FR2947023A1

FR2947023A1 - Elastic articulation i.e. elastic connector, for assembling mechanical part e.g. rear axle, of motor vehicle, has groove obtained during shrinking of elastomer block in molding process

Info

Publication number: FR2947023A1
Application number: FR0954133A
Authority: FR
Inventors: Philippe Prezelin
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2010-12-24

Abstract

The articulation has a cylindrical external armature (3) and a coaxial internal armature connected together by an elastomer block (9) obtained by a molding process. The armatures are displaced with respect to one another. The external armature has an annular groove (8) on its end to support fitting effort for assembling the annular groove. The groove is obtained during shrinking of the elastomer block in the molding process. Independent claims are also included for the following: (1) an assembly of two mechanical parts (2) a method for fabricating an external armature of an articulation (3) a shrinking tool comprising protuberances.

Description

Articulation élastique entre deux pièces mécaniques mobiles entre elles notamment pour le montage d'un train roulant de véhicule automobile Elastic articulation between two moving mechanical parts, particularly for mounting a motor vehicle running gear

La présente invention concerne une articulation élastique du type comportant une armature externe cylindrique et une armature interne coaxiale reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère et susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre. Un tel type d'articulation élastique est notamment utilisé pour le montage d'un train roulant tel que l'essieu avant ou arrière d'un véhicule automobile par rapport à la caisse de ce dernier. Dans ce type d'application, il est courant d'utiliser deux articulations élastiques situées symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal du véhicule à proximités des roues. L'armature extérieure est généralement réalisée par emboutissage d'une plaque ou feuille de tôle. L'emboutissage est un procédé de fabrication très utilisé dans l'industrie automobile, non seulement pour la fabrication de pièces de carrosserie, mais également pour la fabrication d'autres pièces rentrant par exemple dans la réalisation de liaisons mécaniques simples, et en particulier pour la réalisation d'une articulation entre un train roulant et la caisse du véhicule sur laquelle est fixé le train roulant. Le principe général de l'emboutissage est fondé sur la déformation plastique d'un matériau, généralement métallique, déformation consistant en un allongement ou un rétreint local de la tôle pour obtenir la forme désirée. The present invention relates to an elastic hinge of the type comprising a cylindrical outer armature and a coaxial inner armature interconnected by a block of elastomeric material and capable of moving relative to each other. Such a type of elastic joint is used in particular for mounting a running gear such as the front or rear axle of a motor vehicle relative to the body of the latter. In this type of application, it is common to use two elastic hinges located symmetrically on either side of the longitudinal axis of the vehicle close to the wheels. The outer frame is usually made by stamping a plate or sheet of metal. Embossing is a manufacturing process widely used in the automotive industry, not only for the manufacture of bodywork parts, but also for the manufacture of other parts entering for example in the realization of simple mechanical connections, and in particular for the realization of an articulation between a running gear and the vehicle body on which is fixed the running gear. The general principle of stamping is based on the plastic deformation of a material, generally metal, deformation consisting of an elongation or a local necking of the sheet to obtain the desired shape.

Par suite de la conservation globale (au moins approximative) du volume du matériau, les zones d'étirement subissent un amincissement (qui doit rester limité pour éviter la rupture) et les zones de rétreint (compression) subissent une combinaison d'épaississement et de plissement. On peut résumer la définition de l'emboutissage en disant que la technique d'emboutissage est la combinaison d'un rétreint (compression) du métal et d'une expansion (allongement) du métal. As a result of the overall (at least approximate) conservation of the volume of the material, the stretching zones undergo thinning (which must be limited to prevent breakage) and the necking (compression) zones undergo a combination of thickening and folding. The definition of stamping can be summarized by saying that the stamping technique is the combination of a shrink (compression) of the metal and an expansion (elongation) of the metal.

Après avoir décrit le procédé d'emboutissage utilisé pour la fabrication de l'armature externe, on décrit ci-après, sommairement, les principales étapes de fabrication d'une articulation élastique. La liaison élastique entre les armatures externe et interne est réalisée par une opération de moulage du matériau élastomère entre les deux armatures. Dans une première étape, on effectue un traitement de surface, par grenaillage ou bain chimique, sur les faces des armatures aptes à servir d'interface entre les armatures et le matériau élastomère, pour obtenir une bonne adhérisation du matériau élastomère sur les armatures pendant l'opération de moulage. Avant l'opération de moulage, on encolle les surfaces adhérisées et on moule ensuite le matériau polymère entre les deux armatures. Un brossage et/ou un ébavurage permet de retirer tout surplus de matière après moulage. Après moulage, il subsiste toujours un retrait du matériau polymère. Ce retrait se traduit par une diminution du volume du matériau polymère de 2 à 3% de son volume totale suivant les pièces avec pour conséquence l'apparition de contrainte de tension dans le matériau et aux interfaces entre le matériau et les armatures. Pour contrer ce phénomène, on peut prévoir des dimensions géométriques de la liaison élastique pour minimiser les contraintes, ce qui n'est pas toujours possible, ou bien, après moulage, ajouter des opérations de rétreint ou de dudgeonnage. After describing the stamping process used for the manufacture of the outer frame, hereinafter briefly described, the main steps of manufacturing an elastic hinge. The elastic connection between the outer and inner armatures is achieved by a molding operation of the elastomeric material between the two armatures. In a first step, a surface treatment, by shot blasting or chemical bath, is carried out on the faces of the reinforcements able to serve as interface between the reinforcements and the elastomeric material, in order to obtain good adhesion of the elastomeric material to the reinforcements during molding operation. Before the molding operation, the adhered surfaces are adhered and then the polymer material is molded between the two frames. Brushing and / or deburring removes any excess material after molding. After molding, there is still a shrinkage of the polymeric material. This shrinkage results in a decrease in the volume of the polymer material by 2 to 3% of its total volume depending on the parts, with the result that tension is created in the material and at the interfaces between the material and the reinforcements. To counteract this phenomenon, it is possible to provide geometrical dimensions of the elastic connection in order to minimize the stresses, which is not always possible, or else, after molding, to add shrinking or swaging operations.

L'opération de dudgeonnage est plutôt utilisée lorsqu'il s'agit de retoucher le diamètre d'une armature intérieure et l'opération de rétreint est plutôt utilisée lorsqu'il s'agit de retoucher une armature externe. L'opération de rétreint dans un procédé de moulage est similaire à l'opération de rétreint dans un procédé d'emboutissage.30 Les pièces mécaniques, mises en oeuvre pour réaliser une telle articulation peuvent être constituées de matériaux de nature identique ou dissemblable, et la mise en place de l'armature externe de l'articulation sur la caisse, est assurée par l'application d'un effort obtenu par emmanchement à force. Une articulation de ce type, est notamment décrite dans le document EPO412863A1. On a représenté schématiquement une articulation de ce type, aux figures 1 et 2 : la figure 1 représentant une vue en coupe transversale partielle de l'articulation et la figure 2 représentant une demi-coupe axiale de cette même articulation. Cette articulation 1 comporte une bague 2 de forme générale cylindrique comportant une armature externe cylindrique 3 présentant un bord radial 4 replié par emboutissage. The operation of dudonnage is rather used when it is a question of retouching the diameter of an inner frame and the operation of necking is rather used when it is a question of retouching an external reinforcement. The necking operation in a molding process is similar to the necking operation in a stamping process. The mechanical parts used to make such a joint may consist of materials of identical or dissimilar nature, and the establishment of the outer armature of the joint on the body, is ensured by the application of a force obtained by press fitting. A joint of this type is particularly described in document EPO412863A1. FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of the joint and FIG. 2 shows an axial half-section of the same articulation. This hinge 1 comprises a ring 2 of generally cylindrical shape having a cylindrical outer reinforcement 3 having a radial edge 4 folded by stamping.

La bague 2 est représentée emmanchée à l'intérieur d'une ouverture 5 d'une partie de caisse du véhicule, par exemple le longeronnet 6 d'un train arrière 7 tel qu'illustré sur la figure 3. L'armature externe 3 de l'articulation 1 devient solidaire de la caisse 7 après son emmanchement à l'intérieur d'une ouverture 5, aménagée dans la caisse 6 pour recevoir cette armature 3. L'articulation 1 comporte également une armature interne 10 coaxiale, liée solidairement de façon démontable par vis ou autre, à l'extrémité de l'essieu du train roulant 7. Les deux armatures externe 3 et interne 10 coaxiales, sont reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère déformable 9, par exemple du caoutchouc. Les armatures 3 et 10 étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre, le matériau élastomère 9 absorbe en se déformant jusqu'à une certaine limite, les déplacements relatifs des armatures interne 10 et externe 3. The ring 2 is shown fitted inside an opening 5 of a body part of the vehicle, for example the spar 6 of a rear axle 7 as illustrated in FIG. 3. The outer armature 3 of the hinge 1 becomes integral with the body 7 after its fitting inside an opening 5, arranged in the body 6 to receive the frame 3. The hinge 1 also comprises a coaxial internal reinforcement 10, integrally bound so removable by screws or other, at the end of the axle of the undercarriage 7. The two coaxial outer frames 3 and inner 10, are interconnected by a block of deformable elastomeric material 9, for example rubber. The armatures 3 and 10 being capable of moving relative to each other, the elastomeric material 9 absorbs, by deforming to a certain limit, the relative displacements of the internal and external armatures 10.

Le bloc en matériau élastomère 9 s'étend sensiblement sur toute la longueur de l'articulation 1. The block of elastomeric material 9 extends substantially over the entire length of the hinge 1.

Dans ce type de montage, la portance entre la bague 2 et le longeronnet 6 augmente graduellement entre le début et la fin de la mise en place, jusqu'à atteindre une valeur maximale correspondant à la longueur serrée et au serrage désirés. In this type of assembly, the lift between the ring 2 and the spar 6 increases gradually between the beginning and the end of the installation, until reaching a maximum value corresponding to the desired tightened length and tightening.

Pour ce type d'assemblage par emmanchement, la portance et les matériaux utilisés pour les deux pièces de l'assemblage génèrent un effort maximum trop important et non acceptable pour la réalisation d'une liaison de type articulation reliant le train roulant d'un véhicule automobile à la caisse du véhicule, ainsi que pour le processus d'emmanchement lui-même. For this type of assembly by fitting, the lift and the materials used for the two parts of the assembly generate a maximum effort too important and not acceptable for the realization of a connection type joint connecting the running gear of a vehicle vehicle, and for the fitting process itself.

Pour résoudre ce problème, il est connu d'utiliser un revêtement spécifique sur l'armature externe 3 de la bague 2 ou de rajouter une opération d'huilage. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients en supprimant ce revêtement ou cette opération d'huilage connu dans l'état de la technique actuelle, et d'apporter à la réalisation d'une articulation élastique, utilisée notamment pour le montage d'un train roulant de véhicule automobile, une solution simple, efficace et économique. Le but de la présente invention est de permettre de recourir à un niveau de serrage compatible de la limite élastique des matériaux constitutifs de la liaison et à un niveau de contraintes résiduelles admissibles dans les pièces. Elle a pour premier objet, une articulation élastique apte à être montée par emmanchement dans une pièce mécanique, ladite articulation comportant une armature externe cylindrique et une armature interne coaxiale reliées entre elles par un bloc en matériau élastomère obtenu par un procédé de moulage, lesdites armatures étant susceptibles de se déplacer l'une par rapport à l'autre, caractérisée en ce que l'armature externe est conformée pour présenter une gorge annulaire sur une de ses extrémités destinée à supporter l'effort d'emmanchement pour son montage, ladite gorge étant obtenue lors du rétreint dans le procédé de moulage du matériau élastomère . To solve this problem, it is known to use a specific coating on the outer frame 3 of the ring 2 or to add an oiling operation. The present invention is intended to avoid these disadvantages by removing the coating or oiling operation known in the state of the art, and to provide the realization of an elastic hinge, used in particular for mounting of a running gear of a motor vehicle, a simple, effective and economical solution. The object of the present invention is to make it possible to use a compatible clamping level of the elastic limit of the materials constituting the connection and to a level of residual stresses admissible in the parts. Its first object is an elastic hinge adapted to be mounted by fitting into a mechanical part, said hinge comprising a cylindrical external reinforcement and a coaxial internal reinforcement interconnected by a block of elastomer material obtained by a molding process, said reinforcements being able to move relative to each other, characterized in that the outer armature is shaped to have an annular groove on one of its ends for supporting the fitting force for its mounting, said throat being obtained during the shrinkage in the molding process of the elastomeric material.

Elle a pour deuxième objet, un assemblage de deux pièces mécaniques aptes à se déplacer l'une par rapport à l'autre, comportant une articulation élastique telle que définie ci-dessus, ladite articulation étant disposée entre les deux pièces dans lequel l'armature extérieure de l'articulation est fixée rigidement par emmanchement sur l'une des pièces, et l'armature interne de l'articulation est fixée sur l'autre pièce. Elle a pour troisième objet, une liaison élastique mettant en oeuvre un assemblage tel que décrit ci-dessus, dans laquelle, la pièce de l'assemblage dans laquelle est fixée par emmanchement l'armature externe de l'articulation est une partie de la caisse d'un véhicule automobile et dans laquelle, l'autre pièce sur laquelle est fixée l'armature interne de l'articulation est un train roulant du véhicule. Elle a pour quatrième objet, un procédé de fabrication de l'armature externe d'une articulation telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste à conformer l'outil de rétreint utilisé dans le procédé de moulage pour intégrer, dans les mâchoires de l'outil, l'empreinte en négatif de la gorge. Elle a pour cinquième objet, un outil de rétreint destiné à être utilisé dans le procédé de fabrication de l'armature externe d'une articulation telle que décrite ci-dessus, comportant trois mâchoires adjacentes formant couronne, comportant des protubérances dont la hauteur et l'épaisseur définissent respectivement la hauteur et la profondeur de la gorge. Elle a enfin pour objet, un véhicule automobile comportant une liaison élastique telle que décrite ci-dessus. Its second object is an assembly of two mechanical parts capable of moving relative to each other, comprising an elastic articulation as defined above, said hinge being disposed between the two parts in which the reinforcement The outer joint is fixed rigidly by fitting on one of the parts, and the internal frame of the joint is fixed on the other part. Its third object is an elastic connection using an assembly as described above, in which, the part of the assembly in which is fixed by fitting the outer frame of the joint is a part of the body of a motor vehicle and in which, the other part on which is fixed the internal frame of the joint is a running gear of the vehicle. Its fourth object is a method of manufacturing the outer armature of a joint as described above, characterized in that it consists in conforming the necking tool used in the molding process to integrate, in the jaws of the tool, the negative impression of the throat. Its fifth object is a necking tool intended to be used in the manufacturing method of the external reinforcement of a hinge as described above, comprising three adjacent jaws forming a crown, having protuberances whose height and thickness respectively define the height and depth of the groove. Finally, it relates to a motor vehicle having an elastic connection as described above.

L'articulation selon l'invention a pour autres avantages de ne pas nécessiter d'usinage ou de forme spécifique sur la pièce réceptrice (la caisse), telle qu'une gorge. D'autre part, l'opération de rétreint dans le procédé de moulage s'adapte facilement sur des armatures externes de faible épaisseur comme celles utilisées pour la fabrication d'articulations et, notamment, des articulations pour le montage de trains roulants. The articulation according to the invention has other advantages of not requiring machining or specific shape on the receiving part (the box), such as a groove. On the other hand, the necking operation in the molding process is easily adapted to thin external reinforcements such as those used for the manufacture of joints and, in particular, joints for mounting running gear.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2, déjà décrites, représentent respectivement une articulation élastique de l'état de la technique assurant une liaison entre la caisse d'un véhicule et un train roulant du véhicule selon une vue en coupe partielle axiale et selon une demi-coupe axiale partielle ; - la figure 3, déjà décrite, illustre un exemple d'articulation dans son environnement véhicule ; - les figures 4 et 5 illustrent respectivement, une vue en coupe transversale d'une articulation selon l'invention prise entre les mâchoires d'un outil de rétreint et cette même articulation en vue de dessus suivant l'axe de coupe V-V de la figure 4 ; - la figure 6, une vue de détail de la figure 4, illustrant la gorge obtenue après l'opération de rétreint du procédé de moulage ; - la figure 7 est un graphique illustrant l'évolution de l'effort d'emmanchement en fonction de l'enfoncement de l'articulation dans la caisse du véhicule pour une articulation élastique conforme à l'état de la technique ; et - la figure 8 est un graphique illustrant l'évolution de l'effort d'emmanchement en fonction de l'enfoncement de l'articulation dans la caisse du véhicule pour une articulation élastique conforme à l'invention. Sur ces figures, les mêmes références numériques sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. The invention will be better understood and other features and advantages will emerge more clearly on reading the following description given by way of example with reference to the appended drawings in which: FIGS. 1 and 2, already described, represent respectively an elastic joint of the state of the art providing a connection between the body of a vehicle and a running gear of the vehicle in a partial axial sectional view and in a partial axial half-section; FIG. 3, already described, illustrates an example of articulation in its vehicle environment; - Figures 4 and 5 respectively illustrate a cross sectional view of a hinge according to the invention taken between the jaws of a necking tool and the same hinge in plan view along the cutting axis VV of the figure 4; - Figure 6, a detail view of Figure 4, illustrating the groove obtained after the necking operation of the molding process; - Figure 7 is a graph illustrating the evolution of the fitting force as a function of the depression of the joint in the vehicle body for an elastic joint according to the state of the art; and - Figure 8 is a graph illustrating the evolution of the fitting force as a function of the depression of the joint in the vehicle body for an elastic joint according to the invention. In these figures, the same reference numerals are used to designate the same elements.

La figure 4 illustre une vue en coupe transversale d'une articulation 1 selon l'invention prise entre les mâchoires 11 d'un outil de rétreint. La figure 5 illustre cette même articulation 1 en vue de dessus suivant l'axe de coupe V-V de la figure 4. Cette figure permet de distinguer trois mâchoires 11 adjacentes, 30 disposées respectivement à 120° les unes des autres, et formant une couronne autour de l'articulation élastique 1. Figure 4 illustrates a cross-sectional view of a hinge 1 according to the invention taken between the jaws 11 of a necking tool. FIG. 5 illustrates this same articulation 1 in plan view along the sectional axis VV of FIG. 4. This figure makes it possible to distinguish three adjacent jaws 11, arranged respectively at 120 ° from each other, and forming a ring around of the elastic joint 1.

La figure 6 illustre une vue de détail de la figure 4 Par l'opération de rétreint du procédé de moulage du matériau polymère 9, on obtient une armature externe 3 qui a été conformée pour présenter une déformation locale. FIG. 6 illustrates a detail view of FIG. 4. By the necking operation of the molding process of the polymer material 9, an external reinforcement 3 is obtained which has been shaped to present a local deformation.

Cette déformation locale a la forme d'une gorge 8 imprimée sur le diamètre extérieur de l'armature externe 3. Selon l'invention, la gorge 8 est réalisée directement lors de l'opération de rétreint du procédé de moulage. Comme visible à la figure 4, la forme de la gorge 8 est ainsi définie par les mâchoires 11 de l'outil de rétreint qui présentent des protubérances 12, correspondant, en négatif, à ladite gorge 8. La gorge 8 est obtenue après application d'un même effort, symbolisé par les flèches F, sur chacune des trois mâchoires 11 de l'outil de rétreint. La hauteur et l'épaisseur de protubérances 12 définissent respectivement la hauteur H et la profondeur radiale P de la gorge 8 Ainsi, l'adaptation d'une forme sur la pièce mâle (l'armature extérieure de la bague) de l'assemblage conditionne l'atteinte des exigences fonctionnelles et permet de satisfaire aux paramètres d'emmanchement optimaux pour une liaison de ce type. This local deformation has the shape of a groove 8 printed on the outer diameter of the outer reinforcement 3. According to the invention, the groove 8 is made directly during the necking operation of the molding process. As can be seen in FIG. 4, the shape of the groove 8 is thus defined by the jaws 11 of the necking tool which have protuberances 12, corresponding, in negative, to said groove 8. The groove 8 is obtained after application of FIG. a same effort, symbolized by the arrows F, on each of the three jaws 11 of the necking tool. The height and the thickness of the protuberances 12 respectively define the height H and the radial depth P of the groove 8. Thus, the adaptation of a shape to the male part (the outer reinforcement of the ring) of the assembly conditions achieving the functional requirements and satisfying the optimum fitting parameters for a link of this type.

De plus cette forme permet de contrôler l'effort maximal en fin d'emmanchement. A titre d'exemple, non limitatif de la présente invention, la profondeur radiale P de la gorge 8 peut être de l'ordre de 0,05 à 0,20 millimètres pour une hauteur H, après emmanchement, de l'ordre de 7 à 10 millimètres. In addition, this shape makes it possible to control the maximum force at the end of fitting. By way of non-limiting example of the present invention, the radial depth P of the groove 8 can be of the order of 0.05 to 0.20 millimeters for a height H, after fitting, of the order of 7. at 10 millimeters.

Les courbes des figures 7 et 8 illustrent respectivement l'évolution de l'effort d'emmanchement, exprimé en DaN, en fonction du l'enfoncement de l'armature 4, exprimé en millimètre, pour une armature sans gorge et avec une armature avec gorge en reprenant l'exemple indicatif précédent. The curves of FIGS. 7 and 8 respectively illustrate the evolution of the fitting force, expressed in DaN, as a function of the depression of the armature 4, expressed in millimeters, for a reinforcement without groove and with a reinforcement with by taking the previous indicative example.

Claims

REVENDICATIONS1. Elastic joint (1) adapted to be mounted by fitting into a mechanical part (6), said hinge (1) comprising a cylindrical outer reinforcement (3) and a coaxial inner reinforcement (10) interconnected by a block of elastomeric material ( 9) obtained by a molding method, said armatures (3 and 10) being able to move relative to each other, characterized in that the outer armature (3) is shaped to present an annular groove ( 8) on one of its ends for supporting the fitting force for its mounting, said groove (8) being obtained during the shrinkage in the molding process of the elastomeric material (9).

2. Assembly of two mechanical parts (6 and 7) able to move relative to each other, comprising an elastic articulation (1) according to claim 1, said hinge (1) being arranged between the two parts ( 6 and 7), wherein the outer armature (3) of the articulation (1) is fixed rigidly by fitting on one (6) of the parts (6 and 7), and the internal armature (10) of the hinge (1) is fixed on the other piece (7).

3. elastic connection (1) using an assembly according to claim 2 wherein, the part (6) of the assembly in which is fixed by fitting the outer armature (3) of the joint (1) is a part of the body of a motor vehicle and in which, the other part (7) on which is fixed the internal frame (10) of the articulation is a running gear of the vehicle.

4. A method of manufacturing the outer armature of a joint (1) according to claim 1, characterized in that it consists in conforming the necking tool used in the molding process to integrate into the jaws (11). ) of the tool, the negative impression of the groove (8).

5. Shrink tool for use in the method of manufacturing the outer armature (3) of a joint (1) according to claim 1, comprising three adjacent jaws (11) forming a crown, having protuberances (12) whose height and thickness respectively define the height (H) and the depth (P) of the groove (8).

6. Motor vehicle comprising an elastic connection (1) according to claim 3.