FR2862592A1

FR2862592A1 - Steering rack guiding device for motor vehicles rack steering gear, has guide bearing with central opening having non-circular sections, and steering rack with non-circular section delimited by edge of non circular sections of bearing

Info

Publication number: FR2862592A1
Application number: FR0313807A
Authority: FR
Inventors: Vianney Besnault
Original assignee: Koyo Steerring Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-05-27
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: FR2862592B1

Abstract

The device has a guide bearing (13) of a steering rack (2) mounted in a steering gear box. The bearing has a central opening (14) with non-circular sections (14a, 14b), and the rack has a non-circular section (15) in its guiding zone (12) crossing the bearing. The non circular section (15) is not in a toothed zone (3) of the rack. The non-circular section is delimited by an edge of the non circular section (14a).

Description

La présente invention concerne, de façon générale, les mécanismes à pignonThe present invention relates, in general, to pinion mechanisms

et crémaillère, et plus particulièrement ceux utilisés sur les véhicules automobiles, dans les systèmes de direction dits "à crémaillère". Encore plus particulièrement, cette invention s'intéresse à un dispositif de and rack, and more particularly those used on motor vehicles, in so-called "rack and pinion" steering systems. Even more particularly, this invention is concerned with a device for

guidage de la crémaillère, pour une direction à crémaillère de véhicule automobile. guiding the rack, for a steering rack of a motor vehicle.

Il est rappelé que, dans la plupart des systèmes de direction des véhicules automobiles, un pignon de direction est lié en rotation avec la colonne de direction, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le pignon venant en prise avec une crémaillère montée coulissante en direction longitudinale, dans un carter de direction. Les deux extrémités opposées de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées à des biellettes de direction associées respectivement aux roues directrices droite et gauche du véhicule, les biellettes assurant la liaison entre la crémaillère et chacun des porte-fusée. It is recalled that in most motor vehicle steering systems, a steering pinion is rotatably connected to the steering column, operated with the vehicle steering wheel, the pinion engaging with a rack slidably mounted in the longitudinal direction, in a steering casing. The two opposite ends of the rack, external to the casing, are coupled to steering rods respectively associated with the right and left steering wheels of the vehicle, the rods providing the connection between the rack and each of the knuckle.

Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou dans l'autre, donc la rotation correspondante du pignon de direction, est convertie en une translation correspondante de la crémaillère qui, par l'intermédiaire des biellettes et des porte-fusée, provoque elle-même l'orientation des roues du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche. Thus, the rotation of the steering wheel in one direction or the other, and therefore the corresponding rotation of the steering pinion, is converted into a corresponding translation of the rack which, by means of the links and the rocket carrier, causes the steering wheel to rotate. even the orientation of the wheels of the vehicle, for a steering to the right or left.

Dans le cas où la denture de la crémaillère possède des dents inclinées ou hélicoïdales, et/ou lorsqu'il existe un décalage entre l'axe longitudinal de la crémaillère et les biellettes, la crémaillère est soumise à des efforts tangentiels. Ces efforts, conjugués à un effet de bras de levier, créent un couple de basculement de la crémaillère qui, s'il apparaît de façon brutale lors d'un déplacement de la crémaillère, peut causer des bruits de claquement et des vibrations. In the case where the toothing of the rack has inclined or helical teeth, and / or when there is a gap between the longitudinal axis of the rack and the rods, the rack is subjected to tangential efforts. These efforts, combined with a lever effect, create a tilting torque of the rack which, if it appears suddenly when moving the rack, can cause click noises and vibrations.

En particulier sur les directions à crémaillère manuelles, et aussi dans le cas des directions assistées électriques, les couples exercés sur le pignon de direction sont assez élevés (de l'ordre de 20 à 70 N.m), et il en va de même pour le couple de basculement de la crémaillère (ce dernier pouvant atteindre 25 N.m). Dans ce cas, les chocs sont particulièrement durs et, du fait de la présence usuelle d'un poussoir agissant sur le dos de la crémaillère pour le presser contre le pignon, la qualité d'engrènement s'en trouve dégradée, la denture du pignon et la denture de la crémaillère ne fonctionnant plus sur leurs diamètres primitifs respectifs. In particular on manual rack-and-pinion directions, and also in the case of electric power-assisted steering systems, the torque exerted on the steering pinion is quite high (of the order of 20 to 70 Nm), and the same applies to the tilting torque of the rack (the latter can reach 25 Nm). In this case, the shocks are particularly hard and, because of the usual presence of a pusher acting on the back of the rack to press against the pinion, the meshing quality is degraded, the teeth of the pinion and the teeth of the rack no longer working on their respective primary diameters.

Sous un autre aspect, toujours dans le cas d'une crémaillère à dents inclinées ou hélicoïdales, la prise de contact d'une dent du pignon de direction sur une dent de la crémaillère se fait d'un côté longitudinal de la crémaillère, alors que la perte de contact de ces dents se fait de l'autre côté de la crémaillère. II en résulte un transfert de charge sur la dent de la crémaillère et, par voie de conséquence, une oscillation de la crémaillère autour de son axe longitudinal. In another aspect, still in the case of a rack with inclined or helical teeth, the contact of a tooth of the pinion on a rack tooth is on a longitudinal side of the rack, while the loss of contact of these teeth is done on the other side of the rack. This results in a load transfer on the tooth of the rack and, consequently, an oscillation of the rack about its longitudinal axis.

Pour éviter ou du moins limiter les chocs subis par la crémaillère, ainsi que ses oscillations, il est habituel d'utiliser un poussoir de profil en "V" ou en "Y", la crémaillère possédant en section une forme correspondante, dans la zone sur laquelle le poussoir est susceptible de s'appliquer en cours de fonctionnement. A titre d'exemple, il est ici fait référence au document JP 2003-040116. Cette solution, évitant le basculement de la crémaillère, présente toutefois l'inconvénient d'affaiblir la section de la crémaillère dans sa zone la plus critique, à savoir la zone de sa denture, alors qu'un enlèvement de matière est déjà nécessaire à cet endroit pour réaliser la denture. La résistance à la flexion de la crémaillère se trouve donc dangereusement réduite dans cette zone critique. To avoid or at least limit the shocks suffered by the rack, as well as its oscillations, it is usual to use a "V" or "Y" profile pusher, the rack having in section a corresponding shape, in the area on which the pusher is likely to apply during operation. As an example, reference is made to JP 2003-040116. This solution, avoiding the tilting of the rack, however has the disadvantage of weakening the section of the rack in its most critical area, namely the area of its toothing, while a removal of material is already necessary for this place to make the toothing. The bending resistance of the rack is therefore dangerously reduced in this critical area.

La présente invention a pour but de supprimer, ou du moins de limiter fortement, les inconvénients exposés ci-dessus et leurs conséquences, et elle a donc pour but de fournir un dispositif qui évite le basculement et les oscillations de la crémaillère, de manière à éviter les chocs, bruits et vibrations, et à améliorer la qualité de l'engrènement avec le pignon de direction, sans affaiblir la crémaillère dans sa zone la plus critique, à savoir la zone de denture. The present invention aims to eliminate, or at least greatly limit, the disadvantages described above and their consequences, and it is therefore intended to provide a device that prevents tilting and oscillations of the rack, so as to avoid shocks, noises and vibrations, and improve the quality of meshing with the pinion steering, without weakening the rack in its most critical area, namely the tooth area.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de guidage de crémaillère, pour direction à crémaillère de véhicule automobile, qui comprend au moins un palier de guidage de la crémaillère, prévu pour être monté dans le carter de direction, et se présentant comme une bague à ouverture de profil non circulaire, tandis que la crémaillère possède, dans la zone de guidage traversant le palier, une section non circulaire correspondante, cette section particulière n'étant pas réalisée dans la zone de la denture de la crémaillère. For this purpose, the subject of the invention is a rack guiding device, for rack-and-pinion steering of a motor vehicle, which comprises at least one guide bearing of the rack, designed to be mounted in the steering box, and presenting itself as a ring with non-circular profile opening, while the rack has, in the guide zone through the bearing, a corresponding non-circular section, this particular section is not made in the area of the teeth of the rack.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le palier de guidage de la crémaillère, de même que la zone de guidage de la crémaillère traversant le palier, possède une section non circulaire délimitée par un bord en arc de cercle, centré sur l'axe de la crémaillère, et par un bord opposé en "V" dont les deux branches se raccrochent respectivement aux deux extrémités du bord en arc de cercle. Ce bord en arc de cercle peut s'étendre sur environ 180 . In a preferred embodiment of the invention, the guide bearing of the rack, as well as the guide zone of the rack passing through the bearing, has a non-circular section delimited by an edge in an arc of a circle, centered on the axis of the rack, and an opposite edge in "V", the two branches are hooked respectively to both ends of the edge in an arc. This edge in an arc may extend over approximately 180.

2862592 3 Avantageusement, le palier de guidage se section non circulaire est le palier fixé à l'extrémité du carter de direction la plus éloignée du pignon de direction. On répartit ainsi au mieux les fonctions de guidage de la crémaillère réalisées, d'une part, par le poussoir situé au droit du pignon de direction et, d'autre part, par le palier ici de section non circulaire. Advantageously, the guide bearing is non-circular section is the bearing fixed to the end of the steering gear furthest from the steering pinion. This optimally distributes the guiding functions of the rack made, on the one hand, by the pusher located to the right of the steering pinion and, on the other hand, by the bearing here of non-circular section.

Ainsi, la solution de la présente invention reporte la fonction "antibasculement" de la crémaillère au niveau d'un palier de guidage de cette crémaillère, donc dans une zone éloignée de la denture de la crémaillère. La réduction de section de la crémaillère, nécessaire pour son adaptation au palier non circulaire, est donc réalisée dans une zone autre que celle de la denture de la crémaillère, ce qui évite tout affaiblissement de la crémaillère dans sa zone de denture qui est une zone critique. Thus, the solution of the present invention carries the "anti-tip" function of the rack at a guide bearing of this rack, so in a remote area of the teeth of the rack. The section reduction of the rack, necessary for its adaptation to the non-circular bearing, is therefore performed in a zone other than that of the teeth of the rack, which avoids any weakening of the rack in its zone of toothing which is a zone critical.

L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif de guidage de crémaillère, pour direction de véhicule automobile: Figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'une direction à crémaillère réalisable avec le dispositif de guidage de la présente invention; Figure 2 est un schéma illustrant l'engrènement des dentures du pignon de direction et de la crémaillère; Figure 3 est une vue partielle, en perspective éclatée, d'une crémaillère et de son palier de guidage dans le cas d'un dispositif de guidage anti-basculement selon l'état de la technique; Figure 4 est une vue partielle, en perspective éclatée, d'une 25 crémaillère et de son palier de guidage, dans le cas d'un dispositif de guidage conforme à la présente invention. The invention will in any case be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing representing, by way of example, an embodiment of this rack guiding device, for vehicle steering. Figure 1 is a partial view, in perspective, of a rack-and-pinion direction achievable with the guide device of the present invention; Figure 2 is a diagram illustrating the meshing of the teeth of the pinion and the rack; Figure 3 is a partial exploded perspective view of a rack and its guide bearing in the case of an anti-tip guide device according to the state of the art; Figure 4 is a partial exploded perspective view of a rack and its guide bearing, in the case of a guide device according to the present invention.

En se référant d'abord à la figure 1, on considère une direction à crémaillère de véhicule automobile qui, dans sa partie mécanique, comprend un carter tubulaire 1 dans lequel est montée coulissante axialement une crémaillère 2. La crémaillère 2 comporte, dans une zone particulière qui correspond à une fraction de sa longueur, une denture 3 venant en prise ave un pignon, dit pignon de direction, accouplé à la colonne de direction. Les deux extrémités de la crémaillère 2, extérieures au carter de direction 1, sont articulées par l'intermédiaire de rotules respectivement 4 et 5 à deux biellettes de direction, respectivement une biellette gauche 6 et une biellette droite 7. Le déplacement en translation de la crémaillère 2, dans la direction indiquée par la flèche F, provoque par l'intermédiaire des biellettes 6 et 7 l'orientation des roues directrices du véhicule concerné, pour un braquage à gauche ou à droite. Referring first to FIG. 1, a motor vehicle rack direction is considered which, in its mechanical part, comprises a tubular casing 1 in which is slidably mounted axially a rack 2. The rack 2 comprises, in a zone particular which corresponds to a fraction of its length, a toothing 3 engaging with a pinion, said pinion gear, coupled to the steering column. The two ends of the rack 2, external to the steering casing 1, are hinged by means of ball joints respectively 4 and 5 to two steering rods, respectively a left rod 6 and a right rod 7. The displacement in translation of the rack 2, in the direction indicated by the arrow F, causes via the rods 6 and 7 the orientation of the steering wheels of the vehicle concerned, for a steering left or right.

Au-delà du rappel du principe bien connu de la direction à crémaillère, la figure 1 illustre les efforts et couples pouvant provoquer un basculement de la crémaillère 2. Beyond the reminder of the well-known principle of rack-and-pinion steering, FIG. 1 illustrates the forces and torques that can cause the rack 2 to tilt.

En premier lieu, s'il existe un décalage ou déport D, au niveau des rotules 4 et 5, entre l'axe longitudinal A de la crémaillère 2 d'une part, et les axes des biellettes gauche 6 et droite 7, respectivement, la crémaillère 2 sera soumise à des efforts tangentiels qui créent des couples de basculement Cl et C2, résultant de ce décalage. In the first place, if there is a shift or offset D, at the level of the joints 4 and 5, between the longitudinal axis A of the rack 2 on the one hand, and the axes of the left and right rods 6 and 7 respectively, the rack 2 will be subjected to tangential efforts that create tilting couples C1 and C2, resulting from this shift.

De plus, si la denture 3 de la crémaillère 2 possède des dents inclinées ou hélicoïdales, la crémaillère sera encore soumise à d'autres efforts tangentiels, qui eux-mêmes provoqueront un couple de basculement supplémentaire C3. In addition, if the toothing 3 of the rack 2 has inclined or helical teeth, the rack will still be subjected to other tangential forces, which themselves will cause an additional rocking torque C3.

Ces couples de basculement Cl, C2 et C3, qui peuvent apparaître ou s'inverser de façon brutale, sont la cause de bruits et de vibration. These tilting couples Cl, C2 and C3, which can appear or reverse in a brutal way, are the cause of noise and vibration.

A ces phénomènes s'ajoute, comme l'illustre la figure 2, un effet de déplacement du point d'application de l'effort des dents 8 du pignon sur la denture 3 de la crémaillère, lorsque les dents sont inclinées, selon un angle d'hélice a non nul. La perte de contact des dents se fait du côté opposé 10 de la crémaillère 2, avec un effort d'engrènement final F2, les efforts d'engrènement étant répartis sur la zone d'engrènement E. Il en résulte un transfert de charge sur chaque dent, et une oscillation de la crémaillère 2 autour de son axe longitudinal A. La figure 3 illustre une solution actuellement courante visant à éviter, ou du moins limiter, les phénomènes de chocs et d'oscillation mis en évidence à l'aide des figures précédentes. Cette solution consiste à utiliser un poussoir agissant selon une flèche F3 et ayant une partie terminale en "V" ou en "Y", coopérant avec une partie de section correspondante 11, donc par exemple de profil en "V", de la crémaillère 2. Cette partie 11 de section en"V" doit être située dans la zone d'action du poussoir, qui correspond à la zone de la denture 3 de la crémaillère. Il en résulte, dans cette zone, un fort affaiblissement de la section de base circulaire de la crémaillère 2, donc de sa résistance mécanique, puisque non seulement la denture 3 mais aussi la création de la partie en "V" nécessitent des enlèvements de matière, d'où une section restante réduite SI. Par contre, la crémaillère 2 conserve sa section nominale circulaire dans sa zone de guidage 12 qui est montée coulissante dans un palier 13 solidaire d'une extrémité du carter de direction 1, plus particulièrement l'extrémité la plus éloignée du poussoir. Le palier 13 se présente donc comme une simple bague ou douille cylindrique, avec une ouverture centrale 14 de section circulaire, dont le diamètre correspond à celui de la zone de guidage 12 de la crémaillère 2. To these phenomena is added, as illustrated in FIG. 2, an effect of displacement of the point of application of the force of the teeth 8 of the pinion on the toothing 3 of the rack, when the teeth are inclined at an angle helix a non-zero. The loss of contact of the teeth is on the opposite side 10 of the rack 2, with a final meshing effort F2, the meshing forces being distributed over the engagement zone E. This results in a charge transfer on each tooth, and an oscillation of the rack 2 about its longitudinal axis A. Figure 3 illustrates a currently current solution to avoid, or at least limit, the shock and oscillation phenomena highlighted with the figures preceding. This solution consists in using a pusher acting according to an arrow F3 and having a terminal portion in "V" or "Y", cooperating with a corresponding section portion 11, for example a "V" profile, of the rack 2 This portion 11 of section "V" must be located in the action zone of the pusher, which corresponds to the area of the toothing 3 of the rack. This results, in this area, a strong weakening of the circular base section of the rack 2, so its mechanical strength, since not only the toothing 3 but also the creation of the part in "V" require removal of material , hence a reduced remaining section SI. On the other hand, the rack 2 retains its circular nominal section in its guiding zone 12 which is slidably mounted in a bearing 13 integral with one end of the steering casing 1, more particularly the end furthest from the pusher. The bearing 13 is therefore a simple cylindrical bush or bush, with a central opening 14 of circular section, the diameter of which corresponds to that of the guide zone 12 of the rack 2.

La figure 4 représente la solution technique proposée par la présente invention. La crémaillère 2 possède ici, dans sa zone de guidage 12, une section non circulaire, résultant d'une partie de profil en "V" 15. Cette partie 15 n'est présente que dans la zone de guidage 12, et elle est donc inexistante dans la zone de denture 3 de la crémaillère 2, de sorte que cette zone de denture n'est pas affaiblie, c'est-à-dire qu'elle conserve une section S2 relativement importante. Figure 4 shows the technical solution proposed by the present invention. The rack 2 has here, in its guiding zone 12, a non-circular section, resulting from a "V" profile portion 15. This part 15 is present only in the guiding zone 12, and is therefore nonexistent in the tooth zone 3 of the rack 2, so that this tooth area is not weakened, that is to say, it retains a relatively large section S2.

Le palier de guidage 13 possède une forme complémentaire de celle de la zone de guidage 12 de la crémaillère 2. Ainsi, ce palier 13 se présente comme une bague avec une ouverture centrale 14 de section non circulaire. Plus particulièrement, dans l'exemple illustré, cette section non circulaire est délimitée: - d'une part, par un bord en arc de cercle 14a, centré sur l'axe A de la crémaillère 2, et possédant un diamètre correspondant à celui 20 de la section de base circulaire de la crémaillère 2, le bord en arc de cercle 14a s'étendant sur environ 180 ; - d'autre part, à l'opposé du bord en arc de cercle 14a, un bord en "V" 14b dont les deux branches se raccordent respectivement aux deux extrémités (diamétralement opposées) du bord en arc en cercle 14a, ce bord en "V" 14b correspondant à la partie de profil en "V" 15 de la zone de guidage 12 de la crémaillère 2. The guide bearing 13 has a shape complementary to that of the guide zone 12 of the rack 2. Thus, this bearing 13 is in the form of a ring with a central opening 14 of non-circular section. More particularly, in the illustrated example, this non-circular section is delimited: on the one hand, by an arcuate edge 14a, centered on the axis A of the rack 2, and having a diameter corresponding to that 20 the circular base section of the rack 2, the arcuate edge 14a extending about 180; - On the other hand, opposite the arcuate edge 14a, a "V" edge 14b whose two branches are respectively connected to the two ends (diametrically opposite) of the arcuate edge 14a, this edge in "V" 14b corresponding to the "V" profile portion 15 of the guide zone 12 of the rack 2.

En position montée, la zone de guidage 12 de la crémaillère 2 traverse l'ouverture 14 du palier 13, de section correspondante, et bien entendu le palier 13 est lui-même immobilisé en rotation dans le carter de direction 1, de manière à obtenir, dans l'ensemble, un dispositif de guidage évitant le basculement ou les oscillations de la crémaillère 2 autour de son axe longitudinal A. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de guidage de crémaillère qui a été décrite ci- dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - en modifiant les détails de forme du palier de guidage, notamment en formant ce palier avec une ouverture de section non circulaire de contour autre que celle précédemment décrite, la zone guidage de la crémaillère possédant dans tous les cas une section non circulaire correspondante; - en destinant ce dispositif de guidage à des directions à crémaillère de tout type, qu'il s'agisse notamment de directions manuelles ou de directions assistées, telle que des directions assistées électriques. In the mounted position, the guide zone 12 of the rack 2 passes through the opening 14 of the bearing 13, of corresponding section, and of course the bearing 13 is itself immobilized in rotation in the steering housing 1, so as to obtain , overall, a guiding device preventing tilting or oscillations of the rack 2 about its longitudinal axis A. As goes without saying, the invention is not limited to the sole embodiment of this device rack guide which has been described above, by way of example; it embraces the contrary, all variants of implementation and application respecting the same principle. Thus, in particular, that one would not depart from the scope of the invention: - by modifying the shape details of the guide bearing, in particular by forming this bearing with an opening of non-circular section of contour other than that previously described, the guiding zone of the rack having in all cases a corresponding non-circular section; - Destining this guide device to rack directions of any type, including manual directions or power steering, such as electric power steering.

Claims

7 CLAIMS

Rack-and-pinion guide device for rack-and-pinion steering of a motor vehicle, comprising at least one guide bearing (13) of the rack (2) intended to be mounted in the steering gear (1), characterized in that the guide bearing (7) is an opening ring (14) having a non-circular profile (14a, 14b), while the rack (2) has, in its guide region (12) passing through the bearing (13), a corresponding non-circular section (15), this particular section not being made in the tooth zone (3) of the rack (2).

2 rack guiding device according to claim 1, characterized in that the guide bearing (13) of the rack (2), as well as the guide region (12) of the rack (2) passing through the bearing (13), has a non-circular section delimited by an arcuate edge (14a), centered on the axis (A) of the rack, and by an opposite "V" edge (14b), the two branches of which are respectively connected to the two ends of the arcuate edge (14a).

3. Rack guide device according to claim 2, characterized in that the arcuate edge (14a) of the non-circular section of the guide bearing (13) extends over about 180.

4. Rack guide device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the guide bearing (13) of non-circular section is the bearing fixed at the end of the steering housing (1) the most away from the steering gear.