FR2974873A1

FR2974873A1 - Cremaillere de systeme de direction de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2974873A1
Application number: FR1153863A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Plataret
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2012-11-09
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: FR2974873B1

Abstract

La crémaillère (2) présente au moins une zone de denture (3) qui s'étend sur une fraction de sa longueur. Cette crémaillère possède un corps allongé (7) de forme extérieure cylindrique avec un diamètre extérieur (d). La zone de denture (3), placée sur le côté du corps allongé (7), possède une largeur (L) supérieure au diamètre extérieur (d) de ce corps. Application aux systèmes de direction assistée.

Description

La présente invention concerne, d'une manière générale, les systèmes de direction des véhicules automobiles. Cette invention se rapporte, plus précisément, à une crémaillère pour un tel système de direction, et plus particulièrement encore à une crémaillère possédant un engrènement de type hélicoïdal avec le pignon de direction. Dans un système de direction à crémaillère de véhicule automobile, un pignon de direction est lié en rotation avec une colonne de direction manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le plus souvent avec l'aide d'une assistance hydraulique ou électrique. Le pignon de direction est en prise avec une crémaillère, montée coulissante en direction longitudinale dans un carter de direction. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées respectivement à deux biellettes de direction, qui sont elles-mêmes associées respectivement aux roues directrices gauche et droite du véhicule. Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou dans l'autre, transmise par la colonne de direction au pignon, est convertie en un mouvement de translation de la crémaillère qui, par l'intermédiaire des biellettes, provoque l'orientation des roues directrices pour un braquage à droite ou pour un braquage à gauche. S'il s'agit d'un système de direction assistée, l'effort exercé manuellement par le conducteur du véhicule sur le volant se trouve amplifié par l'ajout de l'effort ou du couple d'un actionneur hydraulique ou électrique, pouvant agir au niveau de la colonne de direction ou du pignon de direction, ou directement sur la crémaillère. Dans les systèmes de direction assistée, la crémaillère est 25 habituellement dimensionnée selon deux critères principaux : - d'une part, les efforts en fatigue qui sont pris en compte en ajustant le paramètre le plus influent qui est le diamètre de la section transversale de la crémaillère, et en ajustant aussi l'angle de croisement et d'hélice de la denture de cette crémaillère de manière à augmenter la longueur 30 de denture en prise avec le pignon de direction, - d'autre part, les efforts statiques en flexion, lesquels sont pris en compte par un ajustement du diamètre de la section transversale de la crémaillère visant à augmenter le moment d'inertie de celle-ci. Les crémaillères actuelles possèdent des sections transversales 35 appartenant à l'un ou l'autre de deux types, en ce qui concerne leur forme : la section la plus courante est de forme en « D », et l'autre forme moins répandue est en « V » (en fait, une forme plutôt trapézoïdale). L a forme en «D» a l'inconvénient, pour le critère de dimensionnement selon l'effort en fatigue, de nécessiter un diamètre de section très important, puisque la zone plate correspondant à la denture de la crémaillère est située vers le haut de cette section. Il en résulte que la crémaillère est surdimensionnée vis-à-vis du critère de dimensionnement selon les efforts statiques. En conséquence, le pignon de direction ainsi que le moteur d'assistance et son réducteur, dans le cas d'une direction assistée électrique, doivent eux aussi être surdimensionnés, ce qui oblige à avoir un carter de direction plus volumineux et plus encombrant, le poids total du système de direction devenant lui-même plus important. Par contre, la forme en « D » a l'avantage, s'inscrivant dans un cercle, de permettre l'utilisation de bagues de reprise des efforts statiques, montées autour de la crémaillère, en particulier des bagues avec système excentrique qui permettent de rattraper les jeux dus à l'usure, en faisant tourner ces bagues autour de la crémaillère. La forme en « V » a l'inconvénient de ne permettre que l'utilisation d'un dispositif de poussoir avec forme complémentaire en « V » pour maintenir la crémaillère, l'utilisation de bagues de reprise en particulier avec système excentrique étant impossible. De plus, une grande précision dimensionnelle est requise pour les flancs du « V », afin de garantir un contact suffisant entre le poussoir et la crémaillère, ce qui implique un coût de fabrication plus important.

Par contre, la forme en « V » a l'avantage d'augmenter la longueur de prise des dentures du pignon et de la crémaillère, puisque la denture de la crémaillère est située du côté évasé du « V », ce qui permet de diminuer le diamètre de section de la crémaillère et, par voie de conséquence, de rendre plus compacts des éléments tels que le pignon, le moteur d'assistance et son réducteur, donc d'avoir aussi un carter de direction moins encombrant et d'obtenir un système de direction dont le poids est plus faible. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des deux formes de crémaillère précédemment considérées, tout en conservant leurs avantages respectifs, et elle a donc pour but de fournir une crémaillère de système de direction qui, tout en ayant une configuration compacte et compatible avec un poussoir et avec des bagues de maintien, permet d'augmenter la longueur de prise entre les dentures du pignon et de cette crémaillère, ceci sans augmentation de l'encombrement et du poids du système de direction. A cet effet, l'invention a pour objet une crémaillère de système de direction de véhicule automobile, la crémaillère présentant au moins une zone de denture s'étendant sur une fraction de sa longueur, cette crémaillère étant essentiellement caractérisée par le fait qu'elle possède un corps allongé de forme extérieure sensiblement cylindrique avec un diamètre extérieur défini et, sur le côté de ce corps allongé, au moins une zone de denture dont la largeur est supérieure au diamètre extérieur du corps allongé cylindrique. Le corps allongé cylindrique de la crémaillère, objet de l'invention est réalisable sous la forme d'une barre pleine cylindrique, ou en variante sous la forme d'un tube de section circulaire. La zone de denture de cette crémaillère est réalisable d'un seul tenant avec le corps allongé cylindrique, ou en variante sous la forme d'une plaque rapportée, notamment soudée contre le corps allongé cylindrique. Avantageusement, le plan du sommet des dents, dans la zone de denture, est décalé radialement par rapport à l'axe longitudinal du corps allongé cylindrique, le décalage radial dudit plan étant supérieur au demi- diamètre ou rayon du corps allongé cylindrique. On obtient ainsi une crémaillère qui n'est plus de section en forme de « D » ou de « V », mais qui possède une section circulaire hors de sa zone de denture, ce qui procure les avantages suivants : - La configuration de la crémaillère permet d'augmenter la longueur de cette crémaillère en prise avec le pignon, pour satisfaire au critère de dimensionnement selon les efforts en fatigue, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le diamètre de la crémaillère sur toute la longueur de celle-ci. - Le corps allongé cylindrique, réalisé sous la forme d'une barre pleine ou d'un tube, possède une section dimensionnée uniquement en fonction du critère de dimensionnement selon les efforts statiques, ce qui permet de diminuer le poids global de la crémaillère. - La forme extérieure cylindrique de la crémaillère, plus particulièrement de son corps, permet d'utiliser cette crémaillère avec un poussoir simple et sans nécessité d'un dimensionnement très précis, et aussi avec des bagues de maintien en particulier avec système à excentrique. - Cette forme cylindrique facilite aussi l'adaptation d'autres composants, tels que boîtiers de rotule, aux deux extrémités de la crémaillère. - Le plan de la denture se trouvant relativement éloigné de l'axe du corps allongé cylindrique, l'entraxe entre la crémaillère et le pignon en prise avec cette crémaillère se trouve décalé d'autant. S'il s'agit d'un pignon appartement à un dispositif d'assistance agissant au niveau de la crémaillère, il devient alors possible de rapprocher la roue réductrice et la crémaillère, avec pour conséquences avantageuses une réduction d'encombrement du carter de direction et un allègement correspondant de ce carter. - La conformation de crémaillère, objet de l'invention, permet d'augmenter la longueur en prise des dentures tout en ayant un angle de croisement du pignon et de la crémaillère égal à 0 degré, ce qui permet aussi de rapprocher la roue réductrice et la crémaillère, avec un gain correspondant d'encombrement et de poids pour le carter de direction. - Les formes simples de cette crémaillère, résultant par exemple d'un tube et d'une plaque dentée soudée sur le tube, rendent sa fabrication potentiellement économique. - Dans l'ensemble, le poids total du système de direction peut être diminué, tout en satisfaisant aux critères de dimensionnement précédemment 20 énoncés. 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, quelques formes d'exécution de cette crémaillère de système de direction de véhicule automobile. 25 Figure 1 est une vue très schématique illustrant une crémaillère selon l'état de la technique, à section en forme de « D », Figure 2 est une autre vue très schématique illustrant une crémaillère selon l'état de la technique, à section en forme de « V », Figure 3 est une vue en perspective d'une crémaillère conforme à 30 la présente invention, Figure 4 est une vue de face de la crémaillère selon la figure 3, Figure 5 est une vue de côté de cette crémaillère, Figure 6 en est une vue par l'arrière, Figure 7 est une vue très schématique, similaire aux figures 1 et 2 35 mais relative à la crémaillère selon la présente invention, Figure 8 représente, en perspective, une variante de la crémaillère selon l'invention. La figure 1 montre une crémaillère 2 selon l'état de la technique, de section transversale en forme de « D ».

La crémaillère 2 présente, sur le côté rectiligne de sa section, une zone de denture 3 dont les dents sont prévues pour venir en prise avec un pignon 4. La zone de la crémaillère 2 opposée à la zone de denture 3, qui est une zone délimitée (en section) par un arc de cercle 5, est prévue pour l'appui d'un poussoir et/ou pour le contact avec au moins une bague de maintien avec système excentrique. On a indiqué en A l'axe longitudinal de la crémaillère 2, qui est défini comme passant par le centre de l'axe de cercle 5, et en B l'axe du pignon 4, les deux axes A et B étant séparés par un entraxe E. La longueur des dents de la zone de denture 3 est indiquée en L.

La figure 2 montre une autre crémaillère 2 selon l'état de la technique, de section transversale en forme de « V » (ou assimilable à un trapèze isocèle). La zone de denture 3 se situe ici sur le côté évasé du « V » (ou la grande base du trapèze). Les flancs obliques 6 de la crémaillère 2 constituent des zones d'appui pour un poussoir qui possède une conformation complémentaire, donc elle aussi en « V » mais concave. Les figures 3 à 7 représentent une crémaillère 2 conforme à l'invention, laquelle comporte un corps allongé cylindrique 7, d'axe longitudinal A et de diamètre extérieur d, le corps 7 étant tubulaire donc évidé dans l'exemple illustré.

Le corps 7 porte, latéralement et sur une fraction de sa longueur, une zone de denture 3 en forme de plaque rectangulaire allongée, pourvue d'une série de dents 8 transversales. Comme le montre en particulier la figure 7, la largeur de la zone de denture 3, autrement dit la longueur L des dents 8 de cette zone, est sensiblement supérieure au diamètre extérieur d du corps 7. Comme on le comprend, la zone de denture 3 ainsi élargie ne s'étendant que sur une fraction de la longueur de la crémaillère 2, celle-ci possède sur le restant de sa longueur une section circulaire de diamètre d. En se référant encore à la figure 7, à comparer avec la figure 1, la longueur L des dents 8 de la crémaillère 2 selon l'invention est ainsi rendue sensiblement supérieure à la longueur des dents d'une crémaillère correspondante selon l'état de la technique, avec section transversale en forme de « D ». De plus, le plan P du sommet des dents 8 de la zone de denture 3 de la crémaillère 2 selon l'invention étant situé à une distance de l'axe A supérieur au demi-diamètre ou rayon d/2 du corps 7, l'entraxe E entre l'axe longitudinal A de la crémaillère et l'axe B du pignon 4 se trouve sensiblement augmenté (comparer les figures 1 et 7). Dans le mode d'exécution des figures 3 à 6, la crémaillère 2 est réalisée d'une seule pièce avec sa zone de denture 3, soit au moyen d'une filière adaptée, soit par forgeage.

Dans un autre mode d'exécution, illustré par la figure 8, la zone de denture 3 est formée par une plaque séparée, rapportée et notamment soudée contre le corps 7. Ce dernier comporte un évidement latéral 9 à fond plat, dans lequel est encastrée et ainsi positionnée la plaque formant la zone de denture 3.

La zone de denture 3 élargie, réalisée comme il vient d'être décrit, peut constituer l'unique denture de la crémaillère 2, celle-ci étant alors destinée soit à une direction manuelle, soit à une direction assistée avec assistance agissant au niveau de la colonne de direction ou au niveau du pignon 4. Selon une autre conception, la zone de denture 3 élargie constitue l'une de deux dentures de la crémaillère, une autre denture 10 étant formée directement sur le côté du corps 7, à distance de la zone de denture 3 précédemment décrite. Cette conception s'applique à une direction avec assistance agissant au niveau de la crémaillère. Dans ce dernier cas, il est possible d'obtenir par forgeage les deux dentures de la crémaillère 2.

Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette crémaillère qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application, quels que soient notamment la configuration pleine ou creuse du corps allongé cylindrique, ou le mode de formation ou de fixation de la zone de denture, ou encore les détails de forme des dents de cette zone.

Claims

REVENDICATIONS1. Crémaillère de système de direction de véhicule automobile, la crémaillère (2) présentant au moins une zone de denture (3) s'étendant sur une fraction de sa longueur, caractérisée en ce qu'elle possède un corps allongé (7) de forme extérieure sensiblement cylindrique avec un diamètre extérieur (d) défini et, sur le côté de ce corps allongé (7), au moins une zone de denture (3) dont la largeur (L) est supérieure au diamètre extérieur (d) du corps allongé (7) cylindrique.
2. Crémaillère selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps allongé (7) est réalisé sous la forme d'une barre pleine cylindrique.
3. Crémaillère selon la revendication 1, caractérisée en ce que le 15 corps allongé (7) est réalisé sous la forme d'un tube de section circulaire.
4. Crémaillère selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la zone de denture (3) est réalisée d'un seul tenant avec le corps allongé (7) cylindrique.
5. Crémaillère selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la zone de denture (3) est réalisée sous la forme d'une plaque rapportée, notamment soudée contre le corps allongé (7) cylindrique.
6. Crémaillère selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le plan (P) du sommet des dents (8), dans la zone de denture (3), est décalé radialement par rapport à l'axe longitudinal (A) du corps allongé (7) cylindrique, le décalage radial dudit plan (P) étant supérieur au demi-diamètre (d/2) ou rayon du corps allongé (7) cylindrique.
7. Crémaillère selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une autre denture (10) formée directement sur le côté du corps allongé (7), à distance de la zone de denture (3) précitée. 20 25 30