Brevet FR3004769A1 — publié le 20141024

-1- Dispositif de palier à roulement pour colonne de direction Description La présente invention concerne le domaine des dispositifs de paliers à roulement, notamment les paliers à roulement utilisés dans les colonnes de direction de véhicules automobiles. De manière générale, les colonnes de direction comprennent 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 dispositifs de paliers à roulement comprenant chacun un roulement, généralement à billes à contact oblique, montés en opposition. Le palier à roulement comprend généralement une bague intérieure, une bague extérieure et des éléments roulants disposés entre les bagues. Le palier à roulement est monté dans le logement par sa bague extérieure et sur l'arbre directement ou par l'intermédiaire d'un manchon ou d'une bague dite de tolérance. Un manchon assure l'interface entre l'arbre et la bague intérieure du roulement et compense d'éventuels défauts géométriques entre ces deux pièces. Le manchon permet d'assurer un montage aisé du palier à roulement sur l'arbre sans serrage initial. Toutefois, il est préférable que l'ensemble fonctionne à jeu nul entre le manchon et l'arbre afin d'assurer le maintien du dispositif sur l'arbre et un contact permanent entre les bagues et les éléments roulants du palier à roulement. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement répondre 30 l'invention en proposant un nouveau roulement particulièrement économique, simple à fabriquer et à monter, et ayant une durée de vie prolongée. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de palier à roulement comprenant une bague intérieure, une bague extérieure, au moins une -2- rangée d'éléments roulants entre la bague intérieure et la bague extérieure et un manchon monté dans l'alésage de la bague intérieure. Conformément à l'invention, un élément élastique annulaire est disposé axialement entre une collerette d'appui radiale du manchon et la bague intérieure, l'élément élastique comprenant un alésage intérieur pouvant venir en appui contre une surface extérieure du manchon de manière à transmettre un effort ayant une composante radiale en direction de l'intérieur du dispositif. Le manchon comprend au moins une fente s'étendant axialement vers la bague intérieure depuis un bord inférieur de la collerette d'appui disposé du côté opposé à la bague intérieure. Grâce à l'invention, l'élément élastique est en appui contre le manchon et contre la bague intérieure pour la transmission des efforts du manchon vers les bagues du palier de roulement et les éléments roulants et assurant ainsi la précharge du palier à roulement. Lorsque l'élément élastique est soumis à un effort, il se déforme à la fois axialement, par compression entraînant une diminution de sa dimension axiale, et radialement, par une augmentation de sa dimension radiale. L'expansion radiale permet la transmission d'une composante radiale de l'effort exercé sur l'élément élastique vers la portion cylindrique du manchon contre laquelle il vient en appui. La au moins une fente pourvue sur le manchon assure une certaine flexibilité du manchon qui peut se déformer élastiquement sous la composante radiale transmise par l'élément élastique sous précharge. Le manchon se déforme alors radialement en direction de l'axe monté dans l'alésage dudit manchon. Grâce à l'invention, la portion cylindrique du manchon permet le centrage et le guidage axial du dispositif sur l'axe et tout jeu radial entre le manchon et l'axe est éliminé. De plus, la précharge exercée par l'élément élastique sur la bague intérieure est transmise à la bague extérieure par l'intermédiaire des éléments roulants assurant leur contact permanent. Par ailleurs, l'élément élastique étant annulaire, la précharge sur le manchon d'une part et sur la bague intérieure d'autre part est répartie uniformément. -3- Pour finir, l'encombrement du dispositif de palier à roulement est limité car tous les éléments sont compris entre le bord inférieur de la collerette et la bague extérieure. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel roulement peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Les éléments roulants sont des billes. - Les éléments roulants sont en contact oblique avec la bague intérieure et la bague extérieure. - Les éléments roulants sont maintenus régulièrement espacés circonférentiellement par une cage, celle-ci pouvant être pourvue d'au moins une portion axiale située radialement entre la bague intérieure et la bague extérieure. - Au moins une portion axiale de la cage comprend un moyen de retenue axiale coopérant avec au moins une des bagues intérieure et/ou extérieure. - Le manchon comprend une portion cylindrique axiale dont l'extrémité inférieure se prolonge radialement par la collerette d'appui radiale vers l'extérieur du dispositif. - La bague intérieure comprend une portion cylindrique axiale en appui direct contre la portion cylindrique axiale du manchon. - La bague intérieure comprend une portion torique formant sur sa surface extérieure concave en coupe axiale un chemin de roulement pour les éléments roulants, ladite portion torique étant en appui direct contre l'élément élastique. - La bague extérieure comprend une portion cylindrique axiale s'étendant par une portion torique dirigée radialement vers l'intérieur du dispositif de palier à roulement, ladite portion torique formant sur sa surface intérieure concave en coupe axiale un chemin de roulement pour les éléments roulants. - La bague extérieure comprend un bord radial s'étendant radialement à partir de la portion cylindrique axiale vers l'extérieur du dispositif, de manière à coopérer avec un logement tubulaire et assurer une retenue axiale de l'ensemble. -4- - L'élément élastique est en contact direct avec la bague intérieure. - L'élément élastique est en contact direct avec le manchon. - L'élément élastique comprend un alésage intérieur pouvant venir en appui contre la surface extérieure de la portion cylindrique axiale du 5 manchon. - L'élément élastique est annulaire et présente à l'état libre une section droite de forme circulaire, parallélépipédique ou triangulaire. - L'élément élastique est un anneau élastique torique distinct du manchon. 10 - L'élément élastique est surmoulé sur la bague intérieure ou sur la surface extérieure du manchon. - L'élément élastique est réalisé en matériau synthétique, par exemple à base d'élastomère comme du caoutchouc nitrile, du polyuréthane de l'éthylène-propylène-dyène monomère (EPDM), ou du thermoplastique 15 élastomère (TPE) avec base uréthane (TPU) ou styrène (TPS). - Une rainure est pratiquée sur la périphérie extérieure de la portion cylindrique du manchon, ladite rainure étant sensiblement en concordance de forme avec l'élément élastique. - Le manchon comprend une seule fente formant une ouverture et 20 traversant axialement le manchon. - Le manchon comprend au moins 2 fentes circonférentiellement régulièrement espacées. - La au moins une fente du manchon a une extension circonférentielle comprise entre 10 et 200, de manière avantageuse entre 10 et 5°. 25 - La au moins une fente du manchon traverse radialement la collerette d'appui radiale et une partie de la portion cylindrique axiale du manchon. - Le diamètre de la surface cylindrique extérieure de la collerette d'appui du manchon est supérieur ou égal au diamètre extérieur de l'élément élastique à l'état libre. 30 - Le bord inférieur de la collerette d'appui du manchon est destiné à être en appui contre une rondelle frein. - Le bord inférieur est radial. -5- - Le bord inférieur est pourvu d'une portion inclinée vers l'intérieur du dispositif de palier à roulement de manière à transmettre un effort ayant une composante radiale en direction de l'intérieur du dispositif. - La portion inclinée du bord inférieur de la collerette d'appui présente une forme concave torique. L'invention concerne également une colonne de direction comprenant un logement, un arbre et au moins un dispositif de palier selon l'un quelconque des modes de réalisations précédents, monté entre le logement et l'arbre. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif de palier à roulement conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure la est une vue en coupe axiale d'un dispositif de palier à roulement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure lb est une vue en perspective d'un manchon selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de palier à roulement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de palier à roulement selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4a est une vue en coupe axiale d'un dispositif de palier à roulement selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4b est une vue en perspective d'un manchon selon le quatrième mode de réalisation de l'invention. Un dispositif de palier à roulement, d'axe central Xl, référencé 1 dans son ensemble sur les figures la à 4, est destiné à être monté dans une colonne de direction pour véhicule automobile, notamment entre un logement tubulaire A, d'axe central XA, comprenant un alésage et un arbre tournant (non représenté). En mode de fonctionnement normal, les axes X1 et XA sont confondus. Comme représenté en figure 1, un dispositif de palier à roulement 1 comprend une bague intérieure 2, une bague extérieure 3, une rangée d'éléments roulants 4, ici des billes, une cage 5 de maintien de l'espace -6- circonférentiel des éléments roulants 4 et un manchon 6 ou bague de tolérance monté dans la bague intérieure 3. Pour ce mode de réalisation et pour les suivants, les adjectifs « axial » et « radial » et l'adverbe « axialement » sont définis par rapport à l'axe central X1 du roulement 1 qui est un axe de rotation relative des bagues 2 et 3. Ainsi, une portion ou partie axiale est parallèle à l'axe X1, alors qu'une partie ou portion radiale est perpendiculaire à cet axe et l'entoure. La bague extérieure 2 comprend une portion torique 2a, une portion axiale 2b et le rebord radial 2c. La portion torique 2a est dirigée radialement vers l'intérieur du dispositif 1 à partir de la portion axiale 2b. La portion torique 2a présente une surface intérieure concave en coupe axiale formant un chemin de roulement pour les éléments roulants 4. Le rebord radial 2c est dirigé radialement vers l'extérieur du dispositif 1 à partir de la portion axiale 2b de manière à coopérer avec le logement tubulaire A et assurer une retenue axiale de l'ensemble. La bague intérieure 3 comprend une portion torique 3a et une portion cylindrique axiale 3b. La portion torique 3a forme sur sa surface extérieure concave en coupe axiale un chemin de roulement pour les éléments roulants 4. Les chemins de roulement des bagues intérieure 3 et extérieure 2 sont disposés de part et d'autre d'un plan radial passant par le centre des éléments roulants. Le dispositif de palier à roulement 1 offre un contact oblique pour les éléments roulants 4 donnant ainsi une capacité de reprendre les charges axiales selon une direction et des charges radiales selon l'autre direction. Les bagues intérieure 3 et extérieure 2 peuvent être réalisées à partir d'une portion de tube ou à partir d'une feuille de tôle, par exemple par découpe et emboutissage. La cage 5 comprend une portion annulaire axiale 5a de petit diamètre passant entre l'extrémité libre de la portion torique 2a de la bague extérieure 2 et une surface extérieure de la portion cylindrique axiale 3b de la bague intérieure 3. La portion annulaire axiale 5a s'étend axialement au-delà des extrémités axiales de la bague intérieure 3 et est munie d'une pluralité de protubérances radiales 5c s'étendant vers le manchon 6 de manière à retenir axialement les éléments composant le roulement. -7- La cage 5 comprend également une portion annulaire 5b de grand diamètre disposée du côté opposé et passant entre l'extrémité libre de la portion torique 3a de la bague intérieure 3 et une surface intérieure de la portion cylindrique axiale 2b de la bague extérieure 2. La cage 5 peut être réalisée en un matériau synthétique, par exemple un polyamide éventuellement renforcé par une charge minérale. Le manchon 6 est d'axe central X6, confondu en mode de fonctionnement normal avec les axes X1 et XA, et comprend une portion cylindrique axiale 6a et une collerette d'appui radiale 6b. La portion cylindrique axiale 6a est disposée en appui direct dans l'alésage de la portion cylindrique axiale 3b de la bague intérieure 3. La portion cylindrique axiale 6a est également disposée autour de l'arbre d'entraînement dans son alésage intérieur, assurant ainsi un centrage axial du roulement et de l'arbre par rapport au manchon 6. La collerette d'appui radiale 6b s'étend radialement à partir d'une extrémité de la portion cylindrique axiale 6a vers l'extérieur du dispositif 1. La collerette d'appui 6b du manchon comprend un bord inférieur 6d en appui contre une rondelle frein 7 qui transmet un effort axial sur le manchon 6. Selon l'exemple illustré en figures la et lb, le bord inférieur 6d est radial. Cette rondelle frein 7 assure une retenue axiale du dispositif de palier à roulement 1 et comprend une partie annulaire 7a de forme concave en section de coupe axiale dont la surface extérieure supérieure vient en appui contre le bord inférieure 6d du manchon 6. La rondelle frein 7 est pourvue d'une pluralité de languettes 7b s'étendant radialement de la partie annulaire 7a vers l'intérieur. Les languettes 7b sont sensiblement obliques et destinées à fléchir élastiquement lors de l'engagement de la rondelle frein 7 sur l'arbre et à éviter par effet d'arc-boutement tout déplacement axial de la rondelle frein 7 sur l'arbre dans le sens contraire à son sens d'engagement. Conformément à l'invention, le manchon 6 comprend également des fentes 6c s'étendant axialement vers la bague intérieure 3 depuis le bord inférieur 6d de la collerette d'appui 6b disposé du côté opposé à la bague intérieure 2, jusqu'à une bordure radiale 6f de la portion cylindrique axiale 6a. Lesdites fentes 6c traversent radialement la collerette d'appui 6b et une partie de la portion cylindrique axiale 6a du manchon 6. De telles fentes 6c -8- permettent de donner une certaine flexibilité au manchon 6 qui peut se déformer élastiquement sous une charge radiale. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le manchon 6 comprend trois fentes 6c circonférentiellement régulièrement espacées et présentant une extension circonférentielle de 5°. Conformément à l'invention, le dispositif de palier à roulement 1 comprend également un élément élastique 8 coopérant avec le manchon 6 et capable d'exercer un effort de précontrainte axiale transmis à la bague intérieure 3. L'élément élastique 8 est annulaire et est monté axialement entre la collerette d'appui radiale 6b du manchon 6 et la portion torique 3a de la bague intérieure 3. La collerette d'appui radiale 6b du manchon 6 est circonférentiellement en appui axial contre l'élément élastique 8. Le manchon 6 comprend également une rainure 6e sur la périphérie extérieure de la portion cylindrique axiale 6a, ladite rainure 6e étant en concordance de forme avec l'élément élastique 3 de manière à assurer son maintien axial autour du manchon 6. L'élément élastique 8 comprend un alésage intérieur en appui continu sur toute sa circonférence contre le fond de la rainure 6e de la portion cylindrique axiale 6a du manchon 6. Dans les exemples illustrés sur les figures la à 4, l'élément élastique 8 est annulaire, torique et présente à l'état libre une section droite de forme circulaire. Le diamètre extérieur de l'élément élastique 8 à l'état libre est égal au diamètre de la surface cylindrique extérieure 6g de la collerette d'appui 6b du manchon 6. L'élément élastique 8 est réalisé en matériau synthétique, par exemple à 25 base d'élastomère comme du caoutchouc nitrile, du polyuréthane, de l'éthylène-propylène-dyène monomère (EPDM) ou du thermoplastique élastomère (TPE) avec base uréthane (TPU) ou styrène (TPS). Lorsque l'élément élastique 8 est soumis à un effort axial par l'intermédiaire de la rondelle frein 7 et la collerette 6b du manchon 6, il 30 transmet un effort oblique vers la portion torique 3a de la bague intérieure 3. Cet effort oblique est transmis par suite vers les éléments roulants 4 et la bague extérieure 2, assurant ainsi la précharge du palier à roulement 1 et supprimant tout jeu interne et assurant un contact permanent des éléments. -9- Sous cet effort, l'élément élastique 8 se déforme à la fois axialement, par compression entre la collerette d'appui radiale 6b et la bague intérieure 3 entraînant une diminution de sa dimension axiale, et radialement, par une augmentation de sa dimension radiale. L'expansion radiale de l'élément élastique 8 permet la transmission d'une composante radiale de l'effort exercé sur l'élément élastique 8 vers la portion cylindrique axiale 6a du manchon 6 contre laquelle il est en appui. Grâce à la flexibilité du manchon 6 obtenue par les fentes 6c, celui-ci se déforme élastiquement sous la composante radiale transmise par l'élément élastique 8 sous précharge. Le manchon 6 se déforme alors radialement en direction de l'arbre monté dans l'alésage dudit manchon 6 permettant ainsi de supprimer tout jeu radial entre le manchon et l'arbre et d'assurer le maintien axial du dispositif 1 sur l'arbre. Un deuxième mode et un troisième mode de réalisation illustrés en figure 2 et 3 respectivement, dans lequel les éléments identiques ont les mêmes références, diffèrent du premier mode de réalisation uniquement par la forme du bord inférieur 6d de la collerette d'appui radiale 6b du manchon 6. Tel qu'illustré sur la figure 2, le bord inférieur 6d de la collerette d'appui radiale 6b du manchon 6 est pourvu d'une portion inclinée vers l'intérieur du dispositif de palier à roulement 1. Lorsque le dispositif 1 est préchargé, la rondelle frein 7 exerce un effort sur le manchon 6 par son appui avec le bord inférieur 6d. L'élément élastique 8 transmet au manchon 6 une composante radiale de l'effort comme expliqué précédemment de manière. De plus, par la forme inclinée vers l'intérieur du bord inférieur 6d, une composante radiale est transmise directement sur la collerette d'appui radiale 6b qui vient la déformer élastiquement vers l'intérieur du dispositif 1. Les effets combinés de l'effort radial exercé par la déformation de l'élément élastique 8 et l'effort radial transmis directement au manchon permettent une tenue plus efficace du manchon sur l'axe. Tel qu'illustré sur la figure 3, le bord inférieur 6d de la collerette d'appui radiale 6b du manchon 6 est pourvu d'une portion inclinée vers l'intérieur du dispositif de palier à roulement 1, ladite portion inclinée présentant une forme concave torique. -10- Cette forme concave torique du bord inférieur 6d est sensiblement en concordance de forme avec la portion annulaire 7a de la rondelle frein 7 de manière à assurer une meilleure répartition circonférentielle des efforts tout en assurant un contact constant entre la rondelle frein 7 et la manchon 6. Un quatrième mode de réalisation illustré en figures 4a et 4b, dans lequel les éléments identiques ont les mêmes références, diffère des modes de réalisation décrits précédemment par le fait que le manchon 6 présente une fente 6c unique. La fente unique 6c forme une ouverture du manchon 6 en traversant à la fois axialement et radialement le manchon en une position angulaire donnée. Une telle fente unique 6c permet de s'affranchir d'une pluralité de fentes telle que décrite dans les précédents modes de réalisation tout en assurant à elle seule la déformation élastique du manchon 6. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes envisagées ci-dessus peuvent être combinées entre elles. REVENDICATIONS1. Dispositif de palier à roulement comprenant une bague intérieure (3), une bague extérieure (2), au moins une rangée d'éléments roulants (4) entre la bague intérieure (3) et la bague extérieure (2) et un manchon (6) monté dans l'alésage de la bague intérieure (3), caractérisé en ce qu'un élément élastique annulaire (8) est monté axialement entre une collerette d'appui radiale (6b) du manchon (6) et la bague intérieure (2), l'élément élastique (8) comprenant un alésage intérieur pouvant venir en appui contre une surface extérieure du manchon (6) de manière à transmettre un effort ayant une composante radiale en direction de l'intérieur du dispositif (1), et le manchon (6) comprend au moins une fente (6c) s'étendant axialement vers la bague intérieure (3) depuis un bord inférieur (6d) de la collerette d'appui radiale (6b) disposé du côté opposé à la bague intérieure (3). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une fente (6c) du manchon (6) forme une ouverture traversant axialement le manchon 20 (6). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le manchon (6) comprend au moins deux fentes (6c) circonférentiellement régulièrement espacées. 25 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la au moins une fente (6c) du manchon (6) a une extension circonférentielle comprise entre 10 et 200. 30 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément élastique (8) peut venir en appui contre une portion cylindrique axiale (6a) du manchon (6).-12- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bord inférieur (6d) de la collerette d'appui radiale (6b) du manchon (6) est radial et est en appui contre une rondelle frein (7). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le bord inférieur (6d) de la collerette d'appui radiale (6b) du manchon (6) est en appui contre une rondelle frein (7) et est pourvue d'une portion inclinée de manière à transmettre un effort ayant une composante radiale en direction de l'intérieur du dispositif (1). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément élastique (8) est un anneau torique élastique distinct du manchon (6). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'élément élastique (8) est surmoulé sur la bague intérieure (3) ou sur la surface extérieure du manchon (6). 10. Colonne de direction comprenant un logement (A), un arbre et au moins 20 un dispositif de palier à roulement (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, monté entre le logement (A) et l'arbre.