Brevet FR3160221A1 — publié le 20250919

Palier à roulement à chemin de roulement asymétrique, notamment pour colonne de direction Palier à roulement (1), notamment pour colonne de direction, comprenant une première bague (2), une deuxième bague (3) et au moins une rangée de billes (4) disposées entre lesdites bagues (2, 3), la deuxième bague (3) comprenant une enveloppe (8) et au moins un élément rapporté (9) disposé dans l’enveloppe (8) pour former un chemin de roulement de ladite deuxième bague (3), et au moins un élément de précontrainte (11) monté dans l’enveloppe (8) et exerçant un effort axial sur ledit élément rapporté (9). La première bague (2) est pourvue d’un chemin de roulement (7) pour les billes (4) présentant en section droite un profil interne concave asymétrique par rapport à un plan (P’) parallèle à un plan (P) radial passant par le centre des billes (4). Référence : Figure 2 Palier à roulement à chemin de roulement asymétrique, notamment pour colonne de direction Domaine technique de l’invention La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement et notamment ceux utilisés dans les colonnes de direction de véhicules automobiles. Etat de la technique antérieure 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 des éléments rapportés 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 éléments rapportés de sorte à obtenir un fonctionnement avec des déplacements limités. L’architecture d’un tel palier à roulement permet d’éviter la présence de jeu libre dans le roulement mais ne limite pas totalement les déplacements axiaux et radiaux entre les bagues même en ajustant la précharge du palier après montage. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients. L’invention a pour objet un palier à roulement, notamment pour colonne de direction, comprenant une première bague, une deuxième bague et au moins une rangée de billes disposées entre lesdites bagues, la deuxième bague comprenant une enveloppe au moins un élément rapporté disposé dans l’enveloppe pour former un chemin de roulement de ladite deuxième bague, et au moins un élément de précontrainte monté dans l’enveloppe et exerçant un effort axial sur ledit élément rapporté. Par « élément rapporté », on entend un élément distinct de l’enveloppe. Selon une caractéristique générale, la première bague est pourvue d’un chemin de roulement pour les billes présentant en section droite un profil interne concave asymétrique par rapport à un plan parallèle à un plan radial passant par le centre des billes. Ainsi, l’osculation, qui est le rapport entre la courbure du chemin de roulement et le diamètre des billes, est de valeur différente des deux côtés du plan radial passant par le centre des billes. Avantageusement, en section droite, le profil interne concave du chemin de roulement de la première bague comprend un premier arc de cercle d’un premier rayon situé axialement du côté de l’élément de précontrainte et un deuxième arc de cercle d’un deuxième rayon situé axialement du côté opposé à l’élément de précontrainte, les premier et deuxième arcs de cercle étant de centres différents et le premier rayon étant supérieur au deuxième rayon. Ledit profil interne concave asymétrique du chemin de roulement de la première bague permet de limiter le déplacement axial relatif des bagues. Dans la mesure où le plus petit rayon du chemin de roulement est situé axialement du côté opposé à l’élément de précontrainte, les billes de ladite rangée auront tendance en fonctionnement à remonter plus vite sur cette partie du chemin de roulement, ce qui provoquera une compression plus importante de l’élément de précontrainte et en retour un effort de précontrainte plus important exercé par ledit élément. Ainsi, le palier à roulement admettra donc moins de déflexion axiale à précontrainte équivalente sans compromettre le couple de frottement. Ceci permet également d’augmenter la rigidité axiale du palier. A titre indicatif, le rayon du premier arc de cercle du chemin de roulement de la première bague est compris entre 110% et 130% du rayon du deuxième arc de cercle, et notamment égale à 120%. Avantageusement, la première bague comprend une surface annulaire à partir de laquelle est formé le chemin de roulement, lesdits arcs de cercle se raccordant à ladite surface annulaire. Alternativement, il est possible de prévoir une surface de raccordement entre chaque arc de cercle et ladite surface annulaire. Optionnellement, chaque arc de cercle se raccorde à ladite surface annulaire par l’intermédiaire d’un chanfrein. Dans un mode de réalisation, lesdits arcs de cercle du profil interne concave du chemin de roulement se raccordent entre eux en un point appartenant au plan parallèle au plan radial passant par le centre des billes. Alternativement, il est possible de prévoir une surface cylindrique de raccordement entre les arcs de cercle. Dans un mode de réalisation, la deuxième bague comprend deux éléments rapportés qui sont disposés dans l’enveloppe de part et d’autre du plan radial passant par le centre des billes. Avantageusement, les deux éléments rapportés de la deuxième bague sont identiques. Dans un mode de réalisation, la première bague est la bague intérieure du palier à roulement et la deuxième bague est la bague extérieure du palier à roulement. L’invention a encore pour objet une colonne de direction comprenant un logement, un arbre coaxial audit logement et au moins un palier à roulement tel que défini ci-dessus, monté radialement entre le logement et l’arbre. Brève description des figures D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est une vue en coupe axiale d’un palier à roulement selon un exemple de réalisation ; FIG. 2 est une vue de détail de la FIG. 1 ; FIG. 3 est une vue de détail en coupe d’un palier à roulement selon un autre exemple de réalisation ; et FIG. 4 est une vue de détail en coupe d’un palier à roulement selon encore un autre exemple de réalisation. Description détaillée de l’invention Sur la FIG. 1 , un palier à roulement est illustré, désigné par la référence numérique 1, comprenant une première bague 2, une deuxième bague 3, et une rangée de billes 4 disposées entre lesdites bagues 2, 3. Dans ce mode de réalisation, le palier à roulement 1 comporte une cage 5 disposée radialement entre les bagues 2, 3 pour maintenir un espacement circonférentiel régulier entre les billes 4. Alternativement, le palier à roulement 1 pourrait être dépourvu de cage 5. Dans ce mode de réalisation, la première bague 2 est la bague intérieure du palier à roulement 1 et la deuxième bague 3 est la bague extérieure du palier à roulement 1. La bague intérieure 2 comprend un alésage cylindrique délimité axialement par des faces frontales radiales opposées et une surface annulaire 6 axiale extérieure à partir de laquelle est formée une gorge circulaire toroïdale présentant en section droite un profil interne concave apte à former un chemin de roulement 7 pour les billes 4, ladite gorge étant orientée radialement vers l’extérieur. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, le chemin de roulement 7 de la bague intérieure 2 présente en section droite un profil interne concave asymétrique par rapport à un plan P’ qui est parallèle à un plan P radial passant par le centre des billes 4. La bague intérieure 2 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 3 comprend une enveloppe 8 extérieure et deux éléments rapportés 9, 10 distincts formant des chemins de roulement de ladite bague 3 pour les billes 4. Les éléments rapportés 9, 10 se présentent ici sous forme de deux fils distincts. La bague extérieure 3 comprend également un élément de précontrainte 11 exerçant un effort axial sur l’un desdits éléments rapportés 9, 10. Les éléments rapportés 9, 10 et l’élément de précontrainte 11 sont montés à l’intérieur de l’enveloppe 8. L’enveloppe 8 peut avantageusement être fabriquée par découpe et emboutissage d’une feuille de tôle métallique. L’enveloppe 8, de forme annulaire, comprend une portion axiale extérieure 12a prolongée, à chaque extrémité, radialement vers l’intérieur par une portion radiale 12b, 12c. Les éléments rapportés 9, 10 sont disposés en contact radial avec l’alésage de la portion axiale 12a et sont disposés dans l’enveloppe 8 de part et d’autre d’un plan radial P passant par le centre des billes 4. La portion radiale 12c présente une dimension radiale inférieure à celle de la portion radiale 12b et présente également une épaisseur réduite pour être légèrement incurvée en direction des billes 4 de sorte à venir en appui contre l’élément rapporté 10 et précontraindre axialement le palier 1. La cage 5 est disposée radialement entre le bord libre de la portion radiale 12c de l’enveloppe 8 et la surface extérieure de la bague intérieure 2. L’enveloppe 8 comprend également une portion axiale 12d intérieure prolongeant axialement vers l’intérieur un bord de petit diamètre de la portion radiale 12b. La portion axiale 12d est prévue pour le centrage de l’élément de précontrainte 11 à l’intérieur de l’enveloppe 8. L’élément de précontrainte 11, de forme annulaire, est monté axialement en contact contre la portion radiale 12b de l’enveloppe 8 et l’élément rapporté 9 et radialement entre les portions axiales 12a extérieure et 12d intérieure en restant à distance de celles-ci. Une surface radiale de l’élément de précontrainte 11 est en contact axial avec la face interne de la portion radiale 12b et une surface radiale opposée est en contact axial avec l’élément rapporté 9. L’élément de précontrainte 11 reste à distance des billes 4. L’élément de précontrainte 11 exerce un effort axial permanent sur l’élément rapporté 9 qui tend à précontraindre les billes 4 sur l’autre élément rapporté 10 et sur la gorge de la bague 2 intérieure. L’élément de précontrainte 11 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’élément de précontrainte 11 se présente sous la forme d’un tore à section carrée. En variante, il pourrait être possible de prévoir un élément de précontrainte 11 présentant en section droite un autre profil, par exemple circulaire. Les éléments rapportés 9, 10 se présentent sous la forme de tores ouverts et sont montés à l’intérieur de l’enveloppe 8 en contact direct contre celle-ci. Les billes 4 sont disposées entre les éléments rapportés 9, 10 de la bague extérieure 3 qui forment des chemins de roulement et le chemin de roulement 7 de la bague intérieure 2. On réalise ainsi un palier à roulement 1 à trois points de contact. Dans l’exemple de réalisation illustré, les éléments rapportés 9, 10 sont identiques de sorte à réduire les coûts de fabrication. Comme illustré plus visiblement sur les figures 2, 3 et 4, le chemin de roulement 7 de la bague intérieure 2 est pourvu d’une première extrémité e1 axiale et d’une deuxième extrémité e2 axiale qui délimitent la longueur axiale dudit chemin de roulement 7. Les première et deuxième extrémités e1, e2 axiales sont raccordées à la surface annulaire 6 de la bague intérieure 2. Les première et deuxième extrémités e1, e2 axiales sont alignées en considérant la direction axiale. La première extrémité e1 axiale est située axialement du même côté que l’élément de précontrainte 11 par rapport au plan P radial passant par le centre des billes 4, et la deuxième extrémité e2 axiale est située axialement du côté opposé. Comme illustré plus visiblement à la FIG. 2 , en section droite, le chemin de roulement 7 de la bague intérieure 2 présente un profil interne concave asymétrique par rapport au plan P’ qui est parallèle au plan P radial passant par le centre des billes 4. Le profil interne concave du chemin de roulement 7 comprend un premier arc de cercle 13a de rayon r1 qui est situé axialement du côté de l’élément de précontrainte 11, et un deuxième arc de cercle 13b de rayon r2 qui est situé axialement du côté opposé à l’élément de précontrainte 11. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le rayon r1 est supérieur au rayon r2. Les premier et deuxième arcs de cercle 13a, 13b présentent des centres C1, C2 différents. Le centre C1 est situé dans le plan P radial et le centre C2 est situé dans le plan P’ parallèle au plan P radial. Le centre C1 est décalé radialement du côté de la bague extérieure 1 par rapport au centre C2, et décalé axialement du côté opposé à l’élément de précontrainte 11 par rapport au centre C2. Le plan P’ est décalé axialement du côté de la première extrémité e1 par rapport au plan P. Le décalage axial des plans P et P’ est illustré par la double flèche référencée d. L’arc de cercle 13a s’étend à partir de la première extrémité e1 axiale du chemin de roulement 7 jusqu’à un plan P’’ radial parallèle au plan P. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le plan P’’ est décalé axialement du côté opposé à l’élément de précontrainte 11 par rapport au plan P. L’arc de cercle 13b s’étend à partir de l’extrémité e2 axiale du chemin de roulement 7 jusqu’au plan P’’ radial. Les arcs de cercle 13a, 13b se raccordent donc entre eux en un point 14 confondu au plan P’’. A titre indicatif, pour un palier à roulement présentant un diamètre de billes égal à 3,969 millimètres, le rayon r1 de l’arc de cercle 13a peut être égal à 2,4 millimètres et le rayon r2 de l’arc de cercle 13b peut être égal à 2 millimètres. De préférence, le rayon r1 est compris entre 110% et 130% du rayon r2, et notamment égale à 120%. Dans cet exemple de réalisation, la bague extérieure 3 comprend deux éléments rapportés 9, 10 dans l’enveloppe se présentant sous forme de fils pour former les chemins de roulement de la bague extérieure. Alternativement, il est possible de prévoir d’autres conceptions de la bague extérieure. Par exemple, comme cela est illustré à la FIG. 3 , sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, la bague extérieure 3 comprend un élément rapporté 9 se présentant sous la forme d’une coupelle qui délimite un chemin de roulement pour les billes 4. Dans l’exemple de réalisation illustré à la FIG. 4 , sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, la bague extérieure 3 comprend un unique élément rapporté 10 sous la forme d’une coupelle qui délimite un chemin de roulement pour les billes 4, l’enveloppe 8 comprenant une extension oblique 12d prolongeant obliquement la portion axiale 12d intérieure et délimitant un chemin de roulement pour les billes 4. Dans cet exemple, l’élément de précontrainte 11 est disposé axialement entre la portion radiale 12c de l’enveloppe et l’élément rapporté 10. Comme indiqué précédemment, dans les exemples de réalisation illustrés, la première bague 2 du palier est la bague intérieure et la deuxième bague 3 est la bague extérieure. Alternativement, il est possible de prévoir une disposition inversée dans laquelle la première bague 2 est la bague extérieure et la deuxième bague 3 est la bague intérieure. Dans ce cas, le chemin de roulement 7 présentant en section droite un profil interne concave asymétrique est formé sur l’alésage de la bague extérieure qui forme une surface intérieure de ladite bague. Palier à roulement (1), notamment pour colonne de direction, comprenant une première bague (2), une deuxième bague (3) et au moins une rangée de billes (4) disposées entre lesdites bagues (2, 3), la deuxième bague (3) comprenant une enveloppe (8) et au moins un élément rapporté (9) disposé dans l’enveloppe (8) pour former un chemin de roulement de ladite deuxième bague (3), et au moins un élément de précontrainte (11) monté dans l’enveloppe (8) et exerçant un effort axial sur ledit élément rapporté (9), caractérisé en ce que la première bague (2) est pourvue d’un chemin de roulement (7) pour les billes (4) présentant en section droite un profil interne concave asymétrique par rapport à un plan (P’) parallèle à un plan (P) radial passant par le centre des billes (4). Palier (1) selon la revendication 1, dans lequel, en section droite, le profil interne concave du chemin de roulement (7) de la première bague comprend un premier arc de cercle (13a) de rayon (r1) et situé axialement du côté de l’élément de précontrainte (11), et un deuxième arc de cercle (13b) de rayon (r2) et situé axialement du côté opposé à l’élément de précontrainte (11), les premier et deuxième arcs de cercle étant de centres différents (C1, C2) et le rayon (r1) étant strictement supérieur au rayon (r2). Palier (1) selon la revendication 2, dans lequel le rayon (r1) est compris entre 110% et 130% du rayon (r2). Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première bague (2) comprend une surface annulaire (6) à partir de laquelle est formé le chemin de roulement (7), lesdits arcs de cercle (13a, 13b) se raccordant à ladite surface annulaire (6). Palier (1) selon la revendication 4, dans lequel chaque arc de cercle (13a, 13b) se raccorde à ladite surface annulaire (6) par l’intermédiaire d’un chanfrein. Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits arcs de cercle (13a, 13b) du profil interne concave du chemin de roulement (7) de la première bague (2) se raccordent entre eux en un point (14) appartenant au plan (P’) parallèle au plan (P) radial passant par le centre des billes (4). Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la deuxième bague (3) comprend deux éléments rapportés (9, 10) qui sont disposés dans l’enveloppe (8) de part et d’autre du plan (P) radial passant par le centre des billes (4). Palier (1) selon la revendication 7, dans lequel les deux éléments rapportés (9, 10) de la deuxième bague (3) sont identiques. Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première bague (2) est la bague intérieure du palier à roulement (1) et la deuxième bague (3) est la bague extérieure du palier à roulement (1). Colonne de direction comprenant un logement, un arbre coaxial audit logement et au moins un palier à roulement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, monté radialement entre le logement et l’arbre.