Dispositif de butée de suspension et jambe de suspension équipée d'une telle butée Description La présente invention concerne le domaine des butées de suspension, en particulier du type MacPherson. L'invention concerne également une jambe 10 de suspension de véhicule automobile, comprenant un amortisseur et une telle butée de suspension. De manière générale, un système de suspension automobile comprend une jambe de suspension supportant un essieu et une roue de véhicule. Une butée de suspension est disposée dans la partie supérieure de la jambe de 15 suspension, opposée à la roue et au sol, entre un ressort de suspension et un bloc-support supérieur solidaire de la caisse du véhicule. La butée de suspension comprend au moins un roulement. Le ressort est disposé autour d'une tige de piston amortisseur, dont l'extrémité peut être solidarisée à la caisse du véhicule. 20 La butée de suspension permet ainsi de transmettre des efforts axiaux entre le ressort et la caisse du véhicule tout en autorisant un mouvement angulaire relatif entre la coupelle d'appui du ressort, mobile en rotation, et le bloc-support fixe solidaire de la caisse. Ce mouvement angulaire relatif peut découler d'un braquage de la roue directrice et/ou de la compression du 25 ressort de suspension. Un tampon amortisseur, par exemple en caoutchouc ou en élastomère, est généralement monté autour de la tige du piston d'amortisseur et inséré dans un alésage du capot inférieur et bloqué axialement sous la butée de suspension. 30 Lors d'un choc sur la jambe de suspension, le ressort, la tige du piston et le tampon amortisseur se compriment axialement et exercent un effort pouvant atteindre plus de 60 kN sur la butée de suspension. En particulier, le tampon amortisseur transmet une force axiale contre la butée de suspension et se déforme radialement. Cette déformation radiale du tampon exerce - 2 - alors des efforts radiaux sur le capot inférieur dans lequel il est inséré, pouvant occasionner une fragilisation de la zone de contact du tampon avec le capot inférieur jusqu'à la rupture. C'est à ce problème qu'entend plus particulièrement répondre l'invention en proposant une nouvelle butée de suspension simple et économique à fabriquer et à assembler tout en garantissant une résistance élevée aux chocs transmis pour le tampon amortisseur. A cet effet, l'invention concerne une butée de suspension comprenant au moins un roulement formant butée axiale disposé sur un capot inférieur. Le capot inférieur comprend un corps avec une portion annulaire d'appui pour un ressort et une portion tubulaire présentant un alésage dans lequel est inséré un tampon amortisseur. Conformément à l'invention, une surface de contact axiale est définie sur la partie inférieure de l'alésage de la portion tubulaire contre laquelle le tampon amortisseur en déformation vient exercer un effort radial et ladite portion tubulaire est pourvue d'un insert de renfort situé au niveau de cette surface de contact axiale. Grâce à l'invention, on dispose d'une butée de suspension pourvue d'un capot inférieur économique, robuste et parfaitement apte à supporter aussi bien les efforts en utilisation normale que les efforts dus à des chocs transmis par le tampon amortisseur sur la portion tubulaire. L'invention permet d'éviter de faire appel à des techniques ou des matériaux onéreux, tels qu'un capot inférieur entièrement métallique qui se prête mal au centrage des bagues de roulement en tôle emboutie mince, de formes souvent complexes et dont l'appui sur le capot doit être soigné et régulier afin d'éviter une déformation et un détérioration de la bague inférieure. Un capot inférieur métallique présente en outre un coût supplémentaire en raison de la nécessité de le munir d'un traitement anticorrosion, par exemple par cataphorèse.
De plus, la butée de suspension conforme à l'invention est adaptée pour des applications à différents types de véhicules créant des efforts axiaux et radiaux plus ou moins élevés sur la suspension, permettant ainsi de diminuer dans une large mesure le coût de production d'une telle butée dans la mesure où la plupart pièces constitutives de celle-ci peuvent faire l'objet - 3 - d'une seule et unique production, et où seule la présence d'un insert est spécifique pour les application à très hauts efforts appliqués en cas de choc. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel dispositif de roulement peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - La butée de suspension est pourvue d'au moins un roulement comprenant une bague supérieure, une bague inférieure et une chambre de roulement comprise entre les deux bagues dans laquelle sont insérée des éléments roulants. - Les éléments roulants sont des billes. - Les éléments roulants sont maintenus circonférentiellement espacés par une cage. - Au moins une des deux bagues d'au moins un des roulements de la butée de suspension est constitué d'une tôle métallique emboutie présentant une épaisseur sensiblement constante. - La butée de suspension comprend un capot supérieur en contact direct avec le roulement, ledit capot supérieur étant monté solidairement avec un bloc-support relié au châssis d'un véhicule. - Le capot supérieur est pourvu d'un corps en matériau synthétique. - Le capot supérieur est en concordance de forme avec la bague supérieure du roulement. - Le capot inférieur est en matériau synthétique plastique. - La portion annulaire du capot inférieur supporte du côté supérieur le roulement direct. - La portion annulaire du capot inférieur comprend une pièce annulaire de support en matériau métallique supportant le roulement. - La portion annulaire du capot inférieur est en concordance de forme avec la bague inférieure du roulement. - La butée de suspension comprend des moyens de retenue axiale entre le capot supérieur et le capot inférieur, de manière à constituer un ensemble unitaire avec le roulement. - Les moyens de retenue axiale entre les capots supérieur et inférieur consistent en une jupe axiale du capot supérieur pourvue à son - 4 - extrémité d'un crochet interférant avec une nervure annulaire du capot inférieur. - La portion tubulaire du capot inférieur est pourvue dans son alésage d'un bourrelet annulaire dirigé vers le côté intérieur de la butée de suspension, ledit bourrelet coopérant et interférant avec une nervure annulaire supérieur du tampon amortisseur permettant de maintenir axialement ledit tampon dans le capot inférieur de la butée. - L'insert est réalisé dans un matériau de dureté supérieure au matériau constituant le corps du capot inférieur, par exemple en métal. - L'insert de renfort est noyé dans la portion inférieure du capot inférieur, par exemple par surmoulage dudit capot autour de l'insert. - L'insert de renfort de la portion tubulaire du capot inférieur est pourvu d'au moins une portion axiale. - L'insert de renfort de la portion tubulaire du capot inférieure est pourvu d'une première portion axiale du côté intérieur de la butée, d'une seconde portion axiale du côté extérieur de la butée, les deux portions axiales étant reliées entre elles par une portion radiale. Une telle forme permet de donner des propriétés de ressort à l'insert, assurant ainsi le renfort du capot lors de chocs du tampon amortisseur tout en amortissant la déformation et facilitant le retour à la forme initiale après l'effort. - La portion radiale reliant les deux portions axiales de l'insert est située du côté inférieur de la butée et donnant globalement une forme en « U » à l'insert. - Le bourrelet comprend un insert de renfort permettant son renfort en cas d'effort exercé par le tampon amortisseur. - La première portion axiale de l'insert située du côté intérieur de la suspension est pourvue d'une portion radiale dirigée essentiellement vers le côté intérieur de la butée. Ladite portion radiale est située dans le bourrelet annulaire. L'invention concerne également une jambe de suspension équipé d'une butée de suspension telle que décrite ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un - 5 - mode de réalisation spécifique de butée de suspension conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemples et faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue en coupe axiale de la dite butée.
Une butée de suspension 1 d'axe central X1 est montée entre un ressort 2 de type hélicoïdal et un bloc-support (non représenté) relié au châssis d'un véhicule. Par la suite, pour faciliter le repérage de la butée 1 dans l'espace, on définit un côté inférieur Ci duquel sont situés le sol et la roue du véhicule, ainsi qu'un côté supérieur Cs à l'opposé du côté inférieur Ci. On définit également un côté intérieur Cc correspondant à l'axe principal X1, ainsi qu'un côté extérieur Ce opposé à l'axe X1 par la butée 1. De plus, pour ce mode de réalisation et pour les suivants, les adjectifs « axial » et « radial » et l'adverbe « axialement » sont définis par rapport à l'axe central X1 de la butée 1. Ainsi, une portion ou partie axiale est parallèle à l'axe X1, alors qu'une partie ou portion radiale est perpendiculaire à cet axe et l'entoure. Une surface est dite axiale lorsqu'elle s'étend perpendiculairement à l'axe X1 et radiale lorsqu'elle s'étend perpendiculairement à une normale de cet axe. Par exemple, une portion radiale est pourvue d'une surface intérieure orientée vers le côté intérieur Cc de la butée 1, donc vers l'axe X1 et d'une surface radiale extérieure orientée à l'opposé de cet axe, vers le côté extérieur Ce de la butée 1. La butée de suspension 1 est disposée autour d'une tige d'amortisseur 3 allongée suivant un axe X3 en forme de cylindre de révolution. L'axe X3 est confondu avec l'axe X1 lorsque la butée de suspension 1 est au repos, comme illustré en Fig. 1. La tige d'amortisseur 3 coulisse dans un corps de piston, non représenté, suivant l'axe X3. Un tampon amortisseur 4, par exemple en caoutchouc ou en élastomère, est monté autour de la tige 3 sous la butée de suspension 1.
Le tampon amortisseur 4 présente une forme annulaire avec une nervure 4a également annulaire, s'étendant vers le côté extérieur Ce à partir du côté supérieur Cs dudit tampon 4 au contact de la butée de suspension 1. La butée de suspension 1 comprend un capot supérieur 5, un capot inférieur 6 et un unique roulement 8. Ces trois éléments présentent - 6 - globalement une forme de révolution autour d'un axe central X5, confondu avec les aves X1 et X3 lorsque la butée de suspension 1 est au repos. Le capot supérieur 5 consiste en une pièce monobloc réalisée en matériau synthétique plastique, par exemple en polyamide renforcé ou non de fibres de verre. Le capot supérieur 5 présente une portion radiale supérieure 5a, une jupe annulaire intérieure 5b de petit diamètre s'étendant vers le côté inférieur Ci de la butée de suspension 1 et une jupe annulaire extérieure 5c de grand diamètre s'étendant vers le côté inférieur Ci de la butée de suspension 1. La jupe annulaire 5b définit un alésage 5f dans lequel et monté la tige 3. La jupe annulaire 5c est pourvue d'un crochet 5d qui peut être continu ou discontinu circonférentiellement en se présentant sous la forme d'une saillie axiale dirigée vers le côté intérieur Cc de la butée de suspension 1. Le capot supérieur 5 est en contact et maintenu avec des surfaces axiales et/ou radiales de la coupelle supérieure.
Le roulement 7 comprend une bague supérieure 7a en tôle emboutie, une bague inférieure 7b également en tôle emboutie, une rangée d'éléments roulants 7c, ici des billes, et une cage 7d de maintien de l'espacement circonférentiel régulier entre les éléments roulants 7c. Les éléments roulants sont disposés entre des pistes de roulement formées par les bagues supérieure 7a et inférieure 7b. La bague supérieure 7a présente une portion toroïdale 7a' en contact et en concordance de forme avec une surface toroïdale 5e définie sur la surface du côté inférieur Ci de la portion radiale supérieure 5a du capot supérieur S. la bague supérieure 7a présente également une portion radiale 7a" dans le prolongement de la portion toroïdale 7a', s'étendant vers le côté intérieur Cc, en contact et en concordance de forme avec la surface du côté inférieur Ci de la portion radiale supérieure 5a du capot supérieur S. La bague inférieure 7b présente également une portion toroïdale 7b' dont la partie supérieure forme la piste de roulement pour les éléments roulants 7c et une portion radiale 7h" s'étendant vers le côté extérieur Ce. Le roulement 7 est entièrement disposé entre les jupes annulaires 5b et Sc du capot supérieur S. Le roulement 7 est unique dans la butée de suspension 1 et est à contact oblique afin de limiter les efforts et les frottements internes à la butée 1. Sur l'exemple de la Fig. 1, - 7 - le contact oblique est dirigé vers le côté intérieur Cc de la butée selon un axe incliné à 45° par rapport à l'axe X5. Le capot inférieur 6 comprend un corps 8 réalisé en matériau synthétique plastique, par exemple le même que celui du capot supérieur 5, et un support métallique 9 sous la forme d'une coupelle en acier relativement épaisse pour garantir le positionnement et le maintien avec une rigidité suffisante des éléments constitutifs de la butée de suspension 1. Le support métallique 9 comprend une base annulaire radiale 9a pourvue d'un alésage 9b dans lequel est montée la tige 3. Ledit alésage 9b a un diamètre d'ouverture légèrement supérieur au diamètre de la surface extérieure cylindrique de la tige 3 de manière à assurer un guidage axial et radiale de ladite tige 3 dans la butée de suspension 1. La surface supérieure 4b de la nervure 4a du tampon amortisseur 4 est en contact radial avec la surface inférieure 9c de la base annulaire 9a. La base annulaire radiale 9a s'étend vers la partie supérieure Cs de la butée de suspension 1 par une portion axiale 9d, les deux portions 9a et 9d étant ici reliées par une portion de forme toroïdale. La portion axiale 9d s'étend vers le côté extérieur Ce de la butée de suspension 1 par une portion radiale 9e servant de support pour la bague inférieure 7b du roulement 7. Cette portion radiale 9e présente une portion toroïdale 9f s'étendant par une portion radiale 9g vers le côté extérieur Ce de manière à être en contact et en concordance de forme avec les portions toroïdale 7b' et radiale 7h" de la bague inférieure 7b. Par ailleurs, la portion radiale 9g formant l'extrémité extérieure du support métallique 9 coopère avec le crochet 5d du capot supérieur 5 de manière à garantir le maintien axial du capot supérieur 5 au support 9 entre lesquels est enserré le roulement 7 et assurant l'étanchéité de la butée 1. Le corps 8 du capot inférieur 6 est surmoulé sur les portions axiale 9d et radiale 9e du support métallique 9, assurant ainsi un maintien du corps avec le support 9 et par extension avec le capot supérieur 5. Le corps comporte une portion annulaire 8a dont la surface inférieure 8b est en contact avec la spire de l'extrémité supérieure du ressort 3 et se prolongeant ver le côté intérieur Cc par une surface arrondie puis par une surface légèrement tronconique 8c de manière à garantir un bon centrage du ressort sur le corps 8. Ladite surface tronconique 8c correspond à une surface extérieure d'une - 8 - portion tubulaire 8d du corps 8. La portion tubulaire 8d définit un alésage 8e dans laquelle sont engagés la tige 3 et le tampon amortisseur 4. L'alésage 8e est pourvu d'un bourrelet annulaire 8f. La nervure 4a du tampon 4 est insérée entre la surface inférieure 9c du support 9 et le bourrelet 8f du corps 8 de manière à garantir une retenue axiale du tampon 4 dans la butée de suspension 1. En mode de fonctionnement normal, la surface axiale extérieure 4c du tampon 4 est en contact avec la surface axiale intérieure 8g de l'alésage 8e du corps 8 de manière à garantir une retenue radiale du tampon 4 dans la butée de suspension 1. En cas de choc sur le système de suspension du véhicule, le tampon amortisseur 4 se déforme en se comprimant axialement et s'étendant radialement, sa surface extérieure 4c venant alors en contact avec la surface de contact axiale 8h située dans l'alésage 8e sous le bourrelet 8f. Le corps 8 du capot inférieur 6 comprend également un insert métallique 10 entièrement noyé dans le matériau synthétique du corps 8. L'insert 10 comprend une première portion axiale 10a, une seconde portion axiale 10c et une portion radiale 10b reliant les deux portions axiales 10a, 10c. La première portion axiale 10a est située au niveau de la surface de contact axiale 8h dans l'alésage 8e du corps 8 et à proximité de la bordure du côté intérieur Cc du corps 8. La seconde portion axiale 10c est située sensiblement au même niveau que la portion 10a dans le corps 8 mais à proximité de la bordure du côté extérieur Ce du corps 8. La portion radiale 10b relie les extrémités du côté inférieur Ci des deux portions axiales 10a et 10c. La portion axiale 10a comprend à son extrémité du côté supérieur Cs d'une portion radiale 10d dirigée vers le côté intérieur Cc de la butée de suspension 1 de telle manière que cette portion radiale 10d est à l'intérieur du bourrelet 8f. Cette portion radiale 10d permet de garantir une rigidité suffisante du bourrelet 8f pour le maintien axial de la nervure 4a du tampon 4, en particulier en cas de tentative d'arrachement par un effort axial exercé vers le côté inférieur Ci de la butée 1. Afin d'expliciter les caractéristiques d'une telle butée 1, nous allons décrire son fonctionnement. En cas de choc sur le système de suspension du véhicule, la tige d'amortisseur 3 coulisse dans le corps du piston dans laquelle elle est montée, le ressort 2 se comprime axialement en exerçant un -9 effort sur la surface inférieur 8b du corps 8 et le tampon amortisseur 4 exerce des efforts sur la butée de suspension 1. D'une part, le tampon amortisseur exerce un effort axial F1 par sa surface supérieure 4b sur la surface inférieure 9c du support métallique 9. La butée de suspension 1 étant fixée solidairement à un bloc-support lui-même solidaire du châssis du véhicule, le tampon amortisseur 4 est bloqué en translation axiale contre la surface inférieure 9c. Le tampon amortisseur 4 étant en réalisé en matériau élastique, par exemple du caoutchouc ou de l'élastomère, il se comprime axialement sous l'effort axial F1. La nervure 4a étant à la partie supérieure du tampon 4 ne subit qu'une déformation très sensible. A l'opposé, les portions inférieures du tampon 4 subissent une très forte déformation et s'étendent radialement en direction du côté extérieur du roulement. La surface axiale extérieure 4c du tampon vient alors en contact avec la surface de contact axiale 8h située dans l'alésage 8e sous le bourrelet 8f. Le tampon 4 exerce alors un fort effort radial F2 sur la surface 8h du corps 8. L'insert 10 et en particulier la première portion axiale 10a permet de transmettre cet effort F2 vers l'intérieur du corps 8 et de supporter toute déformation de matière de la partie inférieure de la portion tubulaire 8d du corps 8 au niveau du contact avec la portion déformée du tampon 4. La portion axiale 10a peut être amenée à se déformer radialement vers le côté extérieur Ce du roulement sous l'effort exercé F2. La portion radiale 10b et la portion axiale 10c qui s'étendent radialement à partir de la portion axiale 10a et donnant une forme en U à l'insert permettent d'une part de contrôler la déformation radiale de la portion axiale 10a et donnent des propriétés d'élasticité à l'insert 10 lui permettant de retrouver sa forme initiale une fois que la force F2 ne s'exerce lorsque le choc est passé. La présente invention concerne également une jambe de suspension comprenant une butée de suspension 1 telle décrite ci-dessus, comprenant une tige d'amortisseur 3 et un ressort 2 sur son extrémité inférieure et fixée solidairement au châssis d'un véhicule automobile par son extrémité supérieure.