FR2937607A1 - Auger and worm wheel type mechanical speed reducer for use in motor vehicle, has clearance retrieving body including primary cup engaged against bearing of auger and secondary cup positioned against bore of casing - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un réducteur de vitesse mécanique, du type à vis sans fin et roue tangente, et plus particulièrement un réducteur de vitesse de ce type qui est incorporé à un système de direction assistée électrique pour véhicule automobile, auquel cas le réducteur se trouve intercalé entre, d'une part, l'arbre du moteur électrique d'assistance et, d'autre part, un élément mobile à entraîner par ce moteur électrique, élément qui peut être une partie de la colonne de direction, ou directement le pignon de direction qui vient en prise avec la crémaillère de la direction. Dans une direction assistée électrique, les couples demandés au pignon de direction étant élevés tandis que les vitesses de rotation demandées restent faibles, le moteur électrique d'assistance est habituellement associé à un mécanisme de transmission qui forme un réducteur de vitesse, donc un multiplicateur de couple. Le plus souvent, le mécanisme de transmission est un réducteur du type à vis sans fin et roue tangente, choisi ici en raison de son rapport de démultiplication élevé. La vis sans fin peut être montée coaxialement à l'arbre du moteur électrique d'assistance, en étant liée en rotation avec cet arbre. La roue tangente, dont la denture vient en prise avec la vis sans fin, est par exemple liée en rotation à la colonne de direction du véhicule concerné ou est directement liée en rotation au pignon de direction, pour aider à l'entraînement en rotation de la colonne ou du pignon de direction. Comme tout engrenage, un tel réducteur à vis sans fin et roue tangente est soumis, en utilisation, à l'effet d'un jeu d'engrènement des dentures, qui est ici à l'origine de chocs entre la roue tangente et la vis sans fin, causant ainsi dans le système de direction dans la direction du véhicule des vibrations et des bruits non souhaités. En effet, lorsque l'effort appliqué à la roue tangente du réducteur s'inverse, en raison d'une action du conducteur du véhicule ou de l'action du profil de la route sur le train de roulement, il s'opère un "basculement" de ladite vis sans fin par rapport à la roue. Après une rotation de la roue tangente, correspondant à la valeur de son jeu angulaire d'engrènement, et si l'inversion de l'effort est suffisamment rapide, un choc a lieu à la reprise de contact des dentures respectives de la roue tangente et de la vis sans fin, ce choc étant générateur d'un bruit de claquement. Afin de limiter ce bruit, conséquence du jeu dans le réducteur, diverses solutions ont déjà été proposées pour réduire et contrôler ce jeu. The present invention relates to a mechanical speed reducer, worm type and tangent wheel, and more particularly to a speed reducer of this type which is incorporated in an electric power steering system for a motor vehicle, in which case the reducer is located interposed between, on the one hand, the shaft of the electric assist motor and, on the other hand, a movable element to be driven by this electric motor, which element may be a part of the steering column, or directly the pinion steering that comes into engagement with the steering rack. In an electric power steering, the torque requested to the pinion gear being high while the requested rotational speeds remain low, the electric assist motor is usually associated with a transmission mechanism which forms a speed reducer, so a multiplier of couple. Most often, the transmission mechanism is a worm and worm type gearbox chosen here because of its high gear ratio. The worm can be mounted coaxially to the shaft of the electric motor assistance, being connected in rotation with the shaft. The tangent wheel, whose teeth engage with the worm, is for example rotatably connected to the steering column of the vehicle concerned or is directly linked in rotation to the steering pinion, to assist in the rotational drive of column or steering gear. Like all gearing, such a worm gear and tangent wheel is subjected, in use, to the effect of a gear meshing game, which is here causing shocks between the tangent wheel and the screw endless, causing unwanted vibrations and noises in the steering system in the direction of the vehicle. Indeed, when the force applied to the tangent gear of the gearbox is reversed, due to an action of the driver of the vehicle or the action of the profile of the road on the undercarriage, it operates a " tilting "of said worm relative to the wheel. After a rotation of the tangent wheel, corresponding to the value of its angular meshing clearance, and if the reversal of the force is fast enough, a shock occurs when the respective teeth of the tangent wheel come into contact with each other. of the worm, this shock being generating a snapping noise. In order to limit this noise, the result of the game in the gearbox, various solutions have already been proposed to reduce and control this game.
Il s'agit en général de prévoir un ressort qui applique un effort élastique de rappel sur un roulement guidant la vis sans fin et qui permet ainsi de maintenir en contact la vis sans fin et la roue tangente dans différentes conditions de roulage. Plus particulièrement, on utilise ici habituellement un ressort métallique, à lame, qui agit essentiellement dans le sens axial sur l'un des roulements, donc sur la vis sans fin. This is generally to provide a spring which applies an elastic return force on a bearing guiding the worm and which thus keeps in contact the worm and the tangent wheel in different driving conditions. More particularly, here usually used a metal spring, blade, which acts essentially in the axial direction on one of the bearings, so the worm.
Une telle réalisation conserve divers inconvénients : En premier lieu, étant entièrement métallique, elle implique en particulier un contact métallique entre le ressort et la bague extérieure du roulement de la vis sans fin, ce qui peut générer des bruits alors que le but est de les supprimer. Such an embodiment retains various disadvantages: First of all, being entirely metallic, it involves in particular a metallic contact between the spring and the outer ring of the rolling of the worm, which can generate noises while the purpose is to remove.
Il existe une grande dispersion, en ce qui concerne les valeurs d'effort appliquées par le ressort. Agissant essentiellement dans le sens axial, le ressort n'offre pas la possibilité d'éviter un déplacement radial. Il existe aussi un risque non négligeable de casse du ressort à 15 lame. Pour le montage et le logement de ce ressort, il faut habituellement prévoir une opération manuelle, et des formes internes plus ou moins compliquées pour le carter du réducteur de vitesse. La présente invention vise à éviter tous ces inconvénients, et elle a 20 donc pour but de fournir un réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente moins bruyant et agissant suivant tous les axes de l'espace, ce réducteur pouvant être monté simplement et notamment de façon automatique. A cet effet, l'invention a pour objet un réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente, du genre ici concerné c'est-à-dire comprenant, à 25 l'intérieur d'un carter, une vis sans fin à lier en rotation par l'une de ses extrémités avec un organe d'entraînement motorisé, et elle-même montée tournante dans des roulements de guidage prévus à ses deux extrémités et montés dans le carter, la vis sans fin étant en prise avec la denture d'une roue tangente liée à un organe à entraîner, et un élément élastique de rattrapage de 30 jeu étant associé au roulement de la vis sans fin situé à l'opposé de l'organe d'entraînement, pour le maintien en contact de la vis sans fin et de la denture de la roue tangente, ce réducteur de vitesse étant essentiellement caractérisé par le fait que ledit élément élastique de rattrapage de jeu est constitué par un organe élastiquement déformable dans le sens axial et dans le sens 35 transversal, qui est disposé sensiblement suivant l'axe de la vis sans fin, et qui comporte une première partie terminale d'appui engagée contre le roulement de la vis sans fin situé à l'opposé de l'organe d'entraînement, et une seconde partie terminale d'appui positionnée contre la paroi intérieure du carter du réducteur. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'organe élastiquement déformable, à fonction de rattrapage de jeu, comprend un court manchon en matière élastiquement déformable, monté entre le roulement concerné de la vis sans fin et la paroi intérieure du carter du réducteur, l'axe du manchon étant sensiblement confondu avec l'axe de la vis sans fin. Dans un mode de réalisation préféré, ledit court manchon est constitué par un manchon annelé en matière élastiquement déformable, lié par une extrémité à une première coupelle rigide engagée contre le roulement concerné de la vis sans fin, en particulier engagée sur la bague extérieure de ce roulement, et lié par son autre extrémité à une seconde coupelle rigide positionnée contre la paroi intérieure du carter du réducteur. There is a great deal of dispersion with regard to the force values applied by the spring. Acting essentially in the axial direction, the spring does not offer the possibility of avoiding a radial displacement. There is also a significant risk of breakage of the leaf spring. For assembly and housing of this spring, it is usually necessary to provide a manual operation, and internal shapes more or less complicated for the gearbox housing. The present invention aims to avoid all these drawbacks, and is therefore intended to provide a worm speed reducer and tangent wheel less noisy and acting along all the axes of space, this reducer can be mounted simply and especially automatically. To this end, the subject of the invention is a worm and tangential gear speed reducer, of the type in question, that is to say comprising, inside a housing, a worm gear with link in rotation by one of its ends with a motorized drive member, and itself rotatably mounted in guide bearings provided at its two ends and mounted in the housing, the worm being in engagement with the toothing a tangent wheel connected to a member to be driven, and a resilient play-catching element being associated with the rolling of the endless screw situated opposite the drive member, for keeping in contact with the worm gear and teeth of the tangent wheel, this speed reducer being essentially characterized by the fact that said elastic play-catching element is constituted by an elastically deformable member in the axial direction and in the transverse direction, which is disposed sensi along the axis of the worm, and which has a first end portion engaged against the rolling of the worm located opposite the drive member, and a second end portion of support positioned against the inner wall of the gearbox housing. In one embodiment of the invention, the elastically deformable member, with a play-back function, comprises a short sleeve of elastically deformable material, mounted between the bearing concerned of the worm and the inner wall of the gearbox housing. , the axis of the sleeve being substantially coincident with the axis of the worm. In a preferred embodiment, said short sleeve is constituted by a corrugated sleeve of elastically deformable material, connected at one end to a first rigid cup engaged against the bearing concerned of the worm, in particular engaged on the outer ring of this bearing, and linked at its other end to a second rigid cup positioned against the inner wall of the gearbox housing.
Le manchon annelé en matière élastiquement déformable, telle qu'élastomère, peut avoir ses extrémités liées par collage aux deux coupelles. D'autres modes de liaison tels que par soudage, surmoulage ou encliquetage, son aussi envisageables ici. Avantageusement, la seconde coupelle est positionnée, contre la paroi intérieure du carter du réducteur, de telle manière que l'axe central de cette coupelle soit excentré du côté de la roue tangente, par rapport à l'axe central de la vis sans fin. Ainsi, un effort radial est exercé de façon permanente par le manchon annelé sur la vis sans fin, pour l'appliquer contre la denture de la roue tangente. The corrugated sleeve of elastically deformable material, such as elastomer, may have its ends bonded to the two cups. Other modes of connection such as welding, overmoulding or snapping, are also possible here. Advantageously, the second cup is positioned, against the inner wall of the gear housing, so that the central axis of the cup is eccentric on the side of the tangent wheel, relative to the central axis of the worm. Thus, a radial force is exerted permanently by the annular sleeve on the worm, to apply against the teeth of the tangent wheel.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'organe élastiquement déformable, à fonction de rattrapage de jeu, est un ressort hélicoïdal possédant une capacité de déformation élastique dans le sens axial et dans le sens transversal, ce ressort étant monté entre le roulement concerné de la vis sans fin et la paroi intérieure du carter du réducteur, l'axe du ressort étant sensiblement confondu avec l'axe de la vis sans fin. Dans l'ensemble, le réducteur de vitesse, et en particulier l'élément ou organe élastique de rattrapage de jeu, conformes à l'invention, présentent les avantages suivants : - L'organe élastique agit suivant tous les axes de l'espace, en 35 particulier axialement et aussi radialement par un effet de cisaillement (par référence à l'axe de la vis sans fin). In another embodiment of the invention, the elastically deformable member, with a play-back function, is a helical spring having a capacity for elastic deformation in the axial direction and in the transverse direction, this spring being mounted between the concerned bearing of the worm and the inner wall of the gear housing, the axis of the spring being substantially coincident with the axis of the worm. In general, the speed reducer, and in particular the element or resilient element of play catching, according to the invention, have the following advantages: the elastic member acts along all the axes of the space, in particular axially and also radially by a shearing effect (with reference to the axis of the worm).
L'organe élastique peut être monté dans une orientation indifférente, donc de manière simple et avec possibilité de montage automatisé. Les formes à réaliser notamment par usinage sur le carter de 5 réducteur, pour loger et positionner l'organe élastique, sont particulièrement simples. En particulier, dans le cas où la seconde coupelle présente en son centre une excroissance annulaire, il suffit de prévoir sur la paroi intérieure du carter un alésage correspondant à cette excroissance annulaire, lequel alésage 10 recevra ladite excroissance pour positionner la seconde coupelle. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de ce réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente : 15 Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un réducteur de vitesse conforme à l'invention, accouplé à un moteur électrique d'assistance ; Figure 2 représente, en coupe partielle, l'organe élastique de rattrapage de jeu seul dans un premier mode de réalisation; Figure 3 est une vue en coupe passant par l'axe central de cet 20 organe élastique ; Figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale similaire à la figure 1 illustrant un deuxième mode de réalisation. La figure 1 montre un réducteur de vitesse mécanique à vis sans fin 2 et roue tangente 3 appartenant à une direction assistée électrique de 25 véhicule automobile. La vis sans fin 2 est montée coaxialement à l'arbre 4 d'un moteur électrique d'assistance 5 (représenté très partiellement), dans un carter 6 du réducteur de vitesse, et elle est liée en rotation à cet arbre 4. La roue tangente 3, en prise avec la vis sans fin 2, est liée en 30 rotation à la colonne de direction (non représentée) ou au pignon de direction du véhicule pour aider à l'entraînement en rotation de cette colonne de direction ou de ce pignon de direction. La vis sans fin 2 est montée tournante dans deux roulements à billes de guidage 7 et 8 montés dans le carter 6. Le premier roulement 7 est 35 situé à l'extrémité de la vis sans fin 2 qui est accouplée à l'arbre 4 du moteur électrique d'assistance 5. Le second roulement 8 est situé à l'autre extrémité de la vis sans fin 2, c'est-à-dire son extrémité située à l'opposé de l'arbre 4. Un organe élastique 9 de rattrapage de jeu, représenté seul sur les figures 2 et 3, est monté à l'intérieur du carter 6 du réducteur, vers l'extrémité de la vis sans fin 2 éloignée de l'arbre 4 du moteur électrique d'assistance 5, l'organe élastique 9 étant conçu pour solliciter la vis sans fin 2 axialement et aussi transversalement (par référence à l'axe central A de la vis sans fin 2). Cet organe élastique 9, de structure creuse, se compose d'un court manchon 10 en élastomère, et de deux coupelles rigides 11 et 12, par exemple métalliques, respectivement liées par collage aux deux extrémités du manchon 10. Le manchon 10 en élastomère présente un aspect annelé ; comme le montre la figure 3, ce manchon 10 possède une épaisseur constante. Lorsque l'élément élastique 9 est en place à l'intérieur du carter 6, sa première coupelle 11 vient coiffer la bague extérieure du roulement 8. La seconde coupelle 12 présente en son centre une excroissance annulaire 13, qui est positionnée dans un alésage 14 correspondant ménagé sur la paroi intérieure du carter 6, face à l'extrémité considérée de la vis sans fin 2. L'axe central B de l'alésage 14 est excentré, d'une valeur d'excentration e, par rapport à l'axe central A de la vis sans fin 2, ceci du côté de la roue tangente 3, comme montré sur la partie gauche de la figure 1. Ainsi, l'axe central de la seconde coupelle 12 est lui-même excentré par rapport à l'axe central A de la vis sans fin 2. En raison de cette excentration, et compte tenu de l'élasticité du manchon annelé 10, l'élément élastique 9 applique un effort permanent sur le roulement 8 et sollicite la vis sans fin 2 à la fois axialement et radialement, en évitant ainsi les jeux et en appuyant la vis sans fin 2 contre la denture de la route tangente 3. La figure 4 montre une autre forme de réalisation possible pour l'organe élastique 9 de rattrapage de jeu. Cet organe prend ici la forme d'un ressort hélicoïdal en acier, qui possède une capacité de déformation élastique dans la direction de l'axe central A de la vis sans fin 2, qui est aussi sa direction de montage, et aussi une capacité de déformation élastique transversalement à cet axe A. On notera que ce ressort comprend un corps central 15 qui correspond au manchon de la précédente forme de réalisation, une première extrémité 16 formée de quelques spires de plus grand diamètre qui vient coiffer la bague extérieure du roulement 8 (comme la première coupelle 11), et une seconde extrémité 17 de petit diamètre, formée de spires jointives, qui est positionnée dans l'alésage 14 du carter 6 (comme l'excroissance 13 de la coupelle 12). The elastic member can be mounted in an indifferent orientation, so in a simple manner and with the possibility of automated assembly. The shapes to be produced in particular by machining on the gearbox casing, for housing and positioning the elastic member, are particularly simple. In particular, in the case where the second cup has at its center an annular protuberance, it is sufficient to provide on the inner wall of the housing a bore corresponding to this annular protrusion, which bore 10 will receive said protrusion to position the second cup. In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing showing, by way of examples, two embodiments of this worm and wheel speed reducer. tangent: Figure 1 is a longitudinal sectional view of a speed reducer according to the invention, coupled to an electric motor assistance; Figure 2 shows, in partial section, the play compensating elastic member alone in a first embodiment; Figure 3 is a sectional view through the central axis of this elastic member; Figure 4 is a partial longitudinal sectional view similar to Figure 1 illustrating a second embodiment. Figure 1 shows a worm geared mechanical speed reducer 2 and tangent wheel 3 belonging to an electric power steering motor vehicle. The worm 2 is mounted coaxially with the shaft 4 of an electric assist motor 5 (shown very partially), in a housing 6 of the speed reducer, and is rotatably connected to this shaft 4. The wheel tangent 3, engaged with the worm 2, is rotatably connected to the steering column (not shown) or to the steering gear of the vehicle to assist in the rotational drive of this steering column or pinion. of management. The worm 2 is rotatably mounted in two ball bearings 7 and 8 mounted in the housing 6. The first bearing 7 is 35 located at the end of the worm 2 which is coupled to the shaft 4 of the electric motor assistance 5. The second bearing 8 is located at the other end of the worm 2, that is to say its end located opposite the shaft 4. An elastic member 9 of play catching, shown alone in Figures 2 and 3, is mounted inside the housing 6 of the gearbox, towards the end of the worm 2 remote from the shaft 4 of the electric motor assistance 5, l elastic member 9 being designed to urge the worm 2 axially and also transversely (with reference to the central axis A of the worm 2). This elastic member 9, hollow structure, consists of a short sleeve 10 of elastomer, and two rigid cups 11 and 12, for example metal, respectively bonded by bonding to both ends of the sleeve 10. The sleeve 10 of elastomer present a ringed appearance; as shown in Figure 3, this sleeve 10 has a constant thickness. When the elastic element 9 is in place inside the housing 6, its first cup 11 caps the outer ring of the bearing 8. The second cup 12 has at its center an annular protrusion 13, which is positioned in a bore 14 corresponding formed on the inner wall of the casing 6, facing the end of the endless screw 2. The central axis B of the bore 14 is eccentric, an eccentricity value e, relative to the central axis A of the worm 2, this on the side of the tangent wheel 3, as shown on the left part of Figure 1. Thus, the central axis of the second cup 12 is itself eccentric with respect to the A central axis A of the worm 2. Because of this eccentricity, and taking into account the elasticity of the corrugated sleeve 10, the elastic element 9 applies a permanent force on the bearing 8 and urges the worm 2 to both axially and radially, thus avoiding games and in-app the endless screw 2 against the toothing of the tangent road 3. FIG. 4 shows another possible embodiment for the elastic spring member 9 for playing back. This member here takes the form of a helical spring made of steel, which has a capacity for elastic deformation in the direction of the central axis A of the worm 2, which is also its mounting direction, and also a resilient deformation capacity transverse to this axis A. It will be noted that this spring comprises a central body 15 which corresponds to the sleeve of the preceding embodiment, a first end 16 formed of a few larger-diameter turns which cap the outer ring of the bearing 8 (like the first cup 11), and a second end 17 of small diameter, formed of contiguous turns, which is positioned in the bore 14 of the housing 6 (as the protrusion 13 of the cup 12).
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; 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 réalisant le manchon de l'élément élastique en toute matière appropriée, qui peut être une matière synthétique ou un caoutchouc, voire même un métal, notamment un acier à ressort ; - En liant les deux coupelles aux extrémités de ce manchon par toute technique : soudage, collage, surmoulage, encliquetage, ... ; - En destinant le réducteur de vitesse à tout type de direction assistée électrique, l'organe entraîné par l'intermédiaire de ce réducteur pouvant être la colonne de direction, le pignon de direction ou la crémaillère. - En appliquant l'invention à des réducteurs de vitesse incorporés à des dispositifs, systèmes ou machines autres que des systèmes de direction de véhicules, ceci dans tous domaines techniques et industriels. It goes without saying that the invention is not limited to the embodiments of this worm gear and tangent wheel speed reducer which have been described above, by way of examples; it embraces, on 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 producing the sleeve of the elastic element of any suitable material, which can be a synthetic material or a rubber, or even a metal, especially a spring steel; - By linking the two cups at the ends of this sleeve by any technique: welding, gluing, overmoulding, snapping, ...; - By targeting the gearbox to any type of electric power steering, the member driven through the gearbox can be the steering column, the pinion steering or the rack. - By applying the invention to speed reducers incorporated in devices, systems or machines other than vehicle steering systems, this in all technical and industrial fields.
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