Brevet FR3007807A1 — publié le 20150102

Palier à roulement, notamment pour colonne de direction, et procédé de fabrication associé La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement, et notamment ceux utilisés dans les colonnes de direction de véhicules automobiles. Les colonnes de direction comprennent généralement un arbre dont une extrémité est solidaire d'un volant d'entraînement actionné par le conducteur du véhicule et dont l'autre extrémité est solidaire d'organes mécaniques destinés à assurer le positionnement angulaire des roues du véhicule. L'arbre de la colonne de direction est monté à rotation dans un logement tubulaire par l'intermédiaire de deux paliers à roulement. Un type de palier à roulement pour colonne de direction comprend une bague intérieure, une bague extérieure et une rangée de billes disposées entre des chemins de roulement desdites bagues, au moins l'une des bagues comprenant une enveloppe et deux joncs ou fils disposés dans ladite enveloppe pour former des chemins de roulement de ladite bague. On réalise ainsi un palier à roulement à trois ou quatre points de contact capable de fonctionner sous charges axiales et/ou radiales. Généralement, un tel palier comprend également un élément élastique de précontrainte monté à l'intérieur de l'enveloppe et venant en appui axial contre un des fils de sorte à obtenir un fonctionnement sans jeu. Pour plus de détails sur un tel type de palier à roulement, on pourra par exemple se référer à la demande de brevet EP-A1-1 956 254. Chaque fil d'un tel palier formant chemin de roulement est généralement réalisé à partir d'un fil d'acier enroulé en forme de tore et dont les faces d'extrémité viennent en regard dans le sens circonférentiel lors de la mise en place dans l'enveloppe associée. Après montage, une fente radiale subsiste entre les faces d'extrémité de chaque fil. En fonctionnement, des bruits se produisent lors du roulement des billes sur les chemins de roulement de la bague formés par les fils enroulés. En effet, à l'entrée de la fente radiale de chacun de ces fils, chaque bille a tendance à pénétrer à l'intérieur de cette fente et à venir buter contre l'une des faces d'extrémité dudit fil notamment sous l'effet de l'effort de précontrainte axiale exercée par l'élément élastique. Ensuite, à la sortie de la fente, la bille se déplace radialement en direction de l'autre bague et vient buter contre le ou les chemins de roulement de ladite bague. Lors du roulement des billes le long des fils, il se produit ainsi une succession de chocs lorsque les billes atteignent les fentes radiales, ce qui provoque des bruits. La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un palier à roulement, notamment pour colonne de direction de véhicule automobile, facile à fabriquer, à monter et permettant un fonctionnement avec une génération de bruits limitée. Dans un mode de réalisation, le palier à roulement, notamment pour colonne de direction, comprend une bague intérieure, une bague extérieure et au moins une rangée d'éléments roulants disposés entre lesdites bagues, au moins une des bagues comprenant une enveloppe et au moins un fil disposé dans l'enveloppe pour former un chemin de roulement de ladite bague. Ledit fil est enroulé le long d'un axe d'enroulement circonférentiel et présente une fente radiale. Le chemin de roulement dudit fil comprend une piste principale de forme circulaire et au moins une piste d'extrémité prolongeant dans le sens circonférentiel ladite piste principale et adjacente à la fente. La piste d'extrémité est décalée radialement vers l'axe d'enroulement du fil par rapport à la piste principale. De préférence, la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil présente au moins une portion inclinée en direction de l'axe d'enroulement et de la fente radiale. L'angle de raccordement entre la piste d'extrémité et la piste principale du chemin de roulement dudit fil peut avantageusement être inférieur ou égal à 45 degrés. Ledit fil peut comprendre des faces d'extrémité délimitant la fente radiale, la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil se raccordant à l'une des faces d'extrémité. Dans un mode de réalisation, le chemin de roulement dudit fil comprend deux pistes d'extrémité prolongeant chacune une extrémité de la piste principale et symétriques l'une relativement à l'autre par rapport à un plan radial médian du fil. Le palier peut comprendre deux fils identiques disposés dans l'enveloppe. De préférence, la fente radiale d'un fil est décalée dans le sens circonférentiel par rapport à la fente radiale de l'autre fil. Dans un mode de réalisation, la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil comprend au moins une portion tronconique inclinée en direction de l'axe d'enroulement du fil et de la fente radiale. Alternativement, la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil peut comprendre au moins une portion concave ou une portion convexe. Dans un mode de réalisation, ladite bague comprend au moins un élément de précontrainte monté dans l'enveloppe et exerçant un effort axial sur ledit fil. L'invention concerne également une colonne de direction comprenant un logement, un arbre coaxial audit logement et au moins un palier à roulement décrit précédemment monté radialement entre le logement et l'arbre. L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un palier à roulement décrit précédemment comprenant une étape de fabrication du fil dans laquelle on forme au moins une encoche sur un fil métallique, on découpe le fil métallique sensiblement au milieu de ladite encoche de sorte à former la piste d'extrémité dudit fil, et on enroule le fil sous la forme d'un jonc ouvert, et une étape de montage du fil fabriqué dans laquelle on introduit le fil enroulé à l'intérieur de l'enveloppe associée. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un premier exemple de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon l'axe II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue de côté d'un fil du palier à roulement des figures 1 et 2, - la figure 4 est une demi-vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un deuxième exemple de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe selon l'axe V-V de la figure 4, - la figure 6 est une section partielle selon l'axe VI-VI de la figure 4 d'un fil du palier à roulement, - la figure 7 est une demi-vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un troisième exemple de l'invention, - la figure 8 est une demi-vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un quatrième exemple de l'invention, - la figure 9 est une vue en coupe selon l'axe IX-IX de la figure 8, et - la figure 10 est une section partielle selon l'axe X-X de la figure 8 d'un fil du palier à roulement. Sur les figures 1 et 2, le palier à roulement, référencé 10 dans son ensemble, d'axe 10a, comprend une bague intérieure 12, une bague extérieure 14, une rangée d'éléments roulants 16 disposés entre des chemins de roulement desdites bagues, et réalisés ici sous forme de billes, et une cage 18 disposée radialement entre les bagues pour maintenir un espacement circonférentiel régulier entre les éléments roulants. La bague intérieure 12 comprend un alésage cylindrique délimité axialement par des surfaces frontales radiales opposées, et une surface cylindrique axiale extérieure à partir de laquelle est formée une gorge 12a circulaire toroïdale présentant en section droite un profil interne concave apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 16, ladite gorge étant orientée radialement vers l'extérieur. La bague intérieure 12 est massive. On entend par « bague massive », une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d'ébauches forgées et/ou roulées. La bague extérieure 14 comprend une enveloppe 20 extérieure et deux joncs ou fils 22, 24 distincts formant des chemins de roulement de ladite bague pour les éléments roulants 16. La bague extérieure 14 comprend également un élément de précontrainte 26 de sorte à obtenir un fonctionnement sans jeu. Les fils 22, 24 et l'élément de précontrainte 26 sont montés à l'intérieur de l'enveloppe 20. L'enveloppe 20 peut avantageusement être fabriquée par découpe et emboutissage d'une feuille de tôle métallique. L'enveloppe 20, de forme annulaire, comprend une portion axiale 20a extérieure prolongée, à chaque extrémité, radialement vers l'intérieur par une portion radiale 20b, 20c. Les fils 22, 24 sont disposés en contact radial avec l'alésage de la portion axiale 20a et sont symétriques par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 16. La portion radiale 20c présente une dimension radiale inférieure à celle de la portion radiale 20b et présente également une épaisseur réduite pour être légèrement incurvée en direction des éléments roulants 16 de sorte à venir en appui contre le fil 24 et précontraindre axialement le palier. La cage 18 est disposée radialement entre le bord libre de la portion radiale 20c de l'enveloppe et la surface extérieure de la bague intérieure 12. L'enveloppe 20 comprend également une portion axiale 20d intérieure prolongeant axialement vers l'intérieur un bord de petit diamètre de la portion radiale 20b. La portion axiale 20d est prévue pour le centrage de l'élément de précontrainte 26 à l'intérieur de l'enveloppe 20. L'élément de précontrainte 26, de forme annulaire, est monté axialement en contact contre la portion radiale 20b de l'enveloppe et le fil 22 et radialement entre les portions axiales 20a extérieure et 20d intérieure en restant à distance de celles-ci. Une surface radiale de l'élément de précontrainte 26 est en contact axial avec la face interne de la portion radiale 20b et une surface radiale opposée est en contact axial avec le fil 22. L'élément de précontrainte 26 reste à distance des éléments roulants 16. L'élément de précontrainte 26 exerce un effort axial permanent sur le fil 22 qui tend à précontraindre les éléments roulants 16 sur l'autre fil 24 et sur la gorge 12a de la bague intérieure. L'élément de précontrainte 26 est avantageusement formé dans un matériau élastique, par exemple en élastomère tel que du caoutchouc nitrile ou du polyuréthane. Dans le mode de réalisation illustré, l'anneau 16 élastique se présente sous la forme d'un tore à section carrée. En variante, il pourrait être possible de prévoir un anneau élastique présentant en section droite un autre profil, par exemple circulaire. Les fils 22, 24 sont deux pièces distinctes et identiques de sorte à réduire les coûts de fabrication. Les fils 22, 24 se présentent sous la forme de tores ouverts et sont montés à l'intérieur de l'enveloppe 20 en contact direct contre celle-ci. Les éléments roulants 16 sont disposés entre les fils 22, 24 de la bague extérieure 14 et la gorge 12a de la bague intérieure 12 qui forment des chemins de roulement. On réalise ainsi un palier 10 à roulement à trois points de contact. Les fils 22, 24 étant identiques dans cet exemple de réalisation, on décrira ici uniquement le fil 22. Le fil 22 est enroulé sur lui-même le long d'un axe 22a d'enroulement circonférentiel et comprend un corps 22b de forme cylindrique et des première et seconde parties d'extrémité ou terminales 22c, 22d prolongeant chacune dans le sens circonférentiel ledit corps à une extrémité. Le corps 22b et les parties terminales 22c, 22d du fil présentent chacun en section droite un profil circulaire. Les parties terminales 22c, 22d sont en regard et espacées l'une par rapport à l'autre dans le sens circonférentiel. Le fil 22 comprend une fente 28 radiale délimitée dans le sens circonférentiel par des faces d'extrémité 30, 32 (figure 3) des parties terminales. Les parties terminales 22c, 22d sont adjacentes à la fente 28 et symétriques l'une relativement à l'autre par rapport à un plan radial du fil 22 passant par le centre de ladite fente. Les faces d'extrémité 30, 32 sont en regard l'une relativement à l'autre et délimitent le fil 22 dans le sens circonférentiel. Le fil 22 est ouvert en un point de sa circonférence, i.e. discontinu dans le sens circonférentiel. Chaque partie terminale 22c, 22d du fil comprend une surface tronconique 34, 36 annulaire s'étendant en direction de l'axe 22a d'enroulement et de la fente 28. La surface tronconique 34, 36 se raccorde d'une part à la surface extérieure cylindrique du corps 22b et d'autre part à la face d'extrémité 30, 32 associée. Les surfaces tronconiques 34, 36 sont adjacentes à la fente 28 et symétriques l'une relativement à l'autre par rapport au plan radial du fil 22 passant par le centre de ladite fente. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'angle de raccordement entre la surface extérieure du corps 22b et la surface tronconique 34, 36 est de l'ordre de 30 degrés. De préférence, cet angle est inférieur ou égal à 45 degrés. Le diamètre de la surface tronconique 34, 36 est strictement inférieur à celui de la surface extérieure du corps 22b du fil. Chaque surface tronconique 34, 36 du fil forme une piste d'extrémité tronconique pour les éléments roulants 16 qui est inclinée vers l'axe 22a d'enroulement dudit fil et décalée radialement vers ledit axe par rapport à une piste principale circulaire formée par la surface extérieure du corps 22b. Le chemin de roulement du fil 22 est ainsi formé par la piste principale circulaire et les deux pistes d'extrémité tronconiques, chaque piste d'extrémité prolongeant dans le sens circonférentiel une extrémité de la piste principale. Lors d'une rotation des éléments roulants 16 dans le sens horaire et lors du passage dans la zone de la fente 28 du fil 22, chaque élément roulant 16 passe de la piste principale circulaire du corps 22b dudit fil à la piste d'extrémité tronconique 34 de la première partie terminale 22c. Ceci provoque un léger déplacement radial vers l'extérieur de l'élément roulant 16. L'élément roulant 16 roule ensuite le long de la piste d'extrémité tronconique 36 de la seconde partie terminale 22d du fil, et est ainsi ramené radialement vers l'intérieur jusqu'à atteindre de nouveau la piste principale circulaire du corps 22b dudit fil. La prévision des surfaces tronconiques 34, 36 sur les parties terminales 22c, 22d du fil formant des rampes d'extrémité inclinées vers la fente 28 permet de limiter les chocs entre les éléments roulants 16 et les faces d'extrémité 30, 32 dudit fil lors de la rotation desdits éléments roulants dans les sens horaire et anti-horaire. Grâce à ces pistes d'extrémité décalées vers l'axe 22a d'enroulement du fil par rapport à la piste principale circulaire, l'effort de précontrainte axial exercé sur les éléments roulants 16 est réduit dans la zone de la fente 28 dudit fil. Le passage des éléments roulants 16 le long de la fente 28 s'effectue sans chocs entre les pistes des bagues intérieure 12 et extérieure 14. Ceci permet de réduire fortement la génération de bruits en fonctionnement. Pour la fabrication du palier 10 à roulement, il convient de prévoir une étape de fabrication des fils 22, 24. Chaque fil peut être fabriqué à partir d'un fil d'acier sur lequel sont formées, par exemple par poinçonnage, deux encoches annulaires de forme biconique et identiques. Le fil métallique est ensuite découpé sensiblement au milieu de chaque encoche afin d'obtenir le fil 22, 24 pourvu des parties terminales. Le fil est ensuite enroulé sous la forme d'un jonc ouvert de sorte à amener les faces d'extrémités en regard. Après cette étape de fabrication, le fil est introduit à l'intérieur de l'enveloppe 20. Dans l'exemple de réalisation illustré, les parties terminales de chaque fil 22, 24 sont pourvues chacune d'une surface tronconique annulaire formant une piste d'extrémité déportée vers l'axe 22a d'enroulement par rapport à la piste principale circulaire. En variante, il pourrait être possible de prévoir uniquement, pour chacune de ces parties terminales, un lamage de forme tronconique dans la zone prévue pour le roulement des éléments roulants 16 qui soit limitée dans le sens circonférentiel, i.e. non annulaire. L'exemple de réalisation illustré aux figures 4 à 6, sur lesquelles les éléments identiques portent les mêmes références, diffère en ce que chaque partie terminale 22c, 22d du fil 22 comprend localement une gorge 40, 42 circulaire présentant en section droite un profil interne concave et formant une piste d'extrémité pour les éléments roulants 16, ladite gorge étant orientée radialement vers l'intérieur en direction desdits éléments roulants. La gorge 40, 42 se raccorde d'une part à la surface extérieure du corps 22b et d'autre part à la face d'extrémité 30, 32 associée. La portion de raccordement de la gorge 40, 42 à la surface extérieure du corps 22b est inclinée en direction de l'axe 22a d'enroulement et de la fente 28. L'angle de raccordement entre la surface extérieure du corps 22b et ladite portion de raccordement est de l'ordre de 30 degrés. Les gorges 40, 42 sont symétriques l'une relativement à l'autre par rapport au plan radial du fil 22 passant par le centre de la fente 28. Chaque gorge 40, 42 du fil forme une portion concave délimitant une piste d'extrémité pour les éléments roulants 16 qui est décalée radialement vers l'axe 22a d'enroulement par rapport à la piste principale circulaire formée par la surface extérieure du corps 22b. Dans cet exemple de réalisation, le fil 24 est également identique au fil 22. L'exemple de réalisation illustré à la figure 7, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère uniquement de l'exemple précédemment décrit en ce que chaque partie terminale 22c, 22d du fil 22 comprend deux gorges 40, 44 symétriques l'une relativement à l'autre par rapport à un plan radial médian passant par le centre dudit fil. La gorge 44 est orientée en direction de l'élément de précontrainte 26. Dans cet exemple de réalisation, le fil 24 est également identique au fil 22. Par rapport à l'exemple de réalisation précédemment décrit, cette conception permet d'éviter l'introduction des fils 22, 24 à l'intérieur de l'enveloppe 20 associé avec un sens de montage prédéterminé. Dans une autre variante, il pourrait encore être possible de prévoir pour chaque partie terminale du fil 22, 24 une gorge de forme annulaire formant piste d'extrémité pour les éléments roulants 16. L'exemple de réalisation illustré aux figures 8 à 10, sur lesquelles les éléments identiques portent les mêmes références, diffère en ce que chaque partie terminale 22c, 22d du fil 22 comprend localement une portion convexe 48, 50 formant une piste d'extrémité pour les éléments roulants 16, ladite portion convexe étant orientée radialement vers l'intérieur en direction desdits éléments roulants. La portion convexe 48, 50 se raccorde tangentiellement d'une part à la surface extérieure du corps 22b et d'autre part à la face d'extrémité 30, 32 associée. La portion convexe 48, 50 est inclinée en direction de l'axe 22a d'enroulement et de la fente 28. Les portions convexes 48, 50 sont symétriques l'une relativement à l'autre par rapport au plan radial du fil 22 passant par le centre de la fente 28. Chaque portion convexe 48, 50 du fil forme une piste d'extrémité pour les éléments roulants 16 qui est décalée radialement vers l'axe 22a d'enroulement dudit fil par rapport à la piste principale circulaire formée par la surface extérieure du corps 22. Le fil 24 est identique au fil 22. Dans cet exemple de réalisation, chaque partie terminale 22c, 22d du fil 22 comprend une unique portion convexe 48, 50. En variante, il pourrait être possible de prévoir, pour chaque partie terminale de chacun des fils, deux portions convexes symétriques l'une relativement à l'autre par rapport à un plan radial médian passant par le centre dudit fil. Dans une autre variante, il pourrait encore être possible de prévoir pour chaque partie terminale de chacun des fils une portion convexe annulaire. Dans les exemples de réalisation illustrés, les fentes des fils 22, 24 sont situées dans un même plan radial du palier. Il peut toutefois être avantageux de décaler les fentes l'une relativement à l'autre dans le sens circonférentiel de sorte à réduire encore le bruit généré en fonctionnement. Dans les exemples de réalisation illustrés, le palier à roulement comprend une bague intérieure massive et une bague extérieure pourvue d'une enveloppe extérieure et de deux fils distincts formant des chemins de roulement montés dans ladite enveloppe. En variante, il pourrait être possible de prévoir une disposition inversée pour les bagues intérieure et extérieure, à savoir une bague extérieure massive et une bague intérieure comprenant deux fils formant chemins de roulement et une enveloppe intérieure à l'intérieur de laquelle sont montés les fils. Dans une autre variante, les bagues intérieure et extérieure pourraient comprendre chacune une enveloppe et deux fils associés. Grâce à l'invention, on dispose d'un palier à roulement muni d'au moins une bague comprenant une enveloppe et au moins un fil enroulé et disposé dans l'enveloppe pour former un chemin de roulement de ladite bague. Le chemin de roulement dudit fil comprend une piste principale de roulement de forme circulaire et au moins une piste d'extrémité de roulement prolongeant ladite piste principale dans le sens circonférentiel et ménagée dans une partie terminale du fil adjacente à la fente. La distance entre la piste d'extrémité et l'axe d'enroulement dudit fil est inférieure à la distance entre la piste principale et ledit axe. De préférence, la piste d'extrémité est en outre inclinée en direction dudit axe de roulement. REVENDICATIONS1. Palier à roulement, notamment pour colonne de direction, comprenant une bague intérieure (12), une bague extérieure (14) et au moins une rangée d'éléments roulants (16) disposés entre lesdites bagues, au moins une des bagues comprenant une enveloppe (20) et au moins un fil (22) disposé dans l'enveloppe pour former un chemin de roulement de ladite bague, ledit fil étant enroulé le long d'un axe d'enroulement (22a) circonférentiel et présentant une fente (28) radiale, caractérisé en ce que le chemin de roulement dudit fil comprend une piste principale de forme circulaire et au moins une piste d'extrémité (34 ; 40 ; 48) prolongeant dans le sens circonférentiel ladite piste principale et adjacente à la fente (28), la piste d'extrémité étant décalée radialement vers l'axe d'enroulement (22a) du fil par rapport à la piste principale. 2. Palier selon la revendication 1, dans lequel la piste d'extrémité (34 ; 40 ; 48) du chemin de roulement dudit fil présente au moins une portion inclinée en direction de l'axe d'enroulement (22a) et de la fente (28) radiale. 3. Palier selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'angle de raccordement entre la piste d'extrémité et la piste principale du chemin de roulement dudit fil est inférieur ou égal à 45 degrés. 4. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit fil comprend des faces d'extrémité (30, 32) délimitant la fente (28) radiale, la piste d'extrémité (34 ; 40 ; 48) du chemin de roulement dudit fil se raccordant à l'une des faces d' extrémité. 5. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le chemin de roulement dudit fil comprend deux pistes d'extrémité (34, 36 ; 40, 42 ; 48, 50) prolongeant chacune une extrémité de la piste principale et symétriques l'une relativement à l'autre par rapport à un plan radial médian du fil. 6. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux fils (22, 24) identiques disposés dans 1 ' enveloppe. 7. Palier selon la revendication 6, dans lequel la fente (28) radiale d'un fil est décalée dans le sens circonférentiel par rapport à la fente (28) radiale de l'autre fil. 8. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil comprend au moins une portion tronconique inclinée en direction de l'axe d'enroulement (22a) du fil et de la fente (28) radiale. 9. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil comprend au moins une portion concave. 10. Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la piste d'extrémité du chemin de roulement dudit fil comprend au moins une portion convexe. 11. Palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite bague comprend au moins un élément de précontrainte (26) monté dans l'enveloppe (20) et exerçant un effort axial sur ledit fil. 12. Colonne de direction comprenant un logement, un arbre coaxial audit logement et au moins un palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes monté radialement entre le logement et l'arbre. 13. Procédé de fabrication d'un palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant une étape de fabrication du fil dans laquelle on forme au moins une encoche sur un fil métallique, on découpe le fil métallique sensiblement au milieu de ladite encoche de sorte à former la piste d'extrémité dudit fil, et on enroule le fil sous la forme d'un jonc ouvert, et une étape de montage du fil fabriqué dans laquelle on introduit le fil enroulé à l'intérieur de l'enveloppe associée.