Brevet FR2918725A1 — publié le 20090116

B07-2537FR - GK/EVH Société de droit suédois dite : Aktiebolaget SKF Dispositif de butée à roulement, en particulier pour suspension de roue de véhicule et mécanisme de suspension. Invention de : Dispositif de butée à roulement, en particulier pour suspension de roue de véhicule et mécanisme de suspension. L'invention concerne le domaine des dispositifs de butée à roulement, en particulier les butées utilisées dans les suspensions réglables de roue de véhicule. Dans les suspensions, les butées à roulement permettent de transmettre les charges axiales entre un ressort de suspension et la caisse du véhicule tout en autorisant une possibilité de rotation du ressort. Par ailleurs, des suspensions réglables permettent de faire varier la force exercée par le ressort dans une position axiale donnée. On peut se référer au document US 2006/0 131 799. Les figures 8 et 9 montrent un ressort de suspension disposé entre des plateaux montés sur des butées à billes. L'un des plateaux ou les deux, peuvent être actionnés par un servomoteur. La rotation provoque le déplacement de la ligne de charge du ressort, d'où une modification du bras de levier entre le bras de suspension et le ou les points d'articulation du bras et donc une modification de la raideur de la suspension. Lors de la rotation du ressort, le déplacement du point d'application de la ligne de charge du ressort s'effectue suivant une trajectoire circulaire, voir notamment la figure 6 du document US 2006/0 131 799. Il en résulte au niveau des points d'articulation des deux extrémités du bras sur lequel viennent en appui le plateau inférieur et sa butée, des moments importants et de fortes contraintes dissymétriques dans les articulations, en particulier lorsque le point d'application de la charge du ressort se trouve à la distance maximale de l'axe de symétrie du bras articulé. Ces contraintes peuvent aboutir à la longue à une fatigue des axes, à des prises de jeu, voire à des ruptures d'articulations. La dissymétrie des efforts par rapport à l'axe principal du bras peut également provoquer des torsions dans le bras, susceptibles d'induire des déformations nuisibles au bon fonctionnement de la suspension. L'invention se propose de résoudre les problèmes de l'art antérieur évoqués ci-dessus. L'invention propose une butée à roulement autorisant un réglage de la position de la ligne de charge d'un ressort tout en conservant sensiblement un centrage de ladite ligne de charge par rapport au bras de la suspension. Le dispositif de butée à roulement est destiné à être interposé entre un élément mobile en rotation autour d'un axe par exemple un ressort et un élément non tournant. Le dispositif peut être chargé de façon excentrée par rapport à l'axe de rotation de l'élément tournant. Le dispositif comprend un plateau mobile en rotation équipé d'un pignon pourvu d'une denture extérieure, et un plateau non tournant muni d'une couronne à denture intérieure engrenant avec le pignon. Le plateau tournant vient en appui sur un premier roulement coaxial audit pignon. Le premier roulement vient en appui sur un deuxième roulement supporté par le plateau non tournant. L'axe du deuxième roulement est parallèle à l'axe du premier roulement. Le deuxième roulement est coaxial à la couronne de telle sorte que l'axe dudit premier roulement puisse se déplacer sur une trajectoire circulaire autour de l'axe du deuxième roulement. Ainsi, la trajectoire de la ligne de charge reste à une faible distance d'un axe idéal situé entre les bras de suspension et pour lequel la génération de moment et de contrainte dissymétrique est minimale. Dans un mode de réalisation, le diamètre primitif du pignon est sensiblement égal à la moitié du diamètre primitif de la couronne sur laquelle le pignon engrène. Ainsi, la ligne de charge peut décrire une hypocycloïde à deux rebroussements très proches d'une droite de La Hire, en d'autres termes, d'un segment de droite. Dans un mode de réalisation, les axes de rotation des deux roulements sont excentrés l'un par rapport à l'autre, d'une valeur sensiblement égale au demi diamètre primitif du pignon. Dans un mode de réalisation, la trajectoire de la ligne de charge sur le bras est comprise dans une bande de largeur inférieure à 10% du diamètre du premier roulement, préférablement 5%. Dans un mode de réalisation, la trajectoire de la ligne de charge sur le bras est comprise dans une bande de largeur inférieure à 10%, préférablement 5%, de la largeur du bras au niveau de l'articulation sur le châssis. Dans un mode de réalisation, la ligne de charge de l'élément mobile en rotation, par exemple un ressort, présente une trajectoire située sensiblement dans le plan axial de symétrie commun aux deux roulements lorsque le pignon roule dans la couronne. On réduit ainsi la dissymétrie des contraintes et les moments dans les articulations de la suspension. On entend par ligne de charge, la ligne géométrique de la résultante des efforts exercés par le ressort sur la butée inférieure et sur la butée supérieure. La ligne de charge peut être parallèle ou non à l'axe du premier roulement et parallèle ou non à l'axe passant par le centre des spires du ressort. Dans un mode de réalisation, les deux roulements comprennent une bague commune. La bague commune permet un transfert direct des efforts, ce qui s'avère particulièrement économique et robuste. La bague commune peut supporter un capot muni d'un joint d'étanchéité avec le plateau mobile et d'un joint d'étanchéité avec le plateau non tournant. On évite ainsi l'intrusion de polluants à proximité des roulements. Dans un mode de réalisation, la bague commune supporte un capot comprenant un crochet de retenue axiale avec le plateau tournant. Le plateau non tournant peut comprendre un crochet de retenue axiale avec le capot. Le dispositif peut ainsi former un ensemble à faible risque de démontage accidentel lors des manipulations et du transport préalables au montage dans une suspension. Dans un mode de réalisation, le plateau tournant est monté à rotation à la fois autour de l'axe du pignon et autour de l'axe du deuxième roulement. Dans un mode de réalisation, le plateau tournant comprend une surface de butée prévue pour coopérer avec une extrémité d'un élément mobile en rotation, par exemple une spire de ressort. La surface de butée peut présenter une rampe hélicoïdale permettant de reprendre la charge axiale du ressort et une surface sensiblement axiale permettant un couplage en rotation avec la spire d'extrémité dudit ressort. L'invention concerne également un mécanisme de suspension, en particulier pour roue de véhicule, comprenant un dispositif de butée à roulement tel que décrit ci-dessus, monté entre un élément mobile en rotation, par exemple un ressort et un bras de suspension. Le ressort peut être monté entre une butée supérieure fixée au châssis et le dispositif de butée à roulement monté en butée inférieure sur un bras de suspension. Le dispositif de butée à roulement peut être monté sur le bras à suspension dans une position comprise entre une articulation de liaison au châssis et une roue. Le dispositif de suspension peut comprendre un moyen pour faire tourner une extrémité du ressort. Le déplacement en rotation du ressort permet de modifier la position de la ligne de charge le long du bras articulé de la suspension. Par la modification de l'effet de levier du bras de suspension, la raideur de la suspension au niveau de la roue est modifiée. On obtient ainsi une suspension à raideur variable. En outre, on peut prévoir un amortisseur à coefficient d'amortissement variable ou non associé à la suspension. Grâce à l'invention, on améliore très sensiblement le centrage des efforts exercés par le ressort sur le bras articulé. I1 en résulte une réduction des efforts de torsion dans le bras articulé et une réduction des moments et des contraintes dissymétriques dans les articulations, d'où une moindre usure de la suspension et une réduction du risque de rupture d'articulation. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée 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 d'un mécanisme de suspension de véhicule ; - la figure 2 est une vue de dessus du bras de suspension du mécanisme de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'une butée associée à un ressort ; -les figures 4a à 4d sont des vues de dessus schématiques de la butée ; -la figure 5 est une vue en coupe transversale de la butée ; et - la figure 6 est une vue de détail de la butée. Comme on peut le voir sur la figure 1, un véhicule 1 dont une partie seulement est représentée, comprend un châssis 2 auquel est fixé un mécanisme de suspension 3 lié à une roue 4. Le mécanisme de suspension 3 comprend un bras de suspension 5 portant à une extrémité la roue 4 et muni d'une articulation 6 liée au châssis 2 à l'extrémité opposée à la roue 4. Le mécanisme de suspension 3 comprend un amortisseur 7 monté entre le châssis 2 et le bras de suspension 5 en un point situé entre l'articulation 6 et la roue 4. Le mécanisme de suspension 3 comprend un ressort 8 disposé entre une butée supérieure 9 du côté du châssis 2 et une butée inférieure 10 montée sur le bras de suspension 3. La butée inférieure 10 est disposée entre l'articulation 6 et la roue 4. Un axe géométrique 11 passe par le centre de la butée supérieure 9 et de la butée inférieure 10. Le ressort 8 présente un axe central 12 qui peut être distinct de l'axe 11, par exemple parallèle. La ligne de force du ressort 8 passe par un axe 13 qui peut être distinct de l'axe géométrique 12, notamment parallèle. Le ressort 8 peut présenter des spires de diamètres variables selon l'effet d'élasticité recherché. Sur la figure 2, l'axe 14 est un axe longitudinal du bras de suspension 5 passant par un plan généralement vertical de symétrie dudit bras 5. L'axe 14 peut être perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue 4. L'axe 14 peut être perpendiculaire à l'axe de l'articulation 6. L'articulation 6 est reliée à deux chapes 15 faisant partie du châssis 2. Dans l'art antérieur, la ligne de charge 13 du ressort 8 s'éloignait significativement de l'axe 14, notamment en étant susceptible de parcourir le contour de la butée inférieure 10. Au 7 contraire, l'invention permet de rapprocher considérablement la ligne de charge 13 de l'axe 14 et dans la mesure du possible, de rendre la ligne de charge 13 et l'axe 14 sécants. Comme illustré sur la figure 3, le ressort 8 présente des spires de grand diamètre sensiblement en son milieu, des spires de diamètre intermédiaire à son extrémité supérieure, et des spires de petit diamètre à son extrémité inférieure. La spire 8a d'extrémité inférieure est en contact avec la butée 10. La butée à roulement 10, est représentée plus en détail sur les figures 3, 5 et 6, et comprend un plateau inférieur non tournant 16 destiné à être fixé au bras 5, un plateau supérieur 17 mobile en contact avec le ressort 8 et un palier à roulement 18 disposé entre les plateaux 16 et 17. Le plateau inférieur 16 présente une forme générale annulaire avec une concavité supérieure fermée par un fond radial 16a. Au dessus du fond radial 16a, le plateau inférieur 16 comporte une couronne 16b formée par une denture dirigée vers l'intérieur, puis une surface toroïdale concave 16c destinée à supporter le palier à roulement 18. Hors de la concavité, le plateau inférieur 16 présente une surface inférieure radiale 16d et une surface latérale 16e s'étendant axialement vers le haut à partir de la surface radiale 16d. Le plateau inférieur 16 comprend également un bourrelet annulaire 16f formant crochet dirigé vers l'extérieur à proximité de l'extrémité supérieure dudit plateau inférieur 16. Le plateau supérieur 17 comprend à son extrémité inférieure un pignon 17a engrenant avec la denture intérieure de la couronne 16b du plateau inférieur 16. Le pignon 17a peut présenter un nombre de dents égal à la moitié du nombre de dents de la couronne 16b. Le diamètre primitif du pignon 17a peut être sensiblement égal à la moitié du diamètre primitif de la couronne 16b. Le plateau supérieur 17 comprend également une surface toroïdale concave 17b orientée vers l'intérieur et située entre le pignon 17a et le ressort 8 et prévue pour recevoir le palier à roulement 18. Du côté du ressort 8, le plateau supérieur 17 comprend une surface hélicoïdale 17c en contact avec la spire d'extrémité 8a du ressort 8 et une protubérance 17d venant interrompre la rampe hélicoïdale formée par la surface 17c, offrant ainsi une butée angulaire à l'extrémité libre 8b de la spire 8a du ressort 8. Le palier à roulement 18 comprend deux roulements combinés sous la forme d'un roulement à trois bagues et deux rangées d'éléments roulants excentrées l'une par rapport à l'autre. Plus précisément, le palier à roulement 18 comprend un roulement de grand diamètre 19 et un roulement de petit diamètre 20 possédant une bague commune 21. Le roulement 19 est monté en position supérieure et le roulement 20 est monté en position inférieure. Le roulement de grand diamètre 19 comprend une bague non tournante 22 en contact et en concordance avec la surface toroïdale 16c du plateau inférieur 16. La bague non tournante 22 peut être réalisée en tôle de faible épaisseur. Le roulement de grand diamètre 19 comprend une rangée d'éléments roulants 23, par exemple des billes, entre un chemin de roulement inférieur 22a toroïdal formé sur la bague non tournante 22 et un chemin de roulement supérieur 21a toroïdal formé sur la bague commune 21. Le palier à roulement de petit diamètre 20 comprend une bague intérieure tournante 24 en contact et en concordance de forme avec la surface toroïdale 17b du plateau tournant 17 et présentant un chemin de roulement 24a pour des éléments roulants 25, par exemple des billes. Le chemin de roulement 24a est situé du côté de la bague intérieure 24 opposé à la surface 17b du plateau tournant 17. La bague 24 forme à la fois une bague supérieure et une bague inférieure en vue d'un contact oblique. Les éléments roulants 25 sont en contact avec un chemin de roulement 21b offert par une surface toroïdale de la bague intermédiaire 21. Le chemin de roulement 21b est extérieur et inférieur par rapport au chemin de roulement 24a. Les chemins de roulement 21a et 21b sont disposés selon des axes parallèles, respectivement les axes 11 et 12. Le chemin de roulement 21a est coaxial à la couronne 16b du plateau inférieur 16. Le chemin de roulement 21b est coaxial au pignon 17a du plateau supérieur 17. La distance radiale entre les chemins de roulement 21a et 21b varie donc en fonction de la position angulaire. Dans la zone où les chemins de roulement 21a et 21b sont proches, par exemple sur la partie gauche de la figure 6, la bague intermédiaire 21 comprend une portion toroïdale supérieure correspondant au chemin de roulement 21a, une portion toroïdale inférieure correspondant au chemin de roulement 21b et une portion de liaison oblique 21c reliant les portions toroïdales précitées. Dans la zone où la distance entre les chemins de roulement 21a et 21b est plus élevée, la bague intermédiaire 21 comprend une portion radiale 21d entre lesdits chemins de roulement 21a et 21b. Les bagues 21, 22 et 24 peuvent être réalisées par découpe à la presse et formage d'un flan de tôle. L'épaisseur des bagues 22 et 24 peut être plus faible que celle de la bague intermédiaire 21. Les bagues 22 et 24 transmettent les efforts axiaux et radiaux de façon directe entre le plateau correspondant et les éléments roulants. La bague intermédiaire 21 transmet les efforts axiaux et radiaux des éléments roulants 23 vers les éléments roulants 25 par l'intermédiaire de la portion de liaison 21c et de la portion radiale 21d. Une épaisseur plus forte de la bague intermédiaire 21 est donc choisie pour assurer le rigidité de la portion radiale 21d. En fonctionnement statique, l'effort exercé par le ressort 8 sur le plateau supérieur 17 est transmis à la bague supérieure 24, aux éléments roulants 25, à la bague intermédiaire 21, aux éléments roulants 23, à la bague inférieure 22 et au plateau inférieur 16. En fonctionnement dynamique, plus particulièrement illustré sur les figures 4a à 4d, le plateau tournant 17 peut se déplacer en rotation autour de son axe de rotation défini par le roulement de petit diamètre 20. La rotation du plateau supérieur 17 peut être provoquée par la rotation du ressort 8 commandée par l'intermédiaire de la butée supérieure 9 illustrée sur les figures 1 et 3. Grâce à l'engrènement entre le pignon 17a et la couronne 17b du plateau non tournant 16, la rotation du plateau tournant 17 autour de son axe de rotation 12 provoque également la rotation de la bague intermédiaire 21 autour de son axe de rotation 11 par rapport au plateau non tournant 16, en d'autres termes, autour de l'axe de rotation du roulement supérieur 19. Comme le rapport des diamètres primitifs du pignon 17a et de la couronne 16b est égal à 2, ledit axe de la spire d'extrémité inférieure 8a du ressort 8 décrit une droite de La Hire, en d'autres termes une hypocycloïde à deux rebroussements dégénérée au point de former un segment de droite. Ainsi, l'axe géométrique 13 de la ligne de charge du ressort 8 peut se déplacer selon un segment de droite qu'il suffit ensuite d'aligner convenablement par rapport à l'axe longitudinal 14 du bras de suspension 5 lors du montage de la butée sur le bras de suspension. La spire inférieure d'extrémité 8a du ressort 8 peut être ou non centrée sur l'axe du plateau non tournant 16. Par ailleurs, la butée inférieure 10 comprend un capot 26 lié à la bague intermédiaire 21 par un ou plusieurs pions 27. Le capot 26 est également lié à la bague intermédiaire 21 par une surface toroïdale 26a en concordance de forme avec la surface supérieure de la portion toroïdale de la bague intermédiaire 21 correspondant au chemin de roulement 21a. Le capot 26 comprend un bord extérieur 28 sensiblement aligné sur la surface axiale extérieure 16e du plateau non tournant 16. Le rebord 28 est muni d'un joint d'étanchéité 29, par exemple réalisé en matériau souple, et muni d'une lèvre venant frotter sur une surface extérieure du plateau non tournant 16. La lèvre du joint d'étanchéité 29 peut passer sous le crochet annulaire 16f du plateau non tournant 16, réalisant ainsi une solidarisation axiale entre le capot 26 et le plateau non tournant 16. On peut ainsi réduire le risque de démontage accidentel du capot 26 et de la bague intermédiaire 21 par rapport au plateau non tournant 16 avant le montage dans un mécanisme de suspension. Le capot 26 comprend également une nervure annulaire 29 dirigée vers l'intérieur et prévue pour coopérer avec un épaulement annulaire 17e ménagé sur une surface du plateau tournant 17 concentrique avec le roulement de petit diamètre 20. La nervure 29 et l'épaulement 17e permettent de réduire le risque de démontage accidentel avant montage du plateau tournant 17 par rapport au capot 26. On forme ainsi un sous-ensemble présentant un faible risque de perte de pièces. Le capot 26 supporte également un joint d'étanchéité 30 dirigé vers l'intérieur et venant frotter sur une surface axiale du plateau tournant 17, ladite surface axiale étant également coaxiale au pignon 17a. On évite ainsi l'intrusion de pollution par intrusion de liquide ou de corps étrangers à proximité des roulements 19 et 20. Dans le mode de réalisation décrit, les roulements 19 et 20 assurent des contacts obliques, les bagues supérieures étant également intérieures tandis que les bagues inférieures sont extérieures. Toutefois, on peut prévoir des bagues supérieures extérieures et des bagues inférieures intérieures. On peut également prévoir des bagues à contact sensiblement axial. Si l'on souhaite améliorer la compacité axiale de l'ensemble, on peut également disposer le roulement de grand diamètre 19 à une distance réduite par rapport à la surface radiale 16d de fond du plateau non tournant 16 et réaliser les chemins de roulement 21a et 21b de la bague intermédiaire 21 sensiblement au même niveau axial. Les pièces de la butée sont montées de telle sorte qu'en position de départ, la ligne de charge 13 du ressort 8 passe par le plan de symétrie commun des roulements 19 et 20 et par le point d'engrènement du pignon 17a et de la couronne 16b. Les axes de rotation des roulements 19 et 20 passent par ledit plan de symétrie. Les axes de rotation des roulements 19 et 20 sont espacés d'une distance égale à la moitié du diamètre primitif du pignon. Lorsque le plateau supérieur 9, par exemple monté sur un roulement non représenté, est actionné en rotation, notamment par un servomoteur, pour déplacer la ligne de charge en vue de modifier le levier du bras de la suspension, le point d'intersection de la ligne de charge 13 du ressort 8 avec le plateau non tournant 16 se déplace suivant une ligne droite du fait du rapport de 1 à 2 entre les diamètres du pignon 16a et de la couronne 16b, voir notamment figure 4. La ligne de charge parcourt ainsi une droite de La Hire. La droite de La Hire est une hypocycloïde à deux rebroussements obtenue par roulement d'un cercle dans un cercle de rayon double et qui se réduit à un segment de droite. Les hypocycloïdes sont des courbes décrites par un point d'un cercle roulant sans glisser sur et intérieurement à un cercle de base, le cercle roulant étant plus petit que le cercle fixe. Ainsi, la butée permet de conserver le centrage d'une ligne de charge selon un segment de droite. Lors du montage du dispositif, on règle le point zéro de la butée en alignant suivant un axe d'alignement les axes de symétrie du pignon et de la couronne. La ligne de charge coupe l'axe d'alignement au point d'engrènement. L'axe d'alignement est l'axe suivant lequel on souhaite se voir déplacer le point d'intersection de la ligne de charge avec le plan des engrenages. Bien entendu, la butée peut être utilisée même si au départ, la ligne de charge ne passe pas exactement par la zone de contact du pignon et de la couronne. Dans ce cas, la trajectoire de la ligne de charge n'est pas rigoureusement rectiligne mais peut cependant rester à une faible distance de l'axe d'alignement idéal durant la rotation du pignon. Ladite distance peut être inférieure à 10% de la distance entre les chapes 15 de l'articulation 6, préférablement 5%. Grâce à l'invention, on parvient à maintenir le centrage des efforts exercés par un ressort de suspension sur un bras de suspension, ce qui permet de réduire la torsion du bras de suspension et la fatigue des articulations. On accroît ainsi la sécurité de fonctionnement d'un véhicule. L'usure est réduite et la durée de vie du mécanisme de suspension accrue. REVENDICATIONS 1. Dispositif de butée à roulement (10) destiné à être interposé entre un élément (8) mobile en rotation autour d'un axe et un élément non tournant (5), le dispositif pouvant être chargé de façon excentrée par rapport à l'axe de rotation de l'élément tournant, caractérisé par le fait qu'il comprend un plateau mobile (17) en rotation équipé d'un pignon (17a) pourvu d'une denture extérieure et un plateau non tournant (16) muni d'une couronne à denture intérieure (16b) engrenant avec le pignon (17a), le plateau tournant venant en appui sur un premier roulement (20) coaxial audit pignon (17a), le premier roulement (20) venant en appui sur un deuxième roulement (19) supporté par le plateau non tournant (16), l'axe du second roulement (19) étant parallèle à l'axe du premier roulement (20), le deuxième roulement (19) étant coaxial à la couronne (16b) de telle sorte que l'axe du premier roulement (20) puisse se déplacer suivant une trajectoire circulaire autour de l'axe du deuxième roulement (19). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le diamètre primitif du pignon (17a) est sensiblement égal à la moitié du diamètre primitif de la couronne (16b) sur laquelle le pignon engrène. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les axes de rotation des deux roulements (19, 20) sont excentrés l'un par rapport à l'autre, d'une valeur sensiblement égale au demi diamètre primitif du pignon (17a). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ligne de charge de l'élément mobile en rotation (8) présente une trajectoire située sensiblement dans le plan axial de symétrie commun aux roulements (19, 20) lorsque le pignon (17a) roule dans la couronne (16b). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deux roulements (19, 20) comprennent une bague commune (21). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la bague commune (21) supporte un capot (26) muni d'un joint d'étanchéité(30) avec le plateau mobile (17) et d'un joint d'étanchéité (29) avec le plateau non tournant (16). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la bague commune (21) supporte un capot (26) comprenant un crochet de retenue axiale (26a) avec le plateau tournant (17), le plateau non tournant (16) comprenant un crochet (16f) de retenue axiale avec le capot (26). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau tournant (17) est monté à rotation à la fois autour de l'axe du pignon (17a) et autour de l'axe du deuxième roulement (19). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plateau tournant (17) comprend une surface de butée pour une extrémité de l'élément mobile en rotation (8). 10. Mécanisme de suspension (3), en particulier pour roue de véhicule, comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, monté entre un élément mobile en rotation (8) et un bras de suspension (5).