Brevet FR2842162A1 — publié le 20040116

- 1 PIVOT D'ARTICULATION RELIANT LA FUSEE ET LA TETE D'UN ESSIEU DIRECTEUR D'UN VEHICULE INDUSTRIEL Domaine technique: L'invention se rattache au domaine de l'industrie des véhicules industriels, et notamment des poids lourds. Elle vise plus particulièrement un agencement mécanique concernant le pivot d'articulation utilisé au niveau d'un essieu directeur de véhicule industriel pour l'articulation de la fusée. Plus précisément, cette nouvelle structure de pivot est destinée à améliorer les opérations d'alignement et permettre un bon transfert des efforts depuis l'essieu en direction de la fusée. Techniques antérieures: De façon générale, un essieu directeur de véhicule industriel permet de transmettre les efforts exercés par le véhicule, notamment son poids, en direction des roues. Pour ce faire, l'essieu est relié à chacune des ses extrémités à une fusée sur laquelle est montée la jante, avec une capacité de rotation. Sur un essieu directeur, l'angle de braquage doit pouvoir être modifié, ce qui signifie que la fusée devra adopter différentes inclinaisons par rapport à l'essieu. Cette inclinaison est généralement commandée par le biais d'un levier de direction solidaire de la fusée. Dans le document FR 2 654 403, le Demandeur a décrit une fusée réalisée en deux parties, à savoir une première partie recevant l'arbre de la fusée et une partie de l'axe du pivot. L'autre partie de la fusée coopère avec l'autre extrémité de l'axe du pivot d'articulation, et comporte également le levier de commande de direction. Ainsi, l'extrémité de l'essieu directeur, également appelé tête d'essieu, comporte un logement dans lequel est emmanché un axe métallique. Chaque extrémité de cet axe métallique coopère avec une des portions séparables de la fusée, avec des agencements prévus pour favoriser ce mouvement d'articulation. Plus précisément, dans la solution décrite dans ce document, un roulement à aiguilles est prévu en partie basse de l'axe de pivot, pour limiter les frottements lors du mouvement de braquage. - 2 Ce type de solution, ainsi que toutes celles utilisant des roulements classiques présentent l'inconvénient majeur de nécessiter un usinage particulièrement précis des zones de l'axe du pivot et de la fusée qui reçoivent les aiguilles, ou plus généralement les éléments du roulement. En effet, la géométrie du chemin de roulement définit l'axe géométrique de rotation du pivot qui, dans des conditions d'usinage standards, peuvent s'écarter de l'axe physique du pivot. Il s'ensuit alors que la surface par laquelle la tête d'essieu repose sur la fusée n'est pas exactement perpendiculaire à l'axe de rotation du pivot, ce qui se traduit par une transmission des efforts qui n'est pas homogène. En outre, lorsque l'autre extrémité de l'axe est équipée d'un roulement traditionnel, ou d'un système à frottement sec, les deux axes de rotation définis par chacun de ces roulements peuvent ne pas être confondus. Cela engendre l'apparition d'efforts parasites générant des contraintes internes au niveau des différentes pièces mécaniques avec le risque d'une détérioration plus rapide que voulu. Il en va par exemple ainsi dans les solutions utilisant des zones de frottement coniques telles que décrites dans le document US 4 690 418. Ce même problème s'observe en utilisant deux roulements à rouleaux coniques tels que décrits dans le document US 4 798 394. Pour réduire les problèmes d'alignement des deux axes de rotation définis au niveau de chaque extrémité de l'axe du pivot, on a proposé dans le document WO 01/36252 de réaliser la liaison de pivot entre la fusée et l'essieu au moyen de deux rotules sphériques. Cette solution élimine certains problèmes relatifs à l'alignement des axes de rotation, mais elle peut présenter en revanche certains inconvénients relatifs à la nature du frottement qu'elle met en oeuvre. En effet, les frottements observés au niveau du pivot de l'articulation sont relativement importants, puisqu'ils se situent au niveau de deux surfaces cylindriques. Ces frottements importants induisent nécessairement une consommation relativement importante du système d'assistance à la direction. - 3 Les solutions mettant en oeuvre deux liaisons par roulement, telles que celles décrites dans le document US 4 798 394 précité, sont la source d'autres inconvénients. En effet, si ces solutions réduisent les frottements, elles génèrent des phénomènes de vibration de la direction, connus sous l'appellation de "shimmy". Ce phénomène s'observe lorsque les frottements de l'articulation de la fusée sur l'essieu sont trop faibles, et autorisent un léger mouvement de la fusée consécutif au jeu mécanique de l'ensemble du système de direction. Ce mouvement intempestif de la fusée se traduit par des vibrations, source d'inconfort pour le conducteur et d'usure prématurée de certains organes. Un des objectifs de l'invention est de permettre l'alignement parfait de l'axe de rotation du pivot par rapport à son axe physique, tout en empêchant l'apparition de ces phénomènes de shimmy. Exposé de l'invention: L'invention concerne donc un pivot d'articulation reliant la fusée et la tête d'un essieu directeur de véhicule industriel. Un tel pivot comprend, de manière connue, un axe emmanché sur la tête de l'essieu, les deux extrémités de cet axe coopérant avec des portions séparables de la fusée. Conformément à l'invention, ce pivot se caractérise en ce que: - une des extrémités de l'axe comporte une zone rotulée, coopérant avec une bague complémentaire montée sur une des portions de la fusée, - l'autre extrémité de l'axe comporte un roulement rotulé, dont le chemin de roulement, solidaire de la seconde portion de la fusée, est sphérique. Autrement dit, l'invention consiste à utiliser des liaisons qui, au niveau des deux extrémités de l'axe du pivot, permettent de définir un axe de rotation de façon unique, limitant ainsi les problèmes d'alignement. En effet, la zone rotulée située à une extrémité de l'axe présente un centre de sphéricité autour duquel l'extrémité de l'axe peut se positionner de façon libre. - 4 L'autre extrémité de l'axe est associée à un roulement rotulé, possédant également un second centre de sphéricité par rapport auquel la seconde extrémité de l'axe peut légèrement se déplacer pour autoriser un alignement. En outre, l'emploi d'une zone à frottement sec, à savoir au niveau de la zone rotulée, combinée à une zone de frottement limitée, au niveau du roulement rotulé, donne à l'ensemble du pivot des caractéristiques de frottement optimisées. En effet, ces frottements sont suffisamment faibles pour permettre un mouvement d'articulation sans consommation d'énergie trop importante ni usure. Ces frottements sont toutefois suffisants pour éviter d'observer l'instabilité décrite ciavant et également appelée phénomène de shimmy. En pratique, le centre de la sphère de la zone rotulée, et le centre de la sphère du chemin du roulement rotulé défmissent un axe perpendiculaire à la face inférieure de la tête de l'essieu. Par cette disposition, on assure une transmission des efforts selon la quasi-intégralité de la surface de contact entre la tête de l'essieu et la fusée. Ces efforts sont uniformément répartis, ce qui est favorable à une bonne résistance mécanique des matériaux utilisés. Avantageusement en pratique, la bague complémentaire à la zone rotulée peut être montée sur la partie de la fusée liée au levier de direction, qui correspond généralement à la partie haute de la fusée. En pratique, la zone rotulée associée à l'axe, généralement dans sa partie haute, peut être directement au contact de la face supérieure de la tête d'essieu, ou bien encore être liée à cette dernière par l'intermédiaire d'une bague supplémentaire, interposée entre la face supérieure de la tête d'essieu et la zone rotulée en question. Les caractéristiques d'auto-alignement du roulement rotulé sont obtenues en utilisant des éléments intercalaires (ou "galets") au niveau du roulement rotulé qui présentent une géométrie de révolution, définie par un arc de cercle, de même rayon que le chemin de roulement extérieur du roulement rotule. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un essieu directeur relié à une fusée par l'intermédiaire du pivot conformément à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe de détail de la zone du pivot. Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un pivot de direction permettant de relier un essieu (1) tel qu'illustré à la figure 1, avec une fusée (2) équipée d'un roulement (3) pour autoriser la rotation de la jante (4). L'invention concerne plus spécifiquement le pivot (10) d'articulation de la fusée (2) par rapport à l'essieu (1), pour permettre le braquage des roues. Plus précisément, la fusée (2) est réalisée en deux parties, à savoir une première partie (11) qui comporte le nez de fusée (12), et dans la partie inférieure (13) reçoit une partie de l'axe (15) du pivot (10). La fusée (2) comprend également une seconde partie (16) solidarisée à la première partie (11) de la fusée au-dessus de l'axe (15) du pivot. Cette seconde partie (16) de la fusée se prolonge par le levier de direction (17) dont l'extrémité (18) est liée au mécanisme provoquant le braquage des roues. Conformément à l'invention, le pivot (10) comprend un axe (15) qui est emmanché dans la tête (8) de l'essieu (1). Cet axe (15) présente une forme générale cylindrique, et coopère par ses deux extrémités (20, 21) avec les portions séparables (11, 16) de la fusée (2). - 6 Plus précisément, et comme illustré à la figure 2, l'axe (15) comporte en partie haute une zone rotulée (25) qui est emmanchée sur l'extrémité (20) de l'axe (15). Cette zone rotulée (25) présente une face extérieure sphérique (26) dont l'axe (27) est défini pour se trouver sur l'axe de révolution (28) de l'axe (15). Cette zone rotulée (25) coopère avec une bague (30) elle-même montée à l'intérieur d'un logement prévu à cet effet à l'intérieur de la partie (16) de la fusée liée au levier de direction (17). Cette bague rotulée (30) présente une face intérieure (31) sphérique, de même rayon que la zone rotulée (25). La figure 2 illustre simultanément deux variantes de réalisation à droite et à gauche de l'axe (15) du pivot. Ainsi, dans la partie gauche de la zone rotulée (25), celle-ci vient directement au contact de la tête d'essieu (8) par sa surface inférieure (33). A l'inverse, dans la variante illustrée dans la partie droite de la fenêtre, cette zone rotulée (25) est complétée par une bague (35) qui donne de la hauteur pour l'emplacement de moyens d'étanchéité (38). Ces moyens peuvent être prévus entre la fusée et la tête de l'essieu pour protéger la zone rotulée (25) de toute pollution extérieure. Grâce à sa géométrie, la zone rotulée permet un alignement optimal de la partie haute (20) de l'axe (15) qui a la possibilité de pivoter par rapport au centre (27) de la zone rotulée (25). Complémentairement, l'extrémité inférieure (21) de l'axe (15) est équipée d'un roulement rotulé (40). Plus précisément, ce roulement (40) possède une bague (41) dont le chemin de roulement (42) est sphérique, et centrée autour du point (43). Ce roulement (40) comprend également une bague (44) emmanchée sur l'extrémité (21) de l'axe (15), et qui possède une face extérieure (45), usinée selon le même profil que le chemin de roulement (42). Entre ces deux chemins de roulement, des éléments intermédiaires, formant les "galets" du roulement, sont intercalés. Ces éléments (48) présentent une géométrie de révolution, définie par un arc de cercle de même diamètre que le chemin de roulement (42), obtenu par révolution autour de leur axe médian (49). Ces "galets" ont donc sensiblement une forme de tonneau. De par sa géométrie, ce roulement autorise un léger déplacement de l'extrémité (21) de l'axe autour du point (43) formant le centre de la sphère du chemin de roulement (42). Autrement dit, l'axe de rotation (50) de l'articulation, est défini entre le centre (27) de la sphère de la zone rotulée (25), et le centre (43) de la sphère du chemin de roulement (42). Cet axe unique, défini de manière univoque, permet l'alignement automatique de l'ensemble des différentes pièces constituant le pivot (10) . On notera notamment que la zone de contact (51) entre la face inférieure de la tête (8) de l'essieu, et la bague (44) du roulement (40) est ainsi strictement perpendiculaire à l'axe (50) comme il vient d'être défini. Cela signifie donc que les efforts exercés par l'essieu en direction de la fusée se répartissent de façon homogène sur cette surface de contact (51), ce qui induit donc une diminution des contraintes exercées sur les pièces de liaison de l'axe (15) avec la fusée. Bien entendu, des moyens d'étanchéité (53) peuvent être prévus au niveau de la liaison entre la tête d'essieu (8) et la partie basse (11) de la fusée pour protéger le roulement (40). Comme illustré à la figure 2, un trou de graissage (55), équipé d'un bouchon (56) peut être prévu pour assurer le graissage de la surface de contact entre la zone rotulée (25) et la bague complémentaire (30), et également au travers d'un perçage (57) prévu à cet effet, le graissage du roulement rotulé (40) . Il ressort de ce qui précède que l'agencement du pivot d'articulation entre l'essieu et la fusée tel que défini par l'invention permet à la fois d'obtenir un autoalignement des différentes pièces constituant cette articulation, avec donc pour conséquence une transmission des efforts depuis l'essieu sur la fusée qui soit répartie de manière homogène au niveau des surfaces de contact. En outre, les frottements relatifs à ce pivot sont ni trop faibles, ce qui pourrait engendrer des phénomènes d'instabilité ou de shimmy, ni trop élevés, ce qui conduirait à une usure et à une puissance consommée non optimale de l'assistance de direction. REVENDICATIONS 1/ Pivot d'articulation (10), reliant la fusée (2) et la tête (8) d'un essieu directeur (1) de véhicule industriel, comportant un axe (15) emmanché sur la tête d'essieu (8), et dont les deux extrémités (20, 21) coopèrent avec des portions séparables (11, 16) de la fusée (2), caractérisé en ce que: - une des extrémités (20) de l'axe (15) comporte une zone rotulée (25), coopérant avec une bague complémentaire (30) montée sur une des portions (16) de la fusée (2), - l'autre extrémité (21) de l'axe (10) comporte un roulement rotulé (40), dont le chemin de roulement (42), solidaire de la seconde portion (11) de la fusée est sphérique. 2/ Pivot d'articulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague (30) complémentaire à la zone rotulée est montée sur la portion (16) de la fusée liée au levier de direction (17). 3/ Pivot d'articulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre (27) de la sphère de la zone rotulée (25), et le centre (43) de la sphère du chemin de roulement (42) du roulement rotulé (40), définissent un axe (50) perpendiculaire à la face inférieure (51) de la tête de l'essieu (1). 4/ Pivot d'articulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une bague supplémentaire (35) interposée entre la face supérieure de la tête (8) d'essieu et la zone rotulée (25). / Pivot d'articulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments intercalaires (48) ou "billes" du roulement rotule (40) présentent une géométrie de révolution définie par un arc de cercle. Déposant RENAULT V.I. Mandataire: Cabinet LAURENT ET CHARRAS