FR2810088A1 - Palier a roulement freine - Google Patents

Abstract

Dispositif de palier à roulement freiné, du genre pour volant de commande, comprenant une partie extérieure 1 et une partie intérieure 8, l'une étant tournante et l'autre non tournante au moyen d'au moins une rangée d'éléments roulants 12 disposés entre lesdites parties tournante et non tournante, ledit dispositif comprenant, en outre, un moyen de détection des paramètres de rotation et un moyen de freinage 33 de la partie tournante. Le moyen de freinage comprend un empilage axial de disques maintenus en contact de friction par au moins un élément élastique axialement. Le moyen de freinage comprend au moins un disque angulairement solidaire de la partie non tournante et au moins un disque solidaire de la partie tournante. Le moyen de freinage comprend au moins une rondelle élastique 38 servant à assurer un contact mutuel avec précontrainte axiale des surfaces de friction des disques.

Description

PALIER A ROULEMENT FREINÉ La présente invention concerne le domaine des ensembles instrumentés du genre pour volants de manoeuvre utilisés par exemple pour la direction de véhicules automobiles, d'engins de manutention ou d'engins de travaux publics, ou de tous autres types d'engins ou de machines nécessitant un volant de commande. De façon classique, un volant de commande est relié à un axe, par exemple un axe de colonne de direction, qui, suivant le type de direction utilisé, actionne directement en rotation le mécanisme de direction dans le cas d'une direction mécanique, actionne des distributeurs pression hydraulique dans le cas d'une direction hydraulique ou, enfin dans le cas d'une direction électrique, actionne l'anneau codeur d'un dispositif de capteur délivrant un signal au moteur électrique de commande, diverses combinaisons de ces types étant possibles.

Dans le cas d'une direction uniquement électrique, de plus en plus couramment utilisée pour des engins de manutention tels que des chariots élévateurs. Un système de détection de la rotation du volant, intégré non aux roulements, délivre par un câble un signal représentatif de la rotation du volant à destination du dispositif d'orientation des roues du véhicule. Le volant étant monté sur son support par un plusieurs paliers roulement et n'étant pas lié à des systèmes mécaniques de transmission de couple, la rotation du volant s'effectue avec un couple résistant extrêmement faible. On y ajoute donc souvent un système de freinage volant destiné à générer dans celui-ci un couple résistant afin de favoriser la précision et le confort de la conduite du véhicule. Un dispositif de ce type est décrit par exemple dans le document DE-A- <B>19510717.</B> Ce dispositif présente toutefois certains inconvénients parmi lesquels nous noterons tout d'abord l'encombrement axial et le coût relativement élevés en raison de la présence de deux roulements dans le prolongement desquels est disposé un système de frein utilisant un ressort boudin venant presser une pièce conique de friction dans une cuvette comportant également une surface de friction conique. Le couple friction développé par un tel dispositif est relativement réduit et l'usure importante du fait des faibles surfaces de friction. En outre, le système freinage modifie le jeu de fonctionnement des roulements.

On connaît par le document FR-A-2 782 970 un volant manoeuvre monté sur un roulement instrumenté et auquel est adjoint un système de freinage dont la partie tournante est supportée par la bague intérieure tournante du roulement et vient frotter contre le fond d'un boîtier. Toutefois, dans ce type de dispositif, le roulement n'est pas monté un axe et l'encombrement diamétral du roulement et du dispositif est important.

L'invention propose de remédier aux inconvénients dispositifs de l'art antérieur.

L'invention propose un dispositif économique et encombrant radialement.

Le dispositif de palier à roulement freiné, selon un aspect l'invention, est du genre destiné à un volant de commande. Le dispositif comprend une partie extérieure, une partie intérieure, l'une étant tournante et l'autre non tournante au moyen d'au moins une rangée d'éléments roulants disposés entre lesdites parties tournante et non tournante. Ledit dispositif comprend, en outre, un moyen de détection des paramètres de rotation et un moyen de freinage de la partie tournante. Le moyen de freinage comprend une pluralité de disques maintenus en contact de friction par au moins un élément élastique axialement. On obtient un dispositif compact radialement, de fabrication simple et dont caractéristiques de freinage sont aisément ajustables. Les disques peuvent former un empilage axial.

De préférence, le moyen de freinage comprend au moins un disque angulairement solidaire de la partie non tournante et au moins un disque angulairement solidaire de la partie tournante.

De préférence, le moyen de freinage comprend au moins une rondelle élastique servant à assurer un contact manuel avec précontrainte axiale des surfaces de friction des disques.

Dans un mode de réalisation, au moins un des disques du moyen de freinage est lié angulairement à la partie correspondante qui le supporte au moyen d'un ergot en saillie dans une lumière.

Dans un mode de réalisation, le moyen de freinage se présente sous la forme d'une cartouche annulaire dont les deux extrémités axiales comprennent un élément latéral à section en L.

Dans un mode de réalisation, le moyen de freinage est disposé radialement entre les parties extérieure et intérieure et est dispose axialement au moins en partie, dans le prolongement axial des éléments roulants et au voisinage de ces derniers.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de palier comprend deux bagues, l'une solidaire de la partie tournante et l'autre solidaire de partie non tournante, entre lesquelles sont disposés les éléments roulants.

Dans un mode de réalisation, le moyen de détection paramètres de rotation comprend un capteur solidaire de la bague non tournante un codeur solidaire de la bague tournante.

Dans un mode de réalisation, le capteur comprend une sortie de connexion traversant la partie non tournante.

Dans un mode de réalisation, la partie non tournante comprend une portion tubulaire et une portion radiale pourvue de moyens de fixation du dispositif sur un support.

Dans un mode de réalisation, la partie tournante comprend une portion tubulaire et une portion radiale pourvue de moyens de fixation d'un volant sur le dispositif.

Ce dispositif de palier freiné s'adapte et se monte facilement en de nombreux emplacements possibles d'un véhicule ou d'une machine, exemple sur un tableau de bord, par l'intermédiaire du boîtier formant support. Quelques vis suffisent à la fixation du dispositif l'intermédiaire du boîtier.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantageuses apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif palier; - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1 du dispositif de palier.

Comme on peut le voir sur les figures, le dispositif palier à roulement comprend un élément extérieur 1, de forme annulaire à demi section en L, avec une portion tubulaire 2 et une portion radiale 3 etendant à une extrémité de la portion tubulaire vers l'extérieur. La portion radiale 3 est pourvue d'une pluralité de trous de fixation aptes à recevoir des vis en vue d'une fixation sur un bâti fixe non représenté. La portion tubulaire 2 est pourvue de deux encoches formant des lumières 5 etendant à partir de l'extrémité libre de ladite portion tubulaire 2, situées l'opposé de la portion radiale 3. Les lumières 5 sont de forme rectangulaire, leur longueur étant alignée sur l'axe référencé 6 sur lequel centré l'élément extérieur 1. L'élément extérieur 1 peut être réalisé en tôle emboutie ou pliée. Un capot 7, par exemple réalisé en matériau synthétique, présentant une forme de disque, vient fermer l'extrémité libre de la portion tubulaire 2 sur laquelle débouchent les lumières 5, en venant s'emmancher dans son alésage.

Le dispositif de palier à roulement comprend également un élément intérieur 8, également centré sur l'axe 6, de forme annulaire à section en U, présentant une portion tubulaire 9 dont une extrémité est obturée par une portion radiale 10. Une pluralité de trous 11 sont prévus à travers la portion tubulaire 10 pour recevoir des vis non représentées, par exemple destinées à la fixation d'un volant de manoeuvre également non représenté. L'élément intérieur 8 peut également être réalisé en tôle emboutie. Entre les éléments extérieur 1 et intérieur 8, est disposée une rangée d'éléments roulants 12 maintenus par une cage 13. Dans la variante illustrée par les figures, les éléments roulants 12 sont disposés entre des bagues extérieure 14 et intérieure 15. Toutefois, on pourrait prévoir que les éléments roulants soient directement en contact avec les éléments extérieur 3 et intérieur 8 par l'intermédiaire de chemins de roulement aménagés sur lesdits éléments extérieur et intérieur. La bague extérieure 14 est emmanchée dans l'alésage 2a de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1 et est pourvue d'un chemin de roulement 16 pour les éléments roulants 12. La bague intérieure 15 est emmanchée sur la surface extérieure 9a de la portion tubulaire de l'élément intérieur 8 et est pourvue d'un chemin de roulement 17 pour les éléments roulants 12. La bague extérieure 14 est en outre pourvue de deux rainures symétriques 18 et 19 formées sur son alésage, de part et d'autre du chemin de roulement 16. Dans la rainure 18, est fixé un organe d'étanchéité 20 qui vient frotter contre une portée de la bague intérieure 15. Dans la rainure 19 est fixé un bloc capteur référencé 21 dans son ensemble.

Dans l'exemple illustré, le bloc capteur 21 comprend deux éléments de détection 22, 23 disposés de façon diamétralement opposee et noyes chacun dans une matière synthétique formant une partie centrale 24 du bloc capteur 21. La fixation du bloc capteur 21 sur la face frontale de la bague extérieure 14 se fait au moyen d'un support 25 de fixation interposé entre la bague 14 et le bloc capteur 21, à la fois sur les parties radiales et sur parties circonférentielles et dont une extrémité libre est repliée dans la rainure 19.

Une portion annulaire cylindrique 24a vient s'insérer partiellement à l'intérieur de l'alésage de la bague non tournante 14 sensiblement au niveau de la rainure 19, de façon que les éléments de détection 22, 23 puissent être partiellement disposés entre les deux bagues 14 et 15. Une plaque de protection externe 26 est en outre fixée à l'extérieur du bloc capteur 21 par un sertissage réalisé en rabattant l'autre extrémité libre 25a du support 25 sur la périphérie de la plaque de protection externe 26.

Le bloc capteur 21 comprend en outre deux terminaux filaires 27 et 28, associés respectivement aux éléments de détection 22 et 23, et formés par une excroissance du matériau synthétique de la partie centrale 24 pour assurer la fixation de l'extrémité d'un câble 29, 30 par lequel un signal émis peut être retransmis à une centrale électronique de traitement et d'exploitation du signal, non représentée sur les figures. Les terminaux filaires 27, 28 du bloc capteur 21 font saillie chacun à travers une lumière 5 de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1 en étant en contact avec le fond desdites lumières 5.

Les deux éléments de détection 22, 23 coopèrent chacun avec un anneau codeur unique 31 monté en regard du bloc capteur 21 sur la surface cylindrique externe de la bague tournante 15, de façon être entraîné en rotation par cette dernière. Le montage de l'anneau codeur 31 se fait au moyen d'un support 32 qui vient se loger en partie entre les bagues 14 et 15. Le support 31, de forme annulaire à section en T, est emmanché sur la surface cylindrique extérieure de la bague tournante 15 vient en butée contre une surface frontale de cette dernière. Une portion de l'anneau codeur 31 se trouve ainsi entre les bagues 14 et 15 et une portion fait saillie l'extérieur. La majeure partie de la surface cylindrique extérieure de l'anneau codeur 31 se trouve en regard des deux éléments de détection 22, 23 avec un léger entrefer.

Un roulement est ainsi formé par les éléments roulants 12 et les bagues 14 et 15. À ce roulement peuvent se venir rajouter un ou plusieurs joints d'étanchéité, un ou plusieurs codeurs, un ou plusieurs capteurs, etc.

Un organe de freinage 33 est également disposé entre la surface extérieure 9a de la portion tubulaire 9 de l'élément intérieur 8 et l'alésage 2a de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1. L'organe de freinage 33 est disposé dans le prolongement axial du roulement muni de son système de détection des paramètres de rotation et est situé axialement entre l'extrémité libre de la portion tubulaire 9 de l'élément intérieur 8 et la plaque 26 protégeant le bloc capteur 21. Plus généralement, l'organe de freinage 33 est limité axialement par le capot 7, car on pourrait prévoir qu'il fasse saillie axialement au-delà de l'extrémité libre de la portion tubulaire 9 en direction dudit capot 7.

L'organe de freinage 33 comprend une partie tournante 33a formée de deux éléments 34, 35, de forme semblable, et comprenant chacun une portion axiale tubulaire 34a, 35a et une portion radiale 34b, 35b en forme de disque. Les extrémités libres des portions tubulaires 34a, 35a sont montées en contact l'une avec l'autre, de façon que les éléments 34 et 35 forment une partie tournante 33a à section en U emmanchée sur la surface extérieure 9a de la portion tubulaire 9.

La partie non tournante 33b de l'organe de freinage 33 comprend deux disques métalliques 36 et 37, disposés axialement entre les portions radiales 34b et 35b la partie tournante 33a. Entre les disques 36 et 37, est disposée une rondelle 38 axialement élastique. Un disque ou revêtement de friction 39 est interposé axialement entre le disque 36 et la portion radiale en forme de disque 34b. Ce disque ou revêtement de friction est réalisé un matériau à coefficient de frottement élevé avec les disques fixes 41 et la portion radiale 34b. S'il s'agit d'un revêtement, il est adhérisé de préférence au disque 41 et vient frotter sur la portion radiale 34b. Il en est de même pour le revêtement de friction 40, le disque 37 et la portion radiale 35b.

Les disques 36 et 37 comprennent chacun deux ergots 41, 42 en saillie radialement vers l'extérieur, diamétralement opposés et disposés chacun dans une lumière 5 de la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1.

En fonctionnement, les disques 36 et 37 sont angulairement solidaires avec l'élément extérieur 1 en raison de la présence des ergots 41, 42 qui empêche ainsi tout déplacement angulaire par rapport aux lumières 5. Les disques 36, 37 sont donc fixes alors que les éléments latéraux 34, 35 sont tournants. Le contact de friction entre les disques fixes et éléments tournants par l'intermédiaire des disques ou revêtements de friction 39, 40 crée donc un couple résistant.

La rondelle élastique 38 maintient en permanence un effort axial tendant à écarter les disques 41 et 42 et assurant ainsi la friction des disques ou revêtements de friction 39 et 40 sur les surfaces correspondantes des portions radiales 34b et 35b de la partie tournante 33a de l'organe de freinage 33.

Le moyen de freinage se présente ainsi sous la forme d'une cartouche compacte disposée radialement entre l'élément extérieur fixe 1 et l'élément intérieur tournant 8, dans le prolongement axial et à proximité immédiate du roulement instrumenté.

La structure d'un tel moyen de freinage comporte de nombreux avantages. Il est tout d'abord très compact. En outre, sa conception modulaire rend aisée la modification de couple de frottement en jouant simplement sur le nombre de disques, le nombre ou le type de rondelles élastiques de précontrainte, ceci pouvant se faire sans variation importante de l'encombrement axial de la cartouche vu la faible épaisseur des composants.

Le moyen de freinage peut générer, sous un faible encombrement, un couple de friction important du fait de la multiplicité et de l'importance des surfaces en contact de friction.

La structure de la cartouche de freinage permet de prérégler facilement la précontrainte par construction ou par montage, et donc de calibrer le couple de freinage.

Il suffit de déterminer la valeur de l'entrefer nécessaire entre les deux portions radiales 34b et 35b en fonction de la précontrainte désirée. Cette valeur d'entrefer est ensuite obtenue facilement lors du montage des deux éléments 34 et 35 sur l'élément intérieur 8. Il suffit de régler la course d'emmanchement de ces deux éléments bien encore de prédéfinir la longueur des parties tubulaires 34a et 35a pour que l'entrefer désiré soit obtenu lorsque les extrémités libres des deux portions tubulaires viennent en contact l'une avec l'autre.

Ce couple de freinage restera particulièrement stable dans le temps fonctionnement du fait du peu d'usure dû aux surfaces de friction importantes. Le fait que les efforts axiaux exercés sur le volant fixé sur l'élément intérieur 8 ne modifient en rien le couple de freinage, constitue un autre avantage de l'invention.

Enfin, un tel dispositif de cartouche de freinage est absolument sans influence sur les roulements et n'est pas susceptible d'engendrer de modification de jeu ou de précontrainte dans ces derniers.

Les différentes fonctions, notamment celles de roulement assurées par les éléments roulants 12, de détection de paramètres de rotation assurée par le bloc capteur 21 et de freinage assuré par l'organe de freinage 33, sont réalisées par des moyens disposés dans un espace annulaire limité radialement entre la portion tubulaire 2 de l'élément extérieur 1 et la portion tubulaire 9 de l'élément intérieur 8 et axialement entre portion radiale 34a de l'élément 34 de l'organe de freinage 33 et la surface frontale des bagues 14 et 15 opposée au bloc capteur 21.

Le montage des différents éléments peut s'effectuer en emmanchant le roulement et l'organe de freinage 33 sur l'élément intérieur 8, puis amenant l'élément extérieur 1 de la droite vers la gauche sur la figure 1, ce qui provoque l'emmanchement de la bague extérieure 14 dans l'alésage 2a, le passage des terminaux filaires 27 et 28 dans les lumières 5 et le passage des ergots 41 à 42 également dans les mêmes lumières 5. On vient ensuite fixer le capot 7 sur l'élément extérieur 1.

On remarquera que les lumières 5, qui peuvent être variante au nombre différent de deux, assurent à la fois le passage des câbles 28 et 29 et la solidarisation angulaire de la partie non tournante 33b de l'organe de freinage 33 et de l'élément extérieur 1. Les différents éléments sont tous de forme simple. Le roulement peut être de type standard et donc très bon marché. L'organe de freinage peut être fabriqué à partir de pièces en tole également bon marché.

A la place des terminaux filaires 27 et 28, on pourrait prévoir un connecteur issu directement du bloc capteur 21. La rondelle élastique 38 maintient en permanence un effort axial tendant à écarter les disques 41 et et augmentant la friction des disques ou revêtements de friction 39 et 40 sur les surfaces correspondantes de la partie tournante 33a de l'organe de freinage 33.

Bien entendu, on pourrait prévoir d'inverser la disposition de l'organe de freinage, avec des disques et des revêtements de friction solidaires des éléments 34 et 35, ou encore en inversant la partie tournante et la partie non tournante. On pourrait encore prévoir un élément extérieur 1 tournant et un élément intérieur 8 non tournant. Si le diamètre de l'élément intérieur est faible, il peut être réalisé à partir d'une pièce pleine, du genre tige cylindrique, en matériau métallique ou synthétique. Dans ce dernier cas, ledit élément intérieur pourra être réalisé de façon monobloc avec d'autres pièces.

Ce palier à roulement freiné est particulièrement simple et économique à réaliser. Il est parfaitement modulaire et on peut, dans le même encombrement, en changeant simplement la rondelle élastique 38, obtenir un couple de freinage plus ou moins élevé. Il est également possible de modifier le matériau des disques ou des revêtements de friction pour modifier le couple de friction résultant.

On peut également jouer facilement sur le nombre de disques ou de rondelles de précontrainte pour modifier le couple de freinage sans pour cela modifier considérablement l'encombrement axial du dispositif. Le couple résistant généré par le dispositif de freinage peut etre élevé sous un encombrement réduit. Ce couple est parfaitement calibré par construction et est particulièrement stable dans le temps, car la faible usure l'organe des éléments influe très peu sur le couple résistant. L'ensemble du palier à roulement freiné se présente sous forme d'une cartouche peu susceptible de perdre des pièces et protégeant convenablement les éléments les plus fragiles.

Dans les exemples illustrés, le bloc capteur 21 est situé entre les éléments roulants 12 et l'organe de freinage 33. Il est bien sûr envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, de concevoir un dispositif dans lequel le bloc capteur est disposé d'un côté de la rangée d'éléments roulants 12 et l'organe de freinage est disposé axialement de l'autre coté de ladite rangée. Dans ce cas, l'organe de freinage 33 n'est plus axialement adjacent au bloc capteur comme sur la figure 1, mais est axialement adjacent aux éléments roulants 12.

On pourrait bien entendu prévoir une cartouche dans laquelle le dispositif de détection des paramètres de rotation n'est pas monté sur les bagues de roulement mais à côté de celles-ci, par exemple en contact direct avec les éléments extérieur 1 et intérieur 8. On pourrait prévoir de n'utiliser qu'un seul élément de détection et un seul terminal filaire.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de palier à roulement freiné, du genre pour volant commande, comprenant une partie extérieure ) et une partie intérieure (8), l'une étant tournante et l'autre non tournante au moyen d'au moins une rangée d'éléments roulants (12) disposés entre lesdites parties tournante et non tournante, ledit dispositif comprenant, en outre, un moyen de détection des paramètres de rotation et un moyen de freinage (33) de la partie tournante, caractérisé par le fait que le moyen de freinage comprend une pluralité de disques maintenus en contact friction par au moins un élément élastique axialement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de freinage comprend au moins un disque angulairement solidaire la partie non tournante et au moins un disque angulairement solidaire de partie tournante. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que moyen de freinage comprend au moins une rondelle élastique (38) servant à assurer un contact mutuel avec précontrainte axiale des surfaces friction des disques. 4. Dispositif selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des disques du moyen de freinage est lié angulairement à la partie correspondante le supporte au moyen d'un ergot (41) en saillie dans une lumière (5). 5. Dispositif selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de freinage se présente sous la forme d'une cartouche annulaire dont les deux extrémités axiales comprennent un élément latéral à section en L présentant une portion radiale et une portion axiale. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de freinage est disposé radialement entre les parties extérieure (1) et intérieure (8) et est disposé axialement, au moins en partie, dans le prolongement axial des éléments roulants et au voisinage de ces derniers. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend deux bagues (14, 15), l'une solidaire de la partie tournante et l'autre solidaire de la partie non tournante, entre lesquelles sont disposés les éléments roulants. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par fait que le moyen de détection des paramètres de rotation comprend un capteur (21) solidaire de la bague non tournante et un codeur (31) solidaire de la bague tournante. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le capteur comprend une sortie de connexion (27) traversant la partie non tournante. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie non tournante comprend une portion tubulaire (2) et une portion radiale (3) pourvue de moyens de fixation dispositif sur un support.

1. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie tournante comprend une portion tubulaire (9) et une portion radiale (10) pourvue de moyens de fixation volant sur le dispositif.