Brevet FR3037529A1 — publié le 20161223

L'invention concerne un moyeu de palier à roulement ainsi qu'un palier à roulement comprenant un tel moyeu et un organe extérieur disposé autour dudit moyeu pour le montage en rotation relative de deux éléments. L'invention s'applique plus particulièrement au montage d'un élément roulant de véhicule notamment automobile sur un élément de suspension dudit véhicule, ledit élément roulant comprenant notamment une roue et un disque de frein. Pour le montage d'un tel élément roulant, on connaît des paliers dans lesquels l'organe extérieur et le moyeu portent chacun au moins une piste de roulement qui sont disposées en regard pour réaliser au moins un chemin de roulement dans lequel une rangée de corps roulants est disposée afin de permettre la rotation relative du moyeu et de l'organe extérieur. Selon une réalisation, le moyeu comprend un fût autour duquel l'organe extérieur est monté en rotation et un flasque de fixation qui est disposé autour dudit fût. Ainsi, en associant l'organe extérieur à un élément de suspension du véhicule, on peut monter en rotation l'élément roulant en le fixant au flasque. Par ailleurs, le fût peut présenter une portée interne destinée à recevoir une bague sur laquelle une piste de roulement interne est formée, le bord libre de ladite portée interne pouvant être replié pour former une collerette de précharge axiale de ladite bague sur la périphérie du fût. De par l'intégration des différentes fonctions et des sollicitations mécaniques qui en résultent, les paliers à roulement sont relativement massifs, ce qui pose des problèmes de poids, d'encombrement et de coûts. Pour résoudre ces problèmes, on a proposé d'utiliser un matériau plus léger que l'acier à roulement qui est classiquement utilisé, par exemple à base de matériau composite. Mais, ce remplacement se fait au détriment de la résistance mécanique et il n'est donc envisageable qu'au niveau des parties du palier les moins contraintes mécaniquement, tel qu'un noyau comprenant le flasque de 3037529 2 fixation lorsqu'il n'est pas sollicité par les pressions de roulement des corps roulants. Toutefois, l'utilisation d'un tel noyau composite peut s'avérer insuffisant pour des 5 sollicitations d'amplitude importante. En particulier, durant l'utilisation du moyeu, le flasque est fortement sollicité, notamment du fait des charges exercées par l'élément tournant, ce qui peut entraîner des efforts de déplacement du noyau composite, notamment relativement à un fût réalisé en acier, conduisant alors à un risque de décohésion du moyeu. 10 En particulier, une telle décohésion peut entrainer des ruptures d'étanchéité à l'interface entre les deux matériaux. De ce fait, de l'eau peut s'infiltrer et engendrer, à court terme, une détérioration des parois du fût en acier et/ou du noyau composite disposées en regard et, à plus long terme, une décohésion du 15 moyeu. Ce problème est d'autant plus critique dans le cas d'un moyeu comprenant une bague montée sur la portée interne du fût structurel au moyen d'un repliage radial du bord libre de ladite portée. En effet, la réalisation du repliage, notamment par 20 bouterollage, peut entraîner un décollement partiel entre l'extrémité interne du noyau et le fût structurel, et donc des pertes d'étanchéité à ce niveau qui peuvent s'accentuer lors de la rotation sous charge du moyeu. L'invention a pour but de perfectionner l'art antérieur en proposant notamment 25 un moyeu de palier à roulement utilisant un noyau composite pour optimiser le compromis entre la masse et la résistance mécanique, ledit moyeu étant notamment agencé pour améliorer l'étanchéité de l'assemblage du noyau au fût structurel dudit moyeu, notamment en fiabilisant ladite étanchéité en cas de repliage radial du bord libre dudit fût. 30 A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un moyeu de palier à roulement comprenant un fût structurel auquel est surmoulé un noyau composite réalisé à base d'au moins une résine polymère, ledit noyau présentant un flasque 3037529 3 et un embout qui sont disposés respectivement autour et dans un alésage dudit fût, l'alésage présentant une gorge interne qui s'étend circonférentiellement dans sa paroi périphérique en formant deux portées radiales, l'extrémité interne de l'embout présentant un bourrelet qui est surmoulé dans ladite gorge en 5 présentant deux portées radiales complémentaires qui sont en appui axial contre respectivement une desdites portées pour assurer une fonction d'étanchéité au niveau de l'interface entre ladite extrémité interne et ledit alésage. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un palier à roulement pour le 10 montage en rotation relative de deux éléments, ledit palier comprenant un tel moyeu et un organe extérieur disposé autour dudit moyeu, ledit organe extérieur et le fût structurel dudit moyeu portant chacun au moins une piste de roulement qui sont disposées en regard pour réaliser au moins un chemin de roulement dans lequel une rangée de corps roulants est disposée afin de permettre la 15 rotation relative du moyeu et de l'organe extérieur. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente en coupe longitudinale un moyeu d'un palier à 20 roulement selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 sont des vues agrandies de l'extrémité interne du moyeu des figures 1, respectivement avant (figure 2a) et après le repliage du bord libre du fût (figure 2b) ; - les figures 3 et 4 sont des vues agrandies similaires aux figures 2, pour un 25 moyeu selon respectivement un autre mode de réalisation de l'invention. En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous un palier à roulement pour le montage en rotation relative de deux éléments, ledit palier comprenant un moyeu 1 et un organe extérieur (non représenté) disposé autour dudit moyeu. Dans la 30 description, les termes « extérieur » et « intérieur » sont définis par rapport à l'axe A de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. 3037529 4 Dans le mode de réalisation représenté, le palier est destiné au montage d'un élément roulant de véhicule notamment automobile sur un élément de suspension dudit véhicule, ledit élément roulant comprenant notamment une roue et un disque de frein. 5 Pour ce faire, le moyeu 1 comprend un fût structurel 2 monté tournant dans l'organe extérieur et autour duquel est associé un flasque 3 de fixation de l'élément roulant, l'organe extérieur présentant des moyens d'association à un élément de suspension du véhicule. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à une 10 telle application et peut s'appliquer à un montage dans lequel l'organe extérieur est tournant et le moyeu 1 est fixe. De façon avantageuse, la périphérie du fût 2 est agencée pour permettre le montage en rotation autour d'elle d'au moins un organe extérieur du palier à 15 roulement. En particulier, la périphérie du fût 2 et l'organe extérieur portent chacun au moins une piste de roulement 4 qui sont disposées en regard pour réaliser au moins un chemin de roulement dans lequel une rangée de corps roulants est disposée afin de permettre la rotation relative du moyeu 1 dans l'organe extérieur. 20 Dans le mode de réalisation représenté, le fût 2 présente une piste de roulement externe 4 et une portée interne 5 destinée à recevoir une bague sur laquelle une piste de roulement interne est formée, le bord libre 6 de ladite portée pouvant être replié pour former une collerette de précharge axiale de ladite bague sur la 25 périphérie du fût 2. Dans la description, les termes « externe » et « interne » sont définis par rapport au montage du palier sur le véhicule, respectivement à gauche et à droite sur la figure 1. En particulier, le moyeu 1 comprend un noyau 7 qui est associé par surmoulage 30 au fût structurel 2 et qui présente, en plus du flasque 3, un embout 8 qui est disposé dans un alésage dudit fût, afin d'améliorer la cohésion du moyeu 1. 3037529 5 Le fût 2 et le noyau 7 sont réalisés en deux pièces qui peuvent être chacune optimisées, notamment au niveau du matériau les constituant, relativement aux efforts mécaniques auxquels elles doivent résister. De façon avantageuse, le fût 2 peut être réalisé dans un matériau métallique, notamment en acier à roulement 5 de type 100Cr6, pour supporter les pressions de contact de roulement. Par ailleurs, pour optimiser le poids du palier tout en supportant les contraintes mécaniques venant de l'élément roulant, le noyau 7, et donc le flasque 3, est réalisé à base d'un matériau composite formé d'une résine polymère, par 10 exemple à base d'une résine époxy. En outre, le flasque 3 peut présenter des évidements qui sont agencés pour diminuer son poids sans compromettre sa tenue mécanique. En particulier, le noyau 7 peut être réalisé à base d'au moins une résine polymère 15 chargée en fibres, par exemple des fibres de carbone, lesdites fibres étant notamment dispersées aléatoirement dans ladite résine. En effet, un tel matériau composite peut supporter des sollicitations diverses, ce qui permet d'absorber en partie les contraintes subies par le noyau 7 lors de l'utilisation du moyeu 1, et donc d'assurer une bonne association du noyau 7 au fût 2 en limitant les 20 déformations résultant desdites contraintes. Toutefois, un tel matériau composite peut s'avérer insuffisant pour des sollicitations d'amplitude plus importante. En particulier, durant l'utilisation du moyeu 1, le flasque 3 est fortement sollicité, du fait des charges exercées par 25 l'élément tournant, ce qui peut entraîner des déformations dudit flasque qui peuvent conduire, notamment par déplacements de l'embout 8 dans l'alésage 9, à une décohésion du moyeu 1. Par ailleurs, du fait des charges exercées par les pistes de roulement, le fût 30 structurel 2, et donc l'embout 8, sont également sollicités, ce qui peut avoir un impact négatif sur l'interface entre l'embout 8 et l'alésage 9, et donc sur l'association dudit embout dans ledit alésage. 3037529 6 Pour pallier ces inconvénients, l'embout 8 et/ou l'alésage 9 peut présenter un moyen géométrique d'ancrage dudit embout dans ledit alésage, afin d'améliorer le maintien axial dudit embout dans ledit alésage. En relation avec les figures, l'alésage 9 présente une couronne d'ancrage 10 qui fait saillie radialement depuis 5 la paroi périphérique dudit alésage. Par ailleurs, l'embout 8 présente une empreinte annulaire complémentaire 11 qui s'étend autour dudit embout en assurant l'ancrage dudit embout sur la couronne 10. En particulier, la couronne 10 et l'empreinte complémentaire 11 présentent 10 respectivement une portée axiale 10a et une portée axiale complémentaire 11 a qui sont formées respectivement entre deux portées radiales 10b et deux portées radiales complémentaires 11 b, la portée axiale 10a épousant la portée axiale complémentaire 11 a et les portées radiales 10b venant en appui axial contre les portées radiales complémentaires 11 b lorsque l'embout 8 est surmoulé dans 15 l'alésage 9. Par ailleurs, des déplacements relatifs de l'embout 8 dans l'alésage 9 du fût 2, notamment au niveau de l'extrémité interne 8a dudit embout, peuvent entraîner une rupture d'étanchéité à l'interface entre ledit embout et l'alésage 9. 20 En particulier, lors du repliage, notamment par déformation orbitale de type bouterollage, du bord libre 6 pour former la collerette de précharge axiale, la déformation locale du fût 2 peut entraîner un décollement de l'embout 8 dans l'alésage 9, notamment localisé au niveau de l'extrémité interne 8a, ledit 25 décollement pouvant s'accentuer dans le temps lors de la rotation sous charge du moyeu 1, notamment en se propageant axialement depuis ladite extrémité interne. De ce fait, de l'eau peut s'infiltrer au niveau de ce décollement et engendrer, à 30 court terme, une détérioration de la paroi métallique de l'alésage 9 et/ou de la périphérie composite de l'embout 8 et, à plus long terme, une décohésion dudit embout de l'alésage 9. 3037529 7 Pour limiter ce risque, l'alésage 9 présente une gorge interne 12 qui s'étend circonférentiellement dans sa paroi périphérique, et notamment au-delà du côté interne de la couronne 10, et ce en formant deux portées radiales externe 12a et interne 12b, la portée radiale externe 12a étant notamment confondue avec la 5 portée radiale interne 10b de ladite couronne. L'extrémité interne 8a de l'embout 8 présente un bourrelet 13 qui est surmoulé dans la gorge 12 lors du surmoulage dudit embout dans l'alésage 9, ledit bourrelet présentant deux portées radiales externe 13a et interne 13b 10 complémentaires qui sont en appui axial contre respectivement une des portées 12a, 12b de ladite gorge pour assurer une fonction d'étanchéité au niveau de l'interface entre ladite extrémité interne et ledit alésage. Ainsi, les portées radiales 12a, 12b de la gorge 12 forment un chicanage entre 15 les périphéries respectives de l'embout 8 et de l'alésage 9, de sorte à pouvoir interrompre au niveau dudit chicanage la propagation axiale d'un éventuel décollement entre lesdites périphéries. De façon avantageuse, les portées radiales 12a, 12b sont disposées à l'intérieur 20 de la portée interne 5 du fût 2, en formant le bord libre 6 qui s'étend au-delà desdites portées radiales. Ainsi, lors du repliage radial du bord libre 6, les portées radiales 12a, 12b permettent d'interrompre le décollement qui peut éventuellement apparaître entre l'alésage 9 et l'extrémité interne 8a, et ainsi maintenir l'étanchéité de la disposition du bourrelet 13 dans la gorge interne 12 25 après ledit repliage. En particulier, lors du repliage du bord libre 6, l'embout 8 peut se décoller au niveau des portées radiales internes 12b, 13b, mais la présence des portées radiales externes 12a, 13a permet, par flexion locale du fût 2 et/ou de l'embout 30 8, de renforcer le contact entre lesdites portées radiales externes et de maintenir le contact entre les périphéries de l'alésage 9 et de l'embout 8 au-delà desdites portées radiales externes. 3037529 8 Pour améliorer l'adhésion entre l'embout 8 et l'alésage 9, la gorge 12 présente un fond 12c qui s'étend entre les portées radiales 12a, 12b, le bourrelet 13 présentant un bord périphérique 13c qui épouse ledit fond. Dans les modes de réalisation représentés, le fond 12c présente un épaulement 24 qui est surmoulé 5 par le bord périphérique 13c. Par ailleurs, la portée radiale interne 12b peut délimiter un diamètre intérieur qui est supérieur au diamètre intérieur délimité par la portée externe 12a, ce qui permet d'augmenter le chicanage formé entre lesdites portées, et ainsi 10 d'améliorer l'étanchéité. En particulier, dans les modes de réalisation représentés, les portées 12a, 12b sont décalées radialement par l'épaulement 24, qui définit pour le fond 12c un diamètre interne supérieur et un diamètre externe inférieur depuis lesquels s'étendent respectivement la portée radiale interne 12b et la portée radiale externe 12a. 15 En relation avec les figures, l'alésage 9 présente en outre un rebord interne 14 qui s'étend radialement au-delà de la gorge interne 12 et sur lequel s'étend la portée radiale interne 12b de ladite gorge. 20 Selon une première variante, représentée sur les figures 1 à 3, l'extrémité interne 8a de l'embout 8 présente en outre une surface libre 15 qui s'étend axialement au-delà du bourrelet 13 et qui enrobe au moins partiellement (figures 3), voire totalement (figures 1, 2), le rebord interne 14. 25 Selon une deuxième variante, représentée sur les figures 4, la surface libre du bourrelet 13 forme la portée radiale interne 13b en s'étendant radialement dans le prolongement de la portée radiale interne 12b de la gorge 12. Pour améliorer davantage la tenue de l'embout 8 dans l'alésage 9, le noyau 7 30 peut en outre intégrer un insert qui est disposé dans l'embout 8, ledit insert étant enrobé dans la résine polymère dudit embout. En particulier, l'insert peut comprendre des fibres qui sont orientées axialement depuis le flasque 3. 3037529 9 En effet, un tel insert peut, grâce aux fibres orientées axialement, supporter des sollicitations élevées, notamment en flexion et en traction, et plus particulièrement dans la direction axiale. Par ailleurs, l'enrobage d'un tel insert dans la résine polymère formant l'embout 8 permet l'absorption des contraintes 5 résiduelles subies par le fût 2, et ce d'autant plus si ladite résine polymère comprend des fibres dispersées aléatoirement. Selon une réalisation, le fût 2 présente une bride 16 d'association à l'élément roulant sur laquelle le flasque 3 est surmoulé, ladite bride présentant des conduits 10 17 d'association dudit élément roulant qui débouchent dans ledit flasque. En relation avec la figure 1, le flasque 3 s'étend axialement entre une paroi externe 3a et une paroi interne 3b, et la bride 16 s'étend radialement depuis le bord externe du fût 2 en présentant d'une seule pièce des conduits 17 qui 15 débouchent de part et d'autre dans lesdites parois. De façon avantageuse, chacun des conduits 17 présente un jonc extérieur 18 qui est agencé pour fiabiliser l'accrochage axial des conduits 17 dans le flasque 3, et donc la cohésion du moyeu 1. 20 La paroi externe 3a intègre en outre une armature 19 qui présente au moins une portée annulaire 20, 21 sur laquelle l'élément roulant est destiné à être monté pour être fixé au moyeu 1. En particulier, l'armature 19 présente une portée annulaire 20 qui s'étend axialement autour de l'alésage 9 et une portée annulaire 21 qui s'étend radialement autour dudit alésage, l'élément roulant présentant un 25 alésage qui est disposé sur la portée annulaire 20 en assurant une concentricité parfaite du montage dudit élément roulant sur le flasque 3 avant sa fixation dans les conduits 17. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 1, le flasque 3 peut éventuellement 30 comprendre une extension tubulaire 22 qui s'étend axialement au-delà de la portée 20 de l'armature 19. 3037529 10 L'armature 19 est enrobée dans la résine polymère du flasque 3 et comprend des fibres qui sont orientées le long d'au moins une portée 20, 21. Selon une réalisation, l'armature 19 peut comprendre un faisceau de fibres f orientées. En variante, l'armature 19 peut être formée à partir d'une structure, par exemple 5 tissée, stratifiée ou en sandwich, comprenant notamment les fibres f orientées. En particulier, l'armature 19 peut être formée d'au moins une résine polymère dans laquelle les fibres sont pré-imprégnées, ladite armature étant surmoulée par la résine du noyau 7 lors du surmoulage du fût structurel 2. En variante, 10 l'armature 19 peut être issue d'autres techniques de fabrication de matériaux composites, par exemple par moulage, notamment par injection basse pression (RTM), ou pultrusion. Selon une réalisation, les portées axiale 20 et radiale 21 comprennent des fibres 15 qui sont réparties sur lesdites portées en étant orientées respectivement axialement et radialement. En particulier, les portées 20, 21 peuvent être formées à partir des mêmes fibres, lesdites fibres comprenant chacune des portions consécutives qui sont orientées 20 respectivement axialement et radialement pour former respectivement la portée axiale 20 et la portée radiale 21. En variante, les fibres axiales de la portée 20 s'étendent jusqu'à la portée 21 qui comprend des fibres radiales distinctes. Ainsi, lorsque l'élément roulant est fixé en appui sur la paroi externe 3a du flasque 25 3, au moins une portée 20, 21 de l'armature 19 est interposée entre ledit élément et ladite paroi externe pour pouvoir renforcer ladite paroi, notamment relativement aux risques de déformations par fluage. En particulier, la portée annulaire 21 peut s'étendre sur sensiblement toute la paroi externe 3a en prévoyant qu'elle présente des orifices 23 dans lesquels respectivement un 30 conduit de fixation 17 débouche. REVENDICATIONS1. Moyeu (1) de palier à roulement comprenant un fût structurel (2) auquel est surmoulé un noyau composite (7) réalisé à base d'au moins une résine polymère, ledit noyau présentant un flasque (3) et un embout (8) qui sont disposés respectivement autour et dans un alésage (9) dudit fût, ledit moyeu étant caractérisé en ce que l'alésage (9) présente une gorge interne (12) qui s'étend circonférentiellement dans sa paroi périphérique en formant deux portées radiales (12a, 12b), l'extrémité interne (8a) de l'embout (8) présentant un bourrelet (13) qui est surmoulé dans ladite gorge en présentant deux portées radiales complémentaires (13a, 13b) qui sont en appui axial contre respectivement une desdites portées pour assurer une fonction d'étanchéité au niveau de l'interface entre ladite extrémité interne et ledit alésage. 2. Moyeu (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge (12) présente un fond (12c) qui s'étend entre les portées radiales (12a, 12b), le bourrelet (13) présentant un bord périphérique (13c) qui épouse ledit fond. 3. Moyeu (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fond (13c) présente un épaulement (24) qui est surmoulé par le bord périphérique (13c). 4. Moyeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portée radiale interne (12b) délimite un diamètre intérieur qui est supérieur au diamètre intérieur délimité par la portée externe (12a). 5. Moyeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alésage (9) présente un rebord interne (14) sur lequel s'étend la portée radiale interne (12b). 6. Moyeu (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité interne (8a) de l'embout (8) présente une surface libre (15) qui s'étend axialement au- 3037529 12 delà du bourrelet (13), ladite surface libre enrobant au moins partiellement le rebord interne (14). 7. Moyeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en 5 ce que le fût structurel (2) présente une portée interne (5) qui est destinée à recevoir une bague sur laquelle une piste de roulement est formée, les portées radiales (12a, 12b) étant disposées à l'intérieur de ladite portée interne en formant un bord libre (6) pouvant être replié radialement en maintenant l'étanchéité de la disposition du bourrelet (13) dans la gorge interne (12). 10 8. Moyeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le fût (2) présente une bride (16) d'association à un élément roulant sur laquelle le flasque (3) est surmoulé. 15 9. Moyeu (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bride (16) présente des conduits (17) d'association de l'élément roulant au moyeu (1), lesdits conduits débouchant dans le flasque (3). 10. Moyeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en 20 ce que le noyau (7) est réalisé à base d'au moins une résine polymère chargée en fibres, lesdites fibres étant notamment dispersées aléatoirement dans ladite résine. 11. Palier à roulement pour le montage en rotation relative de deux éléments, 25 ledit palier comprenant un moyeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et un organe extérieur disposé autour dudit moyeu, ledit organe extérieur et le fût structurel (2) dudit moyeu portant chacun au moins une piste de roulement (4) qui sont disposées en regard pour réaliser au moins un chemin de roulement dans lequel une rangée de corps roulants est disposée afin de 30 permettre la rotation relative du moyeu (1) et de l'organe extérieur. 12. Palier à roulement selon la revendication 11, caractérisé en ce que le fût structurel (2) présente une portée interne (5) qui porte une bague sur laquelle 3037529 13 une piste de roulement est formée, ladite portée interne (5) présentant un bord libre (6) qui est replié radialement pour former une collerette de précharge axiale de ladite bague, les portées radiales (12a, 12b) étant disposées à l'intérieur de ladite portée interne et le bourrelet (13) étant disposé de façon étanche dans la 5 gorge interne (12).