Brevet FR2825763A1 — publié le 20021213

La présente invention concerne une biellette à rotule destinée à assurer la liaison entre deux éléments tout en autorisant un certain débattement entre eux et en filtrant les vibrations susceptibles d'être transmises de l'un à l'autre. Cette biellette trouve une application particulière dans le domaine des transports et notamment dans l'automobile où elle est montée sur les bras de suspension du train arrière. Elle y joue le rôle d'une biellette transversale de train arrière, communément dénommée "biellette de pince". L'une des extrémités de cette biellette est fixée à la caisse du véhicule et l'autre audit bras de suspension du train arrière. On connaît déjà d'après l'art antérieur un premier type de biellette de train arrière comportant un corps de biellette en métal, muni à ses deux extrémités opposées d'une armature tubulaire ou"oeil"qui reçoit une articulation élastique. Sous l'effet des sollicitations de la route, le bras de suspension de train arrière subit des débattements transmettant des vibrations à la caisse du véhicule. Normalement les articulations élastiques ont pour fonction de filtrer ces vibrations. Or, ces articulations possèdent une raideur torsionnelle intrinsèque qui n'est pas souhaitée mais subie. De ce fait, ce type de biellette ajoute des efforts en torsion supplémentaires sur la suspension, ce qui n'est pas souhaitable. Une solution de l'art antérieur pour réduire les efforts torsionnels parasites de ladite biellette est de remplacer l'une des articulations, par une rotule mécanique non filtrée, reçue dans une cavité du bras de suspension. Toutefois, les biellettes ainsi obtenues présentent trois inconvénients. Le premier est que l'élimination de l'une des deux articulations élastiques altère considérablement les performances de filtrage de la biellette. Le deuxième est que le point de fixation de la rotule sur le bras de suspension peut être exposé à de nombreuses projections depuis la route, telles que des projections d'eau, de poussière ou de boue. Ces projections peuvent diminuer la tenue en endurance de la rotule et de son point de fixation. Enfin, ces biellettes produisent un bruit métallique, inhérent au frottement de la tête de rotule métallique contre la surface intérieure de leur cavité de réception prévue sur le corps de rotule. On connaît également d'après le document FR-2 674 583, une articulation à rotule, en particulier pour suspension de véhicule automobile. Cette articulation comporte une rotule comprimée entre deux coussinets anti friction annulaires, maintenus en place par un boîtier muni d'une capsule. Ce boîtier est reçu à son tour dans un fourreau en élastomère précontraint par des moyens de serrage axial. Cette articulation présente une structure complexe notamment en ce qui concerne les coussinets antifriction et leur boîtier de maintien. Le nombre de pièces augmente le risque de dysfonctionnement. L'invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et notamment de fournir une biellette présentant simultanément de bonnes propriétés de filtration des vibrations à ses deux extrémités, tout en autorisant un ample débattement angulaire. En outre, une telle biellette doit également présenter une tenue en endurance et une résistance à l'usure excellentes. A cet effet, l'invention concerne une biellette à rotule destinée à assurer la liaison entre deux éléments, du type comprenant un corps de biellette dont l'une des extrémités est munie d'une articulation élastique destinée à être fixée audit premier élément et dont l'autre extrémité présente une tête de rotule sphérique, destinée à être reçue dans une cavité dudit second élément. Conformément à l'invention ladite tête de rotule est reçue dans une coupelle concave logée à l'intérieur d'une gaine d'amortissement et de protection en matériau élastomère, cette gaine étant maintenue par des organes de précontrainte, reçus dans ladite cavité du second élément, la concavité de ladite coupelle étant complémentaire de la convexité de la tête de rotule, de façon à permettre un emboîtement de ladite tête de rotule à l'intérieur de ladite coupelle pratiquement sans jeu, pour que ladite tête de rotule puisse pivoter au contact de la surface intérieure de ladite coupelle. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de l'invention, prises isolèment ou en combinaison : - ladite coupelle concave présente la forme d'une portion de sphère creuse dont la surface est supérieure à celle d'un hémisphère, cette portion de sphère présentant une ouverture circulaire d'un diamètre inférieur au plus grand diamètre de ladite sphère, au moins une fente s'étendant depuis le bord de ladite ouverture circulaire en direction du fond de la coupelle, selon l'un des méridiens de ladite sphère ; - ladite coupelle concave est réalisée en matériau thermoplastique ; - ladite gaine d'amortissement et de protection comprend une enveloppe en forme de portion de sphère creuse dont la surface est supérieure à celle d'un hémisphère, la concavité de ladite enveloppe étant complémentaire de la convexité de ladite coupelle, de façon à permettre l'introduction de ladite coupelle à l'intérieur de ladite enveloppe, le bord de cette enveloppe se prolongeant par un étranglement d'un diamètre inférieur au plus grand diamètre de ladite sphère, puis par un soufflet présentant une ouverture dont le rebord est fixé sur la périphérie du corps de biellette ; - le corps de biellette présente sur sa périphérie extérieure, des moyens de fixation du rebord du soufflet de ladite gaine de protection ; - les organes de précontrainte sont formés par deux demi-coquilles complémentaires, assemblées l'une avec l'autre, chaque demi-coquille présentant un logement sensiblement hémisphérique et des moyens de fixation sur l'autre demi-coquille et sur ledit second élément, ledit logement sensiblement hémisphérique étant muni d'au moins une lumière autorisant le fluage de l'élastomère de la gaine de protection, lors de la précontrainte de celle-ci à l'intérieur desdits organes. - la tête de la rotule présente au moins une gorge de réception d'un lubrifiant. - ladite articulation élastique comprend une armature tubulaire solidaire dudit corps de biellette, un noyau tubulaire central monté coaxial à l'intérieur de ladite armature et une masse de matière élastomère reliant entre eux ladite armature et ledit noyau central, ce dernier s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit corps de biellette et étant destiné à être fixé audit premier élément ; - le corps de biellette, l'armature tubulaire et la tête de rotule sont réalisés en métal ou en matériau thermoplastique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode d'une réalisation préféré de l'invention, cette description étant établie en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant la façon dont la biellette à rotule selon l'invention est positionnée sur la suspension de train arrière ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée de la biellette selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe de la biellette selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue en perspective de la biellette assemblée, prête à être montée sur un bras de suspension de train arrière. Comme illustré sur la figure 1, la biellette à rotule 1 est destinée à assurer la liaison entre deux éléments, à savoir la caisse 2 d'un véhicule et le bras de suspension 3 du train arrière de ce véhicule, ce bras 3 supportant une roue 30. L'avant du véhicule se trouve vers le haut de la figure 1. La biellette à rotule 1 comprend un corps de biellette 4 dont l'une des extrémités est munie d'une articulation élastique 40 destinée à être fixée à la caisse 2 et dont l'extrémité opposée présente une tête de rotule sphérique 41 destinée à être reçue dans une cavité 31 du bras 3. Comme représenté sur la figure 2, la tête de rotule 41 est logée dans une coupelle concave 5, entourée d'une gaine d'amortissement et de protection 6, cette dernière étant maintenue entre deux organes de précontrainte ou demicoquilles référencées respectivement 7 et 7'. L'articulation élastique 40 comprend une armature tubulaire 400 solidaire du corps de biellette 4, un noyau tubulaire central 401 monté coaxial à l'intérieur de ladite armature 400 et une masse de matière élastomère 402 (voir figure 3) reliant entre eux ladite armature 400 et ledit noyau central 401. Ce type d'articulation est connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit davantage. L'armature 400 et le noyau 401 s'étendent selon un axe de révolution X-X'perpendiculaire à l'axe longitudinal Y-Y'du corps de biellette 4. Ce corps présente en outre dans sa partie médiane, une gorge périphérique annulaire 42 dont le rôle sera décrit ultérieurement. Il peut également présenter une série d'évidements 43 destinés à diminuer son poids. De façon avantageuse, la tête de rotule 41 présente au moins une gorge 410 de réception d'un lubrifiant tel que de la graisse. Cette gorge est ménagée sur sa surface extérieure sphérique. Le corps de biellette 4 peut être réalisé dans un matériau thermoplastique ou en aluminium moulé. Lorsqu'il est réalisé en matériau thermoplastique, il peut être moulé en une seule fois ou en deux fois. Dans le premier cas, l'épaisseur de matériau thermoplastique devra être constante enfin d'empêcher tout risque de retrait massique. En effet, les zones les plus épaisses ont tendance à présenter un plus grand retrait massique. Dans ce cas les gorges 410 de réception d'un lubrifiant seront d'une dimension importante. Dans le second cas, le moulage en deux temps est effectué à l'aide d'un moule rotatif. Dans un premier temps et dans une première empreinte, on moule le corps de biellette 4 à l'exception de la tête de rotule sphérique 41, (voir figure 3). Le corps de biellette 4 présente alors une extrémité comportant une tête d'accrochage 4'ayant la forme d'une sphère de plus petit diamètre que la tête de rotule finale et munie d'une gorge annulaire périphérique 40'. Cette tête d'accrochage 4'présente en coupe longitudinale la forme d'un H. Dans un deuxième temps, on surmoule autour de cette tête d'accrochage 4', une coque sphérique 400' de forme complémentaire. L'ensemble constitué de la tête d'accrochage 4'et de la coque 400'forme la tête de rotule 41, (voir figure 3). Cette coque sphérique 400'est avantageusement réalisée dans un matériau à faible coefficient de frottement, du type"DELRIN" (résine acétal, marque déposée). Le reste du corps de biellette est réalisé par exemple en polyamide renforcé de fibres de verre. Cette technique permet de limiter le risque d'un retrait massique important, puisque le moulage de la tête de rotule 41, qui se trouve être la partie la plus épaisse de la biellette, est effectué en deux temps. Une autre solution consiste à mouler le corps de biellette 4 en injectant simultanément un gaz, afin de respecter une épaisseur de matériau thermoplastique constante. En outre, le corps de biellette est surmoulé sur la masse élastomère 402 et le noyau central 401. Lorsque le corps de biellette 4 est réalisé en aluminium, il est moulé en une seule fois, tête de rotule incluse. On surmoule ensuite la masse d'élastomère 402 et le noyau central 401. Enfin, au cours d'une phase finale du procédé de fabrication, on dudgeonne ce noyau central. La coupelle concave 5 présente la forme d'une portion de sphère creuse dont la surface est supérieure à celle d'un hémisphère. Sur la figure, sa surface correspond sensiblement au trois-quarts d'une sphère Cette coupelle 5 présente une ouverture circulaire 50 d'un diamètre inférieur au plus grand diamètre de la sphère et une cavité intérieure sphérique 51. Cette cavité intérieure 51 présente une concavité complémentaire de la convexité de la tête de la rotule 41, de façon à permettre un emboîtement de ladite tête de rotule à l'intérieur de ladite cavité, pratiquement sans jeu. Ainsi la tête de rotule 41 peut pivoter au contact de la surface intérieure 510 de la cavité 51 de ladite coupelle 5. Cette coupelle concave 5 comprend en outre au moins une fente 52 (et de préférence plusieurs) s'étendant depuis le bord de son ouverture 50, en direction de son fond 53, selon l'un des méridiens de la sphère formant ladite coupelle. Cette coupelle 5 est moulée dans un matériau thermoplastique, présentant une bonne tenue à l'abrasion et un faible coefficient de frottement. A titre d'exemple, on peut citer des matériaux du type polyamide graphité ou chargé de bisulfure de molybdène, ou encore une résine acétal, comme sous la marque déposée"DELRIN". Le rôle des fentes 52 dont le nombre peut varier en fonction de la souplesse que l'on souhaite donner à cette coupelle, est d'une part de faciliter la sortie de cette coupelle du noyau du moule, une fois l'opération de moulage terminée, et d'autre part, de permettre l'emboîtement de cette coupelle 5 autour de la tête de rotule 41, par déformation de sa périphérie. Comme illustré sur les figures 2 et 3, la gaine 6 présente une partie 60 formant une enveloppe creuse en portion de sphère, dont la surface est également supérieure à celle d'un hémisphère. La concavité de cette enveloppe 60 est complémentaire de la convexité de la coupelle 5, de façon à permettre l'introduction de ladite coupelle à l'intérieur de ladite enveloppe 60. En outre, le bord de l'enveloppe creuse 60 se prolonge vers l'extérieur par un étranglement 61, d'un diamètre inférieur au plus grand diamètre de la sphère, puis par un soufflet 62 à plusieurs plis, par exemple deux plis. Ce soufflet 62 présente une ouverture circulaire 620 dont le rebord annulaire 621 est fixé à l'intérieur de la fente annulaire 42 du corps de biellette 4. Ceci permet de garantir l'étanchéité de la tête de rotule 41 vis à vis de l'extérieur. La gaine 6 est avantageusement obtenue par moulage. Ce qui va être décrit pour la demi-coquille inférieure 7 est également valable pour la demi-coquille supérieure 7', tous les éléments identiques portant les mêmes références numériques majorées du signe prime. Les termes"vertical","horizontal","supérieure"ou"inférieure"sont à considérer en faisant référence à la figure 2. La demi-coquille inférieure 7 présente un logement creux sensiblement hémisphérique 70 destiné à recevoir la moitié inférieure de l'enveloppe 60. Le rebord supérieur de ce logement 70 se prolonge sur une partie de sa circonférence, par une aile horizontale 71. En outre, la demi-coquille 7 présente une aile 72 s'étendant dans un plan vertical, en coupant une partie du logement 70. La surface d'intersection entre l'aile verticale 72 et le logement hémisphérique 70 définit une ouverture semi-circulaire 720 située dans un plan vertical. Comme illustré sur la figure 3, cette ouverture 720 est destinée à recevoir l'étranglement 61 de la gaine 6. Les ailes horizontales 71 et verticales 72 sont en outre munies de perçages 711 respectivement 721, permettant le passage d'éléments de fixation, tels que des vis. En outre, le logement hémisphérique 70 est muni d'au moins une lumière 700 (et de préférence de plusieurs), réparties uniformément sur la partie concave du logement 70. Les demi-coquilles 7 et 7'sont avantageusement réalisées en métal. L'assemblage des différents éléments de la biellette 1 va maintenant être décrit en faisant référence aux figures 2,3 et 4. La tête de rotule 41 du corps de biellette 4 ainsi que les fentes 410 sont enduites de graisse ou autre lubrifiant. On introduit ensuite la tête de rotule 41 à l'intérieur de la cavité 51 de la coupelle 5. On enfile ensuite la gaine en élastomère 6 sur la coupelle 5 et l'on introduit l'extrémité du soufflet 621 à l'intérieur de la fente annulaire 42. Enfin, on dispose les deux demi-coquilles 7 et 7'de part et d'autre de la gaine 6. Ces deux demi-coquilles sont assemblées l'une à l'autre par rivetage, soudage ou clichage à l'aide des perçages 711 et 711'. Cet assemblage final des deux demi-coquilles 7,7'assure la précontrainte de la gaine en élastomère 6 et empêche la biellette d'être démontée (voir la figure 4). Enfin, les deux demi-coquilles peuvent être fixées sur le bras de suspension à l'aide de moyens de fixation traversant les perçages 721. La présence des lumières 700,700'à l'intérieur du logement 70,70' et des fentes 52 à l'intérieur de la coupelle 5 permet à l'élastomère constituant la gaine 6 de pénétrer légèrement dans celles-ci. En effet l'élastomère à la propriété d'être incompressible et en l'absence de telles lumières ou de telles fentes, cet élastomère présenterait des valeurs de raideur très élevées augmentant considérablement en fonction de la fréquence et de l'amplitude de la sollicitation de la biellette. Ceci serait contraire au bon fonctionnement de ladite biellette. Grâce à la rotule, la biellette ainsi obtenue autorise un débattement angulaire allant jusqu'à environ 14 de part et d'autre de l'axe Y-Y'. La tête de rotule 41 pivote parfaitement à l'intérieur de la coupelle concave 5. L'élément d'élastomère 402 et la gaine de protection 6 assurent un bon filtrage des vibrations. Il s'ensuit également une réduction du bruit métallique qui existait sur les biellettes de l'art antérieur. Enfin, la présence du soufflet 62 assure l'étanchéité de la tête de rotule 41 à l'intérieur de la coupelle 5 et empêche que des projections d'eau, de boue ou de poussière ne viennent altérer son fonctionnement ou sa bonne tenue mécanique. REVENDICATIONS 1. Biellette à rotule, destinée à assurer la liaison entre deux éléments (2,3), du type comprenant un corps de biellette (4) dont l'une des extrémités est munie d'une articulation élastique (40) destinée à être fixée audit premier élément (2) et dont l'autre extrémité présente une tête de rotule sphérique (41), destinée à être reçue dans une cavité (31) dudit second élément (3), caractérisée en ce que ladite tête de rotule (41) est reçue dans une coupelle concave (5), logée à l'intérieur d'une gaine d'amortissement et de protection (6) en matériau élastomère, cette gaine (6) étant maintenue par des organes de précontrainte (7,7') reçus dans ladite cavité (31) du second élément (3) et en ce que la concavité de ladite coupelle (5) est complémentaire de la convexité de la tête de rotule (41), de façon à permettre un emboîtement de ladite tête de rotule (41) à l'intérieur de ladite coupelle (5) pratiquement sans jeu, pour que ladite tête de rotule (41) puisse pivoter au contact de la surface intérieure (510) de ladite coupelle (5). 2. Biellette à rotule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite coupelle concave (5) présente la forme d'une portion de sphère creuse dont la surface est supérieure à celle d'un hémisphère, cette portion de sphère présentant une ouverture circulaire (50) d'un diamètre inférieur au plus grand diamètre de ladite sphère, au moins une fente (52) s'étendant depuis le bord de ladite ouverture circulaire (50) en direction du fond (53) de la coupelle (5), selon l'un des méridiens de ladite sphère. 3. Biellette à rotule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite coupelle concave (5) est réalisée en matériau thermoplastique. 4. Biellette à rotule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite gaine d'amortissement et de protection (6) comprend une enveloppe (60) en 1. 1 forme de portion de sphère creuse dont la surface est supérieure à celle d'un hémisphère, la concavité de ladite enveloppe étant complémentaire de la convexité de ladite coupelle (5), de façon à permettre l'introduction de ladite coupelle (5) à l'intérieur de ladite enveloppe (60), le bord de cette enveloppe (60) se prolongeant par un étranglement (61) d'un diamètre inférieur au plus grand diamètre de ladite sphère, puis par un soufflet (62) présentant une ouverture (620) dont le rebord (621) est fixé sur la périphérie du corps de biellette (4). 5. Biellette à rotule selon la revendication 4, caractérisée en ce que le corps de biellette (4) présente sur sa périphérie extérieure, des moyens de fixation (42) du rebord (621) du soufflet (62) de ladite gaine de protection (6). 6. Biellette à rotule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les organes de précontrainte (7,7') sont formés par deux demi-coquilles complémentaires, assemblées l'une avec l'autre, chaque demi-coquille (7,7') présentant un logement sensiblement hémisphérique (70,70') et des moyens de fixation (711,721) sur l'autre demi-coquille et sur ledit second élément (3), ledit logement sensiblement hémisphérique (70,70') étant muni d'au moins une lumière (700,700') autorisant le fluage de l'élastomère de la gaine de protection (6), lors de la précontrainte de celle-ci à l'intérieur desdits organes. 7. Biellette à rotule selon la revendication 1, caractérisée en ce la tête de la rotule (41) présente au moins une gorge (410) de réception d'un lubrifiant. 8. Biellette à rotule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite articulation élastique (40) comprend une armature tubulaire (400) solidaire dudit corps de biellette (4), un noyau tubulaire central (401) monté coaxial à l'intérieur de ladite armature (400) et une masse de matière élastomère (402) reliant entre eux ladite armature (400) et ledit noyau central (401), ce dernier s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal (Y-Y') dudit corps de biellette (4) et étant destiné à être fixé audit premier élément (2). 9. Biellette à rotule selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit corps de biellette (4), l'armature tubulaire (400) et la tête de rotule (41) sont réalisés en métal ou en matériau thermoplastique.