Brevet FR2896451A1 — publié le 20070727

Partie tournante d'essieu dans lequel le ou les roulements sont montés sur une partie externe du porte-moyeu, essieu et véhicule correspondants. Le domaine de l'invention est celui des véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne la réalisation d'essieux assemblés avant montage sur les véhicules, l'assemblage de ces essieux comprenant le montage de parties tournantes. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement la réalisation d'essieux avant. Concernant les essieux avant, on désigne généralement par le terme de partie tournante , l'ensemble comprenant un porte-fusée (autrement désigné par le terme de porte-moyeu, lorsque le moyeu est liée à la transmission), un moyeu, un roulement, un disque et un étrier de frein. Classiquement, tel qu'illustré par la figure 1, la partie centrale 11 du moyeu 1 est engagée dans l'évidement central 21 d'un porte fusée 2 (ou d'un porte-moyeu), le roulement étant monté à l'intérieur du porte fusée, les demies bagues internes 31 du roulement 3 coopérant avec le moyeu 1 et la bague externe 32 avec le porte fusée 2. Le roulement en question est le plus souvent un roulement à billes et présente deux rangées de billes à contact oblique. Le plus souvent, un chicanage est intégré aux roulements pour en assurer l'étanchéité. De plus, traditionnellement, chacune des pièces est fabriquée indépendamment les unes des autres. Le montage de la partie tournante comprend par conséquent la fixation du disque de frein 4 sur le moyeu 1, le disque présentant, dans le cas de la solution illustrée, un bol 41 présentant des orifices pour le passage de moyens de fixation du disque sur le moyeu. Cette technique entraîne plusieurs inconvénients. Tout d'abord, on constate avec les solutions antérieures des dispersions de couple de frottement des roulements, ceci étant dû notamment : - au nombre important de maillons entrant dans la chaîne de côtes du jeu de roulement (précontrainte du roulement) ; - aux dispersions de tensions générées par le serrage de l'écrou de la fusée de roue. Pour diminuer les dispersions de couple de frottement évoquées précédemment, il a été proposé d'utiliser des roulements dits de 3ème génération qui présentent moins de maillons dans la chaînes de côtes, la bague intérieure de ceux-ci étant sertie sur le moyeu ce qui assure la fonction de serrage de l'écrou classique de fusée de roue. Toutefois, ces roulements de 3ème génération s'avèrent en pratique très coûteux, ce qui tend à augmenter sensiblement le prix de la partie tournante et donc de l'essieu correspondant. Parallèlement, un écrou de transmission de la fusée de roue exerce une double fonction : - celle de retenir la transmission ; celle d'assurer une tension nécessaire à la précontrainte du roulement. Or, ces écrous sont des pièces qui s'avèrent relativement coûteuses. De plus, l'architecture actuelle des parties tournantes impose, dans un volume réduit, de relier les pièces par l'intermédiaire d'un moyeu qui, pour garantir la fiabilité de la liaison, nécessite l'emploi d'un acier résistant ainsi que le recours à un traitement thermique. On comprend que cela contribue à augmenter le coût de la partie tournante. En outre, selon l'architecture actuelle, la liaison des pistes du disque avec le moyeu et la roue nécessite la mise en oeuvre d'un bol (référencé 41 sur la figure 1). Or, lors de la montée en température des pistes du disque, celles-ci se déforment, ce qui se traduit notamment par une augmentation de leur diamètre. En pratique, on constate que la liaison d'une seule des pistes du disque avec le bol conduit à une mise en parapluie de l'ensemble des pistes. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé de recourir à un bol inversé à la place du bol droit, ce qui a permis de minimiser les déformations du disque à haute température. Toutefois, des déformations résiduelles persistent. Par ailleurs, au cours de la conception et de la réalisation d'une partie tournante, une grandeur est notamment considérée pour apprécier la qualité de la partie tournante : le battement du disque. Le battement du disque est la grandeur qui correspond au défaut de perpendicularité que présente la surface du disque par rapport à l'axe de rotation de la partie tournante (l'axe de rotation considéré correspond à celui de la partie tournante lorsque celle-ci est montée sur le véhicule). En pratique, ce battement est mesuré sur un ensemble formé par l'assemblage d'un moyeu, d'un roulement, d'un porte-fusée et d'un disque de frein. Cet ensemble est mis en rotation et un palpeur P prend la mesure du battement à 5 mm du périmètre extérieur du disque. On comprend bien entendu que plus le battement est grand plus le défaut de perpendicularité est important. Ceci se traduit par une usure prématurée de l'épaisseur d'une des pistes du disque, dans la zone où le battement du disque est maximum. Cette usure localisée génère une variation d'épaisseur de la piste du disque qui entraîne, à terme, la mise en vibration des plaquettes de frein lors d'un freinage. Cette vibration est alors perceptible pour le conducteur, par l'intermédiaire du volant de direction. Or, le battement du disque sur le montage de roue est une résultante du nombre de maillons dans la chaîne de côtes reliant les pistes au roulement, et du rapport des bras de levier (diamètre du roulement par rapport à celui du moyeu, et diamètre du moyeu par rapport au diamètre des pistes du disque). Le battement est aussi fonction de la propriété des diverses surfaces en contact. On cherche donc à réduire chacun de ces défauts pour limiter le plus possible le battement. Pour cela, plusieurs solutions ont été proposées, et notamment : le recours aux roulement de 3è 1e génération (très coûteux) ; - le ré-usinage du moyeu sur le montage de roue, ceci entraînant un surcoût ; - le ré-usinage des pistes du disque, celui-ci étant assemblé sur le montage de roue, ce qui entraîne également un surcoût. Selon un autre aspect des solutions classiques, l'étanchéité du roulement est en partie liée à la présence (ou pas) d'un chicanage entre la transmission et le porte-fusée. Cependant, la chaîne de côtes du calcul de la proximité de la transmission avec le porte-fusée intègre un nombre important de maillons, ce qui conduit à avoir un jeu important de nature à réduire l'efficacité du chicanage. Encore un autre inconvénient des solutions connues réside dans le démontage des roulements en après-vente. En effet, le démontage des roulements nécessite l'utilisation d'une presse (pour le démontage de la cage extérieure à partir du porte--fusée) et d'un outil d'extraction spécifique de la cage intérieure à partir du moyeu. L'opération de démontage et d'échange d'un roulement s'avère donc longue et délicate à réaliser. De plus, il arrive qu'un véhicule en cours d'intervention en après-vente soit amené à être posé sur ses roues alors qu'un écrou de transmission n'est pas serré (en cas d'indisponibilité d'un pont élévateur par exemple du fait d'une urgence). Dans ce cas, le fait de tourner le roulement, sous la charge du véhicule, sans serrage de l'écrou de transmission, conduit à un écartement des deux demi-cages intérieures du roulement, ce qui a pour conséquence de faire rouler les billes du roulement dans une zone de la cage intérieure qui n'est généralement pas traitée thermiquement. Ceci engendre une détérioration du roulement. Les roulements 3è'T'e génération résolvent ce problème, avec les problèmes de coûts déjà mentionnés précédemment. Par ailleurs, et de façon générale, la masse des composants d'un véhicule est un facteur qui influe sensiblement sur la durée de vie des véhicules. On recherche donc, à tous les niveaux, et y compris dans les parties tournantes, à obtenir des gains de poids, ceci en évitant tant que fait se peut, d'engendrer des surcoûts. L'invention s'inscrit donc dans cette recherche de diminution de poids sur les parties tournantes et vise également à pallier les inconvénients de l'art antérieur. Un premier objectif de l'invention est donc de proposer une partie tournante de moindre poids comparée aux solutions de l'art antérieur, ceci sans engendrer de surcoût voire en diminuant le prix de revient de la partie tournante. Un objectif particulier de l'invention est de proposer une technique de réalisation et/ou de montage d'une partie tournante d'essieu qui permette de réduire notablement le battement du disque, tout en ayant recours aux roulements traditionnels (par opposition aux roulements 3è1ne génération ). L'invention a également pour objectif de fournir une telle partie tournante qui limite les déformations du disque lors de la montée en température de celui-ci. L'invention a aussi pour objectif de fournir une telle partie tournante qui supprime, ou à tout le moins diminue, les dispersions de couple de frottement des roulements. Un autre objectif de l'invention et de fournir une telle partie tournante qui permette d'augmenter la durée de vie des roulements. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle partie tournante qui permette de diminuer les temps et les coûts d'intervention pour le remplacement en après-vente des roulements. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle partie tournante qui soit simple de conception et facile à mettre en oeuvre. Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une partie tournante d'un essieu de véhicule automobile du type comprenant un porte-moyeu, un élément formant moyeu, un élément formant disque de freins, et au moins un roulement permettant la rotation dudit élément formant moyeu et dudit élément formant disque de freins par rapport audit porte-moyeu, caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements sont montés sur une partie externe dudit porte-moyeu et coopérant avec ledit élément formant disque de freins et/ou ledit élément formant moyeu. Ainsi, grâce à l'invention, on peut envisager une nouvelle architecture de partie tournante permettant d'obtenir des gains sensibles en poids comme cela va apparaître plus clairement par la suite. En outre, un tel montage des roulements permet le recours à des roulements à billes à quatre points de contact en lieu et place des roulements à contact oblique selon les solutions antérieures. De tels roulements permettent donc de supporter des efforts axiaux. Par aillleurs, l'invention évite la mise en oeuvre d'un écrou de transmission traditionnel. Il en résulte que : on diminue les dispersions du couple de frottement des roulements ; le prix de revient de la partie tournante est diminué du fait de la non nécessité de l'écrou de transmission ; on évite les risques de dégradation du roulement lors des interventions après-vente, les risques étant liés à l'absence potentielle de serrage de l'écrou de transmission avec les parties tournantes classiques. Par ailleurs, un montage de roulement selon l'invention facilite l'accès au roulement ainsi que le démontage de celui-ci en vue de son remplacement après- vente. On note que dans le cas de l'invention, le moyeu a notamment pour fonction d'être directement associé à la transmission (sans fusée), par exemple par une liaison moyeu/transmission par cannelures (ou autre). C'est pour cette raison que, dans le cadre de l'invention, on parle de porte-moyeu plutôt que de porte-moyeu. Avantageusement, ledit ou lesdits roulements sont des roulements à billes, ledit roulement étant préférentiellement un roulement à billes comprenant une rangée de billes uniques. Comme déjà indiqué, un tel roulement permet de façon avantageuse d'être mis en oeuvre avec quatre points de contact et permet de supporter des efforts axiaux. De plus, on peut selon le principe de l'invention et/ou la mise en oeuvre d'un tel roulement optimiser les chicanages (prévus pour l'étanchéité) entre le roulement et le porte-moyeu d'une part, et entre le roulement et l'élément formant moyeu d'autre part, ce qui permet d'augmenter la durée de vie des roulements. Selon un autre mode de réalisation envisageable, ledit ou lesdits roulements sont des roulements à rouleaux. Selon une solution préférée, ledit élément formant moyeu comprend une extension périphérique définissant un logement pour ledit ou lesdits roulements. On comprend qu'un tel logement assure le positionnement et le maintien du roulement, ceci à moindre coût (le logement pouvant être obtenu à l'issue d'un procédé de moulage de l'élément formant moyeu, complété éventuellement d'un usinage). On note à ce titre que le principe de l'invention évite le montage classique du roulement sur le moyeu, ce qui évite des coûts de matières élevées et des traitements thermiques du moyeu et contribue donc à diminuer le prix de revient de la partie tournante. Préférentiellement, ledit élément formant moyeu comprend une partie centrale engagée dans un évidement central dudit porte-moyeu, ladite extension périphérique formant un bol par rapport à ladite partie centrale. Selon une première variante de l'invention, ledit élément formant disque est monté par coulissement sur ladite extension périphérique. Selon une deuxième variante de l'invention, ledit élément formant disque est un disque à bol flottant monté sur ladite extension. Avantageusement, ledit porte-moyeu présente un épaulement externe définissant avec ladite extension un volume dans lequel viennent s'inscrire ledit ou lesdits roulements. Une telle caractéristique contribue au positionnement et au maintien des roulements à moindre coût, l'épaulement dans le porte-moyeu pouvant être obtenu directement à l'issue du moulage du porte-moyeu complété éventuellement d'un usinage de finition. Selon urne autre caractéristique avantageuse, ledit ou lesdits roulements sont maintenus sur ledit porte-moyeu et/ou sur ledit élément formant moyeu à l'aide d'au moins un anneau d'arrêt, ledit ou lesdits anneaux d'arrêt présentant préférentiellement une section évasée. On assure ainsi le maintien en position des roulements de façon simple et très peu coûteuse comparé aux parties tournantes classiques de l'art antérieur. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ledit élément formant moyeu présente une extension périphérique comprenant ledit élément formant disque de freins et formant avec celui-ci un ensemble monobloc. Un tel ensemble monobloc regroupe alors différentes fonctions, à savoir : -la fixation de la roue par l'intermédiaire de goujons ou de vis de roue ; le centrage de la roue ; le centrage et le maintien de la cage extérieur du roulement ; le positionnement et la solidarisation des pistes du disque. Comme indiqué précédemment, ces fonctions sont, avec les solutions traditionnelles, assurées par différents organes assemblés entre eux, ce qui engendre une succession de maillons dans les chaînes de côtes et, par conséquent, entraîne des effets négatifs quant à : - la dispersion de couple de frottement des roulements ; le battement du disque ; -l'efficacité du chicanage des roulements. On comprend donc qu'un ensemble monobloc intégrant l'élément formant moyeu et l'élément formant disque diminue le nombre de maillons dans les chaînes de côte, et supprime ou atténue ces effets négatifs. De plus, un tel ensemble monobloc peut être obtenu de façon à obtenir un gain de poids sur la partie tournante par rapport aux solutions antérieures selon lesquelles les mêmes fonctions, sont exercées par un assemblage de pièces. Selon une autre caractéristique, ladite extension périphérique présente des orifices pour ie passage de moyens de fixation d'une moyeu de roue audit élément formant moyeu. L'invention concerne également un essieu de véhicule comprenant une partie tournante du type comprenant un porte-moyeu, un élément formant moyeu, un élément formant disque de freins, et au moins un roulement permettant la rotation dudit élément formant moyeu et dudit élément formant disque de freins par rapport audit porte-moyeu, caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements sont montés sur une partie externe dudit porte-moyeu et coopérant avec ledit élément formant disque de frein et/ou ledit élément formant moyeu. L'invention concerne aussi un véhicule automobile équipé d'un essieu du type comprenant une partie tournante du type comprenant un porte-moyeu, un élément formant moyeu, un élément formant disque de freins, et au moins un roulement permettant la rotation dudit élément formant moyeu et dudit élément formant disque de freins par rapport audit porte-moyeu, caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements sont montés sur une partie externe dudit porte-moyeu et coopérant avec ledit élément formant disque de frein et/ou ledit élément formant moyeu D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention et de plusieurs de ses variantes, données à titres d'exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une partie tournante selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en coupe d'une partie tournante selon l'invention ; - les figures 3 à 5 sont chacune une vue en coupe d'une partie tournante 5 selon une variante de réalisation de l'invention. Tel qu'indiqué précédemment, le principe de l'invention réside dans le fait de prévoir le montage d'un roulement d'une partie tournante sur une partie externe du porte-moyeu. Ceci est illustré par la figure 2 qui montre une partie tournante selon 10 l'invention, comprenant : - un porte-moyeu 2 ; - un élément formant moyeu 5 ; - un élément formant disque 6 ; - un roulement 7. 15 Tel que cela apparaît, le porte-moyeu 2 présent une partie externe 212 et un évidement central 21 ménagé dans une partie interne 211, une partie centrale 50 de l'élément formant moyeu 5 venant s'inscrire dans l'évidement de la surface interne 211. Selon le principe de l'invention, le roulement 7 est monté sur la partie 20 externe 212 du porte-moyeu et coopère avec l'élément formant moyeu 5 (et/ou l'élément formant disque 6). Plus précisément, selon le présent mode de réalisation, le porte-moyeu 2 présente sur sa partie externe 212, un épaulement 2121 définissant un logement pour la bague interne 71 du roulement 7. 25 Le porte-moyeu 2 est une pièce issue d'un processus de fonderie, une étape d'usinage (par exemple par tournage) étant ensuite réalisée pour effectuer une finition de l'épaulement 2121. En outre, l'élément formant moyeu 5 comprend une extension périphérique 51 dont une partie forme une bague 511 à l'intérieur de laquelle est 30 montée la bague externe 72 du roulement 7. Le positionnement de la bague externe 72 est assurée par un épaulement 5111 ménagé à l'intérieur de la bague 511 de l'élément formant moyeu 5. On note que l'extension périphérique 51 de l'élément formant moyeu 5 forme un bol par rapport à la partie centrale 50, à la façon des bols droits de disque de frein. On note également que des orifices 512 sont prévus sur l'extension périphérique 51 de l'élément formant moyeu, ces orifices permettant le passage des moyens de fixation venant solidariser la roue à l'élément formant moyeu. Le maintien en position de la bague externe 72 du roulement sur le porte- moyeu et celui de la bague interne 71 sur l'élément formant moyeu 5 sont assurés par un anneau d'arrêt 73 à section évasée, désigné usuellement par le terme d'anneau d'arrêt conique. On note que le maintien du roulement pourrait, selon une variante envisageable, être obtenu par une liaison vissée. Selon le présent mode de réalisation, la liaison entre le porte-moyeu 2 et l'élément formant moyeu est assurée par un roulement à billes présentant une rangée de billes 74 unique. Selon un autre mode de réalisation envisageable, cette liaison peut être assurée par un roulement à rouleaux. En référence à la figure 2, l'élément formant moyeu 5 et l'élément formant disque font partie intégrante d'un ensemble monobloc. En d'autres termes, l'élément formant moyeu 5 présente l'extension périphérique 51 mentionnée précédemment, qui elle même se prolonge par l'élément formant disque 6, le tout formant un ensemble réalisé d'une seule pièce. Cette pièce est réalisée par un process de fonderie suivie d'opérations mécaniques de finition visant notamment à obtenir une finition de l'épaulement de réception 5111 du roulement et des pistes de l'élément formant disque. Selon une variante de réalisation illustrée par la figure 3, l'élément formant moyeu 5 et l'élément formant disque 6 sont réalisés séparément puis assemblés. L'assemblage des deux éléments est en l'occurrence réalisé en montant le disque par coulissement de l'élément formant disque 6 sur l'extension périphérique 51 de l'élément formant moyeu (les pistes du disque, non solidaires du moyeu, étant dans ce cas retenues en rotation sur le moyeu par un système de cannelures). Tel que cela apparaît sur la figure 3, la liaison entre le porte-moyeu et l'élément formant moyeu est assurée par un roulement à une rangée de billes. La figure 4 illustre une autre variante de réalisation similaire à celle représentée par la figure 3, à la différence que la liaison entre le porte-moyeu et l'élément formant moyeu est assurée par un roulement à rouleaux. La figure 5 illustre une autre variante de réalisation selon laquelle l'élément formant disque 6 est un disque à bol flottant monté sur l'extension périphérique 51 de l'élément formant moyeu. On rappelle que le principe du bol flottant consiste à prévoir un système de plots (ou similaire) répartis à la périphérie du moyeu, ces plots pénétrant des évidements ménagés dans le disque. Les évidement ont des dimensions axiales supérieures à la partie en saillie des plots, d'où une mobilité possible du disque par rapport au moyeu et le terme de bol flottant . 20 REVENDICATIONS 1. Partie tournante d'un essieu de véhicule automobile du type comprenant un porte-moyeu (2), un élément formant moyeu (5), un élément formant disque de freins (6), et au moins un roulement (7) permettant la rotation dudit élément formant moyeu (5) et dudit élément formant disque de freins (6) par rapport audit porte-moyeu (2), caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements (7) sont montés sur une partie externe (212) dudit porte-moyeu (2) et coopérant avec ledit élément formant disque (6) de freins et/ou ledit élément formant moyeu (5). 2. Partie tournante d'un essieu selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements (7) sont des roulements à billes. 3. Partie tournante d'un essieu selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit roulement (7) est un roulement à billes comprenant une rangée de billes (74) unique. 4. Partie tournante d'un essieu selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements (7) sont des roulements à rouleaux. 5. Partie tournante d'un essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit élément formant moyeu (5) comprend une extension périphérique (51) définissant un logement pour ledit ou lesdits roulements (7). 6. Partie tournante d'un essieu selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit élément formant moyeu (5) comprend une partie centrale (50) engagée dans un évidement (21) central dudit porte-moyeu (2), ladite extension (51) périphérique formant un bol par rapport à ladite partie centrale (50). 7. Partie tournante d'un essieu selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ledit élément formant disque (6) est monté par coulissement sur ladite extension périphérique. 8. Partie tournante d'un essieu selon l'une des revendications 5 et 6,caractérisée en ce que ledit élément formant disque (6) est un disque à bol flottant monté sur ladite extension. 9. Partie tournante d'un essieu selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que ledit porte-moyeu (2) présente un épaulement externe (2121) définissant avec ladite extension (51) un volume dans lequel vient s'inscrire ledit ou lesdits roulements (7). 10. Partie tournante d'un essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements (7) sont maintenus sur ledit porte-moyeu (2) et/ou sur ledit élément formant moyeu (5) à l'aide d'au moins un anneau d'arrêt (73). 11. Partie tournante d'un essieu selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit ou lesdits anneaux d'arrêt (73) présente(nt) une section évasée. 12. Partie tournante d'un essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit élément formant moyeu (5) présente une extension périphérique (51) comprenant ledit élément formant disque de freins (6) et formant avec celui-ci un ensemble monobloc. 13. Partie tournante d'un essieu selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisée en ce que ladite extension périphérique (51) présente des orifices (512) pour le passage de moyens de fixation d'une roue audit élément formant moyeu (5). 14. Essieu de véhicule automobile comprenant une partie tournante du type comprenant un porte-moyeu (2), un élément formant moyeu (5), un élément formant disque de freins (6), et au moins un roulement (7) permettant la rotation dudit élément formant moyeu (5) et dudit élément formant disque de freins (6) par rapport audit porte-moyeu (2), caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements (7) sont montés sur une partie externe (212) dudit porte-moyeu (2) et coopérant avec ledit élément formant disque (6) de freins et/ou ledit élément formant moyeu (5). 15. Véhicule automobile équipé d'un essieu du type comprenant une partie tournante du type comprenant un porte-moyeu (2), un élément formant moyeu(5), un élément formant disque de freins (6), et au moins un roulement (7) permettant la rotation dudit élément formant moyeu (5) et dudit élément formant disque de freins (6) par rapport audit porte-moyeu (2), caractérisée en ce que ledit ou lesdits roulements (7) sont montés sur une partie externe (212) dudit porte-moyeu (2) et coopérant avec ledit élément formant disque (6) de freins et/ou ledit élément formant moyeu (5).