Brevet FR2947023A1 — publié le 20101224

Articulation élastique entre deux pièces mécaniques mobiles entre elles notamment pour le montage d'un train roulant de véhicule automobile La présente invention concerne une articulation élastique du type comportant une armature externe cylindrique et une armature interne coaxiale reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère et susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre. Un tel type d'articulation élastique est notamment utilisé pour le montage d'un train roulant tel que l'essieu avant ou arrière d'un véhicule automobile par rapport à la caisse de ce dernier. Dans ce type d'application, il est courant d'utiliser deux articulations élastiques situées symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal du véhicule à proximités des roues. L'armature extérieure est généralement réalisée par emboutissage d'une plaque ou feuille de tôle. L'emboutissage est un procédé de fabrication très utilisé dans l'industrie automobile, non seulement pour la fabrication de pièces de carrosserie, mais également pour la fabrication d'autres pièces rentrant par exemple dans la réalisation de liaisons mécaniques simples, et en particulier pour la réalisation d'une articulation entre un train roulant et la caisse du véhicule sur laquelle est fixé le train roulant. Le principe général de l'emboutissage est fondé sur la déformation plastique d'un matériau, généralement métallique, déformation consistant en un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir la forme désirée. Par suite de la conservation globale (au moins approximative) du volume du matériau, les zones d'étirement subissent un amincissement (qui doit rester limité pour éviter la rupture) et les zones de rétreint (compression) subissent une combinaison d'épaississement et de plissement. On peut résumer la définition de l'emboutissage en disant que la technique d'emboutissage est la combinaison d'un rétreint (compression) du métal et d'une expansion (allongement) du métal. Après avoir décrit le procédé d'emboutissage utilisé pour la fabrication de l'armature externe, on décrit ci-après, sommairement, les principales étapes de fabrication d'une articulation élastique. La liaison élastique entre les armatures externe et interne est réalisée par une opération de moulage du matériau élastomère entre les deux armatures. Dans une première étape, on effectue un traitement de surface, par grenaillage ou bain chimique, sur les faces des armatures aptes à servir d'interface entre les armatures et le matériau élastomère, pour obtenir une bonne adhérisation du matériau élastomère sur les armatures pendant l'opération de moulage. Avant l'opération de moulage, on encolle les surfaces adhérisées et on moule ensuite le matériau polymère entre les deux armatures. Un brossage et/ou un ébavurage permet de retirer tout surplus de matière après moulage. Après moulage, il subsiste toujours un retrait du matériau polymère. Ce retrait se traduit par une diminution du volume du matériau polymère de 2 à 3% de son volume totale suivant les pièces avec pour conséquence l'apparition de contrainte de tension dans le matériau et aux interfaces entre le matériau et les armatures. Pour contrer ce phénomène, on peut prévoir des dimensions géométriques de la liaison élastique pour minimiser les contraintes, ce qui n'est pas toujours possible, ou bien, après moulage, ajouter des opérations de rétreint ou de dudgeonnage. L'opération de dudgeonnage est plutôt utilisée lorsqu'il s'agit de retoucher le diamètre d'une armature intérieure et l'opération de rétreint est plutôt utilisée lorsqu'il s'agit de retoucher une armature externe. L'opération de rétreint dans un procédé de moulage est similaire à l'opération de rétreint dans un procédé d'emboutissage.30 Les pièces mécaniques, mises en oeuvre pour réaliser une telle articulation peuvent être constituées de matériaux de nature identique ou dissemblable, et la mise en place de l'armature externe de l'articulation sur la caisse, est assurée par l'application d'un effort obtenu par emmanchement à force. Une articulation de ce type, est notamment décrite dans le document EPO412863A1. On a représenté schématiquement une articulation de ce type, aux figures 1 et 2 : la figure 1 représentant une vue en coupe transversale partielle de l'articulation et la figure 2 représentant une demi-coupe axiale de cette même articulation. Cette articulation 1 comporte une bague 2 de forme générale cylindrique comportant une armature externe cylindrique 3 présentant un bord radial 4 replié par emboutissage. La bague 2 est représentée emmanchée à l'intérieur d'une ouverture 5 d'une partie de caisse du véhicule, par exemple le longeronnet 6 d'un train arrière 7 tel qu'illustré sur la figure 3. L'armature externe 3 de l'articulation 1 devient solidaire de la caisse 7 après son emmanchement à l'intérieur d'une ouverture 5, aménagée dans la caisse 6 pour recevoir cette armature 3. L'articulation 1 comporte également une armature interne 10 coaxiale, liée solidairement de façon démontable par vis ou autre, à l'extrémité de l'essieu du train roulant 7. Les deux armatures externe 3 et interne 10 coaxiales, sont reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère déformable 9, par exemple du caoutchouc. Les armatures 3 et 10 étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre, le matériau élastomère 9 absorbe en se déformant jusqu'à une certaine limite, les déplacements relatifs des armatures interne 10 et externe 3. Le bloc en matériau élastomère 9 s'étend sensiblement sur toute la longueur de l'articulation 1. Dans ce type de montage, la portance entre la bague 2 et le longeronnet 6 augmente graduellement entre le début et la fin de la mise en place, jusqu'à atteindre une valeur maximale correspondant à la longueur serrée et au serrage désirés. Pour ce type d'assemblage par emmanchement, la portance et les matériaux utilisés pour les deux pièces de l'assemblage génèrent un effort maximum trop important et non acceptable pour la réalisation d'une liaison de type articulation reliant le train roulant d'un véhicule automobile à la caisse du véhicule, ainsi que pour le processus d'emmanchement lui-même. Pour résoudre ce problème, il est connu d'utiliser un revêtement spécifique sur l'armature externe 3 de la bague 2 ou de rajouter une opération d'huilage. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients en supprimant ce revêtement ou cette opération d'huilage connu dans l'état de la technique actuelle, et d'apporter à la réalisation d'une articulation élastique, utilisée notamment pour le montage d'un train roulant de véhicule automobile, une solution simple, efficace et économique. Le but de la présente invention est de permettre de recourir à un niveau de serrage compatible de la limite élastique des matériaux constitutifs de la liaison et à un niveau de contraintes résiduelles admissibles dans les pièces. Elle a pour premier objet, une articulation élastique apte à être montée par emmanchement dans une pièce mécanique, ladite articulation comportant une armature externe cylindrique et une armature interne coaxiale reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère obtenu par un procédé de moulage, lesdites armatures étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre, caractérisée en ce que l'armature externe est conformée pour présenter une gorge annulaire sur une de ses extrémités destinée à supporter l'effort d'emmanchement pour son montage, ladite gorge étant obtenue lors du rétreint dans le procédé de moulage du matériau élastomère . Elle a pour deuxième objet, un assemblage de deux pièces mécaniques aptes à se déplacer l'une par rapport à l'autre, comportant une articulation élastique telle que définie ci-dessus, ladite articulation étant disposée entre les deux pièces dans lequel l'armature extérieure de l'articulation est fixée rigidement par emmanchement sur l'une des pièces, et l'armature interne de l'articulation est fixée sur l'autre pièce. Elle a pour troisième objet, une liaison élastique mettant en oeuvre un assemblage tel que décrit ci-dessus, dans laquelle, la pièce de l'assemblage dans laquelle est fixée par emmanchement l'armature externe de l'articulation est une partie de la caisse d'un véhicule automobile et dans laquelle, l'autre pièce sur laquelle est fixée l'armature interne de l'articulation est un train roulant du véhicule. Elle a pour quatrième objet, un procédé de fabrication de l'armature externe d'une articulation telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste à conformer l'outil de rétreint utilisé dans le procédé de moulage pour intégrer, dans les mâchoires de l'outil, l'empreinte en négatif de la gorge. Elle a pour cinquième objet, un outil de rétreint destiné à être utilisé dans le procédé de fabrication de l'armature externe d'une articulation telle que décrite ci-dessus, comportant trois mâchoires adjacentes formant couronne, comportant des protubérances dont la hauteur et l'épaisseur définissent respectivement la hauteur et la profondeur de la gorge. Elle a enfin pour objet, un véhicule automobile comportant une liaison élastique telle que décrite ci-dessus. L'articulation selon l'invention a pour autres avantages de ne pas nécessiter d'usinage ou de forme spécifique sur la pièce réceptrice (la caisse), telle qu'une gorge. D'autre part, l'opération de rétreint dans le procédé de moulage s'adapte facilement sur des armatures externes de faible épaisseur comme celles utilisées pour la fabrication d'articulations et, notamment, des articulations pour le montage de trains roulants. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2, déjà décrites, représentent respectivement une articulation élastique de l'état de la technique assurant une liaison entre la caisse d'un véhicule et un train roulant du véhicule selon une vue en coupe partielle axiale et selon une demi-coupe axiale partielle ; - la figure 3, déjà décrite, illustre un exemple d'articulation dans son environnement véhicule ; - les figures 4 et 5 illustrent respectivement, une vue en coupe transversale d'une articulation selon l'invention prise entre les mâchoires d'un outil de rétreint et cette même articulation en vue de dessus suivant l'axe de coupe V-V de la figure 4 ; - la figure 6, une vue de détail de la figure 4, illustrant la gorge obtenue après l'opération de rétreint du procédé de moulage ; - la figure 7 est un graphique illustrant l'évolution de l'effort d'emmanchement en fonction de l'enfoncement de l'articulation dans la caisse du véhicule pour une articulation élastique conforme à l'état de la technique ; et - la figure 8 est un graphique illustrant l'évolution de l'effort d'emmanchement en fonction de l'enfoncement de l'articulation dans la caisse du véhicule pour une articulation élastique conforme à l'invention. Sur ces figures, les mêmes références numériques sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. La figure 4 illustre une vue en coupe transversale d'une articulation 1 selon l'invention prise entre les mâchoires 11 d'un outil de rétreint. La figure 5 illustre cette même articulation 1 en vue de dessus suivant l'axe de coupe V-V de la figure 4. Cette figure permet de distinguer trois mâchoires 11 adjacentes, 30 disposées respectivement à 120° les unes des autres, et formant une couronne autour de l'articulation élastique 1. La figure 6 illustre une vue de détail de la figure 4 Par l'opération de rétreint du procédé de moulage du matériau polymère 9, on obtient une armature externe 3 qui a été conformée pour présenter une déformation locale. Cette déformation locale a la forme d'une gorge 8 imprimée sur le diamètre extérieur de l'armature externe 3. Selon l'invention, la gorge 8 est réalisée directement lors de l'opération de rétreint du procédé de moulage. Comme visible à la figure 4, la forme de la gorge 8 est ainsi définie par les mâchoires 11 de l'outil de rétreint qui présentent des protubérances 12, correspondant, en négatif, à ladite gorge 8. La gorge 8 est obtenue après application d'un même effort, symbolisé par les flèches F, sur chacune des trois mâchoires 11 de l'outil de rétreint. La hauteur et l'épaisseur de protubérances 12 définissent respectivement la hauteur H et la profondeur radiale P de la gorge 8 Ainsi, l'adaptation d'une forme sur la pièce mâle (l'armature extérieure de la bague) de l'assemblage conditionne l'atteinte des exigences fonctionnelles et permet de satisfaire aux paramètres d'emmanchement optimaux pour une liaison de ce type. De plus cette forme permet de contrôler l'effort maximal en fin d'emmanchement. A titre d'exemple, non limitatif de la présente invention, la profondeur radiale P de la gorge 8 peut être de l'ordre de 0,05 à 0,20 millimètres pour une hauteur H, après emmanchement, de l'ordre de 7 à 10 millimètres. Les courbes des figures 7 et 8 illustrent respectivement l'évolution de l'effort d'emmanchement, exprimé en DaN, en fonction du l'enfoncement de l'armature 4, exprimé en millimètre, pour une armature sans gorge et avec une armature avec gorge en reprenant l'exemple indicatif précédent. REVENDICATIONS1. Articulation élastique (1) apte à être montée par emmanchement dans une pièce mécanique (6), ladite articulation (1) comportant une armature externe cylindrique (3) et une armature interne (10) coaxiale reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère (9) obtenu par un procédé de moulage, lesdites armatures (3 et 10) étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre, caractérisée en ce que l'armature externe (3) est conformée pour présenter une gorge annulaire (8) sur une de ses extrémités destinée à supporter l'effort d'emmanchement pour son montage, ladite gorge (8) étant obtenue lors du rétreint dans le procédé de moulage du matériau élastomère (9). 2. Assemblage de deux pièces mécaniques (6 et 7) aptes à se déplacer l'une par rapport à l'autre, comportant une articulation élastique (1) selon la revendication 1, ladite articulation (1) étant disposée entre les deux pièces (6 et 7), dans lequel l'armature extérieure (3) de l'articulation (1) est fixée rigidement par emmanchement sur l'une (6) des pièces (6 et 7), et l'armature interne (10) de l'articulation (1) est fixée sur l'autre pièce (7). 3. Liaison élastique (1) mettant en oeuvre un assemblage selon la revendication 2 dans laquelle, la pièce (6) de l'assemblage dans laquelle est fixée par emmanchement l'armature externe (3) de l'articulation (1) est une partie de la caisse d'un véhicule automobile et dans laquelle, l'autre pièce (7) sur laquelle est fixée l'armature interne (10) de l'articulation est un train roulant du véhicule.30 4. Procédé de fabrication de l'armature externe d'une articulation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à conformer l'outil de rétreint utilisé dans le procédé de moulage pour intégrer, dans les mâchoires (11) de l'outil, l'empreinte en négatif de la gorge (8). 5. Outil de rétreint destiné à être utilisé dans le procédé de fabrication de l'armature externe (3) d'une articulation (1) selon la revendication 1, comportant trois mâchoires adjacentes (11) formant couronne, comportant des protubérances (12) dont la hauteur et l'épaisseur définissent respectivement la hauteur (H) et la profondeur (P) de la gorge (8). 6. Véhicule automobile comportant une liaison élastique (1) selon la revendication 3.