Brevet FR3085193A1 — publié le 20200228

Dispositif et procédé de montage d'un joint dynamique à l'intérieur d'un palier recevant un arbre tournant. L'invention relève des modalités d'installation d'un joint dynamique à l'intérieur d'un palier recevant un arbre tournant. Plus spécifiquement, l'invention concerne les modalités de positionnement axial du joint à l'intérieur du palier, en interposition radiale entre le palier et l'arbre tournant. A titre indicatif, une application de l'invention concerne l'étanchéité entre un arbre moteur d'une machine motrice et un palier d'une boîte à variation de vitesses. D'une manière générale, un arbre tournant s'étend axialement à travers au moins un palier ménagé à l'intérieur d'un boîtier. Le palier loge au moins un organe de roulement axialement traversé par l'arbre tournant, et au moins un joint dynamique qui est installé à l'intérieur du palier pour procurer une étanchéité entre le boîtier et l'environnement extérieur. Le joint est alors axialement positionné à l'intérieur du boîtier en interposition radiale entre le palier et l'arbre tournant. Dans le cadre de l'invention, il est considéré le cas courant selon lequel l'arbre tournant traverse un palier qui est ménagé en entrée du boîtier suivant le sens d'introduction axiale de l'arbre tournant depuis l'extérieur vers l'intérieur du boîtier. L'arbre est alors introduit à travers une ouverture d'entrée du palier, qui est disposée en amont de l'organe de roulement suivant le sens d'introduction de l'arbre à l'intérieur du palier. Classiquement dans ce cas, au moins un joint à lèvre(s) est radialement interposé entre le palier et l'arbre tournant en étant axialement disposé entre l'ouverture et l'organe de roulement. Le joint fait ainsi obstacle d'une part à l'introduction de particules depuis l'extérieur vers l'intérieur du boîtier et d'autre part à une échappée de lubrifiant hors du boîtier. Le joint est toutefois soumis à usure par suite de son frottement contre l'arbre tournant, ce qui nécessite son remplacement pour éviter une fuite de lubrifiant hors du boîtier. 2 Cependant, le positionnement axial du joint de remplacement peut être délicat à réaliser en deuxième monte. En effet, il est fréquent qu'un joint initial installé en première monte à l'intérieur du palier soit réalisée en usine au moyen d'un outillage spécifique, qui est calibré pour positionner rigoureusement le joint 5 initial à l'intérieur du palier en une position axiale prédéfinie entre l'ouverture et l'organe de roulement. Lors d'une opération de remplacement du joint initial après usure, l'opérateur peut ne pas disposer dudit outillage spécifique, qui est coûteux, pour installer en deuxième monte un joint de remplacement à l'intérieur du palier. Le positionnement axial du joint de remplacement par l'opérateur est alors effectué 10 au jugé, au risque d'affecter son positionnement axial correct à l'intérieur du palier. Pour éviter un positionnement axial incorrect du joint de remplacement, une solution courante est de former dans le palier un talon ménageant un épaulement de positionnement axial du joint. Ceci permet à un opérateur ne 15 disposant pas dudit outillage spécifique, d'installer en deuxième monte le joint de remplacement en position axiale correcte, en le poussant à travers l'ouverture d'entrée du palier jusqu'à son application en appui axial contre le talon. Cependant une telle solution peut ne pas être applicable, en raison notamment de l'encombrement axial induit par la formation du talon à l'intérieur du palier et/ou 20 par un écart axial prédéfini entre le joint et l'organe de roulement pour éviter leur frottement l'un contre l'autre. Une telle situation se présente notamment lorsque l'encombrement du boîtier doit être au mieux réduit, tel que par exemple pour un boîtier d'une boîte à variation de vitesses équipant un véhicule automobile en étant couramment installée dans un environnement encombré. 25 Il est par exemple connu du document CN101839346-A (WEI HU et al.), de positionner axialement un joint en différentes positions à l'intérieur d'un palier, au moyen d'un jeu de cales d'extensions axiales respectives. Les cales sont interposées axialement entre un disque et la paroi extérieure du boîtier sur 30 laquelle le disque est fixé, et/ou entre l'extrémité axiale d'un manchon périphérique entourant le joint et un talon du palier, le cas échéant via une rondelle. 3 Par ailleurs, il est aussi constaté qu'une saignée d'usure périphérique de l'arbre tournant peut se former par suite du frottement du joint. Il en ressort un risque d'une échappée de lubrifiant hors du boîtier via ladite saignée, malgré l'installation en deuxième monte d'un joint de remplacement en position axiale 5 correcte à l'intérieur du palier. Dans ce contexte, la présente invention a pour objet un dispositif de positionnement axial d'un joint dynamique à l'intérieur d'un palier de réception d'un arbre tournant. L'invention a aussi pour objet un procédé de montage d'un joint 10 dynamique à l'intérieur d'un dit palier. Un but de l'invention est de proposer une solution procurant un positionnement axial rigoureux du joint dynamique à l'intérieur du palier, que ce soit un joint initial installé en première monte à l'intérieur du palier qu'un joint de 15 remplacement installé en deuxième monte à l'intérieur du palier. Un autre but de l'invention est de proposer une telle solution pouvant être mise en oeuvre à moindres coûts, tant structurellement qu'au regard de l'installation en deuxième monte d'un joint de remplacement à l'intérieur du palier, 20 après usure d'un joint initial installé en première monte à l'intérieur du palier via un outillage spécifique. Il est notamment visé la recherche d'une solution qui soit économiquement viable et même avantageuse, permettant notamment son application dans le domaine automobile relevant d'une concurrence économique notoirement sévère. 25 Un autre but de l'invention est de proposer une telle solution qui évite un accroissement significatif de l'extension axiale d'un dit palier ménagé à l'intérieur d'un boîtier dont l'encombrement axial est prédéfini. Il est notamment visé de ne pas modifier l'extension axiale du boîtier ni son architecture, pour 30 permettre son installation dans un environnement imposé, tel que notamment sur un véhicule automobile présentant une architecture prédéfinie contraignante. 4 Un autre but de l'invention est de parfaire l'étanchéité obtenue via le montage d'un dit joint, que se soit un joint initial installé à l'intérieur du palier en première monte qu'un joint de remplacement installé à l'intérieur du palier en deuxième monte après usure du joint initial. 5 Les buts visés par l'invention sont atteints isolément ou en combinaison par application des dispositions qui suivent. Un dispositif conforme à l'invention est un dispositif de positionnement 10 axial d'au moins un joint dynamique à l'intérieur d'un palier de réception d'un arbre tournant. Le palier comporte une ouverture d'introduction axiale de l'arbre tournant à son travers vers un organe de roulement logé à l'intérieur du palier et recevant l'arbre tournant. 15 Dans ce contexte, l'invention est reconnaissable en ce que le palier loge une rondelle axialement disposée à l'intérieur du palier entre ladite ouverture et l'organe de roulement. La rondelle ménage un épaulement contre lequel un dit joint est apte à prendre axialement appui pour son positionnement axial à l'intérieur du palier. 20 La rondelle est installée à demeure à l'intérieur du palier, en étant alors exploitée pour former une butée pour un joint de remplacement installé en deuxième monte à l'intérieur du palier, lors d'une opération de maintenance visant à remplacer un joint initial usé installé à l'intérieur du palier en première monte. La 25 rondelle est de préférence en acier en présentant au regard de son diamètre une faible épaisseur axiale, à titre indicatif comprise entre 1 mm (un millimètre) et 3 mm. La rondelle est issue d'un matériau différent de celui d'un boîtier ménageant le palier, tel que l'aluminium réputé léger, pour être notamment intégrable à une boîte à variation de vitesses d'un véhicule automobile, dont la 30 masse est recherchée la plus faible possible. 5 Le positionnement axial du joint de remplacement à l'intérieur du palier via la rondelle, permet de conserver un même dimensionnement axial du palier pour le rendre compatible avec une contrainte dimensionnelle imposée du boîtier, comme par exemple pour son implantation sur une base prédéfinie d'un modèle 5 de véhicule automobile. La rondelle interfacée entre l'organe de roulement et le joint préserve le joint d'un contact dynamique avec l'organe de roulement, tel que notamment un contact frottant contre une bague tournante de l'organe de roulement solidaire de 10 l'arbre tournant. Le joint peut être rigoureusement placé en position axiale à l'intérieur du palier sans avoir à utiliser un outillage spécifique utilisé pour monter le joint initial à l'intérieur du palier, notamment par poussée axiale exercée par un opérateur contre le joint à travers l'ouverture du palier. 15 Selon une forme de réalisation, la rondelle est axialement interposée en contact entre l'organe de roulement et un talon ménagé par le palier. Le talon ménage notamment un organe d'appui axial de l'organe de roulement suivant un sens opposé au sens d'introduction de l'arbre tournant à l'intérieur du palier. Autrement dit suivant le sens d'introduction de l'arbre tournant à l'intérieur du 20 palier, le talon est ménagé en amont de la rondelle et en aval d'un tunnel de réception axiale du joint à l'intérieur du palier. Plus particulièrement, l'organe de roulement prend axialement appui contre le talon via la rondelle, suivant un sens opposé au sens d'introduction de 25 l'arbre tournant à travers l'ouverture vers l'intérieur du palier. Selon une forme de réalisation, le joint est logé à l'intérieur d'un tunnel ménagé par le palier. Le diamètre de l'évidement intérieur de la rondelle est inférieur au diamètre du tunnel, l'extension diamétrale dudit épaulement étant 30 délimitée entre l'évidement intérieur de la rondelle et une paroi du palier ménageant le tunnel. 6 Ledit au moins un joint dynamique est de préférence un joint en élastomère muni d'au moins une lèvre, dont potentiellement une lèvre en PTFE (d'après l'acronyme de PolyTétraFluoroEthylène), prenant radialement appui contre l'arbre tournant. Une telle lèvre en PTFE présente l'avantage d'être plus 5 robuste que les lèvres souples en élastomère qui sont couramment utilisées pour réaliser une étanchéité et qui sont issues d'un matériau plus tendre que le PTFE. L'invention a aussi pour objet un procédé de montage d'au moins un joint dynamique à l'intérieur d'un palier mettant en oeuvre un dispositif de 10 positionnement axial du joint conforme à l'invention. Selon l'invention, le procédé est reconnaissable en ce que le joint dynamique est axialement introduit par un opérateur à travers l'ouverture vers l'intérieur du palier, en étant axialement poussé par l'opérateur jusqu'à sa prise 15 d'appui axiale contre l'épaulement ménagé par la rondelle. Le procédé est notamment mis en oeuvre pour installer en deuxième monte un joint de remplacement à l'intérieur du palier, notamment en atelier de maintenance, en remplacement d'un joint initial usé installé en première monte à 20 l'intérieur du palier à distance axiale de la rondelle. Ceci permet une installation en première monte du joint initial au moyen d'un outillage spécifique configuré en organe de positionnement axial du joint initial à l'intérieur du palier, sans avoir à appliquer le joint initial contre la rondelle, installée à demeure dans le palier et dont l'usage est réservé au joint de remplacement. 25 Il en ressort finalement que le joint de remplacement installé à l'intérieur du palier en deuxième monte peut être rigoureusement positionné axialement contre l'épaulement ménagé par la rondelle, sans avoir à utiliser un dit outillage spécifique qui est plus coûteux qu'un outillage classique à tube frappé par un 30 opérateur et apte à repousser le joint de remplacement depuis l'ouverture du palier jusqu'à sa mise en appui axial contre l'épaulement ménagé par la rondelle. 7 En outre, l'étanchéité procurée par le joint de remplacement installé à l'intérieur du palier en deuxième monte est obtenue fiable, y compris en cas d'une éventuelle usure périphérique de l'arbre tournant provoquée par la prise d'appui radiale du joint initial contre l'arbre tournant, monté à l'intérieur du palier à distance 5 axiale de la rondelle. Ainsi selon une forme de réalisation, le joint dynamique monté en application axiale contre ledit épaulement est un joint de remplacement installé en deuxième monte à l'intérieur du palier, en remplacement d'un joint initial installé en 10 première monte à l'intérieur du palier à distance axiale de la rondelle, en amont de la rondelle suivant le sens d'introduction de l'arbre tournant à travers l'ouverture vers l'intérieur du palier. A titre indicatif, la distance axiale de séparation entre le joint initial et la 15 rondelle est comprise entre 0,5 mm et 20 mm. L'invention a aussi pour objet une boîte à variation de vitesses logeant un arbre récepteur et comprenant au moins un boîtier ménageant au moins un palier de réception d'un arbre moteur depuis l'extérieur du boîtier. 20 Selon l'invention, une telle boîte à variation de vitesses est reconnaissable en ce que le boîtier est équipé d'un dispositif conforme à l'invention, ledit arbre tournant étant constitutif dudit arbre moteur. L'arbre moteur est notamment participant d'une machine motrice et est dédié à l'entraînement 25 d'au moins un arbre récepteur logé à l'intérieur de la boîte à variation de vitesses. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d'au moins une machine motrice propulsive du véhicule qui est pourvue d'un arbre moteur d'entraînement d'un arbre récepteur logé à l'intérieur d'une boîte à variation de 30 vitesses équipant le véhicule qui est conforme à la boîte à variation de vitesses de l'invention. 8 Un exemple de réalisation de l'invention va être décrit en relation avec les figures de la planche annexée, dans laquelle la figure 1 et la figure 2 sont des illustrations en demi-coupe axiale d'un même palier de réception d'un arbre tournant qui est équipé d'un dispositif de positionnement axial d'un joint 5 dynamique à l'intérieur du palier selon un exemple de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, le joint est un joint initial installé en première monte à l'intérieur du palier et sur la figure 2 le joint est un joint de remplacement installé en deuxième monte à l'intérieur du palier en remplacement du joint initial après son usure. 10 Les figures et leurs descriptions détaillées d'un exemple de réalisation de l'invention peuvent servir à mieux la définir, si besoin en relation avec la description générale qui vient d'en être faite. Sur les figures 1 et 2, un boîtier 1 ménage un palier 2 de réception d'un 15 arbre tournant 3 d'extension axiale A1. L'arbre tournant 3 est introduit depuis l'extérieur du boîtier 1 vers l'intérieur du palier 2 à travers une ouverture 4 que comporte le palier 2. Le palier 2 loge un organe de roulement 5 traversé par l'arbre tournant 3, tel qu'un roulement à billes sur l'exemple illustré, en étant placé en appui axial contre un talon 6 formé à l'intérieur du palier 2. L'organe de roulement 20 5 est axialement appliqué contre le talon 6 suivant un sens S2 axialement opposé au sens S1 d'introduction de l'arbre tournant 3 à l'intérieur du palier 2. Le palier 2 loge sélectivement des joints 7a, 7b dynamique identiques d'étanchéité, pour faire obstacle à une échappée de lubrifiant hors du boîtier 1 25 et/ou à une introduction de particules depuis l'extérieur vers l'intérieur du boîtier 1. L'un ou l'autre des joints 7a, 7b est diamétralement logé à l'intérieur d'un tunnel 8 axial formé à l'intérieur du palier 2 et comporte une lèvre 9 placée en appui radial contre la périphérie de l'arbre tournant 3. L'un ou l'autre des joints 7a, 7b est axialement disposé en interposition entre l'ouverture 4 et l'organe de roulement 5. 30 Sur la figure 1, un joint 7a initial est installé en première monte à l'intérieur du palier 2 lors de l'aménagement du boîtier 1 en atelier de production. Il 9 est fréquent qu'en atelier de production, un outillage spécifique soit utilisé pour faciliter le montage du joint 7a initial à l'intérieur du palier 2, notamment sur une chaîne de production et/ou d'aménagement du boîtier 1 potentiellement automatisée. Un tel type d'outillage permet d'installer le joint 7a initial à l'intérieur 5 du palier 2 en une position axiale prédéfinie par l'outillage, à distance axiale de l'organe de roulement 5. Il se pose le problème du remplacement après usure du joint 7a initial représenté sur la figure 1 par un joint 7b de remplacement représenté sur la figure 10 2, qui est installé en deuxième monte à l'intérieur du palier 2 en remplacement du joint initial 7a. L'installation du joint 7b de remplacement à l'intérieur du palier 2 est couramment effectuée en atelier de maintenance, par un opérateur qui peut ne pas disposer dudit outillage spécifique. 15 Un autre problème posé est la présence potentielle d'un sillon 10 gravé en périphérie de l'arbre tournant 3, par suite du frottement du joint 7a initial autour de l'arbre tournant 3 via la lèvre 9 qu'il comporte. Un tel sillon 10 induit un risque de perte d'efficacité de l'étanchéité obtenue au moyen du joint 7b de remplacement, dans le cas où celui-ci est installé à l'intérieur du palier 2 en lieu et 20 place du joint 7a initial. Un autre problème posé relève d'une contrainte de limitation de l'encombrement du boîtier 1, tel que dans le cas de son installation sur un véhicule automobile dont l'architecture et/ou les aménagements d'espace sont prédéfinis. 25 Une telle contrainte ne permet pas un accroissement significatif de l'extension axiale du boîtier 1, ce qui rend délicate la formation d'une butée axiale à l'intérieur du palier 2 en interposition axiale entre le joint 7b de remplacement et l'organe de roulement 5, pour éviter leur contact l'un contre l'autre. 30 Pour obvier à ces inconvénients, il est mis à profit le talon 6 contre lequel l'organe de roulement 5 prend axialement appui pour recevoir un organe de positionnement axial du joint 7b de remplacement. Ledit organe de positionnement 10 est formé d'une rondelle 11 qui est axialement interposée en contact entre d'une part une bague extérieure 5a de l'organe de roulement 5 montée fixe à l'intérieur du palier 2, et d'autre part le talon 6 de prise d'appui axiale de l'organe de roulement 5 contre le palier 2 via ladite bague fixe 5a. Le joint 7b de 5 remplacement est appliqué contre la rondelle 11 lors de son montage à l'intérieur du palier 2, en évitant tout contact avec l'organe de roulement 5. Ainsi successivement d'amont en aval suivant le sens S1 d'introduction axiale de l'arbre tournant 3 à travers le palier 2, le palier 2 comporte ladite 10 ouverture 4 d'introduction de l'arbre tournant 3 à son travers, puis le joint 7a initial ou le joint 7b de remplacement, puis la rondelle 11 centrée à sa périphérie à l'intérieur d'un logement 12 de réception de l'organe de roulement 5, puis l'organe de roulement 5 prenant axialement appui contre le talon 6 via la rondelle 11. 15 Le diamètre D1 de l'évidement 13 intérieur de la rondelle 11 est inférieur au diamètre D2 du tunnel 8 recevant le joint 7a initial ou le joint 7b de remplacement. La rondelle 11 ménage ainsi un épaulement 14 contre lequel le joint 7b de remplacement prend axialement appui pour son positionnement axial à l'intérieur du palier 2, comme illustré sur la figure 2. L'extension diamétrale D3 de 20 l'épaulement 14 est délimitée entre l'évidement 13 intérieur de la rondelle 11 et la paroi 2a du palier 2 délimitant le tunnel 8. Sur la figure 1, le joint 7a initial est placé à une distance D4 axiale de la rondelle 11, à titre indicatif comprise entre 0,5 mm et 20 mm. Le joint 7b de 25 remplacement étant identique au joint 7a initial et étant positionné à l'intérieur du palier 2 en appui axial contre l'épaulement 14 ménagé par la rondelle 11, un éventuel sillon 10 gravé en périphérie de l'arbre tournant 3 par le joint 7a initial n'affecte pas la qualité de l'étanchéité obtenue via la joint 7b de remplacement. 30 La solution proposée par l'invention est mise en oeuvre à moindres coûts à partir : 11 -) de l'utilisation d'une rondelle 11 à l'intérieur du palier 2 pour positionner le joint 7b de remplacement à l'intérieur du palier 2. La rondelle 11 est installée à demeure à l'intérieur du palier 2 en atelier de production et d'aménagement du boîtier 1, et ne nécessite aucune intervention après son installation pour le 5 montage du joint 7b de remplacement, et -) de l'exonération pour un opérateur de maintenance remplaçant le joint 7a initial d'avoir à se procurer l'outillage spécifique utilisé pour installer le joint 7a initial à l'intérieur du palier 2. -) du respect de l'extension axiale du boîtier 1 selon une configuration du boîtier 1 10 imposée, permettant son implantation dans un environnement préexistant, notamment sur une base d'un modèle de véhicule existant sans avoir à modifier ladite base de véhicule et/ou son aménagement par suite de l'application de l'invention, REVENDICATIONS1.- Dispositif de positionnement axial d'au moins un joint (7a, 7b) dynamique à l'intérieur d'un palier (2) de réception d'un arbre tournant (3), le palier (2) comportant une ouverture (4) d'introduction axiale (A1) de l'arbre tournant (3) à son travers vers un organe de roulement (5) logé à l'intérieur du palier (2) et recevant l'arbre tournant (3), caractérisé en ce que le palier (2) loge une rondelle (11) axialement (A1) disposée à l'intérieur du palier (2) entre ladite ouverture (4) et l'organe de roulement (5), la rondelle (11) ménageant un épaulement (14) contre lequel un dit joint (7b) est apte à prendre axialement (A1) appui pour son positionnement axial (A1) à l'intérieur du palier (2). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rondelle (11) est axialement (A1) interposée en contact entre l'organe de roulement (5) et un talon (6) ménagé par le palier (2). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de roulement (5) prend axialement (A1) appui contre le talon (6) via la rondelle (11), suivant un sens (S2) opposé au sens (S1) d'introduction de l'arbre tournant (3) à travers l'ouverture (4) vers l'intérieur du palier (2). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le joint (7b) est logé à l'intérieur d'un tunnel (8) ménagé par le palier (2), le diamètre (D1) de l'évidement (13) intérieur de la rondelle (11) étant inférieur au diamètre (D2) du tunnel (8), l'extension diamétrale (D3) dudit épaulement (14) étant délimitée entre l'évidement (13) intérieur de la rondelle (11) et une paroi (2a) du palier (2) ménageant le tunnel (8). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit au moins un joint (7a, 7b) dynamique est un joint en élastomère muni d'au moins une lèvre, dont au moins une lèvre en PTFE (9), prenant radialement appui contre l'arbre tournant (3). 13 6.- Procédé de montage d'au moins un joint (7a, 7b) dynamique à l'intérieur d'un palier (2) mettant en oeuvre un dispositif de positionnement axial du joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le 5 joint (7b) dynamique est axialement (A1) introduit par un opérateur à travers l'ouverture (4) vers l'intérieur du palier (2), en étant axialement poussé par l'opérateur jusqu'à sa prise d'appui axiale contre l'épaulement (14) ménagé par la rondelle (11). 10 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le joint (7b) dynamique monté en application axiale contre ledit épaulement (14) est un joint (7b) de remplacement installé en deuxième monte à l'intérieur du palier (2), en remplacement d'un joint (7a) initial installé en première monte à l'intérieur du palier (2) à distance axiale de la rondelle (11), en amont de la rondelle (11) suivant le 15 sens (Si) d'introduction de l'arbre tournant (3) à travers l'ouverture (4) vers l'intérieur du palier (2). 8.-Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la distance axiale de séparation entre le joint (7a) initial et la rondelle (11) est comprise entre 20 0,5 mm et 20 mm. 9.- Boîte à variation de vitesses logeant un arbre récepteur et comprenant au moins un boîtier (1) ménageant au moins un palier (2) de réception d'un arbre moteur depuis l'extérieur du boîtier (1), caractérisée en ce que le 25 boîtier (1) est équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ledit arbre tournant (3) étant constitutif dudit arbre moteur. 10.- Véhicule automobile équipé d'au moins une machine motrice propulsive du véhicule qui est pourvue d'un arbre moteur d'entraînement d'un 30 arbre récepteur logé à l'intérieur d'une boîte à variation de vitesses équipant le véhicule, caractérisé en ce que ladite boîte à variation de vitesses est conforme à la revendication 9.