Brevet FR3094049A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : Rotule sphérique Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne une liaison rotulée, en particulier une rotule sphérique, fonctionnant en température et soumis à des charges de fatigue radiales et axiales, et permettant d'accommoder trois degrés de liberté en rotation en régime quasi statique, un degré de liberté en translation en régime dynamique, et intégrant un système de butée directionnelle. Etat de la technique antérieure [0002] Les rotules métalliques sont en particulier utilisées dans l'industrie aéronautique, afin d'immobiliser en translation un organe, telle une bielle, par rapport à une pièce de structure de la construction, tout en permettant leur mouvement relatif en rotation. [0003] De manière connue, une telle rotule sphérique comprend une bague intérieure pourvue d'une surface extérieure sphérique tronquée, définissant ainsi deux parois latérales, aptes à coopérer avec une surface intérieure correspondante d'une bague extérieure. La bague intérieure et la bague extérieure possèdent trois degrés de liberté mutuels en rotation en régime quasi statique, alors qu'elles sont assujetties l'une à l'autre en translation en régime dynamique. [0004] Cette bague intérieure a une surface intérieure adaptée pour être montée sur un arbre. Cependant, des micro-déplacements relatifs entre la bague intérieure et l'arbre peuvent survenir en phase d'utilisation statique ou quasi-statique, pouvant induire un phénomène d'usure de contact. Des déplacements relatifs plus importants peuvent être constater en phase d'utilisation dynamique, pouvant entraîner des usures prématurées des surfaces de contact entre la bague intérieure et l'arbre, et ainsi une altération de la liaison mécanique entre ces éléments. L'efficacité de la rotule mécanique s'en retrouve affectée, et sa durée de vie diminuée. [0005] A cet effet, il est connu de pourvoir à la surface intérieure de la bague intérieure mé- tallique des moyens mécaniques de retenue, en particulier des gorges coopérant avec des cannelures réalisées à la surface extérieure de l'arbre. Cette solution est très efficace pour prévenir tout mouvement de rotation relatif entre la bague intérieure et u-bre, mais ne permet pas un maintien axial solidaire. [0006] Une autre solution ayant été envisagée est l'utilisation de matériaux spécifiques pour les éléments constitutifs de la rotule. La bague extérieure et l'arbre sont chacun en alliage de nickel dont les propriétés mécaniques permettent de garantir l'intégrité de la liaison soumise à des chargements en fatigues. La bague intérieure métallique est réalisée intégralement en alliage de cuivre dont les propriétés tribologiques permettent 2 de prévenir l'usure de l'arbre et de la bague extérieure. Ce matériau assure une usure réduite et une tenue améliorée de l'arbre. Toutefois, outre les coûts de matériau et de fabrications relativement élevés, il s'avère qu'une telle bague possède une moins bonne tenue structurelle à la fatigue et a une capacité de charge réduire par rapport à une bague intérieure de rotule classique. L'alliage de cuivre a un rôle sacrificiel, l'usure locale de la bague pouvant atteindre jusqu'à 200 pm. De plus, les écarts de dilatation thermique entre les alliages de nickel et de cuivre conduisent à une évolution des jeux ce qui entraîne un effet néfaste sur la coopération entre l'arbre et la bague intérieure. [0007] Il est également connu d'appliquer un revêtement de surface en bronze à la surface intérieure formant liaison avec l'arbre. Cette solution, bien que plus avantageuse en termes de coûts et de structure, a le désavantage d'avoir une épaisseur de bronze relativement fine et donc de limiter la capacité d'usure maximale. De plus, la géométrie de la bague limite l'efficacité des procédés de dépôt, et des problèmes d'adhésion et de cohésion du revêtement de surface en bronze avec la surface intérieure de la bague intérieure métallique rendent cette solution particulièrement difficile à mettre en oeuvre. Résumé de l'invention [0008] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients susmentionnés. [0009] Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir une rotule sphérique parti- culièrement économique, de montage aisé et sécurisé, et assurant une efficacité optimale pour une durée de vie allongée. [0010] L'invention concerne une rotule sphérique comprenant une bague intérieure et une bague extérieure coopérant par des surfaces de contact sphériques tronquées respectives, ladite bague intérieure ayant un alésage central avec une portion d'alésage cylindrique. [0011] Selon l'invention, la rotule sphérique comprend également un manchon cylindrique monté solidairement dans ladite portion d'alésage cylindrique, ledit manchon étant destiné à être monté autour d'un arbre, le manchon étant réalisé en un matériau résistant à l'usure et différent de celui de la bague intérieure. [0012] Grâce à l'invention, le manchon est solidaire de la bague intérieure et suit tous ses mouvements. Le manchon forme une interface de retenue entre la bague intérieure et l'arbre. Le manchon est formé en un matériau résistant à l'usure et assure une liaison mécanique fiable et pérenne avec l'arbre. La bague intérieure n'est pas soumise à une usure directe avec l'arbre. Le manchon peut être réalisé en un matériau plus onéreux que celui de la bague intérieure, mais ledit manchon reste de dimensions relativement modestes comparé à la bague intérieure. [0013] Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non obligatoires de l'invention, un 3 tel dispositif de poulie peut également inclure les caractéristiques suivantes, prises isolément ou avec toute combinaison techniquement admissible : La bague intérieure est formée d'un seul tenant. La bague intérieure est en métal. La bague intérieure est en acier, en alliage de titane ou en alliage de nickel. Le manchon est en métal. Le manchon est en alliage de cuivre. La bague extérieure est en métal. La bague extérieure est en acier, en alliage de titane ou en alliage de nickel. La bague extérieure est en matériau composite. Le manchon a une surface extérieure cylindrique montée serrée dans la portion d'alésage cylindrique de la bague intérieure. Le manchon est monté serré par un procédé d'expansion thermique. Le manchon est monté serré par un procédé de matriçage. La rotule comprend un premier moyen de retenue mécanique axiale pour le manchon dans la bague intérieure selon une première direction axiale dans le sens d'insertion du manchon dans la portion d'alésage cylindrique de la bague intérieure. La bague intérieure comprend un épaulement en saillie radiale depuis son alésage central vers l'intérieur de la bague, ledit épaulement limitant axialement la portion d'alésage cylindrique, et formant une butée pour le manchon selon la première direction axiale. L'épaulement de la bague intérieure est annulaire. Le diamètre intérieur de l'épaulement est strictement supérieur au diamètre intérieur de la surface intérieure du manchon. Une extrémité axiale du manchon comprend un rebord en saillie radiale depuis sa surface extérieure vers l'extérieur du manchon, ledit rebord formant une butée pour le manchon selon la première direction axiale. Le rebord du manchon est annulaire. Le rebord du manchon est logé dans une gorge formée à une extrémité axiale de la bague intérieure. La gorge de la bague intérieure est annulaire. La rotule comprend un second moyen de retenue mécanique axiale pour le manchon clans la bague intérieure selon une seconde direction axiale dans le sens opposé à l'insertion du manchon dans la portion d'alésage cylindrique de la bague intérieure. La rotule sphérique comprend également un écrou annulaire fixé à une extrémité axiale de la bague intérieure et formant une butée pour le manchon selon la seconde direction axiale. L'écrou comprend une surface extérieure filetée coopérant avec une surface intérieure taraudée de la bague intérieure. L'écrou est logé dans une gorge annulaire taraudée formée à une extrémité axiale de la bague intérieure. Le diamètre intérieur de l'écrou est strictement supérieur au diamètre intérieur de la surface intérieure du manchon. Une extrémité axiale de la bague intérieure comprend au moins une portion de déformation formant une retenue pour le manchon selon la seconde direction axiale. La bague intérieure comprend une pluralité de portions de déformation. La portion de déformation est annulaire. La portion de déformation est formée par sertissage. Une extrémité axiale du manchon comprend un chanfrein recevant ladite portion de déformation de la bague intérieure. Le chanfrein est annulaire. La surface extérieure cylindrique du manchon comprend une portion filetée coopérant avec une portion taraudée correspondante de la portion d'alésage cylindrique de la bague intérieure. Brève description des figures [0014] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif. [0015] La description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0016] [fig.1] est une vue en coupe axiale d'une rotule sphérique conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; [0017] [fig.2] est une vue du détail A de la rotule sphérique de la Figure 1 ; [0018] [fig.31 est une vue en coupe axiale d'une rotule sphérique conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et [0019] [fig.4] est une vue en coupe axiale d'une rotule sphérique conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de l'invention 100201 Sur la Heure 1 est représentée une rotule sphérique référencée 1 dans son ensemble, d'axe Xl, et conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La rotule sphérique 1 comprend une bague extérieure 2 et une bague intérieure 3. [0021] La bague extérieure 2 présente une surface extérieure 4 essentiellement cylindrique, et une surface intérieure 5 sphérique tronquée. La surface intérieure 5 se raccorde à la surface extérieure 4 par des parois latérales 6 et 7. La bague extérieure 2 comprend également une collerette de fixation 8, connue en soi, qui peut avantageusement être réalisée d'un seul tenant. [0022] La bague extérieure 2 peut être formée d'un seul tenant. La bague extérieure 2 peut être réalisée en matériau métallique, par exemple en titane, ou en matériau composite, par exemple incluant une matrice en matière plastique thermodurcissable ou thermoplastique et renforcée de fibres de carbone. [0023] La bague intérieure 3 présente une surface extérieure 9 dont le profil sphérique tronqué correspond à celui de la surface intérieure 4 de la bague extérieure 2. De sorte, la bague intérieure 3 et la bague extérieure 2 possèdent, l'une par rapport à l'autre, trois degrés de liberté en rotation autour de l'axe Xl. La bague intérieure 3 présente également un alésage central 10 avec une portion d'alésage cylindrique 11. [0024] La bague intérieure 3 peut être formée d'un seul tenant. La bague intérieure 3 est réalisée avantageusement en matériau métallique, par exemple en titane. [0025] Conformément à l'invention, la rotule sphérique 1 comprend également un manchon 12 monté solidairement dans ladite portion d'alésage cylindrique 11 de la bague intérieure 3. [0026] Le manchon 12 possède une surface intérieure 13 cylindrique, qui est montée en service sur une surface extérieure d'un arbre (non représenté). Le manchon 12 possède en outre une surface cylindrique extérieure 14, autour de laquelle s'étend la surface intérieure de la portion d'alésage cylindrique 11 de la bague intérieure 3. [0027] Le manchon 12 est réalisé en un matériau résistant à l'usure et différent de celui de la bague intérieure 3. De manière avantageuse, le manchon 12 est en métal, par exemple en bronze. [0028] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la surface extérieure 14 du manchon 12 est montée serrée dans la portion d'alésage cylindrique 11 de la bague intérieure 3. Le manchon 12 peut être monté serré par un procédé d'expansion thermique. De manière alternative, le manchon 12 peut être monté sen-é par un procédé de matriçage. [0029] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la rotule sphérique 1 comprend un premier moyen de retenue mécanique axiale pour le manchon 12 dans la bague intérieure 3 selon une première direction axiale dans le sens d'insertion du manchon 12 dans la portion d'alésage cylindrique 11 de la bague intérieure 3. [0030] Dans le mode de réalisation illustré en Figure 1, la bague intérieure 3 comprend un épaulement 15 en saillie radiale depuis son alésage central 10 vers l'intérieur de la 6 bague 3. L'épaulement 15 limite axialement la portion d'alésage cylindrique 11, et forme une butée pour le manchon 12 selon la première direction axiale. Le diamètre intérieur de l'épaulement 15 est strictement supérieur au diamètre intérieur de la surface intérieure 13 du manchon 12 afin d'éviter tout contact direct entre l'arbre monté dans le manchon 12 et la bague intérieure 3. De manière avantageuse, l'épaulement 12 de la bague intérieure 3 est annulaire. [0031] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la rotule comprend 1 un second moyen de retenue mécanique axiale pour le manchon 12 dans la bague intérieure 3 selon une seconde direction axiale dans le sens opposé à l'insertion du manchon 12 dans la portion d'alésage cylindrique 11 de la bague intérieure 3. [0032] Dans le mode de réalisation illustré en Figures 1 et 2, l'extrémité axiale par laquelle le manchon 12 est inséré dans la bague intérieure 3 comprend une portion de déformation 16 formant une retenue pour le manchon 12 selon la seconde direction axiale. La bague intérieure 3 peut présenter une pluralité de portions de déformation 16 réparties circonférentiellement, ou bien la portion de déformation 16 est annulaire. [0033] De manière avantageuse, ladite portion de déformation 16 peut être formée par sertissage. Une machine à sertir applique un effort déformant localement la matière de l'extrémité de la bague intérieure. Une zone en creux 17 est formée par laquelle de la matière est repoussée de manière à former une portion de déformation 16. Cette portion de déformation 16 peut prendre la forme d'une languette comme illustrée en Figure 2, ou encore de bourrelet ou de toute autre forme adaptée. [0034] De manière avantageuse, une extrémité axiale du manchon 12 comprend un chanfrein annulaire 18 recevant ladite portion de déformation 16 de la bague intérieure 3. Ainsi la matière demande moins de déformation pour coopérer avec une surface tronconique du chanfrein 18. De plus, le chanfrein 18 et la portion de déformation 16 peuvent être configurés de manière à ce que la portion de déformation 16 ne s'étende pas axialement au-delà de la surface latérale de l'extrémité du manchon 12. Un tel arrangement permet d'assurer la compacité de l'assemblage. [0035] Dans le mode de réalisation illustré en Figure 3, l'extrémité axiale du manchon 12 comprend un rebord 19 en saillie radiale depuis sa surface extérieure 14 vers l'extérieur du manchon 12, ledit rebord 19 formant une butée pour le manchon selon la première direction axiale. Le rebord 19 du manchon est avantageusement annulaire, et est logé dans une gorge 20 annulaire formée à une extrémité axiale de la bague intérieure 3. [0036] En outre, la surface extérieure cylindrique 14 du manchon 12 comprend une portion filetée 21 coopérant avec une portion taraudée 22 correspondante de la portion d'alésage cylindrique 11 de la bague intérieure 3. [0037] Dans le mode de réalisation illustré en Figure 4, la rotule sphérique 1 comprend 7 également un écrou 23 annulaire fixé à une extrémité axiale de la bague intérieure 3. Le diamètre intérieur de l'écrou 23 est strictement inférieur au diamètre extérieur de la surface extérieure 14 du manchon 12, et forme ainsi une butée pour le manchon 12 selon la seconde direction axiale. Le diamètre intérieur de l'écrou 23 est strictement supérieur au diamètre intérieur de la surface intérieure 13 du manchon 12, afin d'éviter tout contact direct entre l'arbre monté dans le manchon 12 et l'écrou 23. De manière avantageuse, l'écrou 23 comprend une surface extérieure filetée 24 coopérant avec une surface intérieure taraudée 25 de la bague intérieure 3. L'écrou 23 est logé dans une gorge annulaire 26 formée à une extrémité axiale de la bague intérieure 3. De manière alternative, l'écrou peut être fixé solidairement à la bague intérieure par tout autre moyen adapté, par exemple par rivetage, collage ou soudage. [0038] En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation peuvent être, en totalité et seulement pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le dispositif de poulie peut être adapté en termes de coûts, de performance et de simplicité de mise en oeuvre. 8