FR2949523A1

FR2949523A1 - Dispositif de palier a roulement pour colonne de direction

Info

Publication number: FR2949523A1
Application number: FR0955887A
Authority: FR
Inventors: Jacques Delos; Bruno Montboeuf
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-04
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: CN102596687A; WO2011023485A1; DE112010003444T5; FR2949523B1; US8926189B2; US20120210819A1; CN102596687B

Abstract

Le dispositif de palier à roulement (1), en particulier pour colonne de direction de véhicule automobile, comprend une bague extérieure (2), une bague intérieure (3), des éléments roulants (4) disposés entre les bagues extérieure (2) et intérieure (3). La bague intérieure comporte une pluralité de languettes (6) de retenue dirigées radialement vers l'intérieur, adaptées pour entrer en contact avec un tube ou un arbre (7).

Description

B09-2770FR û AxC/EVH Société de droit suédois dite : SKF Aktiebolaget Dispositif de palier à roulement pour colonne de direction Invention de : Jacques DELOS Bruno MONTBOEUF

Dispositif de palier à roulement pour colonne de direction L'invention concerne le domaine des paliers à roulement, notamment les paliers à roulements utilisés dans les colonnes de direction de véhicules automobiles. Généralement, les paliers à roulements de colonne de direction comportent une bague extérieure, une bague intérieure, chaque bague comprenant un chemin de roulement toroïdal, et une rangée d'éléments roulants tels que des billes disposés entre les deux chemins de roulement au contact de ces derniers. Une cage est disposée dans le roulement pour maintenir un espace circonférentiel régulier entre les billes. La cage est généralement réalisée en matière synthétique moulée. Les bagues extérieures de roulement sont solidarisées avec un tube extérieur de la colonne de direction et les bagues intérieures sont montées sur l'arbre de colonne par l'intermédiaire d'une bague de tolérance ou manchon qui permet d'assurer le montage aisé du roulement sur l'arbre sans serrage initial et de réaliser ensuite la solidarisation entre la bague intérieure et l'arbre, même lorsque les sections de l'arbre et de la bague intérieure ont un profil très différent. Pour cela, la bague de tolérance est pourvue d'éléments élastiques déformables radialement. La bague de tolérance est, de préférence, réalisée dans un matériau électriquement conducteur, permettant entre autre, un passage de courant de faible intensité entre la partie fixe et la partie tournante de la colonne, via la bague extérieure, les billes et la bague intérieure. Ceci peut, par exemple, être utilisé pour la connexion électrique de la commande d'un avertisseur sonore, ladite commande étant souvent située sur la partie tournante du volant de direction.

La demande de brevet allemand DE 103 00 725-Al divulgue un tel palier à roulement comprenant un manchon métallique permettant le montage du roulement sur l'arbre de la colonne de direction. Une rondelle frein, montée également sur l'arbre, présente une certaine élasticité radiale, lui permettant de se resserrer sur l'arbre par effet de coin de portions coniques du manchon dans la bague intérieure. L'effort axial nécessaire pour provoquer un resserrage efficace du manchon sur l'arbre est relativement important et son intensité difficile à maîtriser. D'autre part, la mise en place de la rondelle frein après celle du manchon sur le roulement assemblé, constitue une opération supplémentaire et donc des coûts augmentés. La demande de brevet européen EP 1 988 002 au nom de la demanderesse divulgue également un palier à roulement pour colonne d'arbre de direction dans lequel le manchon métallique est disposé dans la bague intérieure et comporte des languettes susceptibles par effet de coin avec la bague intérieure de se resserrer radialement vers l'intérieur de manière à obtenir une solidarisation en rotation de la bague intérieure et de l'arbre sans utilisation de rondelle frein.

Cependant, le manchon présente une forme relativement complexe, difficile à fabriquer. Ceci conduit donc à une augmentation des coûts et donc une augmentation du coût total du palier à roulement. Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités en proposant un palier à roulement, particulièrement adapté pour une colonne de direction de véhicule automobile, de structure simple et pouvant être fabriqué à des prix de revient raisonnables. L'invention a également pour objet un palier à roulement garantissant une précharge suffisante apte à solidariser en rotation de manière sécurisée la bague intérieure à l'arbre d'une colonne de direction.

Dans un mode de réalisation, un dispositif de palier à roulement, en particulier pour colonne de direction de véhicule automobile, comprend une bague extérieure, une bague intérieure et des éléments roulants disposés entre les bagues extérieure et intérieure. La bague intérieure comporte une pluralité de languettes de retenue dirigées radialement vers l'intérieur, adaptées pour entrer en contact avec un tube ou un arbre de la colonne de direction. De préférence, le palier à roulement comprend, en outre, une cage de maintien des éléments roulants, munie d'au moins un premier crochet de retenue axiale de la cage par rapport à la bague extérieure.

La cage peut être munie d'au moins un deuxième crochet de retenue axiale de la cage par rapport à la bague intérieure. La cage peut présenter une première portion annulaire axiale dans laquelle sont pratiqués les premiers crochets et une deuxième portion annulaire axialement opposée à la première et dans laquelle sont pratiqués les deuxièmes crochets. Selon un autre mode de réalisation, la cage peut présenter un talon annulaire dirigé radialement vers l'intérieur et coopérant, pour la retenue axiale de la bague intérieure, avec au moins une languette de retenue pratiquée sur la bague intérieure. La cage peut présenter une portion annulaire axiale dans laquelle sont pratiqués les premiers crochets. La bague intérieure peut présenter une portion annulaire axiale dans laquelle sont pratiquées les languettes de retenue.

La bague intérieure est, de préférence, réalisée en un matériau conducteur de l'électricité et peut être obtenue par emboutissage d'un flanc de tôle métallique mince. Une colonne de direction de véhicule automobile comportant un tube ou un arbre intérieur et un tube extérieur peut être équipé d'au moins un dispositif de palier à roulement tel que décrit ci-dessus monté entre ledit tube ou arbre intérieur et le tube extérieur. Avantageusement, le tube ou l'arbre intérieur de la colonne de direction peut présenter une gorge périphérique capable de coopérer avec les languettes de retenue de la bague intérieure du dispositif de palier à roulement. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description de quelques modes de réalisation, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue en coupe selon I-I de la figure 2 d'un palier à roulement selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue de face en élévation du palier de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 du palier à roulement selon le premier mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue en coupe analogue à la figure 1 selon IV-IV de la figure 5 d'un palier à roulement selon un second mode de réalisation ; - la figure 5 est une vue de face en élévation du palier de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en coupe analogue à la figure 3 selon VI-VI de la figure 5 d'un palier à roulement selon le second mode de réalisation ; - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale, partiellement coupée, d'une partie d'un arbre de colonne de direction supporté par deux paliers à roulement. Tel qu'illustré sur les figures 1 à 3, un exemple de palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 2 et une bague intérieure 3, entre lesquelles une rangée d'éléments roulants, constitué ici par des billes 4, est montée. Les billes 4 sont maintenues à un espacement circonférentiel régulier par une cage 5 de maintien. Les bagues extérieure 2 et intérieure 3 sont réalisées en tôle mince d'épaisseur sensiblement constante, par exemple par emboutissage, en un matériau conducteur de l'électricité.

La bague extérieure 2 comprend une portion toroïdale 2a, une portion axiale 2b et un rebord radial 2c. La portion axiale 2b est disposée entre la portion toroïdale 2a et le rebord radial 2c. La portion toroïdale 2a présente une surface intérieure concave en coupe axiale formant un chemin de roulement 2d pour les billes 4. La portion toroïdale 2a peut s'étendre sur un secteur angulaire de l'ordre de 45° à 90°. La portion axiale 2b présente un léger épaulement 2e la divisant en une partie de petit diamètre situé dans le prolongement de la portion toroïdale 2a et une partie de plus grand diamètre du côté du rebord radial 2c. Le rebord radial 2c est dirigé radialement vers l'extérieur à partir de la portion axiale 2b. La portion toroïdale 2a est dirigée radialement vers l'intérieur à partir de la portion axiale 2b. La bague intérieure 3 comprend une portion toroïdale 3a et une portion cylindrique 3b. La portion toroïdale 3a forme sur sa surface extérieure concave en coupe axiale un chemin de roulement 3d pour les éléments roulants 4. Le chemin de roulement 2d est disposé d'un côté et le chemin de roulement 3d de l'autre côté d'un plan radial passant par le centre des éléments roulants 4. La portion axiale 3b de la bague intérieure 3 est disposée du même côté dudit plan radial que la portion toroïdale 2a de la bague extérieure 2. La portion toroïdale 3a de la bague intérieure 3 et la portion axiale 2b de la bague extérieure 2 sont disposée du même côté dudit plan radial. Le palier à roulement 1 offre ainsi un contact oblique pour les éléments roulants 4, donnant une capacité de reprise des charges axiales selon une direction et des charges radiales. De préférence, la bague intérieure 3 est trempée à coeur de manière à être suffisamment flexible. La portion axiale 3b peut présenter un léger épaulement 3e la divisant en une partie de petit diamètre du côté de l'extrémité libre de la portion axiale 3b et une partie de plus grand diamètre du côté de la portion toroïdale 3a. Une pluralité de découpes 8 sont ménagées dans la portion axiale 3b de la bague intérieure 3 et circonférentiellement régulièrement réparties. Les découpes 8 présentent une forme générale de U dont le fond est disposé du côté de l'épaulement 3e. Les découpes 8 laissent subsister une zone annulaire continue 3f du côté de l'extrémité libre de la portion axiale 3b. Les découpes 8 délimitent des languettes de retenue 6. Les languettes 6 comprennent une portion de base 6a reliée à la zone annulaire 3f et une portion d'extrémité 6b dirigée radialement vers l'intérieur. La portion d'extrémité 6b est conçue de façon a pouvoir entrer en contact avec la surface extérieure 7b d'un tube ou un arbre 7 de colonne de direction tel qu'illustré sur la figure 7. La cage 5 peut être réalisée en matériau synthétique, par exemple un polyamide éventuellement renforcé par une charge minérale. La cage 5 comprend une portion annulaire axiale 5a de petit diamètre passant entre l'extrémité libre de la portion toroïdale 2a de la bague extérieure 2 et une surface extérieure de la portion axiale 3b de la bague intérieure 3. La cage 5 comprend également une portion annulaire axiale 5b de grand diamètre disposée du côté opposé, en d'autres termes passant entre l'extrémité libre de la portion toroïdale 3a de la bague intérieure 3 et un alésage de la portion axiale 2b de la bague extérieure 2. Les portions annulaires axiales 5a et 5b s'étendent au-delà des extrémités axiales de la bague intérieure 3. La cage 5 comprend également une portion centrale oblique 5c dans laquelle sont ménagées des alvéoles 5d pour les éléments roulants 4 et possédant une surface intérieure tronconique et une surface extérieure tronconique. Une extrémité de la portion oblique 5c se raccorde avec la portion annulaire axiale 5a tandis que l'autre extrémité se raccorde avec la portion 5b. La portion annulaire 5a de petit diamètre est munie de découpes 9 orientées axialement et s'étendant à partir de son extrémité libre. Les découpes 9 délimitent des pattes flexibles 10 munies chacune sur leur surface extérieure d'un crochet 11. Les crochets 11 présentent à l'état libre un diamètre extérieur supérieur au diamètre minimal de la bague extérieure 2. Les crochets 11 forment donc des moyens de retenue axiale de la cage 5 sur la bague extérieure 2. Les crochets 11 peuvent être munis d'une surface oblique lla en vue de l'engagement dans la bague extérieure 2 et d'une surface sensiblement radiale l lb en vue de la retenue sur la bague extérieure 2. Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 3, la portion annulaire 5b de grand diamètre de la cage 5 est munie de découpes 12 orientées axialement et s'étendant à partir de son extrémité libre. Les découpes 12 délimitent des pattes flexibles 13 munies chacune sur leur surface extérieure d'un crochet 14. Les crochets 14 présentent à l'état libre un diamètre inférieur au diamètre maximal de la bague intérieure 3. Les crochets 14 forment donc des moyens de retenue axiale de la cage 5 sur la bague intérieure 3. Les crochets 14 peuvent être munis d'une surface oblique 14a en vue de l'engagement dans la bague intérieure 3 et d'une surface sensiblement radiale 14b en vue de la retenue sur la bague intérieure 3. L'assemblage du roulement 1 peut être effectué de la façon suivante. On dispose les éléments roulants 4 dans les alvéoles 5d de la cage 5 puis on amène la bague extérieure 2 en effectuant une poussée axiale de façon que les crochets 11 de la cage 5 s'effacent vers l'intérieur et franchissent l'extrémité de petit diamètre de la bague extérieure 2. Un sous-ensemble est ainsi formé par la bague extérieure 2, les éléments roulants 4 et la cage 5. Puis on amène la bague intérieure 3. Les crochets 14 de la cage 5 s'effacent radialement vers l'extérieur et franchissent l'extrémité de grand diamètre de la bague intérieure 3. La bague intérieure 3 est ainsi retenue, garantissant ainsi l'indémontabilité du palier à roulement 1.

Dans un second mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 6, les références des éléments semblables ont été conservées. Ce mode de réalisation se distingue du précédent en ce que la cage 5 ne comprend plus de portion annulaire 5b munie de crochets 14 de manière à la retenir avec la bague intérieure 3. Au lieu de cela, la cage 5 présente un talon annulaire 15 dirigé radialement vers l'intérieur, axialement sensiblement au même niveau que les crochets 11, voire légèrement plus près des éléments roulants 4. Le talon annulaire radial 15 présente deux surfaces radiales opposées, l'une 15a en regard de l'épaulement 3e de la bague intérieure 3 et l'autre 15b en regard de languettes de retenue 16 pratiquées sur la bague intérieure 3. En variante, le talon annulaire 15 peut se présenter sous la forme de segments de nervure annulaire interrompus au niveau des languettes 16. Des découpes 17 en forme de U délimitant les languettes 16 sont ménagées sur la zone annulaire continue 3f du côté de l'extrémité libre de la portion axiale 3b axiale de la bague intérieure 3 et circonférentiellement régulièrement réparties. Les découpes 17 sont de formes identiques aux découpes 8 de la portion axiale 3b et le fond de la forme en U est disposé également du côté de l'épaulement 3e. Les languettes 16 comprennent une portion de base 16a reliée à l'extrémité libre de la zone annulaire 3f et une portion d'extrémité 16b dirigée radialement vers l'extérieur. La portion d'extrémité 16b est destinée à être en contact avec la surface radiale 15b du talon annulaire 15 de manière à retenir axialement la cage 5 par rapport à la bague intérieure 3. Ce deuxième mode de réalisation permet de réduire la dimension axiale de la cage 5 du fait de la suppression de la portion annulaire 5b de manière à libérer de l'espace à l'arrière du roulement afin de permettre le montage d'une rondelle-frein (non représentée) qui peut entrer en contact d'une part, avec la surface extérieure 7b de l'arbre 7 d'une colonne de direction et d'autre part avec la bague intérieure 3. En effet, dans ce cas, d'un côté du roulement, la cage 5 est axialement en retrait par rapport à l'extrémité libre de la bague intérieure 3. L'assemblage du roulement, selon ce mode de réalisation, peut être effectué de la façon suivante. On dispose les éléments roulants 4 dans les alvéoles 5d de la cage 5 puis on amène la bague extérieure 2 en effectuant une poussée axiale de façon à ce que les crochets 11 de la cage 5 s'effacent vers l'intérieur et franchissent l'extrémité de petit diamètre de la bague extérieure 2. Un sous-ensemble est ainsi formé par la bague extérieure 2, les éléments roulants 4 et la cage 5. Puis on amène la bague intérieure 3. Les languettes 16 de la bague intérieure 3 s'effacent radialement vers l'intérieur et franchissent l'extrémité du talon annulaire 15 de la cage 5, les languettes 16 reprennent ensuite leur position de repos. Lors du contact avec les languettes 16, le ou les talons 15 de la cage 5, peuvent être amenés à se déplacer radialement vers l'extérieur, limitant ainsi la déformation des languettes 16 vers l'intérieur. Afin de limiter la déformation de la cage, il est préférable de réaliser les languettes 16 de sorte que leur zone de jonction avec la zone annulaire 3f de la bague intérieure 3 soit suffisamment souple, toutes les déformations étant de préférence élastiques. La bague intérieure 3 est ainsi retenue, garantissant ainsi l'indémontabilité du palier à roulement. Comme illustré sur la figure 7, une colonne de direction pour véhicule automobile comprend un arbre tubulaire creux interne 7 sur lequel un volant de direction (non représenté) peut être monté au niveau d'une partie 7a de plus petit diamètre de l'arbre 7. L'arbre 7 est associé à un tube extérieur 17 qui est positionné coaxialement autour de l'arbre interne 7. Le tube extérieur 17 est supporté sur le l'arbre interne 7 au moyen de deux paliers à roulement 1 et 1', l'un proche de la portion 7a, possédant la structure divulguée aux figures 1 à 3 du premier mode de réalisation, l'autre du côté opposé à la portion 7a, possédant une structure différente. Le tube extérieur 17 comporte un alésage 17a et une surface latérale radiale 17b. La portion axiale 2b de la bague extérieure 2 du palier 1 est emmanchée dans l'alésage 17a, en particulier dans sa partie de grand diamètre située entre le léger épaulement 2e et le rebord radial 2c. Le rebord radial 2c vient en contact avec la surface latérale 17b, ce qui permet de définir avec précision la position axiale du palier à roulement 1. Le léger épaulement 2e permet de laisser un faible espace annulaire radial 18 entre la bague extérieure 2 et l'alésage 17a au niveau des éléments roulants 4. Lors du montage du palier 1 sur l'arbre interne 7, le sous-ensemble constitué par la bague extérieure 2, les éléments roulants 4 et la cage 5 est positionné entre l'arbre 7 et le tube extérieur 17. I1 suffit ensuite de pousser axialement la bague intérieure 3, les portions d'extrémités 6a des languettes 6 de la bague intérieure 3 se déformant alors radialement vers l'extérieur en fléchissant à partir de leur emplanture et venant se resserrer sur la surface extérieure 7b de l'arbre 7, permettant ainsi une bonne solidarisation axiale du palier 1 par rapport à l'arbre interne 7.

I1 est envisageable de prévoir une gorge périphérique (non représentée) sur la surface extérieure de l'arbre interne 7 pour coopérer avec les languettes de retenue 6 de la bague intérieure 3 du palier à roulement 1 de manière à augmenter leur inclinaison et ainsi accroître l'efficacité de la retenue du roulement 1 sur l'arbre 7.

Le palier de roulement 1' comprend une bague intérieure 19, une bague extérieure 20, des éléments roulants 21, une cage 22 et un organe de retenue 23 ondulé et plan grâce auquel le palier 1' est maintenu en position sur l'arbre 7. Des languettes 23a pratiquées sur l'organe de retenue 23 maintiennent axialement la bague intérieure 19 avant le montage du palier à roulement 1' sur l'arbre 7. Le palier de roulement 1' est ensuite axialement plaqué contre le tube extérieur 17 par une rondelle-frein 18 qui comporte une portion axiale 18a et une portion sensiblement conique 18b avec une pluralité de languettes 18c en contact avec la surface extérieure 7b de l'arbre intérieur 7. Par application d'un effort axial vers l'intérieur du tube extérieur 17, la rondelle-frein 18, par l'intermédiaire d'une surface 18d sensiblement radiale, est apte à entrer en contact avec l'organe de retenue 23 du palier à roulement 1' de manière à plaquer radialement les languettes 23a contre l'arbre interne 7 et ainsi à maintenir le palier de roulement 1' en position entre l'arbre intérieur 7 et le tube extérieur 17. Grâce à l'invention, on bénéficie d'un palier à roulement de forme relativement simple, avec un nombre de pièces limité et de fabrication économique. Le palier comprend, en effet, une bague intérieure munie de languettes capable d'entrer directement en contact avec l'arbre interne d'une colonne de direction et une cage comprenant des moyens de retenue axiale de la cage par rapport à la bague intérieure. Les bagues intérieure et extérieure peuvent être fabriquées par emboutissage d'un flanc de tôle métallique mince de manière à permettre le passage d'un courant de faible intensité, notamment pour éviter la création d'arcs électriques pouvant déclencher des systèmes à airbags. Le palier à roulement peut constituer un ensemble unitaire, notamment grâce à la coopération de la cage avec la bague intérieure et comprend également des pièces de formes simples pouvant être fabriquées en grande série à faible coût.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de palier à roulement (1), en particulier pour colonne de direction de véhicule automobile, comprenant une bague extérieure (2), une bague intérieure (3), des éléments roulants (4) disposés entre les bagues extérieure (2) et intérieure (3), caractérisé par le fait que la bague intérieure comporte une pluralité de languettes (6) de retenue dirigées radialement vers l'intérieur, adaptées pour entrer en contact avec un tube ou un arbre (7).
2. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre une cage (5) de maintien des éléments roulants (4), munie d'au moins un premier crochet (11) de retenue axiale de la cage par rapport à la bague extérieure (2).
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel la cage est munie d'au moins un deuxième crochet (14) de retenue axiale de la cage (5) par rapport à la bague intérieure (3).
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la cage (5) présente une première portion annulaire axiale (5a) dans laquelle sont pratiqués les premiers crochets (11) et une deuxième portion annulaire (Sb) axialement opposée à la première et dans laquelle sont pratiqués les deuxièmes crochets (14).
5. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel la cage (5) présente un talon annulaire (15) dirigé radialement vers l'intérieur et coopérant, pour la retenue axiale de la bague intérieure (3), avec au moins une languette (16) de retenue pratiquée sur la bague intérieure (3).
6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel la cage (5) présente une portion annulaire axiale (5a) dans laquelle sont pratiqués les premiers crochets (11).
7. Dispositif selon les revendications 5 ou 6 dans lequel la bague intérieure (3) présente une portion annulaire axiale (3b) dans laquelle sont pratiquées les languettes (16) de retenue.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la bague intérieure (3) est réalisée en un matériau conducteur de l'électricité
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la bague intérieure (3) a été obtenue par emboutissage d'un flanc de tôle métallique mince.
10. Colonne de direction de véhicule automobile comprenant un tube ou un arbre intérieur (7) et un tube extérieur (17) avec au moins un dispositif de palier à roulement (1) selon l'une des revendications précédentes monté entre ledit tube ou arbre intérieur (7) et le tube extérieur (17).
11. Colonne de direction selon la revendication 10 dans laquelle le tube ou l'arbre intérieur (7) présente une gorge périphérique capable de coopérer avec les languettes (6) de retenue de la bague intérieure (3) du dispositif de palier à roulement.