FR3088889A1 - Dispositif d’accouplement entre deux arbres coaxiaux, notamment pour une colonne de direction de véhicule automobile - Google Patents

Dispositif d’accouplement entre deux arbres coaxiaux, notamment pour une colonne de direction de véhicule automobile Download PDF

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Abstract

Un dispositif d’accouplement (6) comporte deux arbres coaxiaux (10, 12) , à savoir un arbre extérieur tubulaire (10) et d’un arbre intérieur (12), aptes à tourner autour d’un axe de référence (100) ; un chemin de roulement enveloppant (18) formé sur un premier des arbres coaxiaux (10, 12) ; un chemin de roulement oblique (20) formé sur le deuxième arbre coaxial (10, 12) et un rail de rattrapage de jeu (24) pourvu d’un chemin de roulement complémentaire (24) et mobile par rapport au deuxième arbre coaxial (10, 12) parallèlement à un plan perpendiculaire à l’axe de référence (100). Une rangée de billes (28) est positionnée pour rouler parallèlement à l’axe de référence (100) sur le chemin de roulement enveloppant (18), le chemin de roulement oblique (20) et le chemin de roulement complémentaire (24), pour guider les deux arbres coaxiaux (10, 12) l’un par rapport à l’autre en translation. (Figure de l’abrégé : Fig. 4)

Description

Description
Titre de l'invention : dispositif d’accouplement entre deux arbres coaxiaux, notamment pour une colonne de direction de véhicule automobile
Domaine technique de l’invention [0001] L’invention se rapporte à un dispositif d’accouplement comportant deux arbres coaxiaux présentant un degré de liberté de translation l’un par rapport à l’autre parallèlement à leur axe commun, tout en étant solidaires l’un de l’autre en rotation autour de leur axe commun. Elle se rapport également à une colonne de direction de véhicule automobile intégrant un tel dispositif d’accouplement.
Technique antérieure [0002] On connaît de nombreux exemples de dispositifs d’accouplement comportant deux arbres coaxiaux présentant un degré de liberté de translation l’un par rapport à l’autre parallèlement à leur axe commun, tout en étant solidaires l’un de l’autre en rotation autour de leur axe commun. Selon une architecture connue, et illustrée par exemple dans le document EPI065397, un chemin de roulement enveloppant s’étendant parallèlement à l’axe de référence est formé sur un premier des deux arbres coaxiaux, l’autre des deux arbres coaxiaux étant équipé de deux rails fixes en translation mais mobiles par rapport au deuxième arbre parallèlement à un plan perpendiculaire à l’axe de référence, et comportant chacun un chemin de roulement complémentaire, les chemins de roulement complémentaires étant situés à distance et en regard l’un de l’autre de part et d’autre d’un plan de référence passant par l’axe des arbres. Une rangée de billes est positionnée pour rouler parallèlement à l’axe de référence sur le chemin de roulement enveloppant et les chemins de roulement complémentaires, afin de guider les deux arbres coaxiaux l’un par rapport à l’autre en translation parallèlement à l’axe de référence. Les billes de la rangée de billes ayant chacune un centre de bille positionné dans le plan de référence. Les rails sont sollicités par des moyens élastiques, chacun dans une direction d’appui contre la rangée de billes, parallèlement à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de référence de telle sorte qu’en l’absence de sollicitation en torsion autour de l’axe de référence entre les deux arbres coaxiaux, le chemin de roulement enveloppant et les deux chemins de roulement complémentaires appliquent sur les billes de la rangée de billes des forces d’appui ayant des composantes dans le plan transversal qui s’équilibrent. Ceci permet un rattrapage de jeu entre les chemins de roulement et les billes, tel que les deux arbres coaxiaux soient solidaires l’un de l’autre en rotation autour de l’axe de référence.
[0003] Dans le document W007017016 est décrit un accouplement pour la transmission de couple, comportant deux arbres coaxiaux chacun pourvu de pistes de roulement sur lesquels roulent des corps roulants afin d’assurer le coulissement relatif des deux arbres, et pourvu de deux mécanismes de roue libre opposées, empêchant la rotation relative des deux arbres autour de leur axe. Les deux roues libres sont formées par deux rangées de billes maintenues éloignées l’une de l’autre en direction circonférentielle en appui contre des parois des deux arbres par des ressorts intercalaires. Bien que les billes des deux mécanismes de roue libre soient supposées rouler sans entrave dans le sens axial en l’absence de couple de torsion, le dispositif s’avère en pratique peu satisfaisant, car susceptible de se coincer lorsque l’on essaie de faire coulisser l’un dans l’autre les deux arbres coaxiaux. Par ailleurs, le dispositif nécessite de nombreuses pièces, puisqu’il nécessite deux rangées de billes.
Exposé de l'invention [0004] L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer un dispositif d’accouplement pour une transmission de couple, ayant une structure simplifiée et compacte.
[0005] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un dispositif d’accouplement comportant deux arbres coaxiaux aptes à tourner autour d’un axe de référence du dispositif d’accouplement, les deux arbres coaxiaux étant constitués d’un arbre extérieur tubulaire et d’un arbre intérieur ; le dispositif d’accouplement comportant en outre un guidage à billes à rattrapage de jeu, comportant :
• un chemin de roulement enveloppant s’étendant parallèlement à l’axe de référence et formé sur un premier des deux arbres coaxiaux, le chemin de roulement enveloppant étant formé de part et d’autre d’un plan de référence du dispositif d’accouplement, le plan de référence contenant l’axe de référence ;
• un chemin de roulement oblique formé sur le deuxième des deux arbres coaxiaux et s’étendant parallèlement à l’axe de référence ;
• un rail de rattrapage de jeu, le rail de rattrapage de jeu étant fixe en translation parallèlement à l’axe de référence par rapport à un deuxième des deux arbres coaxiaux et mobile par rapport au deuxième des deux arbres coaxiaux parallèlement à un plan perpendiculaire à l’axe de référence, et comportant un chemin de roulement complémentaire, le chemin de roulement oblique et le chemin de roulement complémentaire étant situés de part et d’autre du plan de référence et tournés vers le plan de référence, • une rangée de billes positionnées pour rouler parallèlement à l’axe de référence sur le chemin de roulement enveloppant, le chemin de roulement oblique et le chemin de roulement complémentaire, pour guider les deux arbres coaxiaux l’un par rapport à l’autre en translation parallèlement à l’axe de référence, les billes de la rangée de billes ayant chacune un centre de bille positionné le long d’un axe d’alignement parallèle à l’axe de référence et situé dans le plan de référence ;
[0006] En n’utilisant qu’un seul rail de rattrapage de jeu en regard d’un chemin de roulement oblique formé directement sur le deuxième des deux arbres, on s’affranchit de la symétrie des dispositifs de l’état de la technique antérieure, ce qui simplifie et rend plus compact le mécanisme de rattrapage de jeu.
[0007] De préférence, le rail de rattrapage de jeu est en contact avec une surface de contact du deuxième des deux arbres coaxiaux . De préférence, la surface de contact du deuxième des deux arbres coaxiaux présente, en coupe dans tout plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence, une zone de contact effectif unique avec le rail de rattrapage de jeu. La surface de contact peut être agencée pour permettre un glissement translatif du rail de rattrapage de jeu sur la surface de contact pour obtenir le rattrapage de jeu recherché. Dans cette hypothèse, la surface de contact est de préférence tournée vers le plan de référence, et présente de préférence, en coupe dans le plan transversal, un profil qui se rapproche d’un axe d’alignement des centres des billes en s’éloignant de l’organe élastique. On peut ainsi, à l’aide de l’organe élastique solliciter le rail de rattrapage de jeu dans une direction qui annule effectivement le jeu entre les billes et les chemins de roulement.
[0008] Alternativement, la surface d’appui peut être agencée pour permettre un pivotement du rail de rattrapage de jeu autour d’un axe de rotation, ou d’un axe instantané de rotation, parallèle à l’axe de référence. Dans cette hypothèse, la surface d’appui est conformée avec une concavité ou une convexité complémentaire d’une zone de contact correspondante du rail de rattrapage de jeu.
[0009] Suivant un mode de réalisation préféré, la surface de contact du deuxième des deux arbres coaxiaux présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence, un profil concave, de préférence en arc de cercle ayant un centre de courbure qui ne se situe pas à la même distance de l’axe de référence que l’axe d’alignement des centres des billes et qui se situe de préférence dans le plan de référence. Le déplacement du rail de rattrapage de jeu sur la surface de contact permet ainsi de positionner le chemin de roulement complémentaire de manière à obtenir un contact sans jeu entre les billes de la rangé de bille et le chemin de roulement enveloppant, le chemin de roulement oblique et le chemin de roulement complémentaire.
[0010] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, au moins un organe élastique sollicite le rail de rattrapage de jeu dans une direction d’appui contre la rangée de billes, parallèlement à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de référence de telle sorte qu’en l’absence de couple exercé autour de l’axe de référence entre les deux arbres coaxiaux, le chemin de roulement enveloppant, le chemin de roulement oblique et le chemin de roulement complémentaire appliquent sur les billes de la rangée de billes des forces d’appui ayant des composantes dans le plan transversal qui s’équilibrent et que les deux arbres coaxiaux soient solidaires l’un de l’autre en rotation autour de l’axe de référence. Suivant une première variante, l’organe élastique prend appui contre une surface d’appui du deuxième des deux arbres coaxiaux. L’organe élastique contribue à un pincement des billes de la rangée de billes. Suivant un mode de réalisation, la surface d’appui et la surface de contact sont tournées l’une vers l’autre. De façon préférée, la surface d’appui est sensiblement parallèle à un plan passant par l’axe d’alignement et la zone de contact entre le rail de rattrapage de jeu et la surface de contact. Une partie substantielle des efforts entre les billes et le deuxième des arbres coaxiaux peut ainsi être transmise directement par le rail de rattrapage de jeu, sans passer par l’organe élastique.
[0011] Suivant un mode de réalisation, le chemin de roulement oblique présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence, un profil concave, de préférence en arc de cercle, ayant de préférence un rayon de courbure supérieur au rayon des billes de la rangée de billes.
[0012] Suivant un mode de réalisation, le chemin de roulement enveloppant présente deux zones disjointes de contact effectif avec chaque bille de la rangée de billes, situés de préférence de part et d’autre du plan de référence. Pour ce faire, on peut par exemple prévoir que le chemin de roulement enveloppant présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence, un profil en ogive, comprenant deux sections en arc de cercle tournées vers le plan de référence, ayant de préférence un rayon de courbure supérieur au rayon des billes de la rangée de billes.
[0013] Suivant un mode de réalisation, le chemin de roulement complémentaire présente deux zones disjointes de contact effectif avec chaque bille de la rangée de billes. De préférence, les deux zones disjointes de contact effectif sont situé de part et d’autre d’un plan passant par les centres des billes de la rangée de billes et coupant une zone de contact effectif unique entre le rail de rattrapage de jeu et la surface de contact du deuxième des deux arbres coaxiaux. Suivant un mode de réalisation particulièrement simple, le chemin de roulement complémentaire présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence, un profil concave, de préférence en arc de cercle, ayant de préférence un rayon de courbure inférieur au rayon des billes de la rangée de billes.
[0014] Les profils en arc de cercle offrent l’avantage d’être simples à fabriquer et à contrôler.
[0015] Suivant un mode réalisation alternatif, on peut prévoir que le chemin de roulement oblique ait deux zones de contact effectif disjointes, le cas échéant réduites à deux points de contact distants, avec chaque bille de la rangée de billes. Dans cette hypothèse, on peut avantageusement prévoir que le chemin de roulement complémentaire formé sur le rail de rattrapage de jeu n’ait qu’une zone de contact effectif, le cas échéant ponctuelle avec chaque bille de la rangée de billes. On pourra notamment choisir un chemin de roulement complémentaire à profil transversal concave ayant un rayon de courbure plus grand que le rayon des billes, voire un chemin de roulement complémentaire à profil transversal convexe.
[0016] Suivant un mode de réalisation, le dispositif d’accouplement comporte en outre au moins un guidage supplémentaire, chaque guidage supplémentaire comportant un premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire formé sur le premier des deux arbres, un deuxième chemin de roulement enveloppant supplémentaire formé sur le deuxième des deux arbres, et une rangée de billes supplémentaires pour rouler parallèlement à l’axe de référence sur le premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire et le deuxième chemin de roulement supplémentaire, chacune des billes supplémentaires ayant deux zones disjointes de contact effectif avec le premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire, et deux zones disjointes de contact effectif avec le deuxième chemin de roulement enveloppant supplémentaire. Ainsi le ou les guidages supplémentaires n’ont-ils ni rail de rattrapage de jeu, ni organe élastique.
[0017] Suivant un mode de réalisation, le dispositif comporte en outre au moins un guidage supplémentaire, chaque guidage supplémentaire comportant un premier chemin de roulement supplémentaire enveloppant formé sur le premier des deux arbres, un deuxième chemin de roulement supplémentaire oblique formé sur le deuxième des deux arbres, un troisième chemin de roulement supplémentaire formé sur un rail supplémentaire fixe par rapport au deuxième des deux arbres, et une rangée de billes supplémentaires pour rouler parallèlement à l’axe de référence sur le premier chemin de roulement supplémentaire enveloppant, le deuxième chemin de roulement supplémentaire oblique, et le troisième chemin de roulement supplémentaire, chacune des billes supplémentaires ayant deux zones disjointes de contact effectif avec le premier chemin de roulement supplémentaire enveloppant, au moins une zone de contact effectif avec le deuxième chemin de roulement supplémentaire oblique, et au moins une zone de contact effectif avec le troisième chemin de roulement supplémentaire, et en ce que le rail de rattrapage de jeu est logé dans une gorge du deuxième des deux arbres, la gorge ayant un profil donné, le rail supplémentaire étant logé dans une gorge supplémentaire du deuxième des deux arbres ayant un profil identique au profil de la gorge. Cette disposition permet une simplification de l’assemblage, dans la mesure où les gorges sont identiques et où il n’est pas nécessaire de reconnaître une gorge spécifique parmi d’autres différentes pour effectuer le montage. Le rail supplémentaire fixe n’a ainsi d’autre fonction que de reconstituer, à partir d’une gorge conformée pour loger le rail de rattrapage de jeu et l’organe élastique, une forme adaptée à un guidage des billes supplémentaires.
[0018] Suivant un mode de réalisation, au moins un arrêt axial permet d’arrêter axialement le rail de rattrapage de jeu par rapport au deuxième des deux arbres, l’arrêt axial comportant de préférence au moins une pièce rapportée fixée au deuxième des deux arbres ou au rail de rattrapage de jeu, ou au moins un épaulement formé sur le deuxième des deux arbres et apte à venir en contact avec le rail de rattrapage de jeu.
[0019] De façon en soi connue, le dispositif d’accouplement est de préférence apte à fonctionner en mode dégradé, dans l’hypothèse où les billes s’échapperaient. A cet effet, on prévoit avantageusement l’arbre extérieur présente au moins une première butée disposée en regard et à distance d’une première contrebutée de l’arbre intérieur, la première butée et la première contrebutée étant aptes à entrer en contact pour solidariser les deux arbres coaxiaux en rotation dans un premier sens de rotation autour de l’axe de référence en cas de fuite des billes de la rangée de bille, l’arbre extérieur présentant au moins une deuxième butée disposée en regard et à distance d’une deuxième contrebutée de l’arbre intérieur, la deuxième butée et la deuxième contrebutée étant aptes à entrer en contact pour solidariser les deux arbres coaxiaux en rotation dans un deuxième sens de rotation autour de l’axe de référence en cas de fuite des billes de la rangée de bille.
[0020] Les deux arbres coaxiaux peuvent être réalisés en acier, les chemins de roulement et de cas échéant les pistes de roulement étant le cas échéant formés par usinage, avec ou sans traitement thermique. Alternativement, on peut choisir pour former les arbres coaxiaux des matériaux légers, par exemple des métaux légers ou des matériaux composites. Dans cette hypothèse, les chemins de roulement et le cas échéant les pistes de roulement peuvent être rapportés pour présenter la dureté souhaitée.
[0021] Suivant un mode de réalisation, le premier des deux arbres est l’arbre extérieur tubulaire.
[0022] Alternativement, le premier des deux arbres est l’arbre intérieur.
[0023] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à une colonne de direction pour véhicule automobile, comportant un dispositif d’accouplement tel que décrit précédemment, un volant de direction lié en rotation à l’un des deux arbres coaxiaux et un organe de transmission solidaire de l’autre des deux arbres coaxiaux.
Brève description des dessins [0024] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées :
[0025] [fig.l] est une vue schématique d’un mécanisme de direction d’un véhicule automobile.
[0026] [fig-2] est une vue en perspective d’un dispositif d’accouplement du mécanisme de la figure 1, selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[0027] [fig.3] est une vue éclatée du dispositif d’accouplement de la figure 2.
[0028] [fig.4] est une vue en coupe transversale du dispositif d’accouplement de la figure 1, dans une position nominale de fonctionnement.
[0029] [fig.5] est une vue schématique illustrant en coupe transversale des points de contact entre les pièces du dispositif d’accouplement de la figure 1.
[0030] [fig.6] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0031] [fig-7] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un troisième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0032] [fig.8] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un quatrième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0033] [fig.9] une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un cinquième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0034] [fig.10] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un sixième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0035] [fig.l 1] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un septième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0036] [fig. 12] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un huitième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement.
[0037] [fig. 13] est une vue en coupe transversale d’un dispositif d’accouplement selon un neuvième mode de réalisation de l’invention, dans une position nominale de fonctionnement ;
[0038] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION [0039] Sur la figure 1 est illustré un mécanisme de direction 1 de véhicule automobile, comportant une colonne de direction 2 reliant un volant de direction 3 à un boîtier de direction 4 pour transmettre un mouvement angulaire du volant 3 au boîtier de direction 4. La colonne de direction 2 est ici subdivisée en une partie haute de colonne
5, à laquelle est fixé le volant de direction 3 et une partie intermédiaire 6, dite également axe intermédiaire, reliée au boîtier de direction 4 et à la partie haute de colonne 5 par des joints de cardan 7, 8. L’axe intermédiaire 6 permet d’ajuster la distance entre les joints de cardan 7, 8, lors de l’assemblage pour faciliter le montage du boîtier de direction 4, lors du fonctionnement du véhicule pour s’adapter aux oscillations du véhicule dues à l’état de surface de la route, et en cas de choc frontal. Il permet également de transmettre le couple dans les deux sens de rotation autour de son axe.
[0040] A cet effet, l’axe intermédiaire 6 constitue un dispositif d’accouplement, illustré en détail sur les figures 2 et 3, comportant deux arbres coaxiaux, à savoir un arbre extérieur 10 tubulaire et un arbre intérieur 12 apte à coulisser à l’intérieur de l’arbre extérieur 10 parallèlement à un axe de référence 100 du dispositif d’accouplement 6, chacun des arbres 10,12 étant pourvu à son extrémité libre d’une mâchoire de joint de cardan 7A, 8A.
[0041] Le coulissement relatif des deux arbres coaxiaux 10,12 est réalisé ici par un guidage à billes à rattrapage de jeu 14 unique et un guidage à billes supplémentaire 16, situés diamétralement de part et d’autre de l’axe de référence commun des deux arbres, comme illustré sur la figure 4. Ces deux guidages ont également pour fonction de transmettre intégralement et sans jeu le couple autour de l’axe de référence 100.
[0042] Le guidage à billes à rattrapage de jeu 14 comporte un chemin de roulement enveloppant 18 s’étendant parallèlement à l’axe de référence 100 et formé sur un premier des deux arbres coaxiaux, ici l’arbre extérieur 10. Il comporte également un chemin de roulement oblique 20, qui est formé sur le deuxième des deux arbres coaxiaux, ici l’arbre intérieur 12 et s’étend parallèlement à l’axe de référence 100, et un chemin de roulement complémentaire 22, formé sur un rail de rattrapage de jeu 24 logé dans une gorge 26 de l’arbre intérieur 12. Le chemin de roulement enveloppant 18, le chemin de roulement oblique 20 et le chemin de roulement complémentaire 22 délimitent ensemble une cavité tubulaire dans laquelle sont logées des billes 28 formant une rangée de billes de même diamètre, les centres C des billes 28 étant alignés sur un axe d’alignement parallèle à l’axe de référence 100.
[0043] Le chemin de roulement oblique 20 et le chemin de roulement complémentaire 22 sont situés de part et d’autre d’un plan de référence P qui contient l’axe de référence 100 et l’axe d’alignement des centres C des billes 28. Le chemin de roulement enveloppant 18 présente, en coupe dans le plan de coupe des figures 4 et 5 qui est perpendiculaire à l’axe de référence 100, un profil en ogive, symétrique par rapport au plan de référence P, et comprenant deux sections en arc de cercle situées de part et d’autre du plan de référence P, ayant un rayon de courbure supérieur au rayon des billes 28 de la rangée de billes, de sorte que chacune des billes 28 a, dans le plan de coupe perpen diculaire à l’axe de référence et passant par son centre, une zone de contact effectif unique, le cas échéant ponctuelle, avec chacune des deux sections en arc de cercle, comme illustré sur la figure 5. Le chemin de roulement oblique 20 présente, en coupe dans tout plan parallèle au plan de coupe des figures 4 et 5, un profil concave, de préférence en arc de cercle, ayant de préférence un rayon de courbure supérieur au rayon des billes 28 de la rangée de billes, de sorte qu’il n’existe zone de contact effectif, le cas échéant ponctuelle entre chaque bille 28 et le chemin de roulement oblique 20. Le chemin de roulement complémentaire 22 présente, en coupe dans tout plan de coupe parallèle au plan de coupe des figures 4 et 5, un profil concave en ogive, avec deux arcs de cercle de rayon supérieur au rayon des billes 28, de façon à présenter deux zones de contact effectif disjointes, le cas échéant ponctuelles avec chacune des billes 28 de la rangée de billes.
[0044] Le rail de rattrapage de jeu 24 est en contact avec une surface de contact 30 qui constitue une paroi de la gorge 26 de l’arbre intérieur 12. Cette surface de contact 30 est tournée vers le plan de référence P et présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence 100, un profil concave, de préférence en arc de cercle, ayant de préférence un centre de courbure D situé dans le plan de référence P, de préférence entre l’axe de référence 100 et l’axe d’alignement des centres des billes 28 de la rangée de billes. Ainsi, la surface de contact 30 présente, en coupe dans tout plan parallèle au plan de coupe des figures 4 et 5, un profil qui se rapproche d’un axe d’alignement des centres des billes 28 en s’éloignant de l’axe de référence 100.
[0045] Le rail de rattrapage de jeu 24 présente, en coupe dans tout plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence 100, une face convexe de contact avec la surface de contact concave 30 de l’arbre intérieur 12, et cette face convexe a un rayon de courbure plus faible que le rayon de courbure de la face de contact concave 30, de sorte qu’il n’existe, en coupe dans tout plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence 100, qu’une zone de contact effectif, le cas échéant ponctuelle, entre le rail de rattrapage de jeu 24 et la surface de contact concave 30.
[0046] Le guidage à billes à rattrapage de jeu 14 comporte en outre un organe élastique 32, constitué ici par une lame de ressort à vagues, sollicitant le rail de rattrapage de jeu 24 dans une direction d’appui contre la rangée de billes 28, parallèlement à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de référence. L’organe élastique 32 prend appui contre une surface d’appui 34 de l’arbre intérieur 12, située en regard et à distance d’un plan Q passant par les centres C des billes de la rangée de billes 28 et coupant une zone de contact entre le rail de rattrapage de jeu 24 et la surface de contact 30 de l’arbre intérieur 12.
[0047] Les dispositions et orientations respectives du chemin de roulement complémentaire 22 et de la surface de contact 30 sont telles que les efforts appliqués sur le rail de rattrapage de jeu 24 par les billes 28 sont transmis à la surface de contact 30 en ne sollicitant que faiblement l’organe élastique 32. Pour ce faire, la courbure de la surface de contact 30, observée dans un plan perpendiculaire à l’axe de référence 100, est telle qu’en tout point de la surface de contact 30 le centre de courbure D est proche de l’axe d’alignement des centres C des billes 28, et de préférence dans le plan de référence P, entre l’axe de référence 100 et l’axe d’alignement des centres C des billes 28, plus proche de ce dernier que de l’axe de référence 100.
[0048] Ainsi, la résultante des efforts appliqués au rail de rattrapage de jeu 24 par les billes 28 d’une part et par la surface de contact 30 avec l’arbre intérieur 12 d’autre part, n’est pas nulle, et est compensée par un effort exercé par l’organe élastique 32. Cette résultante est une fonction croissante du couple appliqué entre les deux arbres coaxiaux 10,12.
[0049] A cet effet, le moyen élastique 32 est tel que quelle que soit la position du rail de rattrapage de jeu 24, l’effort appliqué par l’organe élastique 32 sur le rail de rattrapage de jeu 24 est suffisant pour compenser la résultante des autres efforts sur le rail de rattrapage de jeu 24, ceci pour l’ensemble de la plage de couple admissible en fonctionnement, et notamment pour le couple maximal admissible en fonctionnement.
[0050] En pratique, l’orientation relative de la surface de contact 30 et de la surface d’appui 34 sont choisie de manière telle qu’il existe un rapport de proportionnalité élevé, de préférence supérieur à 10, et de préférence supérieur à 50, entre le module de la force de contact entre le rail de rattrapage de jeu 24 et la surface de contact 30 et le module de la résultante des efforts entre l’organe élastique 32 et le rail de rattrapage de jeu 24.
[0051] Le guidage à billes supplémentaire 16 comporte un premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire 36 formé sur l’arbre extérieur 10, un deuxième chemin de roulement enveloppant supplémentaire 38 formé sur le l’arbre intérieur 12 et une rangée de billes supplémentaires 40 pour rouler parallèlement à l’axe de référence 100 sur le premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire 36 et le deuxième chemin de roulement enveloppant supplémentaire 38, chacune des billes supplémentaires 40 ayant de préférence deux zones disjointes de contact effectif, le cas échéant ponctuelles, avec le premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire 36 et deux zones disjointes de contact effectif, le cas échéant ponctuelles, avec le deuxième chemin de roulement enveloppant supplémentaire 38.
[0052] Des rondelles d’arrêt axiales 42, 44 sont montées aux extrémités de l’arbre intérieur 12, pour d’une part solidariser le rail de rattrapage de jeu 24 en translation parallèlement à l’axe de référence 100 par rapport à l’arbre intérieur 12, et pour d’autre part empêcher l’échappement des billes 28, 40 des deux rangées de billes.
[0053] L’assemblage du dispositif d’accouplement est particulièrement simple. On positionne en premier lieu l’arbre intérieur 12 dans l’arbre extérieur 10, puis on insère les billes supplémentaires 40 de la rangée de billes supplémentaires 40, puis le rail de rattrapage de jeu 24 et l’organe élastique 32, que l’on maintient dans un état comprimé pour insérer les billes 28 de la rangée de billes 28, avant enfin de relâcher l’organe élastique 32 et de positionner les rondelles d’arrêt 42. Une fois monté, l’assemblage est isostatique pour les mouvements dans un plan quelconque perpendiculaire à l’axe de référence 100.
[0054] En l’absence de couple exercé autour de l’axe de référence 100 entre les deux arbres coaxiaux 10,12, la somme des forces exercées sur chaque bille 28, 40 a une composante nulle dans un plan perpendiculaire à l’axe de référence 100 : le chemin de roulement enveloppant 18, le chemin de roulement oblique 20 et le chemin de roulement complémentaire 22 appliquent sur les billes 28 de la rangée de billes 28 des forces d’appui ayant des composantes dans le plan transversal qui s’équilibrent. L’effort appliqué par le chemin de roulement complémentaire 22 est déterminé par la tension du moyen élastique 32.
[0055] Lorsqu’un couple est appliqué à l’un des arbres 10,12, la répartition des pressions de contact entre les billes 28 et les chemins de roulement 18, 20, 22 se modifie pour assurer la transmission du couple à l’autre arbre 12,10, mais le moyen élastique 32 assure dans toutes les circonstance un contact permanent entre les billes 28 et les chemins de roulement 18, 20, 22.
[0056] Un mode de fonctionnement dégradé est également rendu possible grâce à des butées angulaires 46 formées sur l’arbre extérieur en regard et à faible distance de contrebutées correspondantes 48 formées sur l’arbre intérieur : en cas d’échappement des billes 28, 40 d’une des rangées de billes, un couple appliqué à l’un des deux arbres 10,12, après le cas échéant une course angulaire correspondant à la distance entre les butées 46 et contrebutées 48 en regard, est transmis à l’autre arbre 12,10.
[0057] Naturellement, de nombreuses variantes sont envisageables.
[0058] Suivant un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 6, le deuxième des deux arbres présente, au niveau du guidage à billes supplémentaire 16, une gorge supplémentaire 126 qui est symétrique de la gorge 26 par rapport à l’axe de référence 100, de sorte que l’arbre intérieur 12 présente globalement une symétrie de révolution d’ordre 2 autour de l’axe de référence 100. En pratique, le guidage à billes supplémentaire 16 comporte un premier chemin de roulement supplémentaire 136 formé sur l’arbre extérieur ; un deuxième chemin de roulement supplémentaire 138 formé sur l’arbre intérieur et un troisième chemin de roulement supplémentaire 139 formé sur un rail supplémentaire 124, logé dans la gorge supplémentaire 126. Le rail supplémentaire 124 n’a pas de fonction de rattrapage de jeu et est fixe par rapport à l’arbre intérieur 12 . En particulier, il n’y a pas d’organe élastique supplémentaire qui vienne solliciter le rail supplémentaire 124. La rangée de billes supplémentaires 40 est ainsi apte à rouler parallèlement à l’axe de référence 100 sur la première piste de roulement supplémentaire 136, la deuxième piste de roulement supplémentaire 138 et la troisième piste de roulement supplémentaire 139.
[0059] Suivant le mode de réalisation de la figure 7, l’organe élastique 32 est constitué par une ou plusieurs pièces élastomères, dans la mesure où les efforts à appliquer sur le rail de rattrapage de jeu 24 sont assez faibles.
[0060] Suivant le mode de réalisation de la figure 8, on prévoit deux flancs droits 146,148 sur l’arbre extérieur 10 et l’arbre intérieur 12, qui tiennent lieu de butées et contrebutées angulaires entre les deux arbres 10,12 en cas d’échappement des billes.
[0061] Suivant les modes de réalisation des figures 9 et 10, l’arbre extérieur 10 tubulaire peut être réalisé en étiré avec une épaisseur sensiblement constante, notamment au niveau des chemins de roulement enveloppants 18, 36.
[0062] Suivant le mode de réalisation de la figure 11, l’un au moins des arbres interne et externe 10,12 comporte un corps 110,120 réalisé en un matériau léger, par exemple de l’aluminium ou un matériau composite, n’ayant pas la dureté nécessaire pour y former directement des chemins de roulement, et un insert 112,122 sur lequel est formé au moins un chemin de roulement 18, 20, 36, 38.
[0063] Suivant le mode de réalisation de la figure 12, le rail de rattrapage de jeu 24 est en appui contre une surface de contact 130 de l’arbre extérieur 10, et l’organe élastique 32 est positionné entre l’arbre extérieur 10 et le rail de rattrapage de jeu 24. Le chemin de roulement oblique 20 est alors formé sur l’arbre extérieur 10 et le chemin de roulement enveloppant en ogive 18 sur l’arbre intérieur 12.
[0064] Suivant le mode de réalisation de la figure 13, on prévoit deux dispositifs de guidage supplémentaires 16 au lieu d’un. Les trois dispositifs de guidage 14,16,16 sont de préférence disposés à 120° les uns des autres. On peut théoriquement envisager plus de deux dispositifs de guidage supplémentaires.
[0065] Suivant un mode de réalisation non illustré, on peut remplacer l’une et/ou l’autre des rondelles d’arrêt axial 42, 44 par des bossages formés sur l’arbre intérieur 12 et/ou de l’arbre extérieur 10.
[0066] Le chemin de roulement complémentaire 22 peut présenter, en coupe dans tout plan de coupe parallèle au plan de coupe des figures 4 et 5, un en arc de cercle de rayon supérieur au rayon des billes 28, de façon à ne présenter qu’une zone de contact effectif, le cas échéant ponctuelle, avec chacune des billes 28 de la rangée de billes [0067] Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci-dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres.
[0068] L’arbre intérieur 12 peut être indifféremment plein ou tubulaire.
[0069] Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.

Claims (1)

  1. Dispositif d’accouplement (6) comportant deux arbres coaxiaux (10, 12) aptes à tourner autour d’un axe de référence (100) du dispositif d’accouplement (6), les deux arbres coaxiaux (10, 12) étant constitués d’un arbre extérieur tubulaire (10) et d’un arbre intérieur (12) ; le dispositif d’accouplement comportant en outre un guidage à billes à rattrapage de jeu (14), comportant :
    - un chemin de roulement enveloppant (18) s’étendant parallèlement à l’axe de référence (100) et formé sur un premier des deux arbres coaxiaux (10, 12), le chemin de roulement enveloppant (18) étant formé de part et d’autre d’un plan de référence (P) du dispositif d’accouplement (6), le plan de référence (P) contenant l’axe de référence (100) ;
    - un chemin de roulement oblique (20) s’étendant parallèlement à l’axe de référence (100) ;
    - un rail de rattrapage de jeu (24), le rail de rattrapage de jeu (24) étant fixe en translation parallèlement à l’axe de référence (100) par rapport à un deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12) et mobile par rapport au deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12) parallèlement à un plan perpendiculaire à l’axe de référence (100), et comportant un chemin de roulement complémentaire (22), le chemin de roulement oblique (20) et le chemin de roulement complémentaire (22) étant situés de part et d’autre du plan de référence (P) et tournés vers le plan de référence (P),
    - une rangée de billes (28) positionnées pour rouler parallèlement à l’axe de référence (100) sur le chemin de roulement enveloppant (18), le chemin de roulement oblique (20) et le chemin de roulement complémentaire (22), pour guider les deux arbres coaxiaux (10, 12) l’un par rapport à l’autre en translation parallèlement à l’axe de référence (100), les billes (28) de la rangée de billes (28) ayant chacune un centre de bille (C) positionné le long d’un axe d’alignement parallèle à l’axe de référence (100) et situé dans le plan de référence (P) ;
    caractérisé en ce que le chemin de roulement oblique (20) est formé sur le deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12).
    Dispositif d’accouplement (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rail de rattrapage de jeu (24) est en contact avec une surface de contact (30, 130) du deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12). Dispositif d’accouplement (6) selon la revendication 2, caractérisé en ce
    que la surface de contact (30, 130) du deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12) présente, en coupe dans tout plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence (100), une zone de contact effectif unique avec le rail de rattrapage de jeu (24). [Revendication 4] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la surface de contact (30, 130) du deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12) présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence (100), un profil concave, de préférence en arc de cercle ayant un centre de courbure (D) qui ne se situe pas à la même distance de l’axe de référence (100) que l’axe d’alignement des centres (C) des billes (28) et qui se situe de préférence dans le plan de référence (P). [Revendication 5] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un organe élastique (32) sollicitant le rail de rattrapage de jeu (24) dans une direction d’appui contre la rangée de billes (28), parallèlement à un plan transversal perpendiculaire à l’axe de référence (100) de telle sorte qu’en l’absence de couple exercé autour de l’axe de référence (100) entre les deux arbres coaxiaux (10, 12), le chemin de roulement enveloppant (18), le chemin de roulement oblique (20) et le chemin de roulement complémentaire (22) appliquent sur les billes (28) de la rangée de billes (28) des forces d’appui ayant des composantes dans le plan transversal qui s’équilibrent et que les deux arbres coaxiaux (10, 12) soient solidaires l’un de l’autre en rotation autour de l’axe de référence (100). [Revendication 6] Dispositif d’accouplement (6) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’organe élastique (32) prend appui contre une surface d’appui (34) du deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12). [Revendication 7] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chemin de roulement oblique (20) présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence (100), un profil concave, de préférence en arc de cercle, ayant de préférence un rayon de courbure supérieur au rayon des billes (28) de la rangée de billes (28). [Revendication 8] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chemin de roulement enveloppant (18) présente deux zones disjointes de contact effectif avec chaque bille (28) de la rangée de billes (28), situés de préférence de part
    et d’autre du plan de référence (P). [Revendication 9] Dispositif d’accouplement (6) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le chemin de roulement enveloppant (18) présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence (100), un profil en ogive, comprenant deux sections en arc de cercle tournées vers le plan de référence (P), ayant de préférence un rayon de courbure supérieur au rayon des billes (28) de la rangée de billes (28). [Revendication 10] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chemin de roulement complémentaire (22) présente deux zones disjointes de contact effectif avec chaque bille (28) de la rangée de billes (28). [Revendication 11] Dispositif d’accouplement (6) selon la revendication 10 en combinaison avec l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux zones disjointes de contact effectif sont situé de part et d’autre d’un plan (Q) passant par les centres (C) des billes (28) de la rangée de billes (28) et coupant une zone de contact effectif unique entre le rail de rattrapage de jeu (24) et la surface de contact (30, 130) du deuxième des deux arbres coaxiaux (10, 12). [Revendication 12] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que le chemin de roulement complémentaire (22) présente, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de référence (100), un profil concave, de préférence en arc de cercle, ayant de préférence un rayon de courbure inférieur au rayon des billes (28) de la rangée de billes (28). [Revendication 13] Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’accouplement (6) comporte en outre au moins un guidage supplémentaire (16), chaque guidage supplémentaire (16) comportant un premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire (36) formé sur le premier des deux arbres (10, 12), un deuxième chemin de roulement enveloppant supplémentaire (38) formé sur le deuxième des deux arbres (10, 12), et une rangée de billes supplémentaires (40) pour rouler parallèlement à l’axe de référence (100) sur le premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire (38) et le deuxième chemin de roulement supplémentaire (40), chacune des billes supplémentaires (40) ayant deux zones disjointes de contact effectif avec le premier chemin de roulement enveloppant supplémentaire (36), et deux zones disjointes de contact effectif avec le deuxième chemin de roulement enveloppant supplé-
    [Revendication 14] [Revendication 15] [Revendication 16] mentaire (38).
    Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le dispositif (6) comporte en outre au moins un guidage supplémentaire (16), chaque guidage supplémentaire (16) comportant un premier chemin de roulement supplémentaire enveloppant (136) formé sur le premier des deux arbres (10, 12), un deuxième chemin de roulement supplémentaire oblique (138) formé sur le deuxième des deux arbres (10, 12), un troisième chemin de roulement supplémentaire (139) formé sur un rail supplémentaire (124) fixe par rapport au deuxième des deux arbres (10, 12), et une rangée de billes supplémentaires (40) pour rouler parallèlement à l’axe de référence (100) sur le premier chemin de roulement supplémentaire enveloppant (136), le deuxième chemin de roulement supplémentaire oblique (138), et le troisième chemin de roulement supplémentaire (139), chacune des billes supplémentaires (40) ayant deux zones disjointes de contact effectif avec le premier chemin de roulement supplémentaire enveloppant (136), au moins une zone de contact effectif avec le deuxième chemin de roulement supplémentaire oblique (138), et au moins une zone de contact effectif avec le troisième chemin de roulement supplémentaire (139), et en ce que le rail de rattrapage de jeu (24) est logé dans une gorge (26) du deuxième des deux arbres (10, 12), la gorge (26) ayant un profil donné, le rail supplémentaire (124) étant logé dans une gorge supplémentaire (126) du deuxième des deux arbres (10, 12) ayant un profil identique au profil de la gorge (26).
    Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un arrêt axial (42, 44) pour arrêter axialement le rail de rattrapage de jeu (24) par rapport au deuxième des deux arbres (10, 12), l’arrêt axial (42, 44) comportant de préférence au moins une pièce rapportée fixée au deuxième des deux arbres (10, 12) ou au rail de rattrapage de jeu (24), ou au moins un épaulement formé sur le deuxième des deux arbres (10, 12) et apte à venir en contact avec le rail de rattrapage de jeu (24). Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arbre extérieur (10) présente au moins une première butée (46, 146) disposée en regard et à distance d’une première contrebutée (48, 148) de l’arbre intérieur (12), la première butée (46, 146) et la première contrebutée (48, 148) étant aptes à entrer en contact pour solidariser les deux arbres coaxiaux (10, [Revendication 17] [Revendication 18] [Revendication 19]
    12) en rotation dans un premier sens de rotation autour de l’axe de référence (100) en cas de fuite des billes (28) de la rangée de bille (28), l’arbre extérieur (10) présentant au moins une deuxième butée (46, 146) disposée en regard et à distance d’une deuxième contrebutée (48, 148) de l’arbre intérieur (12), la deuxième butée (46, 146) et la deuxième contrebutée (48, 148) étant aptes à entrer en contact pour solidariser les deux arbres coaxiaux (10, 12) en rotation dans un deuxième sens de rotation autour de l’axe de référence (100) en cas de fuite des billes (28) de la rangée de bille (28).
    Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le premier des deux arbres (10, 12) est l’arbre extérieur tubulaire (10).
    Dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le premier des deux arbres (10, 12) est l’arbre intérieur (12).
    Colonne de direction (1) pour véhicule automobile, comportant un dispositif d’accouplement (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, un volant de direction (3) lié en rotation à l’un des deux arbres coaxiaux (10, 12) et un organe de transmission (4) solidaire de l’autre des deux arbres coaxiaux (10, 12).
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