Brevet FR2869081A1 — publié le 20051021

Palier à roulement L'invention concerne le domaine des paliers à roulement, en particulier ceux utilisés dans les colonnes de direction. Généralement, les paliers à roulements de colonne de direction comportent une bague extérieure, une bague intérieure, chaque bague comportant un chemin de roulement toroïdal, et une rangée de billes disposées entre les deux chemins de roulement au contact de ces derniers. On utilise souvent pour la fabrication de tels roulements, des bagues en tôle emboutie, lesdites bagues étant ensuite traitées thermiquement pour leur conférer la dureté nécessaire. Une cage est disposée dans le roulement pour maintenir un espace circonférentiel régulier entre les billes. La cage est généralement réalisée en matière synthétique moulée. Les colonnes de direction sont généralement équipées d'une paire de roulements à contact oblique montés en opposition et fonctionnant à jeu nul grâce à un effort axial de précontrainte exercé sur les bagues intérieures par un organe axialement élastique, ressort, rondelle élastique, etc. Les bagues extérieures de roulement 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 de tolérance qui permet d'assurer le montage aisé du roulement sur l'arbre sans serrage initial et de réaliser ensuite la solidarisation entre la bague intérieure et l'arbre, même lorsque les sections de l'arbre et de la bague intérieure ont un profil très différent. Par exemple, la bague intérieure ayant une forme de révolution sur un arbre à section carrée. La déformation de la bague de tolérance permet d'assurer la compensation des défauts géométriques et des dispersions dimensionnelles de la bague intérieure et de l'arbre. Enfin, la bague de tolérance permet de transmettre à la bague intérieure l'effort axial de mise en précontrainte. L'arbre peut avoir, selon les cas, une section droite circulaire ou polygonale, par exemple carrée. La bague de tolérance peut se présenter sous la forme d'un anneau élastique ouvert en un point de sa circonférence par une fente s'étendant axialement et radialement sur toute l'épaisseur de la bague, ce qui lui confère l'élasticité radiale requise. La bague de tolérance peut également se présenter sous la forme d'un manchon de forme générale tubulaire et comportant une pluralité de fentes s'étendant axialement à partir d'au moins une extrémité du manchon. Le manchon comporte ainsi une pluralité de secteurs ou patins séparés dans le sens circonférentiel par les fentes, lesdits patins étant destinés à venir se resserrer radialement sur l'arbre. La bague de tolérance est fabriquée par moulage d'une matière synthétique telle qu'un polyamide pouvant être chargé d'éléments susceptibles d'améliorer ses caractéristiques mécaniques, par exemple des fibres de verre. L'alésage de la bague de tolérance est de section circulaire ou polygonale, carrée par exemple, en fonction de la section de l'arbre. A l'état libre, la bague de tolérance peut présenter un jeu radial relativement important par rapport à l'arbre. Les roulements, munis de leur bague de tolérance, sont mis en place sur l'arbre et dans leur logement. On exerce ensuite l'effort axial de précontrainte sur la bague de tolérance au moyen par exemple d'un ou plusieurs organes élastiques qui exercent sur ladite bague de tolérance un effort tendant à rapprocher les bagues intérieure et extérieure axialement l'une de l'autre. On rattrape ainsi les jeux internes des roulements en assurant sous précharge axiale un contact permanent sans jeu entre les bagues du roulement et les billes. Par ailleurs, par effet de coin entre l'alésage de la bague intérieure et la forme extérieure conique d'au moins une partie de la bague de tolérance, cette dernière se resserre radialement sur l'arbre assurant ainsi une liaison sans jeu entre ces éléments. Un des problèmes à résoudre dans ce type de palier à roulement est d'assurer l'indémontabilité de l'ensemble constitué par le roulement proprement dit, c'est-à-dire les bagues intérieure et extérieure, les billes et la cage, et la bague de tolérance. Le document FR-A-2 780 117 décrit un palier à roulement de colonne de direction dont la cage est pourvue d'une partie annulaire entourée par une partie cylindrique de la bague extérieure et pourvue d'une pluralité de protubérances radiales en saillie vers l'intérieur formées sur une surface intérieure de ladite partie annulaire et prévue pour coopérer par interférence de forme avec un bourrelet continu en saillie radialement vers l'extérieur et faisant partie de la bague de tolérance. Ce système a fait ses preuves dans de nombreuses applications. Cependant, dans certains montages de colonne de direction, l'on dispose de très peu de place en entrée ou en sortie de colonne. Le roulement muni de la bague de tolérance doit posséder un encombrement axial le plus faible possible. En outre, il est souhaitable que le serrage radial de la bague de tolérance sur l'arbre puisse s'effectuer de façon efficace avec un minimum d'effort axial de précontrainte appliqué sur ladite bague de tolérance. La présente invention vise à résoudre l'ensemble de ces problèmes. La présente invention propose un palier à roulement de colonne de direction particulièrement compact axialement et apte à former un ensemble indémontable dans des conditions normales de manipulation et de transport. L'invention permet également de pouvoir utiliser une structure de bague de tolérance possédant une très bonne aptitude à la déformation radiale, même dans sa zone de forte épaisseur. Le dispositif de roulement de colonne de direction, selon un aspect de l'invention, est du type comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, une rangée d'éléments roulants disposés entre un chemin de roulement intérieur de la bague extérieure et un chemin de roulement extérieur de la bague intérieure, une cage de maintien des éléments roulants montée entre lesdites deux bagues et pourvue d'alvéoles dans lesquelles sont disposés les éléments roulants, et une bague de tolérance annulaire, en contact avec une surface intérieure de la bague intérieure et prévue pour coopérer avec la périphérie d'un arbre de colonne de direction. A une extrémité axiale, la cage comprend au moins une protubérance radiale dirigée vers l'extérieur pour coopérer avec la bague extérieure et au moins une protubérance radiale dirigée vers l'intérieur pour coopérer avec la bague de tolérance. Le roulement est peu encombrant axialement dans la mesure où les moyens de retenue axiale de la bague extérieure d'une part et de la bague de tolérance d'autre part, sont situés sensiblement au même niveau axial sur la cage. Les moyens de retenue axiale faisant partie de la cage sont disposés au-delà d'une extrémité axiale de la bague intérieure et au-delà d'un extrémité axiale de la bague extérieure, notamment à l'opposé de la partie cylindrique de la bague extérieure. Dans un mode de réalisation de l'invention, la cage comprend une protubérance radiale dirigée vers l'intérieur et disposée entre une extrémité axiale de la bague intérieure et une portion de la bague de tolérance. Ladite portion de la bague de tolérance peut comprendre au moins une protubérance radiale dirigée vers l'extérieur. Avantageusement, ladite portion de la bague de tolérance comprend une pluralité de crochets élastiques radialement. Dans un mode de réalisation de l'invention, la cage comprend une protubérance radiale dirigée vers l'extérieur et disposée en regard d'une extrémité axiale de la bague extérieure pour former un crochet de retenue. Avantageusement, la protubérance radiale se présente sous la forme d'une pluralité de crochets élastiques radialement. Dans un mode de réalisation de l'invention, les protubérances radiales de la cage sont dirigées alternativement vers l'extérieur et vers l'intérieur dans le sens circonférentiel. Dans un mode de réalisation de l'invention, les protubérances radiales dirigées vers l'intérieur forment une nervure de forme générale annulaire interrompue circonférentiellement au niveau des protubérances radiales dirigées vers l'extérieur. Dans un mode de réalisation de l'invention, les dimensions radiales de la protubérance radiale de la cage dirigée vers l'intérieur sont supérieures aux dimensions radiales de la protubérance radiale de la cage dirigée vers l'extérieur. Avantageusement, au moins une portion de la protubérance radiale de cage dirigée vers l'intérieur est en permanence axialement en regard d'au moins une portion de la bague de tolérance. A cet effet, on peut prévoir que les crochets intérieurs de la cage occupent un secteur angulaire cumulé important, par exemple supérieur à 240 . Les crochets intérieurs de la cage présentent un diamètre intérieur fictif sensiblement égal au diamètre intérieur de la bague intérieure. On favorise ainsi le montage de la bague de tolérance dont les crochets viennent se rétreindre vers l'intérieur au passage de la bague intérieure et des crochets intérieurs de la cage. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un roulement selon l'invention monté entre un logement et un arbre; la figure 2 est une vue en coupe axiale du roulement de la figure 1, la demi-coupe inférieure étant effectuée suivant un plan de coupe décalé de 60 par rapport à celui de la figure 1; la figure 3 est une vue éclatée en perspective du roulement de la figure 1; et la figure 4 est une vue d'une variante compacte du roulement de la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, un arbre de colonne de direction 1 est disposé dans un logement 2 et est monté à rotation dans celui-ci par un roulement 3 à contact oblique. Une autre extrémité de l'arbre peut être fixée dans le logement par un roulement identique non-représenté. Le roulement 3 comprend une bague extérieure 4, d'épaisseur sensiblement constante, pourvue d'un chemin de roulement toroïdal intérieur 5. La bague extérieure 4 se prolonge par une portion cylindrique 6 dont l'extrémité libre est repliée en formant un rebord radial 7. Le roulement 3 comprend également une bague intérieure 8, d'épaisseur sensiblement constante, de forme toroïdale dont la surface extérieure forme un chemin de roulement 9. Entre les chemins de roulement 5 et 9 sont disposés une rangée d'éléments roulants 10, par exemple des billes. Une cage 11 en matériau synthétique, permet de maintenir un espacement circonférentiel régulier entre les éléments roulants 10. Une bague de tolérance 12, réalisée en matériau synthétique, éventuellement additionnée d'une charge améliorant ses propriétés mécaniques, par exemple de la fibre de verre, est disposée en contact avec la périphérie la de l'arbre 1. La bague de tolérance 12 comprend une surface intérieure 13 de forme adaptée à la périphérie la de l'arbre qui est ici de forme cylindrique, une surface extérieure 14 cylindrique de révolution, une surface d'appui conique 15 disposée du côté des éléments roulants 10 et de forme adaptée à la surface intérieure 16 de la bague intérieure 8 qui présente en section droite méridienne une forme d'arc de cercle dont la convexité est dirigée vers l'arbre, et une surface radiale 17 à l'opposé de la surface d'appui 15. La bague de tolérance 12 forme ainsi un anneau qui est rendu radialement souple par une pluralité d'encoches 18 s'étendant axialement à partir de la face radiale 17 de l'extrémité présentant la plus grande épaisseur radiale et d'encoches 19 s'étendant axialement à partir de l'extrémité opposée de faible épaisseur radiale. Les encoches 18 et 19 sont circonférentiellement réparties et s'étendent sur toute l'épaisseur radiale de la bague de tolérance. La longueur axiale de la bague de tolérance est inférieure à la somme des longueurs axiales des encoches 18 et 19. La bague de tolérance peut comporter en outre un certain nombre d'évidements axiaux 30. Grâce aux encoches 18 ici au nombre de trois la bague de tolérance 20 possède une structure radialement déformable composée de patins ou de secteurs s'articulant à partir de la zone de faible épaisseur de la portion d'extrémité 20 de ladite bague de tolérance 12. Sous l'effet d'un effort axial, même modéré, appliqué sur la face 17 de la bague de tolérance, les patins se resserrent efficacement sur l'arbre 1 par effet de coin de la surface d'appui conique 15 dans la partie toroïdale de la bague intérieure 8. La bague de tolérance 12 peut ainsi s'adapter à la périphérie la de l'arbre 1 et à la surface intérieure 16 de la bague intérieure 8. La bague de tolérance 12 est une pièce intermédiaire réalisant l'interface et la liaison entre la bague intérieure 8 du roulement 3 et l'arbre 1 sur laquelle ladite bague vient se monter. La bague de tolérance 12 s'étend axialement jusqu'au niveau du rebord radial 7 de la bague extérieure 4 et du côté opposé, au-delà de l'extrémité axiale 8a de la bague intérieure 8 en faisant saillie axialement entre l'arbre 1 et la bague intérieure 8 et présentant ainsi une portion d'extrémité 20 pourvue d'un chanfrein 21. Des crochets 22 en saillie radiale vers l'extérieur sont formés sur la surface extérieure de la portion d'extrémité 20 dans le prolongement du chanfrein 21 et présentent une surface sensiblement radiale du côté opposé au chanfrein 21, en d'autres termes du côté de l'extrémité 8a de la bague intérieure 8. Les crochets 22 sont ici au nombre de trois et occupent chacun un secteur angulaire relativement faible, par exemple de l'ordre de 30 Les crochets se situent à l'extrémité de languettes radialement flexibles délimitées circonférentiellement par les encoches 19. Entre deux crochets, la portion d'extrémité 20 de la bague de tolérance 12 est découpée par deux encoches 19 et est dépourvue de crochets en étant substantiellement lisse. La cage 11 comprend une portion annulaire 23 disposée du côté du rebord radial 7 de la bague extérieure 4 par rapport aux éléments roulants 10, une portion centrale 24 percée d'alvéoles 25 dans lesquelles sont disposés les éléments roulants 10 et une portion annulaire 26 disposée du côté des éléments roulants 10 opposée à la portion annulaire 23. La portion annulaire 26 comprend en outre une pluralité de crochets extérieurs 27 visibles sur les figures 2 et 3 en saillie vers l'extérieur et présentant une surface radiale du côté de la bague extérieure 4 et un chanfrein oblique du côté opposé. Les crochets extérieurs 27, ici au nombre de 6, occupent un très faible secteur angulaire, par exemple de l'ordre de 5 à 10 chacun. La cage 10 est ainsi retenue axialement sur la bague extérieure 4 avant le montage défini du roulement. En outre, on notera que la portion centrale 24 présente une forme oblique avec une extrémité de petit diamètre du côté de la portion annulaire 26 et des crochets 27 et une extrémité de grand diamètre du côté de la portion annulaire 23. La portion de grand diamètre présente un diamètre supérieur au diamètre minimal de la bague extérieure 4. La portion annulaire 26 comprend en outre une protubérance radiale 28 dirigée vers l'intérieur, axialement sensiblement au même niveau que les crochets 27, voire légèrement plus près des éléments roulants 10. La protubérance radiale intérieure 28 présente deux surfaces radiales opposées l'une en regard de l'extrémité 8a de la bague intérieure 8 et l'autre en regard de la surface radiale des crochets 22 de la portion d'extrémité 20 de la bague de tolérance 12. La protubérance radiale intérieure 28 se présente sous la forme de six segments de nervure annulaire interrompus au niveau des crochets 27. En outre, comme on peut le voir sur la figure 3, les crochets 27 sont séparés de la portion annulaire 26 et de la protubérance radiale intérieure 28 par des encoches 29, conférant auxdits crochets 27 une certaine élasticité radiale leur permettant de s'effacer vers l'intérieur lorsqu'ils franchissent l'extrémité de petit diamètre de la bague extérieure 4. Le palier à roulement équipé de la bague de tolérance 12 forme ainsi un ensemble indémontable dans des conditions normales de transport et de manipulation avant le montage définitif dans la colonne de direction. En effet, si on considère que la bague extérieure 4 du roulement est fixe, tout mouvement axial de la bague de tolérance 12 par rapport à la bague extérieure 4 dans une direction tendant à l'éloigner axialement de ladite bague extérieure 4 est rendu impossible par la mise en butée des crochets 22 sur la protubérance radiale extérieure 28 de la cage 11 dont les crochets 27 viennent en butée contre la bague extérieure 4, la bague intérieure 8 et les éléments roulants 10 étant maintenus axialement entre la bague de tolérance 12 et la bague extérieure 4. L'assemblage du roulement peut être effectué de la façon suivante. On dispose les éléments roulants 10 dans les alvéoles 25 de la cage 11 puis on amène la bague extérieure 4 en effectuant une poussée axiale de façon que les crochets 27 de la cage 10 s'effacent vers l'intérieur et franchissent l'extrémité de petit diamètre de la bague extérieure 4. Un sous-ensemble est ainsi formé par la bague extérieure 4, les éléments roulants 10 et la cage 11. Puis on amène la bague intérieure 8 et enfin la bague de tolérance 12. Les crochets 22 de la bague de tolérance 12 s'effacent radialement vers l'intérieur au passage de l'alésage de la bague intérieure 8 et de la protubérance radiale intérieure 28 de la cage 10 puis reprennent leur forme initiale ultérieurement, garantissant ainsi l'indémontabilité du palier à roulement. Sur la figure 3, il est bien visible que les crochets 22 de la bague de tolérance occupent un secteur angulaire supérieur aux zones circonférentiellement interrompues de la protubérance radiale intérieure 28 de la cage 10, zones interrompues qui correspondent aux crochets extérieurs 27 et aux encoches 29. Ainsi, quelle que soit la position angulaire relative de la bague de tolérance 12 et de la cage 11, au moins une portion de crochet 22 se trouvera en face d'une portion de protubérance radiale interne 28 pour assurer un accrochage évitant un mouvement axial intempestif de la bague de tolérance 12 par rapport à la cage 10. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, la portion cylindrique 6 de la bague extérieure 4 est de longueur axiale considérablement réduite. La bague de tolérance 12 est dépourvue de surface cylindrique extérieure 14 et est également de longueur axiale considérablement réduite. La surface radiale d'extrémité 17 de la bague de tolérance 12 se raccorde directement à la surface sensiblement tronconique 15 d'appui de la bague intérieure 8 sur ladite bague de tolérance 12. Le palier à roulement muni des moyens de retenue axiale disposés sur l'intérieur et sur l'extérieur d'une extrémité axiale de la cage peut être particulièrement compact et peut ainsi servir dans des applications où l'espace axial disponible est très faible. Le roulement conserve ses caractéristiques de maintien unitaire avant montage qui réduisent le risque de perte de pièce. La bague de tolérance se présente sous la forme d'un manchon déformable qui vient de serrer sur l'arbre de colonne lorsque, la bague extérieure 4 étant immobilisée dans son logement, on vient pousser axialement sur ladite bague de tolérance. Par effet de coin, la partie tronconique 15 de la surface extérieure de la bague de tolérance tend à se resserrer dans la portion toroïdale de la bague intérieure provoquant ainsi le serrage sur l'arbre. Le système de retenue axiale des éléments étant localisé sur l'avant du roulement et de la bague de tolérance, il est possible de ménager des encoches sur la partie arrière la plus épaisse de ladite bague de tolérance, lui conférant ainsi une grande souplesse radiale et une très bonne capacité de serrage sur l'arbre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de roulement (3) de colonne de direction, du type comprenant une bague extérieure (4), une bague intérieure (8), une rangée d'éléments roulants (10) disposés entre un chemin de roulement intérieur (5) de la bague extérieure et un chemin de roulement extérieur (9) de la bague intérieure, une cage (11) de maintien des éléments roulants montée entre les dites deux bagues et pourvue d'alvéoles (25) dans lesquelles sont disposés les éléments roulants, et une bague de tolérance annulaire (12) en contact avec une surface intérieure (16) de révolution de la bague intérieure et prévue pour coopérer avec la périphérie d'un arbre de colonne de direction, caractérisé par le fait que la cage (11) comprend, à une extrémité axiale, au moins une protubérance radiale (27) dirigée vers l'extérieur pour coopérer avec la bague extérieure et au moins une protubérance radiale (28) dirigée vers l'intérieur pour coopérer avec la bague de tolérance. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la protubérance radiale dirigée vers l'intérieur est disposée entre une extrémité axiale (8a) de la bague intérieure et une portion de la bague de tolérance. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite portion de la bague de tolérance comprend au moins une protubérance radiale (22) dirigée vers l'extérieur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la protubérance radiale de la cage dirigée vers l'extérieur est disposée en regard d'une extrémité axiale de la bague extérieure pour former un crochet de retenue. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les protubérances radiales de la cage sont dirigées alternativement vers l'extérieur et l'intérieur dans le sens circonférentiel. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les protubérances radiales dirigées vers l'intérieur forment une nervure de forme générale annulaire interrompue circonférentiellement au niveau des protubérances radiales dirigées vers l'extérieur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les dimensions radiales de la protubérance radiale de la cage dirigée vers l'intérieur sont supérieures aux dimensions radiales de la protubérance radiale de la cage dirigée vers l'extérieur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins une portion de la protubérance radiale de la cage dirigée vers l'intérieur est en permanence axialement en regard d'au moins une portion de la bague de tolérance.