Brevet FR2900697A1 — publié le 20071109

L'invention concerne un assemblage mécanique entre une première pièce présentant un trou et une deuxième pièce présentant un pion venant se loger dans le trou, l'assemblage comprenant un moyen pour provoquer un rapprochement des deux pièces l'une contre l'autre. Dans le domaine de l'automobile, ce type d'assemblage est utilisé pour solidariser les paliers de train arrière d'un véhicule au châssis de ce véhicule. 10 Le train arrière du véhicule comprend en général deux bras oscillants permettant de relier les roues arrière du véhicule au châssis et de transmettre les efforts des roues au châssis. A l'une des extrémités de chacun des bras oscillants, une roue est montée libre en rotation et, à l'autre des extrémités de chacun des bras oscillants, le bras oscillant est 15 articulé sur le châssis. Cette articulation est réalisée par le biais d'un palier, le bras oscillant étant articulé dans le palier, et le palier étant solidaire du châssis. Les bras oscillants sont rappelés vers une position définie par l'action des éléments de suspension de train arrière sur ceux-ci. 20 Les paliers de train arrière sont en général assemblés au châssis au moyen de vis qui traversent les paliers et se vissent dans le châssis. Les efforts transmis du train arrière au châssis présentent des composantes de cisaillement au niveau de l'interface palier-châssis. Dans ce type 25 d'assemblage, les efforts de cisaillement transmissibles dépendent d'une part du coefficient de frottement existant à l'interface palier-châssis et de l'effort de pression du palier sur le châssis qu'exercent les vis. Etant donnée leur fonction de liaison du train arrière du véhicule à son 30 châssis, les paliers doivent être positionnés avec précision sur le châssis pour que le train arrière soit aligné avec le châssis. Pour respecter ces MS\2.R442.12FR.5.dpt.doc5 contraintes de positionnement les paliers comprennent des pions de centrage venant lors de l'assemblage se loger dans des trous prévus dans les châssis. Les pions de centrage s'engagent dans les trous avec des jeux relativement importants tenant compte notamment des dispersions dans les cotes de fabrication réalisées des trous dans les châssis et des pions de centrage sur les paliers. Pour augmenter l'intensité des composantes de cisaillement transmissibles, il est nécessaire d'augmenter le coefficient de frottement 10 existant à l'interface palier-châssis et/ou d'augmenter l'effort de pression du palier sur le châssis en augmentant le nombre de vis, leur diamètre ou encore la limite élastique du matériau les constituant. En effet, du fait des jeux existant entre les pions de centrage et les trous évoqués plus haut, les pions ne peuvent pas être utilisés pour reprendre les efforts de 15 cisaillement au niveau des interfaces palier-châssis. L'augmentation de l'effort de pression exercé par le palier sur le châssis en modifiant l'un des paramètres précités n'est pas sans conséquence sur le coût de l'assemblage. 20 En outre, afin d'améliorer la résistance des châssis à la corrosion, les constructeurs automobiles introduisent de plus en plus de la cire dans les éléments creux de la structure des châssis, notamment au niveau des fixations de paliers de train arrière sur le châssis. Cette cire s'interpose 25 au niveau des interfaces palier-châssis et diminue le coefficient de frottement palier-châssis. Elle nuit par conséquent à la tenue de l'assemblage palier-châssis aux efforts de cisaillement. Pour remédier à cet inconvénient, il est connu de prévoir de disposer, 30 entre les paliers et les châssis, des rondelles. Elles permettent MS\2.R442.12FR. 5.dpt.doc d'améliorer la tenue mécanique de l'assemblage aux efforts de cisaillement. On connaît d'une part des rondelles présentant des stries radiales. Pour que l'utilisation de ces rondelles soit efficace, il est nécessaire qu'une condition importante soit respectée : le matériau dans lequel sont réalisées ces rondelles doit être significativement plus dur que les matériaux dans lesquels sont réalisés le palier et le châssis. Cette condition permet aux stries des rondelles de pénétrer localement dans les pièces avec lesquelles elles viennent en contact et, par conséquent, d'augmenter la résistance au cisaillement de l'assemblage. Etant donné les performances mécaniques imposées aux paliers et aux châssis, les valeurs des résistances mécaniques des matériaux les constituant sont élevées. Ces valeurs des résistances mécaniques des matériaux étant en général corrélées à leurs valeurs de dureté, cette condition s'avère difficile à réaliser. On connaît d'autre part des rondelles présentant des bossages sur leurs faces inférieures et supérieures, ces bossages étant réalisés par emboutissage. Ces rondelles présentent les mêmes inconvénients que ceux concernant les rondelles striées. On connaît enfin des rondelles présentant des billes serties dépassant de leurs faces inférieure et supérieure, une même bille dépassant à la fois de la face inférieure et de la face supérieure. Du fait de la dureté très élevée des billes utilisées, celles-ci pénètrent sans problème les pièces avec lesquelles elles viennent en contact sous l'effet des efforts de pression qu'exercent les vis d'assemblage des pièces. Cependant, l'utilisation de rondelles à monter à l'interface des paliers et des châssis a des conséquences néfastes sur les coûts d'assemblage. MS\2.R442.12FR..5. dpt. doc Le but de l'invention est de fournir un assemblage obviant aux inconvénients évoqués plus haut et améliorant les assemblages connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un assemblage dont 5 la tenue aux efforts de cisaillement est améliorée à moindre coût. A cette fin, l'assemblage selon l'invention est caractérisé en ce que les dimensions du trou et du pion sont telles que le rapprochement des deux pièces l'une contre l'autre provoque une déformation élastique locale de 10 la première pièce au niveau du trou. Le moyen pour contraindre les deux pièces à se rapprocher l'une de l'autre peut comprendre au moins deux vis. 15 Le trou peut avoir une forme circulaire et le pion peut avoir, au moins localement, la forme d'un tronc de cône. L'angle au sommet du tronc de cône peut être compris entre 0 et 140 . 20 La première pièce peut être un élément de châssis d'un véhicule, respectivement, un palier d'articulation de train arrière d'un véhicule et la deuxième pièce peut être un palier d'articulation de train arrière d'un véhicule, respectivement, un élément de châssis d'un véhicule. 25 La deuxième pièce peut avoir, au niveau du pion, une rigidité supérieure à celle que présente la première pièce au niveau du trou. La première pièce peut comprendre un renfort pour délimiter une zone de déformation autour du trou. MS\2.R442.12FR.5.dpt.doc 30 Le pion peut être embouti ou rapporté emmanché ou rapporté serti ou rapporté soudé. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation 5 d'un assemblage selon l'invention appliqué à la fixation d'un palier de train arrière de véhicule sur un châssis de véhicule. La figure 1 est une vue situant le palier de train arrière par rapport au châssis du véhicule et au train arrière du véhicule. La figure 2 est une vue de détail en coupe d'un palier de train arrière et d'un longeron de châssis d'un véhicule avant assemblage, le palier de train arrière et le longeron étant destinés à être assemblés l'un à l'autre. 15 La figure 3 est une vue de détail en coupe d'un palier de train arrière et d'un longeron de châssis d'un véhicule une fois assemblés. Un train arrière 1 de véhicule représenté à la figure 1 est articulé autour d'un axe 15 au châssis 2 du véhicule. Le train arrière du véhicule 20 comprend deux bras oscillants 4 (un seul représenté) sur lesquels des roues 6 sont montées en liaison pivot par l'intermédiaire de fusées 5. Les bras oscillants 4 sont reliés au châssis 2 et plus particulièrement aux longerons 3 du châssis par l'intermédiaire de paliers 7 de train arrière. Ces paliers 7 (un seul représenté) sont fixés aux longerons grâce à des 25 vis 8. Les vis peuvent traverser le longeron verticalement et se visser dans des écrous venant appuyer sur le haut du longeron. Alternativement, les vis ne traversent qu'une des tôles du longeron et se vissent dans des éléments disposés à l'intérieur des longerons, solidaires de ceux-ci et présentant un filetage. Les paliers de train arrière peuvent 30 être fixés de la même manière à n'importe quel autre élément du châssis MS\2.R442.12FR.5.dpt.doc 10 du véhicule pourvu que celui-ci soit assez rigide. Ils peuvent notamment être fixés à une traverse du châssis. L'assemblage entre le palier et le longeron est décrit ci-après plus en détail en référence aux figures 2 et 3. Le longeron 3 est réalisé en acier, en profilé rectangulaire, et comprend une tôle inférieure 10 d'épaisseur e dans laquelle est pratiqué un trou circulaire 11 de diamètre C. Dans cette tôle inférieure, deux trous 20 de passage de vis 8 sont également pratiqués. Le palier 7 comprend une tôle 9. Cette tôle, réalisée en acier d'épaisseur E, présente un pion embouti 12 ayant la forme d'un tronc de cône de révolution de hauteur H, d'angle au sommet a (par exemple compris entre 0 et 140 ). Le pion a, à sa base, un diamètre P supérieur au diamètre C du trou 11. Dans cette tôle, deux trous 21 de passage de vis 8 sont pratiqués. Lors de l'assemblage du palier sur le longeron, le pion 12 vient, du fait de la différence de dimension existant entre le pion et le trou, s'encastrer dans le trou 11 en déformant ce dernier. Pour provoquer cette déformation, il est nécessaire que l'action mécanique du palier sur le longeron, et plus précisément l'action mécanique du pion 12 sur les bords du trou 111, soit importante. Cette action peut être produite par vissage des vis 8 ou par un effort exercé par un outil de montage sur le palier. L'encastrement du pion dans le trou permet de positionner le palier par rapport au longeron. La hauteur H et le diamètre supérieur p du pion doivent être déterminés pour assurer un bon accostage entre le pion et le trou dans le procédé d'assemblage qui est retenu. Ainsi, le couple de valeur hauteur H et diamètre supérieur p du pion pourront être différents selon que l'action d'emboutissage est obtenue par vissage MS\2.R442.12FR.5.dpt.doc uniquement ou qu'un effort exercé par un outil de montage contribue à l'action d'emboutissage. Afin de maîtriser l'étendue de la zone déformée autour du trou 11 pratiqué sur le longeron, il est utile de prévoir à proximité du trou des renforts 13a et 13b. Ces renforts peuvent avantageusement comprendre une entretoise par exemple tubulaire de révolution reliant les tôles inférieure et supérieure du longeron. Grâce à de tels renforts, la zone 14 de déformation autour du trou est limitée : dès qu'on se rapproche des renforts, la tôle du longeron n'est pratiquement plus déformée. Les distances Dl et D2 séparant les renforts du trou ne doivent pas être trop faibles sous peine de trop rigidifier le longeron et d'induire des efforts d'emboutissage très importants lorsque le pion vient déformer le trou. Des distances Dl et D2 supérieures à (P-C)/2 sont préconisées. Afin de garantir que lors de l'assemblage, la déformation des pièces est principalement localisée au voisinage du trou, on choisit une rigidité de tôle de palier supérieure à celle de la tôle inférieure du longeron, les épaisseurs E, e des tôles et les modules d'élasticité des matériaux les constituant étant deux paramètres déterminant les rigidités. En liaison avec les rigidités des tôles utilisées, les distances V1 et V2 séparant les axes 23 des vis 8 de l'axe 22 du trou et du pion déterminent l'effort d'emboutissage qu'il sera possible d'appliquer par simple vissage des vis 8. Plus ces distances sont importantes, plus l'effort d'emboutissage applicable par vissage est faible. Lorsque le palier est assemblé au longeron au moyen de deux vis 8, les axes 23 des vis 8 et 22 du pion et du trou sont de préférence alignés. Lorsque le palier est assemblé au longeron au moyen de plus de deux MS\2.R442.12FR. 5. dpt. doc vis, l'axe du pion et du trou se trouve de préférence à l'intérieur d'un polygone dont les sommets sont définis par les axes des vis. Comme représenté à la figure 3, une fois le palier fixé au longeron, un effort de cisaillement Fc du palier sur le longeron est repris, non seulement par des composantes Tf dues au coefficient de frottement existant à l'interface palier-longeron et aux efforts de pression T du longeron sur le palier, mais aussi par un effort de réaction R du bord déformé du trou 11 réalisé dans le longeron sur le pion 12. Cet effort de réaction est un effort s'opposant à la déformation en flexion et compression locale du bord du trou 11. On choisit le diamètre maximal P du pion, le diamètre C du trou et l'angle a de manière à ce que, lorsque l'assemblage est soumis à un effort de cisaillement nominal, le matériau constituant le longeron en bordure du trou 11 n'est pas plastifié. Cette condition est importante afin d'assurer un contact permanent entre le pion et la bordure du trou et, par conséquent, une reprise permanente des efforts de cisaillement à ce niveau. Dans le mode de réalisation précédemment décrit, il y a un seul pion prévu sur le palier. Cependant, dans le but d'améliorer encore la résistance au cisaillement de l'assemblage, plusieurs pions peuvent être prévus. L'existence de plusieurs pions permet en particulier d'améliorer la tenue de l'assemblage aux couples de cisaillement existant à l'interface palier-châssis. Cette tenue est d'autant plus importante que les pions sont éloignés les uns des autres. Dans le mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 à 3, le pion est réalisé par emboutissage de la tôle 9 constituant partie du palier 7. Cependant, dans des variantes de réalisation, le pion peut être rapporté sur cette tôle. Il peut notamment y être emmanché, serti ou soudé. MS\2.R442.12FR. 5.dpt.doc 9 Une autre solution qui permettrait la reprise de couples de cisaillement serait de prévoir un trou de forme polygonale et un pion de forme polygonale et au moins localement tronc-cônique (au sens mathématique du terme). L'assemblage selon l'invention permet, grâce aux caractéristiques particulières du pion et du trou, une amélioration de la résistance au cisaillement et d'assurer le positionnement du palier par rapport au châssis. 10 Bien que le mode de réalisation décrit comprend un pion sur le palier et un trou sur le châssis, il est évident que le trou pourrait être pratiqué sur palier et le pion pourrait être prévu sur le châssis. Dans ce cas, on choisirait les matériaux et les épaisseurs des éléments de palier et de 15 châssis de manière à ce que la déformation ait toujours lieu au voisinage du trou, c'est-à-dire sur le palier. L'invention peut être appliquée à tout assemblage de pièces soumises à des actions de cisaillement au niveau de leur interface. MS \2 . R442.12 FR. 5 . dpt. do c Revendications : 1. Assemblage mécanique entre une première pièce (3) présentant un trou (11) et une deuxième pièce (7) présentant un pion (12) venant se loger dans le trou (11), l'assemblage comprenant un moyen (8) pour provoquer un rapprochement des deux pièces l'une contre l'autre, caractérisé en ce que les dimensions du trou (11) et du pion (12) sont telles que le rapprochement des deux pièces l'une contre l'autre provoque une déformation élastique locale de la première pièce au niveau du trou. 2. Assemblage mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (8) pour contraindre les deux pièces à se rapprocher l'une de l'autre comprend au moins deux vis. 3. Assemblage mécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le trou a une forme circulaire et en ce que le pion a, au moins localement, la forme d'un tronc de cône. 4. Assemblage mécanique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'angle (a) au sommet du tronc de cône est compris entre 0 et 140 . 25 5. Assemblage mécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (3) est un élément de châssis (2) d'un véhicule, respectivement, un palier (7) d'articulation de train arrière (1) d'un véhicule et en ce que la deuxième pièce est un palier (7) d'articulation de train arrière (1) 30 d'un véhicule, respectivement, un élément de châssis (2) d'un véhicule. MS\2.R442.12FR..5.dpt.doc 2011 6. Assemblage mécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième pièce (7) a, au niveau du pion (12), une rigidité supérieure à celle que présente la première pièce (3) au niveau du trou (11). 7. Assemblage mécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (3) comprend un renfort (13a, 13b) pour délimiter une zone de déformation autour du trou (11). 8. Assemblage mécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pion (12) est embouti ou rapporté emmanché ou rapporté serti ou rapporté soudé. M S\2. R442.12FR. 5 . dpt. doc