FR2842162A1 - Articulating pivot, for connecting spindle and head of steering axle of industrial vehicle such as heavy lorry, has pin with one end cooperating with bush and second end having rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
- 1- 1
PIVOT D'ARTICULATION RELIANT LA FUSEE ET LA TETE D'UN JOINT PIVOT CONNECTING THE ROCKET AND THE HEAD OF A
ESSIEU DIRECTEUR D'UN VEHICULE INDUSTRIEL STEERING AXLE OF AN INDUSTRIAL VEHICLE
Domaine technique: L'invention se rattache au domaine de l'industrie des véhicules industriels, et notamment des poids lourds. Elle vise plus particulièrement un agencement mécanique concernant le pivot d'articulation utilisé au niveau d'un essieu directeur de véhicule industriel pour l'articulation de la fusée. Plus précisément, cette nouvelle structure de pivot est destinée à améliorer les opérations d'alignement et Technical Field: The invention relates to the field of the industrial vehicle industry, including heavy trucks. More particularly, it relates to a mechanical arrangement concerning the hinge pin used at a steering axle of an industrial vehicle for the articulation of the rocket. More specifically, this new pivot structure is intended to improve alignment operations and
permettre un bon transfert des efforts depuis l'essieu en direction de la fusée. allow a good transfer of forces from the axle towards the rocket.
Techniques antérieures: De façon générale, un essieu directeur de véhicule industriel permet de transmettre les efforts exercés par le véhicule, notamment son poids, en direction des roues. Pour ce faire, l'essieu est relié à chacune des ses extrémités à une fusée sur laquelle est montée la jante, avec une capacité de rotation. Sur un essieu directeur, l'angle de braquage doit pouvoir être modifié, ce qui signifie que la fusée devra adopter différentes inclinaisons par rapport à l'essieu. Cette inclinaison est PRIOR ART: In general, a steering axle of an industrial vehicle makes it possible to transmit the forces exerted by the vehicle, in particular its weight, towards the wheels. To do this, the axle is connected at each of its ends to a rocket on which is mounted the rim, with a rotational capacity. On a steering axle, the steering angle must be adjustable, which means that the rocket must adopt different inclinations with respect to the axle. This inclination is
généralement commandée par le biais d'un levier de direction solidaire de la fusée. usually controlled by a steering lever secured to the rocket.
Dans le document FR 2 654 403, le Demandeur a décrit une fusée réalisée en deux parties, à savoir une première partie recevant l'arbre de la fusée et une partie de l'axe du pivot. L'autre partie de la fusée coopère avec l'autre extrémité de l'axe In the document FR 2 654 403, the Applicant has described a rocket made in two parts, namely a first part receiving the shaft of the rocket and a portion of the axis of the pivot. The other part of the rocket cooperates with the other end of the axis
du pivot d'articulation, et comporte également le levier de commande de direction. pivot pin, and also includes the steering control lever.
Ainsi, l'extrémité de l'essieu directeur, également appelé tête d'essieu, comporte un logement dans lequel est emmanché un axe métallique. Chaque extrémité de cet axe métallique coopère avec une des portions séparables de la fusée, avec des agencements prévus pour favoriser ce mouvement d'articulation. Plus précisément, dans la solution décrite dans ce document, un roulement à aiguilles est prévu en partie basse de l'axe de pivot, pour limiter les frottements lors du mouvement de braquage. - 2 Ce type de solution, ainsi que toutes celles utilisant des roulements classiques présentent l'inconvénient majeur de nécessiter un usinage particulièrement précis des zones de l'axe du pivot et de la fusée qui reçoivent les aiguilles, ou plus généralement les éléments du roulement. En effet, la géométrie du chemin de roulement définit l'axe géométrique de rotation du pivot qui, dans des conditions d'usinage standards, peuvent s'écarter de l'axe physique du pivot. Il s'ensuit alors que la surface par laquelle la tête d'essieu repose sur la fusée n'est pas exactement perpendiculaire à l'axe de rotation du pivot, ce qui se traduit par une transmission Thus, the end of the steering axle, also called axle head, comprises a housing in which is fitted a metal shaft. Each end of this metal axis cooperates with one of the separable portions of the rocket, with arrangements provided to promote this hinge movement. More specifically, in the solution described in this document, a needle bearing is provided in the lower part of the pivot axis, to limit friction during the steering movement. - 2 This type of solution, as well as all those using conventional bearings have the major disadvantage of requiring a particularly precise machining of the areas of the axis of the pivot and the rocket which receive the needles, or more generally the elements of the bearing . Indeed, the geometry of the raceway defines the geometric axis of rotation of the pivot which, under standard machining conditions, may deviate from the physical axis of the pivot. It follows then that the surface by which the axle head rests on the rocket is not exactly perpendicular to the axis of rotation of the pivot, which results in a transmission
des efforts qui n'est pas homogène. efforts that is not homogeneous.
En outre, lorsque l'autre extrémité de l'axe est équipée d'un roulement traditionnel, ou d'un système à frottement sec, les deux axes de rotation définis par chacun de ces roulements peuvent ne pas être confondus. Cela engendre l'apparition d'efforts parasites générant des contraintes internes au niveau des différentes pièces mécaniques avec le risque d'une détérioration plus rapide que voulu. Il en va par exemple ainsi dans les solutions utilisant des zones de frottement coniques telles que décrites dans le document US 4 690 418. Ce même problème s'observe en utilisant deux roulements à rouleaux coniques tels que In addition, when the other end of the axis is equipped with a conventional bearing, or a dry friction system, the two axes of rotation defined by each of these bearings may not be confused. This causes the appearance of parasitic forces generating internal stresses at the different mechanical parts with the risk of deterioration faster than desired. This is the case, for example, in solutions using conical friction zones as described in document US Pat. No. 4,690,418. This same problem is observed by using two tapered roller bearings such as
décrits dans le document US 4 798 394. described in US 4,798,394.
Pour réduire les problèmes d'alignement des deux axes de rotation définis au niveau de chaque extrémité de l'axe du pivot, on a proposé dans le document WO 01/36252 de réaliser la liaison de pivot entre la fusée et l'essieu au moyen de deux rotules sphériques. Cette solution élimine certains problèmes relatifs à l'alignement des axes de rotation, mais elle peut présenter en revanche certains inconvénients relatifs à la nature du frottement qu'elle met en oeuvre. En effet, les frottements observés au niveau du pivot de l'articulation sont relativement importants, puisqu'ils se situent au niveau de deux surfaces cylindriques. Ces frottements importants induisent nécessairement une consommation relativement To reduce the problems of alignment of the two axes of rotation defined at each end of the axis of the pivot, it has been proposed in WO 01/36252 to provide the pivot connection between the rocket and the axle by means of two spherical ball joints. This solution eliminates some problems relating to the alignment of the axes of rotation, but it may have, however, certain disadvantages relating to the nature of the friction it implements. Indeed, the friction observed at the pivot of the joint are relatively important, since they are located at two cylindrical surfaces. These important friction necessarily induce a relatively
importante du système d'assistance à la direction. important part of the management assistance system.
- 3 Les solutions mettant en oeuvre deux liaisons par roulement, telles que celles décrites dans le document US 4 798 394 précité, sont la source d'autres inconvénients. En effet, si ces solutions réduisent les frottements, elles génèrent des phénomènes de vibration de la direction, connus sous l'appellation de "shimmy". Ce phénomène s'observe lorsque les frottements de l'articulation de la fusée sur l'essieu sont trop faibles, et autorisent un léger mouvement de la fusée consécutif au jeu mécanique de l'ensemble du système de direction. Ce mouvement intempestif de la fusée se traduit par des vibrations, source d'inconfort pour le The solutions employing two rolling connections, such as those described in the aforementioned US Pat. No. 4,798,394, are the source of other disadvantages. Indeed, if these solutions reduce the friction, they generate the phenomena of vibration of the direction, known under the name of "shimmy". This phenomenon is observed when the friction of the articulation of the rocket on the axle are too weak, and allow a slight movement of the rocket following the mechanical play of the entire steering system. This untimely movement of the rocket results in vibrations, a source of discomfort for the
conducteur et d'usure prématurée de certains organes. conductor and premature wear of certain organs.
Un des objectifs de l'invention est de permettre l'alignement parfait de l'axe de rotation du pivot par rapport à son axe physique, tout en empêchant l'apparition One of the objectives of the invention is to allow perfect alignment of the axis of rotation of the pivot relative to its physical axis, while preventing the appearance
de ces phénomènes de shimmy.of these shimmy phenomena.
Exposé de l'invention: L'invention concerne donc un pivot d'articulation reliant la fusée et la tête d'un essieu directeur de véhicule industriel. Un tel pivot comprend, de manière connue, un axe emmanché sur la tête de l'essieu, les deux extrémités de cet axe DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention therefore relates to an articulation pivot connecting the rocket and the head of an industrial vehicle steering axle. Such a pivot comprises, in known manner, an axle fitted on the head of the axle, the two ends of this axis
coopérant avec des portions séparables de la fusée. cooperating with separable portions of the rocket.
Conformément à l'invention, ce pivot se caractérise en ce que: - une des extrémités de l'axe comporte une zone rotulée, coopérant avec une bague complémentaire montée sur une des portions de la fusée, - l'autre extrémité de l'axe comporte un roulement rotulé, dont le chemin de According to the invention, this pivot is characterized in that: - one of the ends of the axis comprises a rotated zone, cooperating with a complementary ring mounted on one of the portions of the rocket, - the other end of the axis has a rotated bearing, whose path
roulement, solidaire de la seconde portion de la fusée, est sphérique. bearing, secured to the second portion of the rocket, is spherical.
Autrement dit, l'invention consiste à utiliser des liaisons qui, au niveau des deux extrémités de l'axe du pivot, permettent de définir un axe de rotation de façon unique, limitant ainsi les problèmes d'alignement. En effet, la zone rotulée située à une extrémité de l'axe présente un centre de sphéricité autour duquel l'extrémité de In other words, the invention consists in using links which, at the two ends of the axis of the pivot, make it possible to define a rotation axis in a unique manner, thus limiting alignment problems. Indeed, the rotovated zone located at one end of the axis has a center of sphericity around which the end of
l'axe peut se positionner de façon libre. the axis can be positioned freely.
- 4 L'autre extrémité de l'axe est associée à un roulement rotulé, possédant également un second centre de sphéricité par rapport auquel la seconde extrémité - 4 The other end of the axis is associated with a rotational bearing, also having a second center of sphericity with respect to which the second end
de l'axe peut légèrement se déplacer pour autoriser un alignement. Axis may move slightly to allow alignment.
En outre, l'emploi d'une zone à frottement sec, à savoir au niveau de la zone rotulée, combinée à une zone de frottement limitée, au niveau du roulement rotulé, donne à l'ensemble du pivot des caractéristiques de frottement optimisées. En effet, ces frottements sont suffisamment faibles pour permettre un mouvement d'articulation sans consommation d'énergie trop importante ni usure. Ces In addition, the use of a dry friction zone, namely at the rotated zone, combined with a limited friction zone at the rotational bearing, gives the entire pivot optimized friction characteristics. Indeed, these friction are low enough to allow articulation movement without excessive energy consumption or wear. These
frottements sont toutefois suffisants pour éviter d'observer l'instabilité décrite ciavant et également appelée phénomène de shimmy. friction is however sufficient to avoid observing the instability described above and also called shimmy phenomenon.
En pratique, le centre de la sphère de la zone rotulée, et le centre de la sphère du chemin du roulement rotulé défmissent un axe perpendiculaire à la face inférieure de la tête de l'essieu. Par cette disposition, on assure une transmission des efforts selon la quasi-intégralité de la surface de contact entre la tête de l'essieu et la fusée. Ces efforts sont uniformément répartis, ce qui est favorable à une In practice, the center of the sphere of the rotated zone, and the center of the sphere of the path of the rotational bearing define an axis perpendicular to the underside of the head of the axle. By this arrangement, it ensures a transmission of forces along almost the entire contact surface between the head of the axle and the rocket. These efforts are uniformly distributed, which favors a
bonne résistance mécanique des matériaux utilisés. good mechanical strength of the materials used.
Avantageusement en pratique, la bague complémentaire à la zone rotulée peut être montée sur la partie de la fusée liée au levier de direction, qui correspond Advantageously in practice, the ring complementary to the rotated zone can be mounted on the part of the rocket connected to the steering lever, which corresponds to
généralement à la partie haute de la fusée. usually at the top of the rocket.
En pratique, la zone rotulée associée à l'axe, généralement dans sa partie haute, peut être directement au contact de la face supérieure de la tête d'essieu, ou bien encore être liée à cette dernière par l'intermédiaire d'une bague supplémentaire, interposée entre la face supérieure de la tête d'essieu et la zone In practice, the rotovated zone associated with the axis, generally in its upper part, may be directly in contact with the upper face of the axle head, or may be linked to it by means of a ring additional, interposed between the upper face of the axle head and the
rotulée en question.rotulated in question.
Les caractéristiques d'auto-alignement du roulement rotulé sont obtenues en utilisant des éléments intercalaires (ou "galets") au niveau du roulement rotulé qui présentent une géométrie de révolution, définie par un arc de cercle, de même The self-aligning characteristics of the swiveled bearing are obtained by using spacers (or "rollers") at the swivel bearing which have a geometry of revolution, defined by an arc of a circle, likewise
rayon que le chemin de roulement extérieur du roulement rotule. radius as the outer race of the ball bearing.
Description sommaire des figuresBrief description of the figures
La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent The way of realizing the invention, as well as the benefits derived from it
ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des will be apparent from the following description of the embodiment, in support of
figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un essieu directeur relié à une annexed figures in which: FIG. 1 is a cross-sectional view of a steering axle connected to a
fusée par l'intermédiaire du pivot conformément à l'invention. rocket via the pivot according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe de détail de la zone du pivot. Figure 2 is a detail sectional view of the pivot area.
Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un pivot de direction permettant de relier un essieu (1) tel qu'illustré à la figure 1, avec une fusée (2) équipée d'un roulement (3) pour autoriser la rotation de la jante (4). L'invention concerne plus spécifiquement le pivot (10) d'articulation de la fusée (2) par rapport à l'essieu (1), The invention relates to a steering pivot for connecting an axle (1) as illustrated in FIG. allow rotation of the rim (4). The invention relates more specifically to the pivot (10) for articulation of the rocket (2) with respect to the axle (1),
pour permettre le braquage des roues. to allow steering of the wheels.
Plus précisément, la fusée (2) est réalisée en deux parties, à savoir une première partie (11) qui comporte le nez de fusée (12), et dans la partie inférieure (13) reçoit une partie de l'axe (15) du pivot (10). La fusée (2) comprend également une seconde partie (16) solidarisée à la première partie (11) de la fusée au-dessus de l'axe (15) du pivot. Cette seconde partie (16) de la fusée se prolonge par le levier de direction (17) dont l'extrémité (18) est liée au mécanisme provoquant le More specifically, the rocket (2) is made in two parts, namely a first part (11) which comprises the rocket nose (12), and in the lower part (13) receives a part of the axis (15). pivot (10). The rocket (2) also comprises a second portion (16) secured to the first portion (11) of the rocket above the axis (15) of the pivot. This second part (16) of the rocket is extended by the steering lever (17) whose end (18) is connected to the mechanism causing the
braquage des roues.steering wheels.
Conformément à l'invention, le pivot (10) comprend un axe (15) qui est emmanché dans la tête (8) de l'essieu (1). Cet axe (15) présente une forme générale cylindrique, et coopère par ses deux extrémités (20, 21) avec les portions According to the invention, the pivot (10) comprises an axis (15) which is fitted into the head (8) of the axle (1). This axis (15) has a generally cylindrical shape, and cooperates at its two ends (20, 21) with the portions
séparables (11, 16) de la fusée (2). separable (11, 16) from the rocket (2).
- 6 Plus précisément, et comme illustré à la figure 2, l'axe (15) comporte en partie haute une zone rotulée (25) qui est emmanchée sur l'extrémité (20) de l'axe (15). Cette zone rotulée (25) présente une face extérieure sphérique (26) dont l'axe (27) est défini pour se trouver sur l'axe de révolution (28) de l'axe (15). Cette zone rotulée (25) coopère avec une bague (30) elle-même montée à l'intérieur d'un logement prévu à cet effet à l'intérieur de la partie (16) de la fusée liée au levier de direction (17). Cette bague rotulée (30) présente une face intérieure (31) sphérique, de même rayon que la zone rotulée (25). La figure 2 illustre simultanément deux variantes de réalisation à droite et à gauche de l'axe (15) du pivot. Ainsi, dans la partie gauche de la zone rotulée (25), celle-ci vient directement au contact de la tête d'essieu (8) par sa surface inférieure (33). A l'inverse, dans la variante illustrée dans la partie droite de la fenêtre, cette zone rotulée (25) est complétée par une bague (35) qui donne de la hauteur pour l'emplacement de moyens d'étanchéité (38). Ces moyens peuvent être prévus entre la fusée et la tête de l'essieu pour - More specifically, and as shown in Figure 2, the axis (15) has in the upper part a rotatable zone (25) which is fitted on the end (20) of the axis (15). This rotational zone (25) has a spherical outer face (26) whose axis (27) is defined to be on the axis of revolution (28) of the axis (15). This rotational zone (25) cooperates with a ring (30) itself mounted inside a housing provided for this purpose inside the part (16) of the rocket connected to the steering lever (17). . This rotatable ring (30) has a spherical inner face (31) of the same radius as the rotated zone (25). FIG. 2 simultaneously illustrates two alternative embodiments on the right and left of the axis (15) of the pivot. Thus, in the left part of the swivel zone (25), the latter comes into direct contact with the axle head (8) by its lower surface (33). Conversely, in the variant illustrated in the right part of the window, this rotated zone (25) is completed by a ring (35) which gives height for the location of sealing means (38). These means can be provided between the rocket and the axle head for
protéger la zone rotulée (25) de toute pollution extérieure. protect the swivel area (25) from external pollution.
Grâce à sa géométrie, la zone rotulée permet un alignement optimal de la partie haute (20) de l'axe (15) qui a la possibilité de pivoter par rapport au centre Thanks to its geometry, the rotated zone allows an optimal alignment of the upper part (20) of the axis (15) which has the possibility of pivoting with respect to the center
(27) de la zone rotulée (25).(27) of the rotated zone (25).
Complémentairement, l'extrémité inférieure (21) de l'axe (15) est équipée d'un roulement rotulé (40). Plus précisément, ce roulement (40) possède une bague (41) dont le chemin de roulement (42) est sphérique, et centrée autour du point (43). Ce roulement (40) comprend également une bague (44) emmanchée sur l'extrémité (21) de l'axe (15), et qui possède une face extérieure (45), usinée selon le même profil que le chemin de roulement (42). Entre ces deux chemins de roulement, des éléments intermédiaires, formant les "galets" du roulement, sont intercalés. Ces éléments (48) présentent une géométrie de révolution, définie par un arc de cercle de même diamètre que le chemin de roulement (42), obtenu par révolution autour de leur axe médian (49). Ces "galets" ont donc sensiblement une Complementarily, the lower end (21) of the shaft (15) is equipped with a rotational bearing (40). More specifically, this bearing (40) has a ring (41) whose race (42) is spherical, and centered around the point (43). This bearing (40) also comprises a ring (44) fitted on the end (21) of the axis (15), and which has an outer face (45), machined according to the same profile as the raceway (42). ). Between these two races, intermediate elements, forming the "rollers" of the bearing, are interposed. These elements (48) have a geometry of revolution, defined by a circular arc of the same diameter as the raceway (42), obtained by revolution about their central axis (49). These "pebbles" therefore have a substantial
forme de tonneau.barrel shape.
De par sa géométrie, ce roulement autorise un léger déplacement de l'extrémité (21) de l'axe autour du point (43) formant le centre de la sphère du chemin de roulement (42). Autrement dit, l'axe de rotation (50) de l'articulation, est défini entre le centre (27) de la sphère de la zone rotulée (25), et le centre (43) de la sphère du chemin de roulement (42). Cet axe unique, défini de manière univoque, permet l'alignement automatique de l'ensemble des différentes pièces constituant le pivot (10) . On notera notamment que la zone de contact (51) entre la face inférieure de la tête (8) de l'essieu, et la bague (44) du roulement (40) est ainsi strictement perpendiculaire à l'axe (50) comme il vient d'être défini. Cela signifie donc que les efforts exercés par l'essieu en direction de la fusée se répartissent de façon homogène sur cette surface de contact (51), ce qui induit donc une diminution des contraintes exercées sur les pièces de liaison de l'axe (15) avec la fusée. Bien entendu, des moyens d'étanchéité (53) peuvent être prévus au niveau de la liaison entre la tête d'essieu (8) et la partie basse (11) de la fusée pour protéger le roulement (40). Comme illustré à la figure 2, un trou de graissage (55), équipé d'un bouchon (56) peut être prévu pour assurer le graissage de la surface de contact entre la zone rotulée (25) et la bague complémentaire (30), et également au travers Due to its geometry, this bearing allows a slight displacement of the end (21) of the axis around the point (43) forming the center of the sphere of the raceway (42). In other words, the axis of rotation (50) of the articulation, is defined between the center (27) of the sphere of the rotated zone (25), and the center (43) of the sphere of the raceway (42). ). This unique axis, defined uniquely, allows the automatic alignment of all the different parts constituting the pivot (10). Note especially that the contact zone (51) between the underside of the head (8) of the axle, and the ring (44) of the bearing (40) is thus strictly perpendicular to the axis (50) as it has just been defined. This therefore means that the forces exerted by the axle in the direction of the rocket are homogeneously distributed over this contact surface (51), which thus induces a reduction of the stresses exerted on the connecting pieces of the axle (15). ) with the rocket. Of course, sealing means (53) may be provided at the connection between the axle head (8) and the lower part (11) of the rocket to protect the bearing (40). As illustrated in FIG. 2, a lubrication hole (55) equipped with a plug (56) can be provided for lubricating the contact surface between the rotated zone (25) and the complementary ring (30), and also through
d'un perçage (57) prévu à cet effet, le graissage du roulement rotulé (40) . a bore (57) provided for this purpose, the lubrication of the rotational bearing (40).
Il ressort de ce qui précède que l'agencement du pivot d'articulation entre l'essieu et la fusée tel que défini par l'invention permet à la fois d'obtenir un autoalignement des différentes pièces constituant cette articulation, avec donc pour conséquence une transmission des efforts depuis l'essieu sur la fusée qui soit répartie de manière homogène au niveau des surfaces de contact. En outre, les frottements relatifs à ce pivot sont ni trop faibles, ce qui pourrait engendrer des phénomènes d'instabilité ou de shimmy, ni trop élevés, ce qui conduirait à une It follows from the foregoing that the arrangement of the articulation pivot between the axle and the rocket as defined by the invention makes it possible at the same time to obtain a self-alignment of the different parts constituting this articulation, with the consequence that transmission of forces from the axle on the rocket which is distributed homogeneously at the contact surfaces. In addition, the friction relative to this pivot is neither too low, which could cause instability or shimmy phenomena, nor too high, which would lead to
usure et à une puissance consommée non optimale de l'assistance de direction. wear and at a non-optimal power consumption of the steering assistance.
Claims (4)
Priority Applications (1)
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2002
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