement axiales (l lb, 0llb) faisant saillie dans le même sens et comportant à leurs extrémités libres des moyens d'accrochage (1 lc; 10lc) conformés pour coopérer avec la bague intérieure (6) en vue d'assurer la solidarisation axiale de l'élément de précontrainte (11; 101) avec la bague intérieure (6). 2. Palier à roulement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la bague de tolérance (10; 100) est intercalée au moins en partie entre la rondelle (11a; 101a) de l'élément de précontrainte (11; 101) et la bague intérieure (6). 3. Palier à roulement suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les moyens d'accrochage (11c; 10lc) sont conformés pour coopérer avec l'extrémité de la bague intérieure (6 éloignée de l'élément de précontrainte (11; 101). 4. Palier à roulement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens d'accrochage comprennent un crochet (1 l c) tourné vers l'extérieur. 5. Palier à roulement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens d'accrochage comprennent une partie bombée (101c) dont la convexité est tournée vers l'extérieur. 6. Palier à roulement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les pattes axiales (1 lb; 10 l1b) comportent au moins une partie coudée ou bombée (1 ld; 10ld) dont la convexité est tournée vers l'intérieur et qui est destinée à 'venir en appui, avec précontrainte radiale, sur la surface de l'arbre (3). 7. Palier à roulement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bague de tolérance (10; 100) comporte dans son alésage plusieurs encoches ou rainures axiales (10d; 100b) pour le passage desdites pattes axiales (l lb; lOlb) de l'élément de précontrainte (11; 101). 8. Palier à roulement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bague de tolérance (10) comporte des languettes (1 Og) radialement élastiques destinées à coopérer avec lesdites pattes axiales (llb) de l'élément de précontrainte (11), afin d'exercer sur ces dernières un effort dirigé radialement vers l'intérieur vers l'axe de roulement.