Brevet FR2833664A1 — publié le 20030620

Palier à roulement, notamment pour colonne de direction. L'invention concerne le domaine des paliers à roulement, notamment pour colonnes de direction. Le document FR-A-2 669 690 décrit un roulement comprenant une bague extérieure à section en U, une bague intérieure à section en U, un élément élastique disposé dans la bague extérieure, et quatre fils en acier traité, dont deux sont disposés dans la bague intérieure dans les zones de raccordement entre ses parties axiales et radiales et deux dans l'alésage de l'élément élastique, et des éléments roulants tels que des billes disposées au contact des fils qui constituent les chemins de roulement des éléments roulants. Les fils se présentent sous la forme de joncs annulaires dont les extrémités viennent bout à bout quand ils sont en place. Les éléments roulants peuvent être jointifs dans le sens circonférentiel ou être espacés régulièrement l'un de l'autre au moyen d'une cage. L'élément élastique présente une forme annulaire à section 1 > en L avec une portion axiale en contact avec une portion axiale de la bague extérieure et une portion radiale en contact avec une portion radiale de la bague extérieure. Des crochets sont formés à l'extrémité libre de la portion axiale de l'élément élastique, du côté intérieur et assurent la retenue axiale d'une rondelle consistant en un élément annulaire tronconique. La rondelle comprend un bord intérieur en contact avec l'autre portion axiale de la bague extérieure et orienté axialement du côté opposé aux éléments roulants et un bord extérieur en contact avec l'un des quatre fils et avec les crochets de l'élément élastique, et orienté axialement du côté des éléments roulants. Pour monter un tel roulement, on forme une unité comprenant la bague intérieure, les fils, les corps roulants, la rondelle, et l'élément Z : D élastique. Puis on monte cette unité dans une bague extérieure dont l'une des portions radiales n'est pas encore formée et est donc à section en L, puis on rabat la bague extérieure pour former ladite t > portion radiale. On réalise ainsi un roulement à quatre points de contact capable de fonctionner aussi bien sous charge axiale que sous charge radiale ou sous charge combinée. De tels roulements sont fréquemment utilisés dans les colonnes de direction qui s'accommodent de roulements dont la précision dimensionnelle et fonctionnelle n'a pas besoin d'être très élevée. Afin que le roulement puisse fonctionner sans jeu avec une précontrainte calibrée, on dispose une rondelle de précontrainte conique entre l'une des portions radiales de la bague extérieure et le jonc correspondant. À l'état non comprimé, la rondelle présente un profil tronconique dont le sommet de cône est dirigé dans une direction opposée aux billes. Quand on vient former le dernier bord radial de l'enveloppe extérieure, on comprime la rondelle qui présente initialement une forme légèrement conique en forme de chapeau de chinois. La rondelle tend alors à prendre une forme plate, le sommet du cône se rapprochant des billes. L'effort axial exercé par la rondelle crée ainsi un effort de précontrainte entre les billes et les joncs d'une part, entre les joncs et les enveloppes d'autre part, rattrapant ainsi tous les jeux résiduels entre ces éléments. De tels types de roulements à quatre points de contact par fil présentent toutefois certains inconvénients. D'une part, ils comportent un nombre relativement élevé d'éléments. D'autre part, la bague intérieure devant être montée avec un serrage important sur l'arbre tournant, les déformations radiales de ladite bague sont importantes, ce qui provoque une modification du jeu ou de la précontrainte interne du roulement, surtout dans le cas où on voudrait utiliser un dispositif sans rondelle de précontrainte. D'autre part, les dispositifs à quatre fils précontraints s'usent relativement vite dans le temps. L'invention se propose de remédier aux inconvénients décrits ci-dessus. L'invention propose un palier à roulement très rigide et économique. Le dispositif de roulement, selon un aspect de l'invention, est du type comprenant des chemins de roulement, au moins un fil formant l'un des chemins de roulement, au moins une enveloppe rigide en contact avec ledit fil, au moins une bague massive, une rangée d'éléments roulants disposés au contact du fil et de la bague massive. La bague massive est quasi indéformable et le roulement présente une rigidité axiale et radiale importante. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend deux fils, l'enveloppe étant en contact avec lesdits fils. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe comprend une portion axiale et deux portions radiales disposées aux extrémités de la portion axiale, un fil étant en contact avec la portion axiale et l'une des portions radiales et l'autre fil étant en contact avec la portion axiale et l'autre portion radiale. Dans un mode de réalisation de l'invention, la bague massive comprend une gorge à section droite en V avec deux surfaces tronconiques formant chacune une piste de roulement. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la bague massive comprend une gorge à section droite en V avec deux surfaces 1 bombées convexes formant chacune une piste de roulement. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la bague massive comprend une gorge à section droite en V avec deux surfaces concaves formant chacune une piste de roulement. Dans un mode de réalisation de l'invention, un fil présente une section transversale ronde. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, un fil présente une section transversale comprenant une portion convexe, ladite portion convexe formant une piste de roulement. Ledit fil est symétrique par rapport à un plan radial. De préférence, l'enveloppe est réalisée en tôle métallique, par exemple d'acier, et le fil est métallique, notamment en acier. Une rondelle de précontrainte peut être montée dans le roulement en contact avec l'enveloppe et avec un fil. La rondelle peut consister en un élément annulaire tronconique à l'état libre et ouvert dans sa partie centrale. Une telle rondelle Belleville est particulièrement économique. Toutefois, une rondelle Belleville présentant un profil conique très plat et donc peu de dissymétrie axiale, est très difficile à orienter automatiquement au moyen d'un bol vibrant en vue d'un assemblage automatisé du roulement. Il existe donc un risque non négligeable de monter à l'envers des rondelles de précontrainte dans le roulement. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comprend une rondelle consistant en un élément annulaire à section en L ouvert dans partie centrale, avec une branche tronconique à l'état libre. La rondelle peut comprendre une portion tronconique à l'état libre et un rebord axial s'étendant vers l'extérieur du roulement. Le rebord axial empêche un éventuel retournement de la portion tronconique qui possède un seul état stable. Une telle rondelle est très aisée à orienter automatiquement dans une chaîne de montage ce qui réduit le risque de montage à l'envers et inapte à un éventuel retournement, tout en restant économique et sans influence néfaste à la compacité du roulement dont les dimensions sont inchangées. Avantageusement, le rebord axial est circonférentiellement continu et forme l'ouverture centrale de l'élément de précontrainte. Le rebord axial peut s'étendre à partir du bord intérieur de la portion tronconique axialement à l'opposé des éléments roulants. Avantageusement, le rebord axial est disposé dans un alésage de l'enveloppe extérieure. La rondelle de précontrainte est ainsi facile à centrer par rapport à l'enveloppe extérieure, en faisant simplement passer le rebord axial dans ledit alésage. La longueur axiale du rebord axial peut être inférieure à l'épaisseur de l'enveloppe correspondante, en particulier à l'épaisseur de la portion radiale de l'enveloppe avec laquelle le rebord axial est en contact. On conserve ainsi les dimensions extérieures du roulement sans modifier son encombrement. Le rebord axial peut présenter un diamètre légèrement inférieur à celui t > d'un alésage de l'enveloppe extérieure avec lequel il est apte à coopérer. La portion tronconique peut être en contact avec l'un des fils et avec une paroi radiale de l'enveloppe extérieure. Le bord extérieur de la portion tronconique peut être en contact avec ledit fil, tandis que le bord intérieur est en contact avec ladite paroi radiale. La portion tronconique peut présenter, à l'état monté, un angle au sommet du cône variant de 160 à 180 par rapport à un plan radial. À l'état libre, la portion tronconique pourra présenter un angle au sommet du cône de l'ordre de 140 à 170 . Avantageusement, la portion tronconique est circonférentiellement continue. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe est annulaire et peut être pourvue d'une portion radiale d'épaisseur plus faible que la portion axiale et que l'autre portion radiale pour faciliter son pliage après l'insertion des éléments du roulement devant y entrer. En d'autres termes, on prévoit un roulement comprenant une enveloppe, un ou deux fils montés en contact avec l'enveloppe, une rangée d'éléments roulants disposés en contact avec les fils, et une bague massive usinée. L'invention concerne également une colonne de direction comprenant un arbre et deux roulements montés sur l'arbre. Au moins l'un des roulements comprend des chemins de roulement, au moins un fil formant l'un des chemins de roulement, au moins une enveloppe en contact avec ledit fil, au moins une bague massive, une rangée C > Z-D d'éléments roulants disposés au contact du fil et de la bague massive. Les roulements peuvent être disposés dans des logements appropriés. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré 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 monté sur un arbre et disposé dans un logement ; - la figure 2 est une demi vue correspondant à la figure 1 ; - la figure 3 est une demi-vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est demi vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est vue partielle en coupe axiale d'un palier à roulement selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le roulement 1 comprend une bague intérieure 2, une enveloppe extérieure 3, deux fils 4 et 5, une rangée d'éléments roulants 6, et une cage 7. La bague intérieure 2 est de type massive. On entendra par bague de type massive une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d'ébauches forgées et/ou roulées. La bague intérieure 2 comprend un alésage 2a de forme cylindrique délimité par des surfaces frontales radiales 2b et 2c, et une surface cylindrique extérieure 2d à partir de laquelle est formée une gorge circulaire 8 à section en V, c'est-à-dire présentant deux surfaces tronconiques 8a et 8b symétriques de part et d'autre d'un plan radial, avec des congés de raccordement. Les surfaces tronconiques 8a et 8b forment des chemins de roulement sur lesquels se déplacent les éléments roulants 6. De façon économique, les surfaces des chemins de roulement 8a, 8b peuvent être obtenues directement par tournage ou roulage, sans rectification ultérieure. L'enveloppe extérieure 3 présente une forme annulaire à section en U avec une portion axiale 3a, une paroi radiale 3b et une paroi radiale 3c. La paroi radiale 3c présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la portion axiale 3a et de la portion radiale 3b et une longueur, dans le sens radial, inférieure à la longueur de la portion radiale 3b. En d'autres termes, l'espace séparant la portion radiale 3c de la surface cylindrique extérieure 2d est supérieur à celui séparant la portion radiale 3b de la surface cylindrique extérieure 2d. Les fils 4 et 5 se présentent sous la forme de joncs annulaires dont les extrémités viennent bout à bout et sont disposés dans l'enveloppe extérieure 2 en contact direct avec celle-ci. Le fil 4 est disposé en contact avec la portion axiale 3a et avec la portion axiale 3b. Le fil 5 est disposé en contact avec la portion axiale 3a et avec la paroi radiale 3c. Les éléments roulants 6, ici des billes, sont disposés entre les fils 4 et 5, et les surfaces tronconiques 8a et 8b formant des chemins de roulement en contact avec chacun des fils et chacun des chemins et sont maintenus espacés circonférentiellement par la cage 7. On réalise ainsi un roulement à quatre points de contacts. La cage 7 comprend une portion annulaire 7a disposée du côté de la portion radiale 3c radialement entre l'extrémité libre de la portion radiale 3c et la surface cylindrique 2d de la bague intérieure 2. Pour des raisons d'économie et de résistance mécanique, la bague 2, l'enveloppe 3, les fils 4 et 5 et les éléments roulants 6 sont généralement réalisés en acier de nuances appropriées. La bague 2 peut être réalisée en acier 100C6 trempé à coeur ainsi que les billes 6. Les fils 4 et 5 peuvent être réalisés en acier prétraité de type"corde à piano". L'enveloppe 3 est monobloc et réalisée par pliage ou emboutissage de tôle en acier doux. Le roulement 1 est monté sur un arbre 9 qui présente une surface cylindrique 10 et un épaulement 11. La bague intérieure 2 est emmanchée sur la surface cylindrique 10 par son alésage 2a et la surface radiale 2c est en butée contre l'épaulement 11. Grâce à l'épaisseur radiale de la bague intérieure 2, l'emmanchement peut être ZD effectué avec un serrage élevé sans déformation radiale importante des chemins de roulement formés par les surfaces 8a et 8b et donc sans risque de réduction significative du jeu interne du roulement. Grâce à l'utilisation d'une bague intérieure massive 2, on obtient ainsi un roulement de rigidité élevée et présentant un jeu axial ou radial nul ou quasi nul ce qui est souhaité pour les roulements de colonne de direction où le conducteur ne doit pas ressentir un tel jeu. La combinaison des chemins de roulement sur fils d'une part et sur bague massive d'autre part permet de réduire de façon significative l'usure au niveau des surfaces de contact avec les éléments roulants et par conséquent évite une prise de jeu néfaste du roulement. Le roulement 1 est monté dans un logement 12 pourvu d'un alésage 13 dans lequel est formée une rainure annulaire 14. L'enveloppe 3 est emmanchée dans l'alésage 13. Un élément d'arrêt 15, par exemple un circlips, est disposé dans la rainure 14 et fait saillie vers l'intérieur. La paroi radiale 3b de l'enveloppe 3 est en contact, en général en appui, contre l'élément d'arrêt 15. Le roulement 1 peut ainsi transmettre un effort axial important exercé sur l'arbre 9 dans le sens de la flèche 16. L'épaulement Il transmet cet effort à la bague intérieure massive 2 qui le transmet par la surface tronconique 8b aux éléments roulants 6. Les éléments roulants 6 le transmettent au fil 4 qui s'appuie sur la paroi radiale 3b de l'enveloppe 3 elle-même en appui sur l'élément d'arrêt 15. Un autre roulement peut être monté à l'autre extrémité de l'arbre 9 pour absorber les efforts axiaux sur l'arbre exercés dans le sens opposé à la flèche 16. Le roulement 1 pourrait cependant absorber à lui seul des efforts axiaux dans les deux sens. Il suffirait de prévoir sur l'arbre et sur le logement 12 des moyens de blocage axial supplémentaires de telle sorte que le roulement 2 soit immobilisé axialement dans les deux sens par rapport au logement 12 et à l'arbre 9. Sur la figure 3, les références des éléments semblables à ceux des figures 1 et 2 ont été conservées. La bague intérieure 2 comprend une gorge annulaire 17 à la place de la gorge 8. La gorge circulaire 17 présente des génératrices bombées convexes 17a et 17b formant des chemins de roulement. En d'autres termes, en section droite selon un plan passant par l'axe du roulement, la gorge 17 comprend une portion convexe, un fond concave 17c et une autre portion convexe. La gorge 17 est symétrique par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 6. Sur la figure 4, les références des éléments semblables à ceux des figures 1 et 2 ont été conservées. La bague intérieure 2 comprend une gorge circulaire 18 à la place de la rainure 8. La gorge 18 présente des génératrices concaves 18a et 18b formant des chemins de roulement. En d'autres termes, en section selon un plan passant par l'axe du roulement, la gorge 18 comprend deux portions concaves e adjacentes. La gorge 18 est symétrique par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 6. En outre, le roulement 1 comprend un élément de précontrainte axiale 19 pourvu d'une portion tronconique 20 et d'un rebord axial 21 formant l'ouverture centrale de l'élément de précontrainte. Le rebord axial 21 est de longueur axiale inférieure ou égale à l'épaisseur de la portion radiale 3b de l'enveloppe extérieure 3 et est disposé dans l'alésage de ladite portion radiale 3b. Pour un montage aisé, le diamètre du rebord axial 21 est très légèrement inférieur au diamètre intérieur de la portion radiale 3b. La portion tronconique 20 s'étend à partir de l'extrémité du rebord axial 21 située du côté des éléments roulants 6 et est dirigée radialement vers l'extérieur, de façon que son extrémité soit apte à être en contact avec le fil 4. Le bord intérieur 20a de la portion tronconique 20 est en contact avec une surface radiale de la portion radiale 3b proche de son extrémité libre et le bord extérieur 20b est en contact avec le fil 4. L'élément de précontrainte 19 est ainsi en appui sur la portion radiale 3b de l'enveloppe extérieure 3 et vient exercer un effort axial permanent sur le fil 4. L'élément de précontrainte 19 possède un unique état stable grâce à la présence du rebord axial 21 qui se raccorde sur le bord intérieur 20a de la portion tronconique 20. En outre, l'élément de précontrainte 19 étant fortement dissymétrique dans le sens axial, son orientation en vue d'un assemblage automatique peut être réalisée facilement par un bol vibrant, ce qui permet ensuite de le positionner dans un sens déterminé dans l'enveloppe extérieure 3. À l'état libre, la portion tronconique 20 présentant un angle avec un plan radial plus élevé qu'à l'état monté illustré sur la figure 4. Lors du montage, on dispose les éléments roulants 6 et la cage 7 sur les chemins de roulement de la bague intérieure 2, on dispose l'élément de précontrainte 19, le fil 4, le sous ensemble éléments roulants 6-cage 7-bague intérieure 2, et le fil 5 dans l'enveloppe 3. Puis, on procède au pliage de la portion radiale 3c initialement axiale pour lui conférer une forme radiale tout en maintenant la portion radiale 3b et en provoquant l'écrasement partiel de la portion tronconique 20 de l'élément de précontrainte 19. Le rebord axial tubulaire de l'élément de précontrainte augmente la rigidité de la portion tronconique et évite tout retournement accidentel de ladite portion tronconique sur elle-même. On peut ainsi sans danger écraser complètement la rondelle de précontrainte jusqu'à conférer à la portion tronconique une forme plane sans risque de retournement. D'autre part, l'élément de précontrainte présente un profil franchement dissymétrique dans le sens axial. Il est donc très facile d'orienter cette pièce au moyen d'un bol vibrant. On peut ainsi aisément automatiser l'assemblage du roulement et bénéficier de la réduction correspondante de coût de fabrication. On fiabilise le procédé de fabrication en limitant considérablement les risques de montage à l'envers ou de retournement accidentel de la rondelle de précontrainte lors de sa mise en place ou après. Le rebord axial de l'élément de précontrainte favorise son précentrage dans l'enveloppe extérieure, ce qui garantit également un centrage radial relatif correct de la périphérie de la portion tronconique par rapport aux joncs formant le chemin de roulement avec lequel ils coopèrent. Ceci facilite également l'automatisation de l'assemblage des éléments. Enfin, l'encombrement axial du roulement n'est nullement affecté puisque les dimensions axiales du rebord axial de la rondelle sont inférieures ou égales à l'épaisseur de l'enveloppe correspondante. Sur la figure 5, les références des éléments semblables à ceux des figures 1 et 2 ont été conservées. Les fils 22 et 23 remplaçant les fils 4 et 5 sont annulaires. Leur section par un plan passant par l'axe du roulement de forme générale circulaire, présente deux évidements 24 et 25 en arc de cercle de rayon sensiblement égal au rayon des éléments roulants 6. Les évidements 24 et 25 sont disposés du côté intérieur des fils 22 et 23 et sont symétriques par rapport à un plan radial passant par le centre de la section desdits fils 22 et 23. Ainsi les fils 22 et 23 sont identiques, ce qui réduit le nombre de pièces différents du roulement 1 et peuvent être montés sans orientation préalable ce qui est économique. Les évidements 24 et 25 forment des chemins de roulement pour les éléments roulants 6 et offrent des surfaces de roulement importantes réduisant l'usure des fils 22 et 23 et des éléments roulants 6. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le roulement obtenu est de construction simple, économique, robuste, particulièrement rigide et compacte. Le roulement suivant l'invention peut être monté avec un fort serrage sur l'arbre sans modification substantielle du jeu ou de la précontrainte interne du roulement. Enfin, le roulement suivant l'invention présente une usure très faible dans le temps et donc une très grande stabilité dans le temps des caractéristiques de jeu ou de précontrainte interne. REVENDICATIONS 1-Dispositif de roulement (1), caractérisé par le fait qu'il comprend des chemins de roulement, au moins un fil (4) formant l'un des chemins de roulement, au moins une enveloppe (3) en contact avec ledit fil, au moins une bague massive (2), une rangée d'éléments 1 roulants (6) disposés au contact du fil et de la bague massive. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend deux fils (4,5), l'enveloppe étant en contact avec lesdits fils. 3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'enveloppe (3) comprend une portion axiale (3a) et deux portions radiales (3b, 3c) disposées aux extrémités de la portion axiale, un fil étant en contact avec la portion axiale et l'une des portions radiales et l'autre fil étant en contact avec la portion axiale et l'autre portion radiale. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la bague massive (2) comprend Z : D une gorge (8) à section droite en V avec deux surfaces tronconiques (8a, 8b) formant chacune une piste de roulement. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la bague massive comprend une gorge à section (17) droite en V avec deux surfaces bombées convexes (17a, 17b) formant chacune une piste de roulement. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la bague massive comprend une gorge à 1 section (18) droite en V avec deux surfaces concaves (18a, 18b) formant chacune une piste de roulement. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un fil présente une section transversale ronde. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un fil (22) présente une section transversale comprenant une portion convexe (25), ladite portion convexe formant une piste de roulement. 9-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit fil est symétrique par rapport à un plan radial. 10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une rondelle consistant en un élément annulaire (19) à section en L ouvert dans partie centrale, avec une portion tronconique à l'état libre et une portion axiale. 11-Colonne de direction comprenant un arbre et deux roulements montés sur l'arbre, caractérisé par le fait qu'au moins l'un des roulements comprend des chemins de roulement, au moins un fil (4) formant l'un des chemins de roulement, au moins une enveloppe (3) en contact avec ledit fil, au moins une bague massive (2), une rangée Z > d'éléments roulants (6) disposés au contact du fil et de la bague massive.