FR3112834A1

FR3112834A1 - Roue dentée de réducteur de direction assistée renforcée, et système de direction assistée comprenant une telle roue dentée

Info

Publication number: FR3112834A1
Application number: FR2007884A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Grosso
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: FR3112834B1

Abstract

Roue dentée (17) d’un dispositif (13) réducteur à roue et vis sans fin d’un système (1) de direction assistée, la roue dentée (17) étant destinée à pivoter selon un axe directeur (XX’), la roue dentée comprenant une denture (18) apte à coopérer avec une vis (15) sans fin, une surface (24, 25) de base, s’étendant selon un plan sensiblement orthogonal à l’axe directeur (XX’),une pièce (22) de renfort, la roue dentée comprend un moyen d’assemblage, la pièce de renfort étant rapportée sur la surface de base, et maintenue assemblée sur la surface de base à l’aide du moyen d’assemblage. Figure pour l’abrégé : [Fig. 2]

Description

Roue dentée de réducteur de direction assistée renforcée, et système de direction assistée comprenant une telle roue dentée

La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de direction à assistance motorisée électriques pour véhicule. Dans toute la suite de la description, la dénomination « système de direction assistée électrique » fait référence à un système de direction à assistance motorisée électrique pour véhicule.

Plus particulièrement, l’invention se rapporte à une roue de dispositif réducteur d’un système de direction assistée électrique, à un dispositif réducteur d’un système de direction assistée électrique, à un système de direction assistée électrique, et un véhicule motorisé équipé d’un système de direction assistée électrique.

Typiquement, et comme représenté sur la figure 1, un système 1 de direction assistée électrique est composé notamment d’un ensemble 2 de colonne de direction constitué par exemple d’une colonne de direction supérieure 3 reliée à une colonne de direction inférieure 4 par l’intermédiaire d’un cardan 5, et d’un dispositif 6 de direction assistée électrique.

La colonne de direction supérieure 3 porte à une extrémité 7 un volant 8 directionnel de conduite, et la colonne de direction inférieure 4 porte sur une portion extrême un pignon de direction (non visible sur la figure 1) destiné à être en prise sur une crémaillère 9. L’application d’un couple par l’ensemble 2 de colonne de la direction sur le pignon de direction a pour effet de permettre la translation de la crémaillère 9, ce qui provoque la rotation des roues du véhicule (non représentées sur la figure 1) par l’intermédiaires de biellettes 10 articulées aux extrémités de la crémaillère 9.

Le dispositif 6 d’assistance électrique inclut un moteur 11 entrainant en rotation par exemple un arbre 12 tournant, relié à un dispositif 13 réducteur. Le moteur 11 est piloté par une unité 14 de commande (par exemple une carte électronique), en fonction d’informations provenant de signaux de capteurs (non représentés sur les figures) disposés par exemple sur l’ensemble 2 de colonne de direction. Un tel moteur 11 fournit un couple d’assistance, fonction des informations reçues par les capteurs, lequel couple d’assistance est transmis à l’ensemble 2 de colonne de direction par l’intermédiaire du dispositif 13 réducteur, et s’ajoute au couple exercé par l’utilisateur sur le volant 8. De cette manière, l’effort exercé par l’utilisateur nécessaire pour faire pivoter les roues est réduit, ce qui facilite la manipulation du volant 8 directionnel.

Afin de transmettre le couple d’assistance à l’ensemble 2 colonne de direction, le moteur 11 est relié au dispositif 13 réducteur, en étant accouplé à une vis sans fin 15 munie d’une cannelure 16 hélicoïdale. Une roue dentée 17 (également dénommée roue réductrice) intégrant une denture 18 comprenant des dents 19 s’engrène sur la vis sans fin 15. La roue dentée 17 est solidaire du pignon ou de l’arbre portant le pignon. La route dentée 17, et la vis sans fin 15 sont généralement enveloppés d’un carter de protection, réalisé en un alliage métallique.

L’engrènement entre la vis sans fin 15 et la roue dentée 17 joue un rôle central dans le fonctionnement du dispositif 6 d’assistance électrique. Ainsi, un engrènement dégradé, par exemple du fait de la présence d’un jeu au niveau de l’engrènement a pour effet de générer notamment un bruit et des vibrations délétères au sein de l’ensemble 2 de colonne de direction. Dans des cas extrêmes, la rupture d’un des composants permettant l’engrènement entraîne la perte du couple d’assistance.

Or, l’engrènement entre la vis sans fin 15 et la roue dentée 17 génère des sollicitations mécaniques variables, exercées notamment par la vis sans fin 15 sur les dents 19 de la roue dentée 17. La roue dentée 17 subit des contraintes variables, qui peuvent entraîner, notamment par fatigue, l’apparition de fissures. Une propagation de telles fissures au sein de la roue dentée 17 peut entraîner la rupture d’une ou de plusieurs dents 19, voire de la roue dentée 17 elle-même.

Afin d’éviter la survenue d’un tel phénomène, il est connu de renforcer la roue dentée par utilisation d’un matériau prévu pour ses qualités de résistance mécanique. Par exemple, WO2011158941 A1 fait état d’un système roue et vis sans fin d’un système de direction assistée, la roue dentée étant réalisée dans un matériau synthétique incorporant des fibres de renforcement en polyamide dans une proportion prédéterminée, ce qui permet l’augmentation de la durabilité.

Cependant, une telle composition est spécifique, ce qui a pour conséquence de nécessiter la mise en œuvre d’une fabrication dédiée, et empêchant l’utilisation des roues dentées standardisées. Par ailleurs, un tel matériau doit être utilisé pour l’ensemble de la roue dentée 17, alors que les fissures trouvent essentiellement leur origine au sein de la denture 18. Aussi, alors que seule une portion de la roue dentée 17 (à savoir le voisinage de la denture 18) nécessite d’être renforcée, l’utilisation d’un tel matériau est effectué pour l’ensemble de la roue dentée.

La demande se propose de répondre aux inconvénients précités.

Un premier objet est de proposer une roue dentée durable et résistante aux efforts engendrés par la vis sans fin du réducteur.

Un deuxième objet est de proposer une telle roue dentée, ne nécessitant pas de modifier la composition du matériau formant la roue.

Un troisième objet est de proposer une telle roue dentée de fabrication simple et économique.

Un quatrième objet est de proposer un système de direction assisté comprenant une roue dentée telle que présentée ci-dessus.

Un cinquième objet est de proposer un système de direction assisté comprenant une roue dentée telle que présentée ci-dessus.

Un sixième objet est de proposer un véhicule motorisé, telle qu’une automobile, incluant un tel système de direction assistée.

Un septième objet est de proposer un procédé de fabrication d’une telle roue dentée.

A cet effet, il est proposé en premier lieu, une roue dentée d’un dispositif réducteur à roue et vis sans fin d’un système de direction assistée, la roue dentée étant destinée à pivoter selon un axe directeur, la roue dentée comprenant une denture apte à coopérer avec une vis sans fin, une surface de base, s’étendant selon un plan sensiblement orthogonal à l’axe directeur, une pièce de renfort, comprenant un moyen d’assemblage, la pièce de renfort étant rapportée sur la surface de base, et maintenue assemblée sur la surface de base à l’aide du moyen d’assemblage.

Une telle roue dentée confère à la roue dentée une résistance mécanique accrue. Une telle roue dentée ainsi renforcée est facile à produire, et à mettre en œuvre. Il est par ailleurs possible d’adapter le couple supporté par une telle roue dentée en sélectionnant le type de pièce de renfort.

Selon un mode de réalisation, la roue dentée présente une première surface de base et une deuxième surface de base, les surfaces de base étant disposées de part et d’autre de la denture, une pièce de renfort étant solidarisée sur chacune des surfaces de base.

Selon un mode de réalisation, la denture est munie de dents présentant portion de pied, la pièce de renfort lorsque disposée sur la surface de base recouvre la portion de pied.

Selon un mode de réalisation, la pièce de renfort comprend une plaque.

Selon un mode de réalisation, un moyen d’assemblage comprend une tige faisant saillie d’une surface de base, la pièce de renfort comprenant un trou, la tige étant en insertion dans le trou lorsque la pièce de renfort est solidaire d’une surface de base.

Selon un mode de réalisation, la roue dentée comprend plusieurs moyens d’assemblage, les moyens d’assemblage étant disposée circulairement autour de l’axe directeur à équidistance les uns des autres.

Selon un mode de réalisation, un moyen d’assemblage comprend une partie extrême munie d’une portion de travail bombée et d’une portion de contact, la pièce de renfort étant interposée entre la portion de contact, et la surface de base.

Il est proposé en second lieu un dispositif réducteur roue et vis sans fin d’un système de direction assistée, muni d’une roue dentée telle que présentée ci-dessus.

Il est proposé en quatrième lieu un système de direction assistée muni d’un tel dispositif réducteur roue et vis sans fin.

Il est proposé en cinquième lieu un véhicule automobile muni d’un tel système de direction assistée.

Il est proposé en sixième lieu un procédé de fabrication d’une roue dentée tel que présenté ci-dessus, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de positionnement d’une pièce de renfort en regard d’une surface de base, la pièce de renfort comprenant des tiges, d’insertion des tiges au sein des trous, et de mise en contact d’une bouterolle préalablement chauffée avec une partie extrême des moyen d’assemblage.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

représente une vue schématique globale d’un système de direction assisté ;

représente une vue schématique en perspective d’un dispositif réducteur, le dispositif réducteur comprenant une roue dentée incluant une pièce de renfort, la pièce de renfort étant partiellement représentée;

représente une vue schématique en perspective d’une roue dentée ;

représente une vue schématique de dessus d’une roue dentée, ;

représente une vue schématique en coupe selon le plan de coupe V-V de la figure ;

représente une vue schématique en perspective d’une pièce de renfort.

Un exemple de système 1 de direction assistée électrique est représenté figure 1.

Un véhicule automobile (non représenté) intègre par exemple un tel système 1 de direction assistée électrique. Par véhicule automobile, l’on fait référence à tout véhicule motorisé muni de quatre roues et destiné à rouler sur une infrastructure routière, par exemple une voiture de tourisme, un camion, ou un autocar.

Le système 1 de direction assistée électrique vise à faciliter la manipulation d’un volant 8 directionnel en permettant l’application d’un couple produit par un arbre 12 tournant d’un moteur 11 appliqué sur l’ensemble 2 de colonne de direction par l’intermédiaire d’un dispositif 13 réducteur.

L’on décrit à présent le dispositif 13 réducteur en se référant plus particulièrement à la figure 2.

Le dispositif 13 réducteur comprend généralement un support 20, et un engrenage 21 comprenant une vis sans fin 15 et une roue dentée 17. Le support 20 prend par exemple la forme d’un carter entourant l’engrenage 21, ce qui permet de réaliser une protection contre les poussières et impuretés extérieures.

Dans les modes de réalisation représentés, la vis sans fin 15 est reliée à un moteur 11 (non représenté sur les figures 2 à 6). Un tel moteur 11 permet de conférer un couple à la vis sans fin 15.

Dans les modes de réalisation représentés, la roue dentée 17 est montée pivotant par rapport au support 20 selon un axe XX’ et la vis sans fin 15 est montée pivotante par rapport au support 20 selon un axe avantageusement perpendiculaire à l’axe XX’. L’on considère par la suite que tout axe sécant et orthogonal à l’axe XX’ définit une direction radiale.

L’on décrit à présent la roue dentée 17 en se référant aux figures 2 à 6.

Comme il peut être observé sur la figure 2, la roue dentée 17 comprend une pièce 22 de renfort, assemblée, rapportée sur une roue 23 de base, par l’intermédiaire d’un moyen d’assemblage comme décrit plus loin.

De la sorte, la roue dentée 17 est renforcée, et peut supporter un effort accru par rapport à une même roue dentée exempte de pièce 22 de renfort.

Le mode de solidarisation par assemblage de la pièce 22 de renfort permet d’adapter le type de pièce 22 de renfort en fonction du couple à transmettre par l’engrenage 21.

Le fait d’assembler la pièce 22 de renfort sur la roue 23 de base permet d’accroître l’endurance de la roue dentée 17, sans nécessiter d’adapter le matériau nécessaire pour réaliser la roue 23 de base.

L’on se réfère à présent aux figures 3 et 4 représentant plus spécifiquement la roue dentée 17.

Comme représenté sur la figure 3, la roue dentée 17, avantageusement cylindrique de révolution, comprend une première surface 24 de base, et une deuxième surface 25 de base, disposées de part et d’autre une denture 18.

La denture 18 comprend une pluralité de dents 19 espacée par des fonds 26. Les dents 19 présentent chacune une portion 27 de tête, et une portion 28 de pied, en contact en liaison avec le fond 26.

Dans le mode de réalisation représenté, les dents 19 forment une denture droite, mais dans d’autres modes de réalisation non représentés, la roue dentée 17 présente une denture hélicoïdale ou une denture en chevrons.

Dans le mode de réalisation représenté, et sans que cela soit limitatif, la roue dentée 17 est un assemblage de plusieurs éléments.

Dans d’autres modes de réalisation non représentés, la roue dentée 17 est monobloc.

Comme il peut être observé sur la figure 4, la roue dentée 17 intègre une âme 29 porteuse recevant un moyeu 30, d'axe directeur XX'. Le moyeu 30 reçoit par exemple une douille 31, noyée dans le moyeu 30. De la sorte, un palier est crée. Une telle disposition favorise la mise en place de la roue directement sur un arbre (non représenté sur les figures).

Le moyeu 30 comprend avantageusement une collerette 32 qui s'étend sensiblement radialement depuis le moyeu 30, en s'éloignant de l'axe directeur XX', jusqu'à la base. Une telle géométrie permet la formation d’un creux 33, limitant la taille de la première surface 24 de base, ce qui facilite notamment la fixation de la pièce 22 de renfort à proximité des dents 19.

Avantageusement, la première surface 24 de base comprend un moyen d’assemblage, tandis que la deuxième surface 25 de base comprend un moyen d’assemblage. Chaque moyen d’assemblage est solidaire de la première surface 24 de base et de la deuxième surface 25 de base.

De cette façon, il est possible de fixer une pièce 22 de renfort sur les deux surfaces 24, 25 de base. L’utilisation de deux pièces 22 de renfort est favorable pour augmenter la valeur du couple maximal supportable par la roue dentée 17. Une telle disposition permet également une répartition homogène des efforts reçus par les dents 19.

Dans des modes de réalisation non représentés, seule une des surfaces 24, 25 de base est munie de moyens d’assemblage. Dans une telle mise en œuvre, seule une pièce 22 de renfort est utilisée. De cette manière, les coûts d’obtention d’une roue dentée 17 sont limités.

Les moyens d’assemblage s’étendent en saillie, et s’étendent avantageusement au-delà de la pièce 22 de renfort, c’est-à-dire dépassent lorsque la pièce 22 de renfort est disposée sur la roue 23 de base.

Préférentiellement, les moyens d’assemblage s’étendent orthogonalement à partir des surfaces 24, 25 de base, et comprennent par exemple une tige 34, complémentaire à un trou 35 prévu dans la pièce de renfort, ce qui autorise la mise en position de la pièce 22 de renfort sur la roue 23 de base.

Dans le mode de réalisation représenté, les moyens d’assemblage sont venus de matière avec la roue 23 de base, par exemple de l’âme 29. De cette façon, le montage de la pièce 22 de renfort sur la roue 23 de base est facilité.

Dans d’autres moyens de réalisation non représentés, les moyens d’assemblages sont rapportés, et sont par exemple des vis, rivets, des goujons, ou tout autre moyen de fixation additionnel.

Dans le mode de réalisation représenté, une tige 34 d’un moyen d’assemblage est munie d’un corps 36 cylindrique de révolution, et d’une partie 37 extrême élargie par rapport au corps. La partie 37 extrême élargie permet par exemple de former une tête. De la sorte, la pièce 22 de renfort est maintenue interposée, prise en étau entre une des surfaces de base 24, 25 et la partie 37 extrême. Une telle fixation offre une grande résistance aux efforts, et peut être facilement mise en œuvre par différents procédés, comme par exemple le bouterollage.

De manière avantageuse, et afin de permettre un bon maintien en position, la partie 37 extrême comprend une portion 38 de contact, destinée à entrer en contact avec la pièce 22 de renfort, et une portion 39 de travail, destinée à entrer en contact avec un outil de mise en place de la pièce 22 de renfort sur la roue 23 de base.

Dans le mode de réalisation représenté, la portion 38 de contact est plane, de sorte à pouvoir être en contact plan sur plan avec la pièce 22 de renfort.

Dans le mode de réalisation représenté, la portion 39 de travail est bombée, du fait de l’utilisation d’une bouterolle chaude pour déformation la tige 34, de façon à conférer au corps 36 une partie 37 extrême élargie. Le procédé d’assemblage de la pièce 22 de renfort par bouterollage est décrit plus loin dans la description.

Afin de faciliter la mise en position de la pièce 22 de renfort sur la roue 23 de base, et permettre d’éviter tout déplacement de la pièce 22 de renfort, les moyens de d’assemblage sont disposés circulairement et de manière équidistance autour de l’axe directeur XX’. La pièce 22 de renfort peut être mise en regard de la première surface 24 ou de la deuxième surface 25, et être disposée de manière centrée par rapport à la roue 23 de base.

La disposition selon un motif circulaire des moyens d’assemblage permet de limiter les risques de déformation, par exemple en torsion selon l’axe directeur XX’ de la pièce 22 de renfort. Une telle déformation peut se produire par exemple en raison de variations thermiques importantes.

L’on se réfère à présent à la figure 5 et 6 représentant la pièce 22 de renfort.

De manière avantageuse, la pièce 22 de renfort est circulaire et se présente sous la forme d’une plaque. De cette façon, l’encombrement de la pièce 22 de renfort est limité. La planéité liée à la forme de plaque permet une répartition homogène des efforts sur la pièce 22 de renfort.

Avantageusement, la pièce 22 de renfort comprend une pluralité de trous 35, permettant la mise en place au sein de tiges 34 solidaires de la roue 23 de base.

Avantageusement, la pièce 22 de renfort se présente sous la forme d’une couronne, de sorte à pouvoir épouser la première surface 24 de base ou la deuxième surface 25 de base. De cette façon, la pièce 22 de renfort peut être positionnée de sorte à recouvrir latéralement les dents 19, en particulier au niveau de la portion 28 de pied. De cette manière, la pièce 22 de renfort de la roue dentée 17 est positionné au plus près des dents 19, ce qui permet de supporter les efforts liés à l’action de la vis sans fin 15.

La pièce 22 de renfort est avantageusement réalisée dans un matériau thermoplastique, lequel offre des propriétés de résistance tant à l’échauffement qu’à la déformation intéressant.

Selon d’autres modes de réalisation, la pièce 22 de renfort est réalisée dans un alliage métallique.

La roue dentée 17 trouve une application particulièrement avantageuse pour une roue de réducteur à engrenage, et plus particulièrement une roue d’un dispositif 13 réducteur roue et vis sans fin équipant un système 1 de direction assistée.

L’on décrit ci-dessous un exemple de procédé de fabrication d’une roue dentée 17 sur une première surface 24 de base. Le fait que le procédé soit décrit pour une mise en place de la pièce 22 de renfort sur la première surface 24 de base n’empêche pas son applicabilité de manière identique pour une mise en place de la pièce 22 de renfort sur une deuxième surface 25 de base.

Une roue 23 de base est fabriquée de manière connue en soi par l’homme du métier, des corps 36 de tige 34 faisant saillie de la première surface 24.

La pièce 22 de renfort est approchée de la roue 23 de base, et est positionnée en regard de la première surface 24 de base. Les trous 35 sont mis en alignement avec les corps 36.

La pièce 22 de renfort est positionnée contre la première surface 24 de base, en enfilant chaque trou 35 dans chacun des corps 36.

La pièce 22 de renfort étant maintenue contre la première surface 24, une bouterolle chaude est mise en contact de la partie 37 extrême, ce qui permet de lui permet par fusion de former une portion 39 de travail bombée, et une portion 38 de contact plane.

Un procédé utilisant le principe du bouterollage permet une fixation rapide, simple. Un unique outil peut être en effet utilisé pour former chacune des portions 39 de travail simultanément, ce qui est plus difficile à réaliser dans le cas où le moyen d’assemblage est une vis.

Un tel procédé offre également un nombre réduit d’étape.

Une roue dentée 17 telle que décrite ci-dessus offre de nombreux avantages, en particulier :

une grande résistance mécanique à la fatigue, grâce à la pièce 22 de renfort, qui peut être disposée au plus près possible des dents 19,
une pièce 22 de renfort facile à fabriquer, et à solidariser sur une roue 23 de base,
une pièce 22 de renfort pouvant être dimensionnée en fonction des efforts exercée par la vis sans fin 15, sans qu’il soit nécessaire d’adapter à chaque fois les caractéristiques géométrique ou du matériau formant la roue 23 de base.

Claims

Roue dentée (17) d’un dispositif (13) réducteur à roue et vis sans fin d’un système (1) de direction assistée, la roue dentée (17) étant destinée à pivoter selon un axe directeur (XX’), la roue dentée (17) comprenant :
une denture (18) apte à coopérer avec une vis (15) sans fin,

une surface (24, 25) de base, s’étendant selon un plan sensiblement orthogonal à l’axe directeur (XX’),
la roue dentée (17)est caractérisée en ce qu’elle comprend une pièce (22) de renfort,
et un moyen d’assemblage, la pièce (22) de renfort étant rapportée sur la surface (24, 25) de base, et maintenue assemblée sur la surface (24, 25) de base à l’aide du moyen d’assemblage.
Roue dentée (17) selon la revendication précédente,caractérisée en ce quela roue dentée (17) présente une première surface (24) de base et une deuxième surface (25) de base, les surfaces (24, 25) de base étant disposées de part et d’autre de la denture (18), une pièce (22) de renfort étant solidarisée sur chacune des surfaces (24, 25) de base.
Roue dentée (17) selon la revendication 1 ou 2,caractérisée en ce quela denture (18) est munie de dents (19) présentant une portion (28) de pied, la pièce (22) de renfort lorsque disposée sur la surface (24, 25) de base recouvre la portion (28) de pied.
Roue dentée (17) selon la revendication 1 ou 2,caractérisée en ce quela pièce (22) de renfort comprend une plaque.
Roue dentée (17) selon l’une quelconque des revendications précédentes,caractérisée en ce qu’un moyen d’assemblage comprend une tige (34) faisant saillie d’une surface (24, 25) de base, la pièce (22) de renfort comprend un trou (35), la tige (34) étant en insertion dans le trou (35) lorsque la pièce (22) de renfort est solidaire d’une surface (24, 25) de base.
Roue dentée (17) selon la revendication précédente,caractérisée en ce qu’elle comprend plusieurs moyens d’assemblage, les moyens d’assemblage étant disposés circulairement autour de l’axe directeur (XX’) à équidistance les uns des autres.
Roue dentée (17) selon la revendication 5 ou 6,caractérisée en ce qu’un moyen d’assemblage comprend une partie (37) extrême munie d’une portion (39) de travail bombée et d’une portion (38) de contact, la pièce (22) de renfort étant interposée entre la portion (38) de contact, et la surface (24, 25) de base.
Dispositif réducteur (13) roue et vis sans fin d’un système (1) de direction assistée, muni d’une roue dentée (17) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Système (1) de direction assistée muni d’un dispositif réducteur (13) roue et vis sans fin selon la revendication précédente.
Véhicule automobile muni d’un système (1) de direction assistée selon la revendication précédente.
Procédé de fabrication d’une roue dentée selon la revendication 7, le procédéétant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
positionnement d’une pièce (22) de renfort en regard d’une surface (24, 25) de base, la pièce (22) de renfort comprenant des tiges (34),

insertion des tiges (34) au sein des trous (35),

mise en contact d’une bouterolle préalablement chauffée avec une partie (37) extrême des moyen d’assemblage.