Brevet FR2901180A1 — publié le 20071123

DISPOSIF DE BUTÉE DE SUSPENSION DE VÉHICULE A ÉTANCHÉITÉ RENFORCÉE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte à une butée de suspension pour une jambe de suspension de véhicule, notamment pour une jambe de suspension télescopique de roue directrice de véhicule automobile, pourvue d'une palier et de moyens de protection de ce palier. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Traditionnellement, les paliers de butée de suspension sont logés dans des boîtiers en deux parties, fermés par des lèvres d'étanchéité fixées à l'une des parties du boîtier et frottant sur l'autre partie du boîtier, comme illustré dans le document EP 1 000 781. Cette technologie a le désavantage d'induire un couple de frottement entre les parties tournantes, dit couple de traînée, qui est particulièrement nuisible dans les applications à des roue directrices. [0003] Pour éliminer ce couple de traînée, il a été proposé de remplacer les garnitures d'étanchéité traditionnelles par des dispositifs à chicane sans contact, c'est-à-dire des dispositifs dont les éléments tournants sont imbriqués les uns dans les autres, sans contact de manière à créer une perte de charge importante entre l'extérieur et le logement du palier. Un premier exemple de ce type de technologie est offert par le document FR 2 857 906, qui décrit une butée de suspension pour une jambe de suspension à ressort à boudin, comportant un palier de butée définissant un axe de rotation du dispositif et pourvu d'une rondelle métallique inférieure tournant par rapport à une rondelle métallique supérieure. Une pièce d'appui en matière synthétique est disposée entre le ressort à boudin et le palier, pour transmettre à la rondelle inférieure les efforts exercés par le ressort. Un couvercle recouvre la rondelle supérieure et délimite avec la pièce d'appui un logement pour le palier. Le couvercle est pourvu d'une jupe cylindrique recouvrant sans contact une zone périphérique cylindrique de la pièce d'appui et délimitant une perte de charge entre le logement et l'extérieur. La structure simple de la perte de charge permet de s'accommoder de mouvements relatifs entre le couvercle et la pièce d'appui, mouvement qui sont dus notamment à la faible rigidité des rondelles du palier. Toutefois, les remontées de liquide par capillarité ne sont pas exclues et l'étanchéité n'est pas de bonne qualité. [0004] Un deuxième exemple de protection d'un palier de butée de suspension sans contact est offert par le document US 6 257 605, qui décrit une butée de suspension pour une jambe de suspension à ressort à boudin, comportant un palier de butée définissant un axe de rotation du dispositif et pourvu d'une rondelle métallique inférieure tournant par rapport à une rondelle métallique supérieure. Une pièce d'appui en matière synthétique est disposée entre le ressort à boudin et le palier, pour transmettre à la rondelle inférieure les efforts exercés par le ressort. Un couvercle recouvre la rondelle supérieure et délimite avec la pièce d'appui un logement pour le palier. Le couvercle et la pièce d'appui délimitent un premier joint à labyrinthe. Un deuxième joint à labyrinthe, extérieur au premier, est délimité entre un prolongement de la pièce d'appui et une tôle de fixation du palier à la caisse du véhicule. Entre les deux joints à labyrinthe est disposé une chambre annulaire de grandes dimensions pourvue d'un drain. La complexité du dispositif et de ses pièces constitutives est extrême. Le deuxième joint à labyrinthe a nécessairement des jeux importants, du fait de son éloignement de l'axe de la jambe de suspension, car les mouvement de la jambe hors de son axe du fait des déformation élastiques des pièces et des jeux de fonctionnement, s'y trouvent amplifiés. Les performances de ce joint extérieur en terme d'étanchéité sont donc mauvaises, ce qui rend d'ailleurs le drain de la chambre intermédiaire nécessaire. De plus, le drain s'écoule directement dans une chambre de protection de la tige de l'amortisseur télescopique de la jambe de suspension, ce qui vient polluer l'amortisseur. Le système est donc peu performant et très onéreux. EXPOSE DE L'INVENTION [0005] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer une butée qui permette, sans frottement et sans augmenter significativement l'encombrement axial et radial, d'assurer une étanchéité de bonne qualité entre les éléments tournant d'une butée de suspension. [0006] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de butée de suspension pour une jambe de suspension d'un véhicule, la jambe étant pourvue d'un ressort à boudin, le dispositif comportant : un palier de butée rigide définissant un axe de rotation du dispositif et pourvu d'une rondelle métallique inférieure tournant par rapport à une rondelle métallique supérieure ; une pièce d'appui en matière synthétique pour 25 transmettre à la rondelle inférieure les efforts exercés par le ressort, la pièce intermédiaire d'appui comportant une zone d'appui annulaire de la rondelle inférieure ; et un couvercle recouvrant la rondelle supérieure et 30 délimitant avec la pièce d'appui un logement pour le palier, le couvercle étant pourvu d'une jupe recouvrant sans contact une zone périphérique de la pièce d'appui et délimitant avec la zone périphérique de la pièce d'appui un labyrinthe annulaire, disposé radialement à l'extérieur du logement et reliant le logement à l'extérieur, le labyrinthe annulaire comportant successivement, de l'intérieur vers l'extérieur du logement, une première perte de charge annulaire de jeu radial J1, une deuxième perte de charge annulaire de jeu axial J2, et une troisième perte de charge annulaire de jeu radial J3. 7] La rigidité du palier permet de réaliser des jeux relativement faibles, sans risque de frottement au niveau du labyrinthe. [0008] Préférentiellement, la jupe forme une paroi cylindrique supérieure qui délimite avec la zone périphérique de la pièce d'appui la première perte de charge. La zone périphérique de la pièce d'appui comporte une collerette annulaire pourvue d'un bord d'extrémité radiale situé en regard de la paroi cylindrique supérieure et délimitant avec la paroi cylindrique supérieure la première perte de charge. La collerette annulaire forme un épaulement coopérant avec des crochets élastiques faisant saillie de la jupe du couvercle. Ces crochets élastiques ne sont pas en contact avec l'épaulement dans les conditions d'utilisation, une fois le dispositif monté sur le véhicule, mais servent à maintenir ensemble le couvercle, le palier et la pièce d'appui pour former un sous-ensemble fonctionnel prémonté. [0009] Avantageusement, la zone périphérique de la pièce 30 d'appui comporte une paroi cylindrique formant avec la jupe la troisième perte de charge, et située à une distance radiale A de la paroi cylindrique supérieure de la jupe, les grandeurs A et E étant liées par la relation : A 4 x J1 x J2. Selon un mode de réalisation, la 20 zone périphérique de la pièce d'appui délimite avec la jupe une cavité annulaire inférieure ayant une aire de section radiale S2, située entre la troisième perte de charge et la quatrième perte de charge, et telle que S2 4 x J4 x J3. Les cavité annulaires supérieure, intermédiaire et inférieure 25 limitent les montées de liquide par capillarité. La cavité supérieure permet également le stockage de graisse. [0018] Selon un mode de réalisation, les premier et troisième jeux sont égaux. Selon un mode de réalisation, le jeu J3 est inférieur à 2mm. Selon un mode de réalisation, J1 30 et J2 sont inférieurs à 2mm. [0019] Préférentiellement, les rondelles du palier sont réalisées en tôle emboutie et ont une épaisseur supérieure à 1,2mm. [0020] Préférentiellement des corps roulants sont disposés 5 entre les rondelles supérieure et inférieure. [0021] Selon un mode de réalisation, les corps roulants sont des billes, ayant une ligne de charge inclinée par rapport à l'axe de rotation. [0022] Avantageusement, le diamètre extérieur d), de la 10 jupe et le diamètre primitif 4)2 du palier sont tels que : [0023] Ainsi, les déplacement relatifs des pièces en flexion ont peu d'effets, de sorte que les risques de 15 frottement au niveaux des parois du labyrinthe sont limités. [0024] La pièce d'appui est pourvue d'un épaulement d'appui du ressort. Préférentiellement, le diamètre extérieur 4)3 de l'épaulement d'appui du ressort et le diamètre extérieur d), de la jupe sont tels que : 0,9≤ l s 1,1 (D3 [0025] Ceci permet de limiter les déformations en flexion des pièces, et par voie de conséquence limite les risques de frottement entre les parois du labyrinthe dans les conditions 25 de fonctionnement. [0026] La rigidité du palier est telle que lorsque le dispositif orienté de manière à ce que son axe de rotation 20 soit vertical, est maintenu par un étau à une extrémité diamétrale de sa périphérie située dans un premier plan géométrique axial de référence, qu'à l'extrémité diamétrale opposée située dans le premier plan axial est: appliquée une force F verticale correspondant à un couple de FxD = 70 Nm, D étant la distance entre le point d'application de la force F et un deuxième plan géométrique axial perpendiculaire au premier plan axial, la pièce intermédiaire d'appui étant en appui sur une cale disposée dans le deuxième plan axial, l'angle de déflexion de la partie du dispositif située du côté de l'extrémité diamétrale d'application de la force F, mesuré dans le premier plan axial est inférieur à 8 . BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0027] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente, en coupe axiale, une butée d'une 20 jambe de suspension selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 représente un détail de la butée du premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3 représente un banc de mesure de la rigidité en 25 flexion d'une butée selon l'invention ; - la figure 4 représente, , en coupe axiale, une butée d'une jambe de suspension selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0028] Pour alléger la présentation, les éléments communs 30 aux différents modes de réalisation seront désignés par les mêmes signes de référence et leur description ne sera pas systématiquement répétée. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0029] En référence à la figure 1, une jambe de suspension télescopique comporte un ressort à boudin 10, un amortisseur télescopique dont seule la tige 12 est visible, et un tampon amortisseur de chocs 14, ces éléments étant disposés entre une roue et la caisse d'un véhicule. La tige 12 de l'amortisseur est fixée à son extrémité supérieure par l'intermédiaire d'une bride de liaison 16 à un bloc élastomère 18 renforcé par un insert métallique 20 et fixé, de manière connue en soi, à la structure d'un véhicule. Le bloc élastomère 18 constitue également un siège supérieur d'appui pour un couvercle 22 dans lequel est logé un palier à roulement 24 d'une butée de suspension 25. [0030] Le palier 24 est constitué d'une rondelle supérieure 26 et d'une rondelle inférieure 28, toutes deux en acier embouti, et formant des chemins de roulement à contact oblique pour des corps roulants tels que des billes 30 ou des rouleaux coniques. Le palier définit ainsi un axe de rotation 31 de la butée. La rondelle supérieure 26 prend appui sur le fond 32 du couvercle 22 alors que la rondelle inférieure 28 est en appui sur une zone d'appui 34 constituant un relief de positionnement à la surface supérieure 36 d'une pièce d'appui 38 en matériau synthétique. La pièce d'appui 38 comporte, du côté de sa surface inférieure 42, une jupe cylindrique 44 qui sépare un épaulement transversal extérieur 46 d'appui du ressort 10 et un épaulement transversal intérieur 48 d'appui du tampon amortisseur 14. Entre l'épaulement extérieur 46 et le ressort 10 peut être interposée l'extrémité annulaire 50 d'une manchette 52 en accordéon destinée à la protection de l'amortisseur contre les pollutions extérieures, cette extrémité 50 de la manchette formant le cas échéant un filtre mécanique entre le ressort et la pièce intermédiaire, permettant notamment de limiter la transmission à la caisse du véhicule des bruits de roulement de la roue. [0031] Le couvercle 22 délimite avec la pièce d'appui un logement 54 pour le palier 24. Le couvercle 22 est pourvu d'une jupe 56 recouvrant sans contact une zone périphérique 58 de la pièce d'appui 38 et délimitant avec la zone périphérique 58 de la pièce d'appui un labyrinthe annulaire 60 reliant le logement 54 à l'extérieur. [0032] Comme représenté en détail sur la figure 2, ce labyrinthe annulaire 60 comporte successivement, en cheminant du logement vers l'extérieur, une première perte de charge de jeu radial J1 constituée entre une paroi intérieure cylindrique 62 de la jupe et une collerette 64 de la zone périphérique 58 de la pièce d'appui, puis une deuxième perte de charge de jeu axial J2, constituée entre une paroi annulaire plane 66 de la jupe et une paroi annulaire plane 68 d'une saillie radiale 70 de la pièce d'appui, puis une troisième perte de charge de jeu axial J3, constituée entre une deuxième paroi intérieure cylindrique 72 de la jupe et un bord cylindrique 74 de la saillie 70, puis enfin une quatrième perte de charge de jeu axial J4, constituée entre le bord d'extrémité inférieure tronconique 80 de la jupe et une paroi tronconique 82 d'une collerette 84 de la zone périphérique de la pièce d'appui, dont la partie inférieure constitue l'épaulement 46 d'appui du ressort 10. [0033] La collerette 64 forme par ailleurs un épaulement 86 qui permet d'insérer des crochets élastiques 88 faisant saillie radialement vers l'intérieur à partir de la jupe intérieure 56. Ces crochets 88 servent à solidariser le couvercle 22 à la pièce d'appui 44 pour former un sous-ensemble unitaire qui est monté tel quel sur bloc élastomère 18. [0034] Le labyrinthe 60 est situé axialement en dessous d'une ouverture annulaire extérieure 89 du palier délimitée par les rondelles supérieure 26 et inférieure 28. Le couvercle 22 délimite une cavité supérieure 90 entre l'ouverture annulaire extérieure 89 du palier et la première perte de charge. Une cavité annulaire intermédiaire 91 est formée entre la saillie radiale 70, la collerette 64 de la pièce d'appui et la jupe 56. Cette cavité, partiellement occupée par les crochets 88, est intermédiaire entre les première et deuxième pertes de charge et d'une section S1 relativement importante de préférence supérieure à 4xJ2xJ1. De même, une cavité annulaire inférieure 92 est formée entre la saillie radiale, la paroi tronconique et la jupe. Cette cavité 92, ouverte d'un côté sur la troisième perte de charge et de l'autre sur la quatrième perte de charge, est également d'un volume important, sa section S2 étant de préférence supérieure à 4xJ3xJ4. Les trois cavités 90, 91, 92 permettent d'interrompre les remontées de liquides par capillarité. De plus, la pente descendante de la paroi tronconique 82 favorise l'évacuation des éventuelles pollutions extérieures. [0035] Les jeux radiaux J1 et J3 doivent avoir une dimension minimale qui est fonction essentiellement des tolérances radiales de montage et des déformations radiales du dispositif dans les conditions d'utilisation. En pratique J1 et J3 peuvent être égaux et relativement faibles, de l'ordre de 1 mm à 2,5 mm par exemple, et de préférence supérieurs à 1,5 mm. [0036] Les jeux axiaux J2 et J4 doivent pour leur part avoir une dimension minimale qui est fonction des tolérances axiales de montage ainsi que des déformation axiales et de flexion du dispositif dans les conditions d'utilisation. Pour réduire l'influence des déformations de flexion et maintenir ces jeux suffisamment faibles réduire les jeux sans risquer de provoquer un contact entre les pièces, le diamètre extérieur 4)1 de la jupe ne doit pas être beaucoup plus important que le diamètre primitif 4), du palier. Préférentiellement, [0037] Dans cet exemple de réalisation, on a : 1,1 [0038] De même, le diamètre extérieur 4)3 de l'épaulement d'appui du ressort doit être du même ordre de grandeur que le 10 diamètre extérieur 4)1 de la jupe. Préférentiellement, 0,9≤ ` s 1,1 (1)3 [0039] Dans cet exemple de réalisation, on a : (D, .1,0 (D3 [0040] Il est à noter que les rondelles 26, 28 constituant 15 le palier 22 ont une rigidité élevée, qui permet de maintenir des jeux très faibles au niveau des pertes de charge. Ces rondelles 26, 28 sont préférentiellement constituées en tôle emboutie de 1,2 à 2 mm d'épaisseur. Dans l'exemple de réalisation, on a utilisé une tôle de 1,5 mm. 20 [0041] Pour caractériser la rigidité du sous-ensemble 100 constitué par le couvercle 22, le palier 24 et la pièce d'appui 38, on a réalisé un essai de qualification, représenté sur la figure 3. On maintient dans un étau 102 par sa portion la plus fine, entre le couvercle 22 et 25 l'épaulement d'appui du ressort 46, une extrémité diamétrale 104 de la périphérie du sous-ensemble, située dans un premier plan géométrique axial de référence parallèle au plan de la figure, l'axe de rotation du palier étant vertical. La pièce d'appui 38 est mise en appui sur une cale 106 disposée dans un deuxième plan axial 108 perpendiculaire au premier plan axial. A l'extrémité diamétrale 110 opposée à l'étau 102 et située dans le premier plan axial est appliquée par l'intermédiaire d'un appui 112 une force F verticale correspondant à un couple de FxD = 70 Nm, D étant la distance entre le point d'application de la force F et un deuxième plan géométrique axial perpendiculaire au premier plan axial. On mesure l'angle de déflexion a de la partie du dispositif située du côté de l'extrémité diamétrale d'application de la force F, dans le premier plan axial. On considère que le sous-ensemble, et en particulier le palier, est suffisamment rigide lorsque l'angle mesuré est inférieur à 10 , et de préférence inférieur à 8 . Une telle rigidité permet d'assurer, dans les conditions normales d'utilisation, une absence de frottement entre les pièces au niveau du labyrinthe. [0042] Un deuxième mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 4. La butée de suspension de ce deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation par le fait que le bord d'extrémité de la jupe 80 et la paroi 82 de la pièce d'appui qui lui fait face sont plans. [0043] Naturellement, diverses modifications sont possibles. [0044] Les corps roulants peuvent être des rouleaux. L'invention n'est pas limitée à des paliers à roulements, 30 mais également à des paliers lisses. [0045] La pièce d'appui peut être renforcée par un insert métallique. Sa face inférieure peut être partiellement recouverte d'une coupelle métallique. [0046] Un anneau élastomère dense peut être disposé entre 5 la rondelle supérieure et le couvercle. 10 15 20 REVENDICATIONS 1. Dispositif de butée de suspension pour une jambe de suspension d'un véhicule, la jambe étant pourvue d'un ressort à boudin (10), le dispositif comportant : un palier de butée (24) rigide définissant un axe de rotation (31) du dispositif et pourvu d'une rondelle métallique inférieure (28) tournant par rapport à une rondelle métallique supérieure (26) ; une pièce d'appui (38) en matière synthétique pour transmettre à la rondelle inférieure les efforts exercés par le ressort, la pièce intermédiaire d'appui comportant une zone d'appui annulaire (34) de la rondelle inférieure ; et un couvercle (22) recouvrant la rondelle supérieure et délimitant avec la pièce d'appui un logement (54) pour le palier, le couvercle étant pourvu d'une jupe (22) recouvrant sans contact une zone périphérique (58) de la pièce d'appui et délimitant avec la zone d'appui un labyrinthe périphérique de la pièce annulaire (60), disposé 25 radialement à l'extérieur du le logement à l'extérieur, le comportant successivement, l'extérieur, une première logement et reliant labyrinthe annulaire du logement vers perte de charge 30 annulaire de jeu radial J1, une deuxième perte de charge annulaire de jeu axial j2, puis une troisième perte de charge annulaire de jeu radial J3. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que la jupe comporte une paroi cylindriquesupérieure (62) délimitant avec la zone périphérique de la pièce d'appui de la première perte de charge. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que la zone périphérique de la pièce d'appui comporte une collerette annulaire (64) pourvue un bord d'extrémité radiale (74) situé en regard de la paroi cylindrique supérieure et délimitant avec la paroi cylindrique supérieure la première perte de charge. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce que la collerette annulaire forme un épaulement (86) coopérant avec des crochets élastiques (90) faisant saillie de la jupe du couvercle. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en outre en ce que la zone périphérique de la pièce d'appui comporte une paroi cylindrique (74) formant avec la jupe la troisième perte de charge, et située à une distance radiale A de la paroi cylindrique supérieure de la jupe, les grandeurs A et: E étant liées par la relation : A 5 2,5 E. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce que le labyrinthe annulaire comporte, après la troisième perte de charge vers l'extérieur, une quatrième perte de charge annulaire de jeu axial J4. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que la jupe comporte une paroi annulaire plane ou tronconique (82) délimitant avec la zone périphérique de la pièce d'appui la quatrième perte de charge, la paroiannulaire plane ou tronconique ayant une dimension radiale E. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que la paroi annulaire plane ou tronconique de la jupe est constituée par un bord d'extrémité (82) de la jupe, la jupe ayant au moins au niveau de ce bord une épaisseur égale à E. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en outre en ce que : - la zone périphérique de la pièce d'appui comporte une paroi annulaire plane (68) délimitant avec la jupe la deuxième perte de charge ; - la paroi annulaire plane (66) de la jupe est située à une distance B de la paroi annulaire plane ou tronconique (80), les grandeurs B et E étant liées par la relation : B 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce que la jupe comporte une paroi cylindrique inférieure (72) délimitant avec la zone périphérique de la pièce d'appui la troisième perte de charge. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en outre en ce que la jupe comporte une paroi annulaire plane (66) délimitant avec la zone périphérique de la pièce d'appui la deuxième perte de charge.