Brevet FR3160220A1 — publié le 20250919

Palier à roulement à butées axiales, 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) présentant en section droite un profil interne concave et d’au moins une première surface de butée (13a) s’étendant, à partir d’une première extrémité axiale (e1) du chemin de roulement (7), obliquement vers l’extérieur en direction de la deuxième bague (3). Référence : Figure 2 Palier à roulement à butées axiales, 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 présentant en section droite un profil interne concave et d’au moins une première surface de butée s’étendant, à partir d’une première extrémité axiale du chemin de roulement, obliquement vers l’extérieur en direction de la deuxième bague. Ladite surface de butée forme une rupture de pente par rapport au chemin de roulement dans sa zone de raccordement avec ledit chemin. Ladite surface de butée forme une butée axiale permettant de bloquer le déplacement axial de la rangée de billes. Ainsi, on limite les déplacements axiaux et radiaux relatifs entre les première et deuxième bagues. Ceci permet également d’augmenter la rigidité axiale du palier. Avantageusement, ladite surface de butée de la première bague est de forme tronconique. En section droite, ladite surface de butée de la première bague, s’étend de préférence perpendiculairement à une droite oblique qui joint la première extrémité axiale du chemin de roulement et le point de contact entre ladite bille et l’élément rapporté de la deuxième bague qui est axialement du côté opposé à ladite surface de butée par rapport à ladite bille. Avantageusement, la première bague comprend une surface annulaire à partir de laquelle est formé le chemin de roulement, ladite surface de butée se raccordant à ladite surface annulaire. Dans un mode de réalisation, ladite surface de butée se raccorde à ladite surface annulaire par l’intermédiaire d’un chanfrein. Avantageusement, en section droite, ladite surface de butée s’étend obliquement, à partir de la première extrémité axiale, du côté du profil interne concave du chemin de roulement. Dans un mode de réalisation, la première bague comprend une deuxième surface de butée s’étendant, à partir d’une deuxième extrémité axiale du chemin de roulement opposée à la première extrémité axiale, obliquement vers l’extérieur en direction de la deuxième bague. La deuxième surface de butée de la première bague est de préférence symétrique à la première surface de butée par rapport à un plan radial passant par le centre des billes. Dans un mode de réalisation, la deuxième bague comprend deux éléments rapportés qui sont disposés dans l’enveloppe de part et d’autre d’un 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, la bague intérieure 2 comprend des surfaces de butée 13a, 13b pour limiter le déplacement des billes 4 axialement le long de celle-ci. 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 fils 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 fils 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 fils 9, 10 sont identiques de sorte à réduire les coûts de fabrication. Comme illustré plus visiblement à la FIG. 2 , le chemin de roulement 7 de la bague intérieure 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 décalées radialement du côté opposé à la bague extérieure 3, i.e. vers l’intérieur, par rapport à la surface annulaire 6 axiale extérieure. 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. La bague intérieure 2 comprend une première surface de butée 13a annulaire de forme tronconique qui s’étend, à partir de la première extrémité e1 axiale du chemin de roulement 7, obliquement vers l’extérieur en direction de la bague extérieure 3 jusqu’à la surface annulaire 6 axiale extérieure. La surface de butée 13a se raccorde d’un côté à la surface annulaire 6 axiale extérieure de la bague intérieure 2, et de l’autre côté au chemin de roulement 7. La surface de butée 13a s’étend ainsi entre la première extrémité e1 axiale du chemin de roulement 7 et la surface annulaire 6 de la bague intérieure 2. Le raccordement de la surface de butée 13a à la surface annulaire 6 peut se faire par l’intermédiaire d’un chanfrein. En section droite, la surface de butée 13a s’étend obliquement, à partir de la première extrémité axiale e1, du côté intérieur du profil interne concave du chemin de roulement 7. Autrement dit, la surface de butée 13a se referme vers l’intérieur de l’arc du chemin de roulement 7. En section droite, la surface de butée 13a est sécante à une droite oblique d1 qui joint la première extrémité e1 axiale du chemin de roulement 7 de la bague 2 intérieure et le point de contact entre ladite bille 4 et l’élément rapporté 10 opposé axialement. L’angle formé entre la surface de butée 13a et cette droite oblique d1 peut par exemple être compris entre 25° et 85°. La bague intérieure 2 comprend également une deuxième surface de butée 13b qui s’étend à partir de la deuxième extrémité e2 axiale du chemin de roulement 7, obliquement en direction de la bague extérieure 3 jusqu’à la surface annulaire 6 axiale extérieure. La surface de butée 13b se raccorde d’un côté à la surface annulaire 6 axiale extérieure de la bague intérieure 2, et de l’autre côté au chemin de roulement 7. La deuxième surface de butée 13b s’étend ainsi entre la deuxième extrémité e2 axiale du chemin de roulement 7 et la surface annulaire 6 de la première bague intérieure 2. Le raccordement de la surface de butée 13b à la surface annulaire 6 peut se faire par l’intermédiaire d’un chanfrein. En section droite, la surface de butée 13b s’étend obliquement, à partir de la deuxième extrémité axiale e2, du côté intérieur du profil interne concave du chemin de roulement 7. Autrement dit, la surface de butée 13b se referme vers l’intérieur de l’arc du chemin de roulement 7. En section droite, la surface de butée 13b est sécante à une droite oblique d2 qui joint la deuxième extrémité e2 axiale du chemin de roulement 7 de la bague 2 intérieure et le point de contact entre ladite bille 4 et l’élément rapporté 9 opposé axialement. L’angle formé entre la surface de butée 13b et cette droite oblique d2 peut par exemple être compris entre 25° et 85°. Les surfaces de butée 13a, 13b peuvent être symétriques par rapport au plan P radial passant par le centre des billes 4. Les surfaces 13a, 13b de la bague intérieure forment des butées axiales permettant de bloquer le déplacement axial de la rangée de billes 4. 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 et la ou les surfaces de butée 13a, 13b sont formées 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), 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) présentant en section droite un profil interne concave et d’au moins une première surface de butée (13a) s’étendant, à partir d’une première extrémité axiale (e1) du chemin de roulement (7), obliquement vers l’extérieur en direction de la deuxième bague (3). Palier (1) selon la revendication 1, dans lequel ladite surface de butée (13a) de la première bague (2) est de forme tronconique. Palier (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel la première bague (2) comprend une surface annulaire (6) à partir de laquelle est formé le chemin de roulement (7), ladite surface de butée (13a) se raccordant à ladite surface annulaire (6). Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, en section droite, ladite surface de butée (13a) s’étend obliquement, à partir de la première extrémité axiale (e1), du côté intérieur du profil interne concave du chemin de roulement (7). Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première bague (2) comprend une deuxième surface de butée (13b) s’étendant, à partir d’une deuxième extrémité axiale (e2) du chemin de roulement (7) opposée à la première extrémité axiale (e1), obliquement vers l’extérieur en direction de la deuxième bague (3). Palier (1) selon la revendication 5, dans lequel la deuxième surface de butée (13b) de la première bague (2) est symétrique à la première surface de butée (13a) par rapport à un 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 d’un plan (P) radial passant par le centre des billes (4). Palier (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, 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 8, monté radialement entre le logement et l’arbre.