Brevet FR2897126A1 — publié le 20070810

Dispositif de roulement et colonne de direction. L'invention concerne le domaine des paliers à roulement, notamment pour colonnes de direction. On connaît, par les documents FR 2 594 189 et US 3 876 266, des roulements pourvus de pistes rapportées en tôle emboutie et d'une rondelle de caoutchouc en forme de tore disposée dans l'enveloppe pour assurer la précontrainte élastique. Les pistes rapportées sont relativement onéreuses à fabriquer en raison des étapes de découpe avec perte de matière, d'emboutissage et de traitement thermique. Le moulage d'une rondelle en caoutchouc est également une opération relativement onéreuse. Le document WO 03/023 242 décrit un palier à roulement pour colonne de direction comprenant une enveloppe extérieure à section en U, au moins deux fils en acier traité disposés dans l'enveloppe extérieure et des éléments roulants tels que des billes disposés au contact des fils qui constituent les chemins de roulement. Les fils se présentent sous la forme de joncs annulaires dont les extrémités viennent bout à bout lors de leur mise en place dans l'enveloppe. La bague intérieure peut être de type massive avec un chemin de roulement ou comporter également une enveloppe et deux joncs. On réalise ainsi un roulement à trois ou quatre points de contact capable de fonctionner aussi bien sous charge axiale que sous charge radiale ou sous charge combinée. Afin que le roulement puisse fonctionner sans jeu, comme cela est généralement requis dans les colonnes de direction, on dispose une rondelle de précontrainte conique de type Belleville entre l'une des portions radiales de l'enveloppe extérieure et le jonc correspondant. Le fonctionnement d'une tel palier donne satisfaction. Toutefois, le coût de la rondelle métallique élastique est relativement élevé. La présente invention vise à remédier aux inconvénients décrits ci-dessus. La présente invention vise un palier à roulement de fabrication particulièrement économique. Le dispositif de roulement comprend une bague intérieure et une bague extérieure munies chacune d'un chemin de roulement pour des éléments roulants disposés entre lesdites bagues au contact des chemins de roulement. Au moins une des deux bagues comprend une enveloppe pourvue d'une portion axiale cylindrique aux extrémités de laquelle viennent se raccorder deux portions radiales. Deux joncs annulaires sont disposés dans l'enveloppe pour former des chemins de roulements. Au moins un élément annulaire de précontrainte, réalisé en matière élastique, et de section sensiblement rectangulaire à l'état libre, est disposé dans l'enveloppe pour être précontraint axialement entre l'une des portions radiales de l'enveloppe et une face latérale du jonc correspondant. L'élément de précontrainte peut être fabriqué par découpe d'un tube, ce qui s'avère extrêmement économique. Dans un mode de réalisation, l'enveloppe comprend, au moins d'un côté, une portion axiale dirigée vers l'intérieur et se raccordant sur la portion radiale pour former une chambre annulaire à section droite en U dans laquelle est disposé l'élément de précontrainte. L'élément de précontrainte bénéficie ainsi d'un positionnement stable et la portion radiale de la bague présente une rigidité axiale élevée grâce à la portion axiale supplémentaire dirigée vers l'intérieur. Dans un mode de réalisation, l'élément annulaire de précontrainte comprend un élastomère. L'élastomère peut être du caoutchouc nitrile, du polyuréthane, ou encore de l'éthylènepropylène-dyène monomère (EPDM). Dans un mode de réalisation, la dureté shore de l'élément annulaire de précontrainte est comprise entre 67 et 87 shore. Dans un mode de réalisation, les éléments roulants sont maintenus circonférentiellement espacés par une cage. La cage est pourvue d'un talon annulaire disposé axialement du côté opposé à l'élément de précontrainte. Dans un mode de réalisation, le chemin de roulement intérieur présente un rayon supérieur d'au moins 5% aux rayons des éléments roulants. Les éléments roulants sont alors des billes. La rondelle de précontrainte peut être fabriquée par 5 tronçonnage d'un tube de matière souple. La présente invention concerne également une colonne de direction comprenant un logement, un arbre et un dispositif de roulement tel que décrit ci-dessus disposé entre le logement et l'arbre. La bague intérieure peut être montée sur l'arbre en contact d'un 10 épaulement qui assure son positionnement axial. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de roulement comprenant une étape d'extrusion d'un tube en matière élastique, une étape de coupe d'une portion du tube pour former un élément de section sensiblement rectangulaire, une étape de 15 montage dudit élément de section sensiblement rectangulaire dans l'enveloppe extérieure, une étape de montage du premier jonc en contact avec ledit élément à section sensiblement rectangulaire, une étape de montage d'un sous-ensemble comprenant la bague intérieure et les éléments roulants, une étape de montage du deuxième jonc et 20 une étape de sertissage d'une extrémité de la partie axiale de l'enveloppe pour former la deuxième portion radiale de ladite enveloppe et précontraindre le roulement ainsi formé. La déformation élastique de l'élément à section rectangulaire qui forme un élément de précontrainte maintient la précontrainte de façon permanente. Il 25 s'avère avantageux de maintenir les éléments roulants par une cage, de telle sorte que la bague intérieure, les éléments roulants et la cage puissent être manipulés avec un faible risque de perte de pièces. On bénéficie ainsi d'un roulement particulièrement économique et bien adapté aux colonnes de direction dans lesquelles les vitesses de 30 rotation sont faibles, mais les désalignements possibles de l'arbre par rapport au logement peuvent être élevés. D'autre part, les roulements de colonne de direction doivent fonctionner avec un jeu nul et un couple de rotation aussi réduit et aussi constant que possible. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description 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 schématique en coupe axiale d'une partie de colonne de direction ; -la figure 2 est une vue de côté en élévation d'un tube en élastomère en cours de découpe ; - la figure 3 est une vue de face en élévation d'un élément de précontrainte ; -la figure 4 est une vue de détail en coupe radiale de l'élément de précontrainte de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue partielle en coupe axiale d'un palier à roulement ; - la figure 6 est une vue du palier de la figure 5 en cours de montage ; et - la figure 7 est une vue de détail de la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, la colonne de direction 1 comprend un logement 2 tubulaire pourvu d'un alésage 2a, un arbre 3 pourvu d'une surface extérieure axiale 3a, et un palier à roulement 4 disposé entre l'alésage 2a du logement 2 et la surface extérieure 3a de l'arbre 3. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 5, le palier à roulement 4 comprend une bague intérieure 5, une bague extérieure 6, une rangée d'éléments roulants 7, ici des billes, et une cage 8 de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 7. La bague intérieure 5 est de type à gorge profonde et comprend un alésage 5a en contact avec la surface extérieure 3a de l'arbre 3, une surface extérieure 5b et deux surfaces frontales radiales 5c et 5d. Un chemin de roulement 9 de forme toroïdale est ménagé, par exemple par usinage, à partir de la surface extérieure 5b et est en contact avec les éléments roulants 7. Dans l'exemple illustré sur la figure 5, le chemin de roulement 9 présente un rayon pris en section axiale nettement supérieur aux rayons des éléments roulants 7, ici des billes. La cage 8 présente des alvéoles 8b dans lesquelles sont disposés les éléments roulants 7 et un talon annulaire 8a permettant de relier ensemble les portions de cage disposées entre les alvéoles. Le talon 8a s'étend axialement du côté de la surface frontale 5d. La bague extérieure 6 comprend une enveloppe 10 annulaire, par exemple formée à partir de tôle d'acier, deux joncs 11 et 12, chacun formé par exemple à partir d'un fil d'acier plié en forme de tore avec extrémités en contact mutuel, et une rondelle de précontrainte 13. La rondelle de précontrainte 13 est avantageusement formée à partir d'un matériau élastique, par exemple à base d'élastomère. On peut donner à titre d'exemple d'élastomère, le caoutchouc nitrile, le polyuréthane, ou encore l'éthylène-propylènedyène monomère, connu aussi sous l'abréviation EPDM. La rondelle de précontrainte 13 présente à l'état libre, illustré sur la figure 4, une section rectangulaire avec un alésage 13a, une surface extérieure axiale 13b et deux surfaces radiales 13c et 13d. L'enveloppe 10 comprend une partie axiale 10a, deux portions radiales 10b et 10c formées aux extrémités de la portion axiale 10a et s'étendant radialement vers l'intérieur, et une portion axiale 10d formée à partir de l'extrémité de petit diamètre de la portion radiale 10b et s'étendant en direction des éléments roulants 7. En d'autres termes, le rebord axial l0d forme une portion axiale de petit diamètre par rapport à la portion axiale l0a de grand diamètre. La portion axiale 10a, la portion radiale 10b et le rebord axial 10d présentent une épaisseur sensiblement constante et forment une chambre annulaire fermée sur trois côtés et ouverte axialement sur un côté et dans laquelle est montée la rondelle de précontrainte 13. En raison des congés de raccordement entre la portion axiale 10a, la portion radiale 10b et le rebord axial 10d, la rondelle de précontrainte 13 est légèrement déformée, en particulier dans les angles saillants entre l'alésage 13a et la surface radiale 13c et entre la surface extérieure axiale 13b et la surface radiale 13c. La portion radiale 10c, disposée du côté opposé à la portion radiale 10b, présente une épaisseur réduite par rapport aux autres portions de l'enveloppe 10, ce qui permet son sertissage à la fin du montage du roulement, et ce en limitant le risque de déformation des autres parties. Le jonc 1 1 est disposé en contact avec l'alésage de la portion axiale 10a de l'enveloppe 10 et avec la surface radiale 13d de la rondelle de précontrainte 13, du côté opposé à la portion radiale 10b. Le jonc 11 est également en contact avec les éléments roulants 7. Le jonc 12 est en contact avec l'alésage de la portion axiale 10a et avec la surface radiale intérieure de la portion radiale 10c de l'enveloppe 10 et est également en contact avec les éléments roulants 7. Les joncs I1 et 12 assurent ainsi chacun un point de contact avec les éléments roulants et permettent donc de reprendre des charges radiales mais également axiales. Les joncs 11 et 12 peuvent être identiques et fabriqués par pliage d'un fil d'acier pré-traité, ce qui est très économique. La tangente au point de contact entre les éléments roulants 7 et le jonc 11 est sensiblement inclinée à 45 par rapport à l'axe. Il en va de même de la tangente au point de contact entre les éléments roulants 7 et le jonc 12, de telle sorte que lesdites deux tangentes présentent entre elles un angle de l'ordre de 90 , d'où un excellent contact oblique entre chaque jonc 11, 12 et les éléments roulants 7. La suppression du jeu est assurée par l'enfermement de la rondelle de précontrainte 13 et des joncs llet 12 entre les portions radiales 10b et 10c de l'enveloppe 10, et par l'élasticité axiale de la rondelle de précontrainte 13 dont la surface radiale 13d est déformée par l'appui exercé sur le jonc 11. La rondelle de précontrainte 13 assure ainsi une précontrainte permanente axiale sur le jonc 11 et permet de supprimer le jeu entre le jonc 11, les éléments roulants 7 et le jonc 12. La rondelle de précontrainte 13 est souple et déformable et est très bien centrée entre la portion axiale 10a et le rebord axial l0d et maintenue dans cet espace annulaire, ce qui permet de faciliter les opérations d'assemblage en évitant à la rondelle 13 de prendre accidentellement une forme non circulaire ou de s'échapper de sa position correcte dans l'enveloppe 10 lors des manipulations de pièces. On peut ainsi automatiser plus facilement les opérations d'assemblage et les porter à un haut degré de fiabilité. En outre, la rondelle de précontrainte 13 étant maintenue radialement entre deux parois axiales, lors de la mise en précontrainte, la matière constitutive de ladite rondelle de précontrainte 13 ne peut pas fluer radialement, ce qui diminuerait l'élasticité axiale et l'efficacité de ladite rondelle de précontrainte 13. Le rebord axial 1Od dirigé vers les éléments roulants 7, présente deux autres avantages, à savoir un raidissement de la structure de l'enveloppe 10 et la possibilité de réaliser un passage étroit avec la bague intérieure 5 sur une certaine longueur axiale, ce qui renforce la protection du roulement 4 contre l'intrusion d'éléments polluants en provenance de l'extérieur. En d'autres termes, l'étanchéité par passage étroit est formée entre le rebord axial l0d et la surface extérieure axiale 5b de la rondelle intérieure 5 située du côté de la surface frontale 5c. La rondelle de précontrainte 13 possède à l'état libre une section sensiblement rectangulaire en section droite, ce qui lui permet d'être réalisée à partir d'un tube de matière souple. On peut utiliser à cet usage un élastomère sous la forme d'un tube extrudé 14, voir figure 2, ce mode de fabrication par extrudage étant particulièrement économique, ledit tube étant ensuite tronçonné en rondelles à l'épaisseur désirée au moyen d'un outil coupant 15. Avantageusement, la dureté shore du matériau de la rondelle de précontrainte 13 sera choisie dans une fourchette comprise entre 67 et 87 shore. Ce procédé est extrêmement économique par rapport à un procédé de fabrication par moulage de la rondelle. Pour l'assemblage du roulement, on peut, d'une part, constituer un sous-ensemble comprenant la bague intérieure 5, les éléments roulants 7 et la cage 8, et, d'autre part, amener la rondelle de précontrainte 13 dans l'enveloppe 10, la portion radiale 10c n'ayant pas encore été sertie et se présentant donc comme une prolongation axiale de la portion axiale 10a. La rondelle de précontrainte 13 est ainsi amenée par un simple mouvement axial. Puis on amène le jonc 11 en contact avec la rondelle de précontrainte 13 et l'alésage de la portion axiale 10a de l'enveloppe 10, puis le sous-ensemble constitué par la bague intérieure 5, les éléments roulants 7 et la cage 8, les éléments roulants 7 venant en contact avec le jonc 11, puis le jonc 12 en contact avec les éléments roulants 7 et l'alésage de la portion axiale 10a de l'enveloppe 10. Ensuite, on procède au sertissage de la portion radiale 10c pour lui conférer sa forme définitive illustrée sur les figures 1 et 5. La portion radiale 10c vient alors en contact avec le jonc 12 qu'elle tend à déplacer en direction de la portion radiale opposée 10d, d'où une déformation de la rondelle de précontrainte 13 et une mise en précontrainte de l'ensemble de ces éléments en contact. On réalise ainsi un roulement de colonne de direction économique et fiable. REVENDICATIONS 1-Dispositif de roulement (4) comprenant une bague extérieure (6) et une bague intérieure (5) munies chacune d'un chemin de roulement pour des éléments roulants (7) disposés entre lesdites bagues au contact desdits chemins de roulement, au moins l'une des bagues comprenant une enveloppe (10) pourvue d'une portion axiale et de deux portions radiales se raccordant aux extrémités de la portion axiale et deux joncs annulaires (Il, 12) disposés dans ladite enveloppe pour former des chemins de roulement, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un élément annulaire (13) de précontrainte réalisé en matière élastique et de section sensiblement rectangulaire à l'état libre, ledit élément annulaire de précontrainte étant disposé dans l'enveloppe pour être précontraint axialement entre l'une des portions radiales de ladite enveloppe et une face latérale d'un des joncs. 2-Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe (10) comprend, au moins d'un côté, une portion axiale dirigée vers l'intérieur el se raccordant sur la portion radiale pour former une chambre annulaire à section droite en U dans laquelle est disposé au moins en partie l'élément annulaire (13) de précontrainte. 3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'élément annulaire (13) de précontrainte est réalisé en élastomère. 4-Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'élément annulaire (13) de précontrainte comprend du caoutchouc nitrile. 5-Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'élément annulaire (13) de précontrainte comprend du polyuréthane. 6-Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'élément annulaire (1:3) de précontrainte comprend de l'éthylène-propylènedyène monomère (EPDM). 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la dureté shore de l'élément annulaire (13) de précontrainte est comprise entre 67 et 87 shore. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les éléments roulants (7) sont maintenuscirconférentiellement espacés par une cage (8) pourvue d'un talon (8a) annulaire disposé axialement du côté opposé à l'élément annulaire (13) de précontrainte. 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'autre chemin de roulement présente un rayon supérieur d'au moins 5% au rayon des éléments roulants. 10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la rondelle de précontrainte est fabriquée par tronçonnage d'un tube de matière souple. 1 1-Colonne de direction (1) comprenant un arbre (3), un logement (:2) et un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, disposé entre l'arbre et le logement.