FR2475685A1 - Ball joint vehicle exhaust pipe - uses part spherical spigot in collar socket with outer collar sprung with axial and radial float - Google Patents

Ball joint vehicle exhaust pipe - uses part spherical spigot in collar socket with outer collar sprung with axial and radial float Download PDF

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Abstract

The ball-joint is used between sections of an automatic exhaust pipe, to insulate the pipe (6) from engine vibration. A spigot barrel (9) takes a part spherical formation centred on an inboard pipe circumference, the leading sector (S1) housing into a bellmouth socket (62) of the corresponding form. A doubly flanged oval collar (12) is welded to the socket barrel (62), its lobes accommodating holes (18) for retaining bolts (13). A similar floating collar (H) is secured to the bolts, being a snug fit on the inboard spigot sector (S2). Springs (14) surround bolts interposing the collar (12) and nuts (16) to permit collar (11) movement in the axial sense, with oversize bolt holes (18) accommodating some movement in the radial sense.

Description

Joint à rotule pour des éléments tubulaires tels que des tuyaux d'échappement de véhicules automobiles.Ball joint for tubular elements such as motor vehicle exhaust pipes.

La présente invention concerne un joint à rotule destiné à assurer l'assemblage entre des éléments tubulaires et plus particulièrement des tuyaux d'échappement de véhicules automobiles quelles que soient leur nature et leur fonction. The present invention relates to a ball joint intended to ensure the assembly between tubular elements and more particularly motor vehicle exhaust pipes whatever their nature and their function.

On sait que le point faible des tuyaux d'échappement de véhicules automobiles est généralement constitué par la partie du tuyau la plus proche du bloc-moteur. En effet, en cours de fonctionnement, le bloc-moteur vibre et ses vibrations sont transmises par le collecteur d'échappement des gaz brûlés au tuyau d'échappement qui est fixé au chassis du véhicule. On a observé que le tuyau d'échappement est donc soumis à de multiples contraintes de fatigue qui peuvent entraîner sa rupture, et cela malgré les systèmes élastiques de suspension jusqu'alors utilisés pour tenter de compenser ces vibrations. 10 est donc connu d'utiliser, dans ce type d'application, des joints à rotule permettant au bloc moteur de pouvoir vibrer librement, indépendamment de la tubulure d'échappement de manière à éviter sa détérioration prématurée. It is known that the weak point of the exhaust pipes of motor vehicles is generally formed by the part of the pipe closest to the engine block. In fact, during operation, the engine block vibrates and its vibrations are transmitted by the exhaust manifold of the burnt gases to the exhaust pipe which is fixed to the chassis of the vehicle. It has been observed that the exhaust pipe is therefore subjected to multiple fatigue stresses which can cause it to break, and this despite the elastic suspension systems hitherto used to try to compensate for these vibrations. 10 is therefore known to use, in this type of application, ball joints allowing the engine block to be able to vibrate freely, independently of the exhaust manifold so as to avoid its premature deterioration.

Parmi ces joints a rotule connus, il existe notamment celui dans lequel le collecteur en fonte, relié au collecteur d'échappement du moteur, présente à son extrémité libre, un segment sphé rique venant prendre place dans un siège de forme complementaire, réalisé à l'extrémité d'un raccord situe, en prenant le bloc-moteur en référence, en amont du tube de séparation menant au pot d'échappement. Dans ce mode de réalisation, le segment sphérique du collecteur fonte,dit également collecteur Y, correspond très exactement à la hauteur du siège réalisé dans le raccord tulipe, de sorte que les portées des surfaces en contact sont relativement faibles.Ce genre de rotule est par ailleurs d'un coût de fabrication élevé dans la mesure ou le collecteur et le raccord doivent être accouplés par des brides inférieure et supérieure, l'une des deux brides étant soudée sur le raccord tulipe, l'autre étant nontee mobile dans au moins deux plans orthogonaux par rapport au collecteur, cette mobilité étant obtenue par des ergots mobiles en rotation dans des fraisures usinées du collecteur, et par des vis à tête cylindrique, situées dans un plan perpendiculaire a celui des ergots, ces têtes de vis pouvant librement pivoter dans des sièges de forme correspondante, usinés dans la bride supérieure du collecteur.La bride fixe, solidaire du raccord tulipe, est accouplée à la bride articulée du collecteur par les vis précitées à tête cylindrique, avec interposition de ressort de compression prenant appui sous la bride inférieure, le tout étant immo bilisé par des rondelles et des contre-écrous de blocage. Ce mode d'assemblage présente donc l'inconvénient de susciter un usinage élaboré de la tête du collecteur et des sièges des ergots et des vis, ce qui grève sensiblement le prix de revient d'un tel joint rotule. Among these known ball joints, there is in particular that in which the cast iron manifold, connected to the engine exhaust manifold, has at its free end, a spherical segment coming to take place in a seat of complementary shape, produced at the end of a fitting located, taking the engine block as a reference, upstream of the separation tube leading to the exhaust pipe. In this embodiment, the spherical segment of the cast iron manifold, also known as the Y manifold, corresponds very exactly to the height of the seat produced in the tulip fitting, so that the spans of the contacting surfaces are relatively small. also of a high manufacturing cost insofar as the manifold and the connector must be coupled by lower and upper flanges, one of the two flanges being welded to the tulip connection, the other being movable in at least two planes orthogonal to the collector, this mobility being obtained by pins movable in rotation in machined countersinks of the collector, and by cylindrical head screws, situated in a plane perpendicular to that of the lugs, these screw heads being able to freely pivot in seats of corresponding shape, machined in the upper flange of the collector.The fixed flange, integral with the tulip fitting, is coupled to the articulated flange of the collection ur by the aforementioned screws with cylindrical head, with interposition of compression spring bearing under the lower flange, the whole being immobilized by washers and locking locknuts. This method of assembly therefore has the drawback of giving rise to elaborate machining of the head of the manifold and of the seats of the lugs and screws, which significantly increases the cost price of such a ball joint.

L'invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients afin de permettre l'obtention d'un joint rotule qui, tout en présentant les qualités des joints connus, soit d'un cout de fabrication sensiblement moindre. The object of the invention is to remedy these various drawbacks in order to allow a ball joint to be obtained which, while having the qualities of known joints, is of significantly lower manufacturing cost.

L'invention concerne donc un joint carac- térisé en ce que l'extrémité du collecteur comporte un second segment sphérique prolongeant le segment de siège, la bride associée à ce collecteur ceinturant librement ce second segment et étant seulement ac couplée à la bride du raccord femelle par des organes d'assemblage. The invention therefore relates to a seal characterized in that the end of the manifold comprises a second spherical segment extending the seat segment, the flange associated with this manifold freely encircling this second segment and being only ac coupled to the flange of the fitting. female by assembly members.

Suivant un mode de réalisation, le second segment sphérique du collecteur est contigu au premier segment sphérique de siège et forme une surface continue convexe. According to one embodiment, the second spherical segment of the manifold is contiguous with the first spherical seat segment and forms a continuous convex surface.

Suivant une caractéristique de l'invention, la bride du collecteur est constituée de deux demi-coquilles pourvues d'une ouverture centrale, accouplées l'une à l'autre par des moyens de fixation, ces deux demi-coquilles ceinturant le second segment sphérique du collecteur. According to a characteristic of the invention, the manifold flange consists of two half-shells provided with a central opening, coupled to one another by fixing means, these two half-shells encircling the second spherical segment of the collector.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après et des dessins an nexés, dans lesquels
- la Fig. 1 est une vue schématique d'un tuyau d'échappement;
- la Fig. 2 est une vue partielle du joint à rotule selon l'invention;
- la Fig. 3 est une vue de dessus des deux demi-coquilles constituant la bride supérieure du collecteur;
- la Fig. 4 est une vue en coupe de la
Fig. 3 suivant une ligne A-A.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description below and from the appended drawings, in which
- Fig. 1 is a schematic view of an exhaust pipe;
- Fig. 2 is a partial view of the ball joint according to the invention;
- Fig. 3 is a top view of the two half-shells constituting the upper flange of the manifold;
- Fig. 4 is a sectional view of the
Fig. 3 along a line AA.

Comme illustré en Fig. 1, le blocmoteur 1, et plus particulièrement ses collecteurs 2, sont accouplés au collecteur fonte 3, faisant partie du joint à rotule, par une bride 4, le joint à rotule étant schématiquement désigné par la référence 5, le raccord tulipe par la référence 6, les tubes de séparation par la référence 7, et le tuyau d'échappement menant au pot d'échappement proprement dit par la référence 8. As illustrated in Fig. 1, the engine block 1, and more particularly its manifolds 2, are coupled to the cast iron manifold 3, forming part of the ball joint, by a flange 4, the ball joint being schematically designated by the reference 5, the tulip connection by the reference 6, the separation tubes by the reference 7, and the exhaust pipe leading to the exhaust pipe proper by the reference 8.

En se référant à la Fig. 2, le collecteur en fonte 3, dit collecteur Y (parce qu'il est convergent vers la rotule et qu'il est séparé intérieurement par une cloison) présente la parti culait de comporter à son extrémité, deux segments sphériques S1-S2 se prolongeant l'un l'autre, ces deux segments étant, dans le cas conconsidéré, relies entre eux par une zone convexe 9 ayant le même rayon que les segments S1-S2, de façon à former une paroi convexe continue se raccordant respectivement à la paroi extérieure 31 du collecteur, et à la paroi extérieure 61 du raccord 6. t'extrémité de ce raccord femelle tourné vers te collecteur présente une forme tulipée 62 obtenue par emboutissage, cette extrémité tulipee présentant intérieurement un siège 10 e# forme de segment sphérique correspondant au segment Si du rollec- teur 3. Referring to FIG. 2, the cast iron manifold 3, said manifold Y (because it converges towards the ball joint and is separated internally by a partition) presents the party culait to include at its end, two spherical segments S1-S2 extending one to the other, these two segments being, in the case considered, connected together by a convex zone 9 having the same radius as the segments S1-S2, so as to form a continuous convex wall connecting respectively to the wall outer 31 of the manifold, and to the outer wall 61 of the connector 6. the end of this female connector facing the manifold has a tulip shape 62 obtained by stamping, this tulip end has internally a seat 10 e # shape of a spherical segment corresponding to the Si segment of the rollator 3.

L'assemblage à rotation des deux éléments constituant le joint à rotule, c'est-à-dire l'accouplement du collecteur 3 et du raccord 6, est assuré par deux brides 11 et 12, accouplées entre elles par des vis 13 coopérant avec des ressorts de compression 14, des rondelles 15 et des écrous et contre-écrous de blocage 16. La bride in férieure est réalisée en tôle emboutie et comporte un orifice central ayant un diamètre sensiblement égal à celui de l'extrémité tulipée 62 du raccord 6, de manière à pouvoir être emboîtée sur ce raccord, après quoi la bride 12 est rendue solidaire de l'extrémité tulipée dudit raccord par des points de soudure 17. Cette bride 12 comporte évidemment un ou plusieurs orifices 18 destinés au passage des vis 13.  The rotary assembly of the two elements constituting the ball joint, that is to say the coupling of the manifold 3 and the connector 6, is provided by two flanges 11 and 12, coupled together by screws 13 cooperating with compression springs 14, washers 15 and locknuts and locknuts 16. The bottom flange is made of pressed sheet metal and has a central orifice having a diameter substantially equal to that of the tulip-shaped end 62 of the fitting 6 , so as to be able to be fitted onto this connector, after which the flange 12 is made integral with the tulip-shaped end of said connector by welding points 17. This flange 12 obviously includes one or more orifices 18 intended for the passage of the screws 13.

La bride supérieure 11 est réalisée, quant à elle, à partir de deux demi-coquilles 111-112 (Fig. 3). Cette bride est réalisée en deux parties, de manière à ce qu'elle puisse être mise en place autour du collecteur, et plus précisément en regard du segment sphérique S2 par simple rapprochement radial des deux demicoquilles qui viennent ainsi ceinturer le collecteur, le diametre interne 113 de cette bride, après assemblage des deux demi-coquilles, etant necessairement inférieur au diamètre le plus large de la rotule, c' est-à-dire au niveau de la zone de transition 9 reliant les segments sphériques S1-S2.Cet orifice 113 est forme par un retour 19 obtenu par emboutissage étant donne que, contrairement aux brides en fonte jusqu'alors usinées, cette bride supérieure est obtenue par simple emboutissage d'une tôle découpée. Le bord extérieur des deux demi-coquilles est également relevé en 20 et les extrémités 21 et 22 des deux demicoquilles comportent des décrochements 23, également obtenus par emboutissage, de manière à ce que les deux demi-coquilles se chevauchent partiellement pour amener en regard leur orifice respectif 23, 24. Dans l'exemple représenté, les deux demi-coquilles sont assemblées entre el-les par des points de soudure 25 après leur montage autour du collecteur 3. The upper flange 11 is made, for its part, from two half-shells 111-112 (Fig. 3). This flange is produced in two parts, so that it can be placed around the collector, and more precisely opposite the spherical segment S2 by simple radial bringing together of the two half-shells which thus surround the collector, the internal diameter 113 of this flange, after assembly of the two half-shells, being necessarily less than the widest diameter of the ball joint, that is to say at the level of the transition zone 9 connecting the spherical segments S1-S2.This orifice 113 is formed by a return 19 obtained by stamping since, unlike the previously machined cast iron flanges, this upper flange is obtained by simple stamping of a cut sheet. The outer edge of the two half-shells is also raised at 20 and the ends 21 and 22 of the two half-shells have recesses 23, also obtained by stamping, so that the two half-shells partially overlap to bring their respective orifice 23, 24. In the example shown, the two half-shells are assembled between them by solder points 25 after their mounting around the manifold 3.

Ainsi, et grâce au montage selon l'inven- tion, les deux brides Il et 12 peuvent être réalisées par simple emboutissane d'un flan découpe, le seul usinage consistsn+ à exécuter, en plus du segment sphérique SI, déjà nécessaire, un second segment S2 sur lequel est montée "flottante" la bride 11 qui est totalement libre par rapport au collecteur 3 et qui n'est reliée au raccord 6 que par les vis 13 et la bride 12. En outre, ce montage permet non seulement de réduire très sensiblement le coût de fabrication du fait de la réduction sensible de l'usinage mais permet également d'obtenir une rotule mobile sur 3600, alors que la plupart des rotules connues n'étaient mobiles que dans deux plans orthogonaux, à la façon d'un Cardan. Thus, and thanks to the assembly according to the invention, the two flanges II and 12 can be produced by simple stamping of a blank blank, the only machining consistsn + to be executed, in addition to the spherical segment SI, already necessary, a second segment S2 on which is mounted "floating" the flange 11 which is completely free relative to the manifold 3 and which is connected to the connector 6 only by the screws 13 and the flange 12. In addition, this assembly not only makes it possible to reduce very significantly the manufacturing cost due to the significant reduction in machining but also makes it possible to obtain a movable ball joint out of 3600, while most of the known ball joints were mobile only in two orthogonal planes, in the manner of a Cardan.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitee à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit, pour lequel on pourrait prévoir d'autres variantes sans cela sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiment described above, for which other variants could be provided without going beyond the scope of the invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS 10) - Joint a rotule pour des éléments tubulaires tels que des tuyaux d'échappement de véhicules automobiles, ce joint étant constitué de deux éléments formes d'un collecteur mâle ayant une extrémité en forme de segment sphérique, logée dans un raccord femelle pourvu d'un siège de forme complémentaire, le collecteur et le raccord étant accouplés l'un à l'autre par deux brides dont l'une est solidaire d'un des deux éléments tandis que l'autre est mobile dans deux plans orthogonaux par rapport à l'autre élément, ces deux brides étant assemblées par des organes de liaison, joint carac terisé en ce que l'extrémité du collecteur (3) comporte un second segment sphérique (S2) prolongeant le segment de siège (S1), la bride (11) associée à ce collecteur (3) ceinturant librement ce second segment (S2) et étant seulement accouplée à la bride (12) du raccord femelle (6) par des organes d'assemblage (13). 10) - Ball joint for tubular elements such as exhaust pipes of motor vehicles, this joint consisting of two elements formed by a male manifold having one end in the form of a spherical segment, housed in a female connector provided with '' a seat of complementary shape, the manifold and the connector being coupled to each other by two flanges, one of which is integral with one of the two elements while the other is movable in two planes orthogonal to the other element, these two flanges being assembled by connecting members, joint characterized in that the end of the manifold (3) comprises a second spherical segment (S2) extending the seat segment (S1), the flange ( 11) associated with this manifold (3) freely encircling this second segment (S2) and being only coupled to the flange (12) of the female connector (6) by assembly members (13). 20) - Joint à rotule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second segment sphérique (52) du collecteur (3) est contigu au premier segment sphérique de siège (S1) et forme une surface continue convexe. 20) - Ball joint according to claim 1, characterized in that the second spherical segment (52) of the manifold (3) is contiguous to the first spherical seat segment (S1) and forms a continuous convex surface. 30) - Joint à rotule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bride (11) du collecteur (3) est constituée de deux demi-coquilles (111-112) pourvuesd'une ouverture centrale (113) accouplées l'une à l'autre par des moyens de fixation (25), ces deux demi-coquilles ceinturant le second segment sphérique (52) du collecteur, l'ouverture (113) de la bride, après assemblage des deux demicoquilles, étant circulaire mais d'un diamètre inférieur au diamètre le plus large du segment sphérique (s2)  30) - Ball joint according to claim 1, characterized in that the flange (11) of the manifold (3) consists of two half-shells (111-112) provided with a central opening (113) coupled one to the other. the other by fixing means (25), these two half-shells encircling the second spherical segment (52) of the manifold, the opening (113) of the flange, after assembly of the two half-shells, being circular but of a diameter smaller than the widest diameter of the spherical segment (s2) 40) - Joint à rotule selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux demi-coquilles (111-112) se chevauchent partiellement et sont assemblées par des points de soudure (25), la bride ainsi réalisée étant montée mobile en tous sens par rapport au collecteur (3) et étant simplement accouplée à l'autre bride fixe (12) du raccord femelle (6) par des vis (13) entourées d'un ressort de compression (14).  40) - Ball joint according to claim 3, characterized in that the two half-shells (111-112) partially overlap and are assembled by welding points (25), the flange thus produced being mounted movable in all directions relative to the manifold (3) and being simply coupled to the other fixed flange (12) of the female connector (6) by screws (13) surrounded by a compression spring (14). 5 ) - Joint à rotule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux demi-coquilles formant la bride (11) du collecteur (3) sont réalisées en tôle emboutie. 5) - Ball joint according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the two half-shells forming the flange (11) of the manifold (3) are made of stamped sheet metal. 60) - Joint à rotule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord femelle (6) présente un siège intérieur (10) en forme de segment sphérique dont la hauteur est supérieure à celle de la bride (12) qui lui est associée, cette bride étant soudée sur la partie extérieure convexe de ce siège (10).  60) - Ball joint according to claim 1, characterized in that the female connector (6) has an inner seat (10) in the form of a spherical segment whose height is greater than that of the flange (12) associated therewith. , this flange being welded to the convex outer part of this seat (10).
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