FR2522748A1

FR2522748A1 - Elastic polyurethane collar for force fit ball joint coupling - shaped to ensure that withdrawal forces are much higher than insertion forces

Info

Publication number: FR2522748A1
Application number: FR8203451A
Authority: FR
Original assignee: FREZZA HUMBERT
Current assignee: FREZZA HUMBERT
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-09-09
Also published as: FR2522748B1

Abstract

Force-fitted ball coupling is accepted by a rigid hollow casing lined with a combination of a hemispherical seat in the base of the casing and an annular collar between the seat and the mouth of the casing. The collar/casing interface is partly relieved and partly stepped so that, during insertion of the ball end, the collar is compressed into the casing and deformed radially to allow the ball to enter. After insertion, the collar recovers a position overlapping the bore of the entry of the casing, so that much more force is needed to remove the ball than was necessary to insert it. Esp. suitable for couplings on mechanisms such as motor vehicle controls, where a combination of speed of assembly plus reliability in service is required. Typically ball and casing are of metal, the internal seal is of 'Nylon' (polyamide) filled with glass fibres, and the elastic collar is of polyurethane of 90 degree Shore hardness. For a collar with an inlet orifice, undilated, of 11 mm diam., the rod extraction force was 30 daN, compared with an insertion force of 5 daN.

Description

La présente invention concerne les articulations à rotule. Plus précisément, elle se rapporte à des articulations à rotule du type dans lequel une rotule est enfoncée à force dans un bottier et est ensuite retenue dans celui-ci d'une manière telle que la force nécessaire à son arrachement est supérieure à la force d'introduction. The present invention relates to ball joints. More specifically, it relates to ball joints of the type in which a ball joint is forced into a case and is then retained therein in such a way that the force necessary for its tearing is greater than the force d 'introduction.

Le type précité d'articulation à rotule est particulièrement avantageux dans les montages mécaniques exécutés en grandes séries car il ne nécessite pas d'opérations complexes de montage. En effet, la rotule est simplement introduite à force dans un bottier. Il faut cependant que la force d'arrachement soit très élevée. En effet, si celleci n'est pas suffisante, le mécanisme associé peut se démonter intempestivement. Etant donné qu'on utilise de telles articulations à rotule dans des mécanismes de changement de vitesse ou de commande d'accélérateurs par exemple, une séparation intempestive de la rotule et du boîtier peut être catastrophique et doit donc être évité. Par contre, il est important que le montage ne nécessite pas une force importante afin qu'il puisse être réalisé facilement dans les channes de fabrication. The aforementioned type of ball joint is particularly advantageous in mechanical assemblies executed in large series because it does not require complex assembly operations. Indeed, the patella is simply forced into a case. However, the breakout force must be very high. In fact, if this is not sufficient, the associated mechanism can inadvertently disassemble. Since such ball joints are used in gear change or accelerator control mechanisms, for example, untimely separation of the ball and the housing can be catastrophic and should therefore be avoided. On the other hand, it is important that the assembly does not require a significant force so that it can be carried out easily in the production lines.

On connatt déjà une articulation à rotule de ce type. En effet, le brevet français nO 2 286 971 décrit une telle articulation qui comporte un boîtier rigide contenant un coussinet fixe et une bague mobile en translation, le coussinet et la bague délimitant ensemble un logement de forme sphérique. Lorsqu'une rotule doit être introduite dans ce logement, elle repousse la bague contre le coussinet, car ces deux éléments sont séparés par une certaine distance. We already know a ball joint of this type. Indeed, French Patent No. 2 286 971 describes such a joint which comprises a rigid housing containing a fixed bearing and a ring movable in translation, the bearing and the ring together delimiting a housing of spherical shape. When a ball joint must be inserted in this housing, it pushes the ring against the bearing, because these two elements are separated by a certain distance.

Lorsque la rotule a pénétré entièrement dans le coussinet, la bague revient à distance de celui-ci. Lorsqu'une force d'arrachement est ensuite appliquée à la rotule, la bague est serrée. entre la rotule et le boîtier si bien que l'arrachement de la rotule est très difficile.When the ball joint has fully penetrated the bearing, the ring returns away from the latter. When a breakout force is then applied to the ball joint, the ring is tightened. between the ball joint and the housing so that the tearing of the ball joint is very difficult.

L'articulation précitée présente des inconvénients car sa fabrication est relativement délicate. En effet, une variation très faible des dimensions après sertissage fait varier dans de grandes proportions la force d'arrachement. Le sertissage réalisé doit donc être exécuté de manière qu'il donne une force minimale d'arrachement supérieure à une valeur considérée comme sûre, c'est-à-dire comme évitant une séparation de la rotule et du boîtier lors de l'utilisation. La force moyenne d'arrachement est alors très élevée. Etant donné le rapport de la force d'introduction à la force d'arrachement, la force moyenne d'introduction est alors élevée si bien que le montage de ces articulations présente souvent des difficultés. The aforementioned joint has drawbacks because its manufacture is relatively delicate. In fact, a very small variation in dimensions after crimping causes the breakout force to vary widely. The crimping carried out must therefore be carried out in such a way that it gives a minimum pull-out force greater than a value considered to be safe, that is to say as avoiding separation of the ball joint and the housing during use. The average breakout force is then very high. Given the ratio of the insertion force to the pulling force, the average insertion force is then high so that the mounting of these joints often presents difficulties.

L'invention concerne une articulation à rotule, du type précité, c'est-à-dire dans laquelle l'introduction de la rotule est effectuée par application d'une force modérée et l'arrachement de la rotule nécessite au contraire une force très importante. L'invention met en oeuvre à cet effet des moyens tout à fait différents de ceux qui sont décrits dans le brevet précité. Ainsi, l'invention supprime tout déplacement longitudinal de la bague, constituant la caractéristique essentielle de l'arti culation du brevet précité. The invention relates to a ball joint, of the aforementioned type, that is to say in which the introduction of the ball joint is carried out by application of a moderate force and the tearing of the ball joint requires on the contrary a very force important. The invention implements for this purpose means quite different from those described in the aforementioned patent. Thus, the invention eliminates any longitudinal movement of the ring, constituting the essential characteristic of the articulation of the aforementioned patent.

Plus précisément, l'invention concerne une articulation à rotule montée par introduction à force, du type qui comprend
- une rotule,
- un boîtier rigide ayant une paroi d'introduction de rotule qui a une ouverture de dimension suffisamment grande pour le passage de la rotule dans une direction d'introduction dans le boîtier,
- un coussinet logé dans le boîtier et retenu en position sensiblement fixe dans celui-ci, et
- une bague logée dans le boîtier,
- le coussinet et la bague délimitant ensemble un logement en forme de partie de sphère.More specifically, the invention relates to a ball joint mounted by force introduction, of the type which comprises
- a ball joint,
a rigid housing having a ball introduction wall which has an opening of sufficiently large dimension for the passage of the ball in a direction of introduction into the housing,
a pad housed in the housing and retained in a substantially fixed position therein, and
- a ring housed in the housing,
- the bearing and the ring together delimiting a housing in the form of a part of a sphere.

Selon l'invention,
- la bague est simultanément au contact du coussinet et de la paroi d'introduction,
- la bague et le boîtier délimitent une cavité entre eux et à la périphérie externe de la bague, et
- la bague et le boîtier comportent, autour de l'ouverture du boîtier, un dispositif d'accrochage mutuel qui a tendance à se débloquer lorsque la rotule exerce une force dirigée vers le coussinet et à se bloquer lorsque la rotule exerce une force dirigée en sens inverse.According to the invention,
- the ring is simultaneously in contact with the bearing and the introduction wall,
the ring and the housing delimit a cavity between them and at the external periphery of the ring, and
- the ring and the housing comprise, around the opening of the housing, a mutual hooking device which tends to be released when the ball joint exerts a force directed towards the bearing and to be blocked when the ball joint exerts a force directed in reverse.

Ainsi, selon l'invention, lorsque la rotule exerce une force dirigée vers le coussinet, elle débloque le dispositif d'accrochage si bien que la bague peut se déformer élastiquement en direction latérale, en se déformant dans la cavité. Thus, according to the invention, when the ball joint exerts a force directed towards the bearing, it unlocks the attachment device so that the ring can deform elastically in the lateral direction, by deforming in the cavity.

Au contraire, lorsqu'une force est exercée dans l'autre sens, la rotule a tendance à bloquer le dispositif d'accrochage si bien que la matière de la bague est serrée directement entre la rotule et la paroi du boîtier.On the contrary, when a force is exerted in the other direction, the ball joint tends to block the hooking device so that the material of the ring is clamped directly between the ball joint and the wall of the housing.

Dans un mode de réalisation avantageux, la cavité est délimitée par une gorge formée à la périphérie externe de la bague. Celle-ci est avantageusement formée d'une matière plastique plus molle que celle du coussinet, par exemple de polyuréthanne, ayant notamment une dureté de l'ordre de 90" Shore A. In an advantageous embodiment, the cavity is delimited by a groove formed at the external periphery of the ring. The latter is advantageously formed from a softer plastic than that of the pad, for example polyurethane, having in particular a hardness of the order of 90 "Shore A.

Le dispositif d'accrochage comporte avantageusement le bord de l'ouverture formée dans la paroi d'introduction du boîtier et une saillie dépassant de la face coopérante de la bague, la saillie empêchant la déformation latérale de la bague lorsque la rotule exerce une force dirigée à l'opposé du coussinet. The attachment device advantageously comprises the edge of the opening formed in the introduction wall of the housing and a projection projecting from the cooperating face of the ring, the projection preventing the lateral deformation of the ring when the ball exerts a directed force. opposite the pad.

Le boîtier est avantageusement serti. La force de sertissage et les dimensions du boîtier après sertissage influent relativement peu sur la force d'introduction de la rotule et sur sa force d'arrachement. En effet, les tolérances de sertissage sont déterminées en direction parallèle à la direction d'introduction. Au contraire, le fonctionnement de la bague s'effectue par déplacement latéral. Le blocage et le déblocage du dispositif d'accro chage correspondent toujours à un déplacement sur une distance égale à la dimension de la saillie qui dépasse de la face de la bague. Cette dimension ne dépend pas du sertissage. The case is advantageously crimped. The crimping force and the dimensions of the housing after crimping have relatively little influence on the force of introduction of the ball joint and on its pulling force. Indeed, the crimping tolerances are determined in a direction parallel to the direction of introduction. On the contrary, the operation of the ring is effected by lateral displacement. The blocking and unblocking of the attachment device always corresponds to a displacement over a distance equal to the dimension of the projection which protrudes from the face of the ring. This dimension does not depend on the crimping.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel
la figure 1 est une coupe axiale d'un boîtier d'articulation à rotule selon l'invention ; et
la figure 2 est une coupe partielle correspondant à la figure 1, représentant une étape de l'introduction de la rotule dans le boîtier.Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, made with reference to the appended drawing in which
Figure 1 is an axial section of a ball joint housing according to the invention; and
Figure 2 is a partial section corresponding to Figure 1, showing a step of the introduction of the ball in the housing.

La figure 1 est une coupe d'un exemple d'articulation à rotule selon l'invention, sous une forme très agrandie étant donné que son diamètre et sa hauteur sont par exemple de l'ordre de 20 mm. Figure 1 is a section of an example of ball joint according to the invention, in a greatly enlarged form since its diameter and height are for example of the order of 20 mm.

L'articulation comporte un boîtier 10 formé à partir d'un tube métallique, ayant une première paroi 12 d'extrémité qu a un trou 14 en son centre. Ce trou n'est pas indispensable mais il facilite la fabrication à partir d'un tube. A l'autre extrémité, le corps du boîtier 10 a une seconde paroi 16 qui délimite un orifice central 18 destiné à l'introduction d'une rotule. Le diamètre de cet orifice circulaire 18 est donc au moins égal à celui de la rotule qui doit être introduite dans le boîtier. The joint comprises a housing 10 formed from a metal tube, having a first end wall 12 which has a hole 14 in its center. This hole is not essential but it facilitates the manufacture from a tube. At the other end, the body of the housing 10 has a second wall 16 which delimits a central orifice 18 intended for the introduction of a ball joint. The diameter of this circular orifice 18 is therefore at least equal to that of the ball which must be introduced into the housing.

Le bord de l'orifice 18, vers l'intérieur, forme une saillie ou un coin 20. The edge of the orifice 18, inwards, forms a projection or a corner 20.

Le boîtier 10 contient un coussinet 22, délimitant une cavité 24 en forme de couronne sphérique et une cavité éventuelle 26, destinée à faciliter les opérations de moulage et qui peut être utilisée par exemple pour la disposition d'une réserve d'un lubrifiant. A l'extrémité opposée, le coussinet 22 se termine par une lèvre 28. Celle-ci dépasse de préférence le niveau du centre 30 de la cavité sphérique 24 de manière qu'elle ait tendance d'elle-même à rester accrochée sur une rotule de diamètre correspondant. The housing 10 contains a pad 22, delimiting a cavity 24 in the form of a spherical crown and an optional cavity 26, intended to facilitate the molding operations and which can be used for example for the arrangement of a reserve of a lubricant. At the opposite end, the pad 22 ends in a lip 28. The latter preferably exceeds the level of the center 30 of the spherical cavity 24 so that it tends by itself to remain attached to a ball joint of corresponding diameter.

Le coussinet 22 est avantageusement formé d'une matière plastique de moulage facile et relativement dure,par exemple de "Nylon" chargé de fibres de verre.The pad 22 is advantageously formed of an easy and relatively hard plastic molding material, for example "Nylon" loaded with glass fibers.

Le boîtier 10 contient aussi une bague 32. Celleci a une partie inférieure 34 destinée à entourer la lèvre 28 du coussinet 22. Elle délimite dans sa partie centrale, au-dessus de cette lèvre 28, une partie de surface sphérique qui prolonge la surface de la cavité 24. La partie 38 de la bague proche de l'ouverture 18 du boîtier délimite un orifice 40 de forme sensiblement cylindrique. The housing 10 also contains a ring 32. This has a lower part 34 intended to surround the lip 28 of the pad 22. It delimits in its central part, above this lip 28, a spherical surface part which extends the surface of the cavity 24. The part 38 of the ring close to the opening 18 of the housing delimits an orifice 40 of substantially cylindrical shape.

Selon une caractéristique importante de l'invention, la bague 32 a une gorge 42 à sa périphérie externe de manière qu'un espace 44 soit délimité entre le boîtier 10 et la bague 32. According to an important characteristic of the invention, the ring 32 has a groove 42 at its outer periphery so that a space 44 is defined between the housing 10 and the ring 32.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie externe 38 de la bague 32 a une saillie 46 de petite dimension, par exemple de 0,5 mm de hauteur, qui pénètre dans l'orifice 18 de la paroi 16 du boîtier 10. According to another characteristic of the invention, the external part 38 of the ring 32 has a projection 46 of small dimension, for example 0.5 mm in height, which penetrates into the orifice 18 of the wall 16 of the housing 10.

Le bord 20 de l'ouverture 18 du boîtier et la saillie 46 de la bague 32 forment le dispositif d'accrochage selon l'invention. Ce dispositif d'accrochage, actif lorsqu'une rotule 48 est introduite dans le boîtier ou en est extraite, comprend ainsi un coin 50 formé dans la bague 32 et destiné à coopérer avec le coin 20 du bord de l'ouverture 18.The edge 20 of the opening 18 of the housing and the projection 46 of the ring 32 form the attachment device according to the invention. This attachment device, active when a ball joint 48 is inserted into the housing or is extracted therefrom, thus comprises a wedge 50 formed in the ring 32 and intended to cooperate with the wedge 20 of the edge of the opening 18.

Lorsqu'une rotule 48 est introduite à force dans le boîtier représenté sur la figure 1, sa surface commence par prendre appui contre la face externe de la bague 32, c'est-d-dire la saillie 46. Pendant cet enfoncement de la rotule 48, la bague qui est formée d'une matière facilement déformable s'enfonce légèrement vers l'intérieur du boîtier et dégage la saillie 46 du coin 20. Après ce dégagement, la rotule qui continue à être enfoncée, par exemple avec une force de 5 daN, déforme la matière de la bague 32 et celle-ci peut occuper l'espace formé par la cavité 44, en prenant sensiblement la configuration représentée sur la figure 2. Celle-ci montre clairement que le coin 50 a été déplacé latéralement à une distance très importante du coin 20 de la paroi du boîtier.Grâce à cette déformation élastique latérale de la bague 32, la rotule peut pénétrer dans le coussinet. When a ball joint 48 is forced into the housing shown in Figure 1, its surface begins by pressing against the outer face of the ring 32, that is to say the projection 46. During this depression of the ball joint 48, the ring which is formed of an easily deformable material sinks slightly towards the inside of the housing and releases the projection 46 from the corner 20. After this release, the ball joint which continues to be pressed, for example with a force of 5 daN, deforms the material of the ring 32 and the latter can occupy the space formed by the cavity 44, substantially taking the configuration shown in FIG. 2. This clearly shows that the wedge 50 has been moved laterally to a very large distance from the corner 20 of the wall of the housing. Thanks to this lateral elastic deformation of the ring 32, the ball joint can penetrate into the bearing.

Lorsque la rotule a été enfoncée complètement, la bague 32, étant donné son élasticité et la forme inclinée de la surface de la rotule, a tendance à reprendre la position représentée sur la figure 1, c'est-à-dire que la saillie 46 pénètre dans l'ouverture 18 et la pièce 32 n'est presque plus déformée. Si une force d'arrachement est alors appliquée à la rotule, compte tenu de l'inclinaison des surfaces de coopération de la rotule et de la bague 32 à proximité de l'ouverture 40, la force résultante est dirigée latéralement et vers le haut sur la figure 1, comme indiqué par la flèche 52 en traits interrompus. En conséquence, la matière qui se trouve entre la rotule et le bord du boîtier est comprimée et doit donc résister à l'écrasement. When the ball has been fully inserted, the ring 32, given its elasticity and the inclined shape of the surface of the ball, tends to return to the position shown in Figure 1, that is to say that the projection 46 enters the opening 18 and the part 32 is almost no longer deformed. If a breakout force is then applied to the ball joint, taking into account the inclination of the cooperation surfaces of the ball joint and of the ring 32 near the opening 40, the resulting force is directed laterally and upwards on Figure 1, as indicated by arrow 52 in broken lines. As a result, the material between the ball joint and the edge of the housing is compressed and must therefore resist crushing.

Ainsi, lors de l'introduction de la rotule, la bague 32 formée d'une matière molle travaille au cisaillement et se déforme donc facilement si bien que la force qu'elle applique est modérée. Au contraire, lors de l'arrachement de la rotule, elle travaille à la compression et exerce alors une force de réaction bien plus grande. Thus, during the introduction of the ball joint, the ring 32 formed of a soft material works in shearing and therefore deforms easily so that the force which it applies is moderate. On the contrary, when the patella is torn off, it works under compression and then exerts a much greater reaction force.

La résistance à l'arrachement est donc bien plus grande.The resistance to tearing is therefore much greater.

Dans un exemple dans lequel la matière de la bague 32 est un polyuréthanne de dureté Shore A de 900, l'orifice 40 ayant un diamètre de 11 mm, la force d'introduction est de 5 daN et la force d'arrachement de 30 daN. In an example in which the material of the ring 32 is a polyurethane with a Shore A hardness of 900, the orifice 40 having a diameter of 11 mm, the insertion force is 5 daN and the tearing force of 30 daN .

La modification des valeurs de la force d'introduction et de la force d'arrachement est facilement réalisable. La force d'arrachement peut être accrue par utilisation d'une matière moins molle, résistant mieux à l'écrasement. La force d'introduction est alors déterminée par fixation du diamètre du trou 40 d'introduction de la rotule. Changing the values of the insertion force and the breakout force is easily achievable. The breakout force can be increased by using a less soft material, better resistant to crushing. The insertion force is then determined by fixing the diameter of the hole 40 for introducing the ball joint.

Bien entendu, la cavité 44 peut être formée de diverses manières. Par exemple, la gorge 42 de la bague peut avoir des configurations très diverses. En outre, la bague 32 peut avoir une forme extérieure sensiblement cylindrique et le boîtier peut délimiter alors la cavité. Of course, the cavity 44 can be formed in various ways. For example, the groove 42 of the ring can have very diverse configurations. In addition, the ring 32 can have a substantially cylindrical external shape and the housing can then delimit the cavity.

La caractéristique essentielle est la présence d'un volume libre permettant la déformation latérale de la bague lors de l'introduction de la rotule. The essential characteristic is the presence of a free volume allowing the lateral deformation of the ring during the introduction of the patella.

Le dispositif d'accrochage de la bague et du bord de l'ouverture 16 peut être modifié. Par exemple, comme il doit se bloquer sous l'action de forces dirigées comme indiqué par la flèche 52, il suffit que la bague et la paroi 16 aient des surfaces sensiblement perpendiculaires à cette direction. Une telle disposition peut suffire, lorsque les forces de frottement de la bague sur le boîtier sont suffisantes. The attachment device for the ring and the edge of the opening 16 can be modified. For example, as it must become blocked under the action of directed forces as indicated by the arrow 52, it suffices that the ring and the wall 16 have surfaces substantially perpendicular to this direction. Such an arrangement may suffice when the friction forces of the ring on the housing are sufficient.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. It is understood that the invention has only been described and shown as a preferred example and that any technical equivalence may be provided in its constituent elements without going beyond its ambit.

Claims

1. A ball joint mounted by force introduction, of the type which includes

-a ball joint (48),

- a rigid housing (10) having a wall (16) for introducing the ball joint which has an opening (18) of sufficiently large dimension for the passage of the ball joint in a direction of introduction into the housing,

- a cushion (22) housed in the housing and retained in a substantially fixed position therein, and

- a ring (32) housed in the housing,

- the bearing and the ring together delimiting a housing having the shape of a part of a sphere, characterized in that

the ring (32) is simultaneously in contact with the bearing (22) and the introduction wall (16),

the ring (32) and the housing (10) delimit a cavity (44) between them and at the external periphery of the ring, and

the ring (32) and the housing (10) comprise, around the opening of the housing, a mutual hooking device (20, 50) which tends to be released when the ball joint exerts a force directed towards the bearing and lock when the ball exerts a force directed in the opposite direction.

2. Joint according to claim 1, characterized in that the attachment device comprises an edge (20) of the opening (18) of the housing cooperating with a projection (46) formed on one face of the ring (32).

3. Joint according to one of claims 1 and 2, characterized in that the cavity (44) is delimited by a groove (42) formed at the outer periphery of the ring (32).

4. Joint according to any one of the preceding claims, characterized in that the-ring (32) is formed from a softer plastic than the material of the pad.

5. Joint according to claim 4, characterized in that the ring is formed of polyurethane.

6. Joint according to claim 5, characterized in that the ring has a Shore A hardness of approximately 90 ".

7. Joint according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing (10) is crimped around the ring and the bearing.