Brevet FR2885188A1 — publié le 20061103

ROTULE CONSTITUEE DE DEUX PARTIES MALE ET FEMELLE ET D'UNE CHEMISE INTERPOSEE ENTRE ELLES La présente invention concerne les rotules constituées d'une partie mâle et d'une partie femelle entre lesquelles est interposée une chemise en vue de favoriser la rotation d'une des deux parties par rapport à l'autre, et plus particulièrement les rotules qui trouvent une application avantageuse dans les systèmes de commande de direction des véhicules automobiles ou analogues. On sait que, dans le domaine des véhicules automobiles, la colonne de direction est reliée, notamment au train de roues avant, au moyen d'engrenages, de tiges et de rotules qui permettent d'orienter les roues quelle que soit leur position par rapport au châssis. On conçoit alors aisément que, étant donné la quantité de véhicules mis sur le marché, ces rotules doivent être produites de façon industrielle en grandes 15 séries, sans que leur coût atteigne des sommes importantes. L'une des réalisations de ce type de rotule actuellement mise en oeuvre est constituée d'une cupule en forme de cuvette, d'une chemise d'une forme sensiblement homothétique de la forme intérieure de la cupule, et donc elle aussi en forme de cuvette, et d'une sphère montée à une extrémité d'une tige de commande et placée à l'intérieur de la chemise. La cupule est sertie sur la sphère en rabattant la chemise sur la surface de la sphère, tout en laissant émerger la tige de commande de façon que la sphère puisse pivoter dans un angle solide déterminé. Or constate que, avec ce genre de structure de rotule, lorsque la cupule est sertie en rabattant ses bords vers la sphère, la chemise se déforme de façon non uniforme, en faisant en quelque sorte des plis ou ondulations, et ne vient au contact de la sphère que par les sommets de ces ondulations. De ce fait, la surface portante de la sphère sur la chemise peut être réduite à une valeur minimum et peut même varier d'une rotule à une autre, selon l'intensité des efforts exercés pour le sertissage de la cupule. Avec une telle structure de rotule, les sphères ne pivotent pas avec un même degré de friction. Pour certaines rotules, les sphères pivotent facilement, pour d'autres, elles arrivent presque à la limite du coincement. Dans tous les cas, un jeu mécanique non négligeable apparaît très rapidement dans la rotation de la sphère par rapport à la chemise et à la cupule, ce qui entraîne très vite des vibrations dans les systèmes de commande de direction des véhicules. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser une rotule qui pallie au moins en grande partie les inconvénients mentionnés ci-dessus des rotules de l'art antérieur schématiquement décrites ci-avant. Plus précisément, la présente invention a pour objet une rotule caractérisée par le fait qu'elle comporte une cupule, une sphère de rayon R, ladite cupule étant agencée de façon que sa paroi intérieure soit apte à contenir un volume sphérique de rayon supérieur à R et étant réalisée en un matériau permettant son sertissage, et une chemise interposée entre la cupule et la sphère quand la sphère est enfichée dans la cupule de façon à pivoter par rapport à ladite cupule dans un angle solide déterminé après que ladite cupule ait été sertie pour emprisonner ladite sphère dans ladite chemise, ladite chemise étant constituée: * d'une pluralité de lamelles, la face intérieure de chaque lamelle apte à venir au contact de la surface de la sphère étant d'une forme sensiblement congruente de celle de ladite surface de la sphère, * de liens sensiblement souples reliant lesdites lamelles pour permettre aux dites lamelles de se rabattre sur la surface de la sphère, et * d'espaces inter- lamelles séparant lesdites lamelles les unes des autres, ces dits espaces inter-lamelles étant définis de façon que, lorsque les lamelles sont rabattues sur la surface de la sphère, elles soient au plus au contact les unes des autres par leurs bords latéraux et que leur face intérieure soit au contact de la surface de la sphère sans déformation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de Ila description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels: La figure 1 représente, sous forme schématique et en écorché, un mode de réalisation de la rotule selon l'invention, Les figures 2 et 3 représentent, sous forme schématique, un autre mode de réalisation de la rotule selon l'invention, la figure 2 étant assimilable à une vue en coupe longitudinale et la figure 3 une vue en perspective de la chemise entrant dans la constitution de la rotule selon la figure 2, Les figures 4 et 5 représentent, sous forme schématique, un autre mode de réalisation de la rotule selon l'invention, la figure 4 étant assimilable à une vue en coupe longitudinale et la figure 5 une vue en perspective de la chemise entrant dans la constitution de la rotule selon la figure 4, Les figures 6 et 7 représentent, sous forme schématique, un autre mode de réalisation de la rotule selon l'invention en accord avec la figure 4, la figure 6 étant assimilable à une vue en coupe longitudinale et la figure 7 une vue en perspective de la chemise entrant dans la constitution de la rotule selon la figure 6, Les figures 8A et 8B représentent, respectivement en perspective et en une vue de côté, un autre mode de réalisation d'une chemise pouvant être utilisée pour réaliser une rotule selon l'invention, dans une configuration avant d'être montée en coopération avec la sphère de cette rotule, et La figure 9 représente un autre mode de réalisation d'une chemise pouvant être utilisée pour réaliser une rotule selon l'invention, dans une configuration avant d'être montée en coopération avec la sphère de cette rotule, par exemple comme dans le cas du mode de réalisation selon la figure 2. II est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Il est aussi précisé que les figures représentent plusieurs modes de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. II est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, [par exemple E = 1(p, t, c, ...)], ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, [par exemple c, et/ou t, et/ou p, ...], soit en combinaison totale et/ou partielle, [par exemple 1(c, t, p) , et/ou E( t), et/ou 1(t, p), et/ou E( c, p)]. Par référence aux figures, et plus particulièrement à la figure 1, la rotule selon l'invention comporte une cupule 1 réalisée en un matériau qui permet son sertissage, une sphère 2 de rayon R, la cupule 1 étant agencée de façon que sa paroi intérieure 4 soit apte à contenir un volume sphérique de rayon supérieur à R. La rotule comporte en outre une chemise 3 qui est interposée entre la cupule 1 et la sphère 2 quand la sphère est enfichée dans la cupule de façon à pivoter par rapport à la cupule dans un angle solide déterminé [3, après que la cupule ait été sertie comme cela sera explicité ci-après, pour emprisonner la sphère 2 dans la chemise 3, cette dernière étant contenue dans la cupule. Une telle rotule est bien connue en elle-même et permet d'assurer un mouvement de rotation, dans l'angle solide [3, d'une pièce représentée schématiquement en P1 par rapport à une autre pièce représentée schématiquement en P2, figure 1. De telles rotules se trouvent par exemple dans les véhicules automobiles ou analogues, entre une roue du train avant et la colonne de direction. Selon une caractéristique importante de l'invention, la chemise 3 est constituée, figures 1 à 9, d'une pluralité de lamelles 11, 12, 13, ... , la face intérieure 21, 22, 23, ... de chaque lamelle apte à venir au contact de la surface 30 de la sphère 2 étant d'une forme sensiblement congruente de celle de la surface de la sphère, c'est-à-dire sphérique de même rayon R que celui de la sphère 2. La chemise 3 comporte en outre des liens relativement souples 16, 17, ... reliant les lamelles pour leur permettre de se rabattre sur la surface 30 de la sphère 2, et des espaces inter-lamelles 111, 112, 113, .. . séparant ces lamelles les unes des autres. Les espaces inter-lamelles sont définis de façon que, lorsque les lamelles 11, 12, 13, ... sont rabattues sur la surface 30 de la sphère 2, elles soient au plus au contact les unes des autres par leurs bords latéraux se faisant face et délimitant les espaces inter-lamelles les séparant, et que leur face intérieure 21, 22, 23, ... soit au contact de la surface de la sphère sans subir de déformations. En d'autres termes, ces espaces inter-lamelles sont définis de façon que deux lamelles consécutives ne puissent venir au contact l'une de l'autre que par leurs bords latéraux se faisant face et bordant l'espace interlamelles les séparant, mais que, malgré les efforts de pression exercés pour le sertissage de la cupule vers la sphère en emprisonnant la chemise, les lamelles conservent leur forme originelle et ne subissent pas de déformations comme des ondulations ou analogues, évitant ainsi les inconvénients présentés par les rotules de l'art antérieur rappelés au préambule de la présente description. La chemise 3 peut présenter différentes structures, selon les besoins et les applications de la rotule selon l'invention. Les figures 8A et 8B représentent un mode de réalisation de chemise pour rotule selon l'invention, dans sa configuration avant d'être montée en coopération avec une sphère 2, la figure 8A étant une vue en perspective et la figure 8B une vue de côté. Selon cette réalisation, la chemise 3 est constituée de deux demicoquilles 40, 41, par exemple en forme de cuvette sans fond, et de moyens de charnière 43 reliant ces deux demi-coquilles de façon qu'elles soient aptes à pivoter l'une par rapport à l'autre pour former la chemise 3 entourant la sphère 2. Pour monter cette chemise en coopération avec la sphère, il suffit de faire passer la tige de commande 9 solidaire de la sphère (figure 1) par le fond de l'une des deux demi-coquilles, celles-ci étant en position ouverte comme représenté sur la figure 8, puis de refermer les deux demicoquilles l'une sur l'autre en emprisonnant la sphère. Pour obtenir la rotule, l'ensemble "sphère-chemise" est inséré dans une cupule 1, puis la cupule est sertie vers la sphère. La chemise pour rotule selon l'invention, peut présenter d'autres formes, comme celles qui sont plus particulièrement illustrées sur les figures 3, 5, 7 et 9. Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures 3, 5 et 7, la chemise 3 est constituée de deux demi-coquilles 40, 41 liées par une de leurs bases suivant une bague de liaison 44. Dans ces réalisations, les demi-coquilles sont de forme générale, soit sensiblement tronconique, soit cylindrique, et les espaces inter-lamelles sont, de façon préférentielle, réalisés dans des plans sensiblement perpendiculaires au plan de la bague 44. Pour obtenir une rotule selon l'invention comportant une chemise comme décrite ci-dessus, il suffit d'enficher en force la sphère dans la chemise en écartant les lamelles, puis d'introduire cet ensemble dans la cupule, et de sertir la cupule pour emprisonner ledit ensemble, jusqu'à ce que les lamelles soient parfaitement rabattues sur la surface 30 de la sphère 2. La figure 9 représente une autre forme possible pour la chemise 3, dans laquelle la bague de maintien 44 n'est pas située entre deux demicoquilles mais solidaire d'une seule des deux demi-coquilles, les lamelles de cette demi-coquille se tenant dans le prolongement des lamelles de l'autre demi-coquille pour former une chemise unitaire qui présente l'avantage de permettre l'introduction de sphères de grand diamètre, le débattement des lamelles pouvant être, dans ce mode de réalisation, plus important que dans les autres modes de réalisation. Selon une réalisation possible pour certaines applications, la rotule selon l'invention comporte en outre, figure 4, des moyens 50, comme un ressort hélicoïdal ou analogue, pour appliquer une force élastique entre la chemise 3 et la cupule 1 de façon à bien plaquer la chemise 3 sur la surface 30 de la sphère 2. Dans une réalisation avantageuse, lorsque la cupule 1 est constituée d'un manchon ouvert à ses deux extrémités, elle comporte, à une extrémité du mancon, un capot 60 constituant son fond 61, et des moyens pour solidariser ce capot 60 avec l'extrémité du manchon. De façon avantageuse, les moyens 50 pour appliquer une force élastique entre la cupule 1 et la chemise 3 coopèrent alors entre le capot 60 et la chemise, les deux extrémités du ressort venant en appui respectivement contre ce capot 60 et les sommets 62 des lamelles qui sont avantageusement conformés comme illustré sur les figures 4 et 5 pour encastrer au moins partiellement une extrémité de ce ressort et le maintenir au moins latéralement. Selon un mode de réalisation préférentiel et avantageux pour une fabrication industrielle, quand la chemise 3 est réalisée en une matière plastique moulée, les moyens 50 pour appliquer une force élastique entre la cupule 1 et la chemise 3 sont constitués, figures 6 et 7, par au moins un plot 51, 52, ... réalisé sur le sommet 62 d'une lamelle 11, 12, 13, ... , et avantageusement un plot réalisé sur le sommet 62 de chaque lamelle tourné vers le fond 61 de la cupule 1, ce plot étant en un matériau thermoplastique élastomère surmoulé sur le sommet 62 de la lamelle. Pour favoriser la rotation de la sphère 2 par rapport à la cupule 1, au moins l'une des faces intérieures 21, 22, 23, ... des lamelles 11, 12, 13, ... aptes à venir au contact de la surface 30 de la sphère 2, et avantageusement toutes ces faces intérieures, comporte une couche autolubrifiante. Quand la chemise 3 est réalisée en une matière plastique moulée comme mentionné ci-dessus, cette couche autolubrifiante est obtenue par surmoulage d'une couche d'un matériau thermoplastique. Il été défini ci-avant une cupule 1 agencée de façon que sa paroi intérieure 4 soit apte à contenir un volume sphérique de rayon supérieur à R, pour permettre l'interposition de la chemise 3. Il est cependant précisé que, bien qu'elle puisse présenter différentes formes, la paroi intérieure 4 de la cupule a avantageusement une forme de révolution par rapport à un point ou une droite, par exemple l'une des formes suivantes: tronconique de révolution (figure 4) ; cylindrique de révolution (figure 1) ; une partie cylindrique de révolution accolée à une partie tronconique de révolution; sphérique; deux parties tronconiques de révolution accolées par leurs grandes bases (figures 2 et 6). Comme mentionné ci-avant, la cupule est réalisée en un matériau permettant son sertissage. Ce matériau peut être de tout type, mais le plus couramment utilisé est de l'acier ou analogue. Quant à l'ensemble des éléments constitutifs de la chemise 3, à savoir les lamelles 11, 12, 13, ..., les liens souples 16, 17, les moyens de charnière 43 et la bague 44, il est réalisé d'une seule pièce généralement par moulage. Le montage d'une rotule selon l'invention s'effectue de la façon suivante: Tout d'abord, la sphère 2 est introduite dans la chemise 3 par écartement des lamelles comme décrit précédemment. Puis, cet ensemble est introduit dans la cupule 1 qui est ensuite sertie de façon connue pour emprisonner la sphère avec la chemise interposée entre cette sphère et la paroi intérieure 4 de la cupule. En se référant aux figures annexées, les figures 1 et 6 représentent, en traits continus, la forme de la cupule 1 avant son sertissage et, en traits interrompus, sa forme après sertissage. La figure 2, elle, représente, en traits continus, la forme de la cupule 1 après sertissage et, en traits interrompus, sa forme avant sertissage. Avec la structure de la rotule selon l'invention, les lamelles de la chemise sont plus ou moins rabattues selon l'intensité des efforts exercés sur la cupule pour son sertissage, bien entendu dans certaines limites, et les déformations de chemise sont essentiellement absorbées par les espaces inter-lamelles 111, 112, 113 comme explicité ci-avant. De cette façon, la surface de contact entre la sphère et la chemise est maximale et sensiblement continue, ce qui entraîne une usure par frottement moins rapide de la rotule par rapport aux rotules de l'art antérieur définies au préambule de la présente description. De plus, cette structure de rotule permet de réaliser de façon industrielle un grand nombre de telles rotules dans lesquelles les parties mâles présentent toutes sensiblement les mêmes qualités de rotation dans les parties femelles, sans risque de coincements. REVENDI CATIONS 1. Rotule caractérisée par le fait qu'elle comporte une cupule (1) , une sphère (2) de rayon R, ladite cupule (1) étant agencée de façon que sa paroi intérieure (4) soit apte à contenir un volume sphérique de rayon supérieur à R et étant réalisée en un matériau permettant son sertissage, et une chemise (3) interposée entre la cupule (1) et la sphère (2) quand la sphère est enfichée dans la cupule de façon à pivoter par rapport à ladite cupule dans un angle solide déterminé ((3) après que ladite cupule ait été sertie pour emprisonner ladite sphère dans ladite chemise (3), ladite chemise (3) étant constituée: * d'une pluralité de lamelles (11, 12, 13, ...), la face intérieure (21, 22, 23,...) de chaque lamelle (11, 12, 13, ...) apte à venir au contact de la surface (30) de la sphère (2) étant d'une forme sensiblement congruente de celle de ladite surface de la sphère, * de liens sensiblement souples (16, 17, ...) reliant lesdites lamelles pour permettre aux dites lamelles de se rabattre sur la surface (30) de la sphère (2), et * d'espaces inter-lamelles (111, 112, 113, ...) séparant lesdites lamelles les unes des autres, ces dits espaces interlamelles étant définis de façon que, lorsque les lamelles (11, 12, 13, ... ) sont rabattues sur la surface (30) de la sphère (2), elles soient au plus au contact les unes des autres par leurs bords latéraux et que leur face intérieure (21, 22, 23, ...) soit au contact de la surface (30) de la sphère sans déformation. 2. Rotule selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite chemise (3) est constituée de deux demi-coquilles (40, 41) et de moyens de charnière (43) reliant les deux demi-coquilles de façon qu'elles soient aptes à pivoter l'une par rapport à l'autre pour former ladite chemise (3) entourant la sphère (2). 3. Rotule selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite chemise est constituée de deux demi-coquilles (40, 41) liées par une de leurs bases suivant une bague de liaison (44). 4. Rotule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens (50) pour appliquer une force élastique entre la cupule (1) et la chemise (3) de façon à plaquer ladite chemise (3) sur la surface (30) de la sphère (2). 5. Rotule selon la revendication 4, caractérisée par le fait que, lorsque ladite cupule est constituée d'un manchon ouvert à ses deux extrémités, elle comporte un capot (60) et des moyens pour solidariser ledit capot (60) à une extrémité du manchon, lesdits moyens (50) pour appliquer une force élastique entre la cupule (1) et la chemise (3) coopérant entre ledit capot (60) et ladite chemise (3). 6. Rotule selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée par le fait que, la chemise (3) étant réalisée en une matière plastique moulée, lesdits moyens (50) pour appliquer une force élastique entre la cupule (1) et ladite chemise (3) sont constitués par au moins un plot (51, 52, ...) réalisé sur le sommet d'une lamelle (11, 12, 13, ...), ledit plot étant en un matériau thermoplastique élastomère surmoulé sur ledit sommet. 7. Rotule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'au moins l'une des faces (21, 22, 23, ...) des lamelles (11, 12, 13, .. .) aptes à venir au contact de la surface (30) de la sphère (2) comporte une couche autolubrifiante. 8. Rotule selon la revendication 7, caractérisée par le fait que, ladite chemise (3) étant réalisée en une matière plastique moulée, ladite couche autolubrifiante est obtenue par surmoulage d'une couche d'un matériau thermoplastique. 9. Rotule selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que la paroi intérieure (4) de ladite cupule (1) est de forme de révolution par rapport à l'un des éléments suivants: un point et une droite, et présente sensiblement l'une des formes suivantes: tronc de cône de révolution; cylindre de révolution; une partie cylindrique de révolution accolée à une partie tronconique de révolution deux parties tronconiques de révolution accolées par leurs grandes bases; sphère.