Brevet FR2007721A1 — publié le 19700109

-1- 2007721 la présente invention concerne une commandé de direction du. type à vis et billes pour des véhicules automobiles, en particulier un dispositif de direction comprenant un écrou à billes et une crémaillère d'un côté et conçue pour se déplacer en direction axia-5 le à mesure qu'un arbre à vis sans fin relié à la colonne de direction tourne, et un secteur denté en prise avec la crémaillère. Dans un dispositif de direction manuel du type à vis et billes, il convient de fournir un faible rapport d'engrenage près du centre du secteur denté, c'est-à-dire près de la position où. 10 les roues avant sont dirigées directement en avant, afin d'assurer une bonne stabilité de la direction pendant la marche à grande vitesse, tout en fournissant un grand degré de démultiplication pour permettre une direction légère et douce quand on tourne fortement les roues avant pour garer le véhicule. En particulier, la comman-15 de de direction doit être conçue pour que le rapport de démultiplication soit faible quand l'angle de manoeuvre du secteur denté est nul ; le rapport de démultiplication augmente avec l'angle dans les deux sens, et sur toute la gamme des degrés d'angle prescrite, le rapport de démultiplication est élevé et fixe. Ceci est 20 bien connu dans la technique. ^ La présente invention se propose de fournir mie commande de direction à rapport variable comprenant un secteur denté qui a une résistance suffisante et une forme dé dent idéale pour venir en prise avec l1écrou à billes et qui présente un rapport d'en-25 grenage idéal pour satisfaire aux exigences de la direction et qui en outre n'exige pas de modification de la forme des dents. A cet effet, le secteur denté de la commande de direction est produit en utilisant une fraise du type à tailler les crémaillères dont les lames ont une transposition latérale de valeur 30 égale et qui sont disposées symétriquement en deux endroits sur les côtés droit et gauche de la position centrale du secteur dans la position de marche en avant directe du véhicule. L'écrou à billes est muni d'une crémaillère dont les dents ont sensiblement la même forme que la fraise à tailler les crémaillères sus-35 mentionnée et en prise avec le secteur denté. D'autres caractéristiques de l'invention seront décrites en détail en regard des dessins annexés, dans lesquels : -2- 2007721 La figure 1 est une vue schématique montrant la variation des rapports d'engrenage d'une commande de direction manuelle, l'angle de fonctionnement du secteur denté étant porté sur l'axe des abscisses et le rapport d'engrenage sur l'axe des ordonnées ; 5 la figure 2 est une vue de côté montrant l'opération de taille du secteur denté ; la figure 3 est'une vue en plan montrant cette direction ; la figure 4 est une vue en plan montrant la dent centrale du secteur denté formé par une fraise classique à tailler les 10 crémaillères et une partie de la fraise de coupe ; La figure 5 est une vue en plan montrant une dent entre la dent centrale et la dent la plus extérieure, ainsi qu'une partie de la fraise de coupe ; et Les figures 6 à 13 sont des exemples de la présente invention 15 la figure 6 étant une coupe transversale de la commande de direction, la figure 7 une vue en plan partielle montrant un écrou à billes et le secteur denté en prise, les figures 8 et 9 montrent la forme des lames de la fraise à tailler les crémaillères, les figures 11 à 13 montrent la forme des lames d'une fraise à tailler 20 les crémaillères dans le cas où le nombre de dents du secteur denté diffère de celui montré dans l'exemple de la figure 6. la figure 1 représente schématiquement la variation des rapports d'engrenage d'une commande de direction manuelle, l'angle de fonctionnement du secteur denté étant porté sur l'axe des ♦ 25 abscisses et le rapport d'engrenage sur l'axe des ordonnées. La commande de direction doit être conçue de sorte que, comme représenté sur la figure 1, le rapport est faible quand l'angle Q de fonctionnement du secteur denté est nul ; le rapport & augmente avec l'angle © dans l'un ou l'autre sens et sur toute la gamme 30 prescrite des angles, le rapport est élevé et déterminé. On supposera maintenant que L est le pas de la vis sans fin, D le diamètre du cercle primitif du secteur denté et % la constante circulaire ; le rapport G- d'engrenage de la commande du type *fz D à vis et billes est donné par G- = —. La vis est constamment 35 en prise avec l'écrou à billes par l'intermédiaire des billes insérées dans des rainures de l'écrou ; il est'par suite impossible de changer le pas L en changeant la position de l'écrou, de 14143 ■> 2007721 de sorte qu'il est nécessaire de maintenir toujours le pas 1 à une valeur constante. Il est évident qu'il n'y a pas d'autre moyen que de changer le diamètre D du cercle primitif pour changer le rapport G-. Pour produire le secteur denté à dents en 5 développante à l'aide d'une fraise à tailler les crémaillères l'arbre 1 du secteur est monté à une inclinaison d'un angle a par rapport à la perpendiculaire (figure 2) du fait que le secteur denté est un pignon conique qui permet le réglage du jeu ; la fraise classique R à tailler les crémaillères, où l'épaisseur de. 10 chaque dent de la crémaillère sur la ligne, primitive AA* est égale à la moitié du pas t comme représenté sur. la figure 3» est déplacée dans la direction de la flèche~C sur une distance E sur la ligne primitive BB' de coupe du pignon afin de tourner le secteur denté .2 dans la direction de la flèche E d'une distance F sur la ligne 15 primitive standard ; et dans cette position, la fraise R classique de taille des crémaillères est soulevée et abaissée une fois pour rendre la distance E égale à la distance F et cette opération est répétée de façon à produire le secteur denté classique ayant le même rapport. Quand on taille un secteur denté en changeant le 20 rapport, le trajet P du secteur doit être inférieur au trajet E de la fraise, de chaque côté de la position zéro de l'angle © de fonctionnement du_ secteur. En augmentant la valeur de ce trajet K proportionnellement on peut faire varier le rapport,comme indiqué par lignes MN et MPT' de la figure 1. Sur les lignes HP et ÏT'P' les 25 trajets,.c'est-à-dire les distances de transfert I" et K', devraient être supérieurs aux trajets F et E, respectivement, mais égaux à la distance de transfert de la fraise aux points I et N', et F' est rendu égal à E' de façon à obtenir le même rapport d'engrenage. . 30 Dans le cas. du secteur denté classique de même rapport d'en grenage, si (figure 3) l'angle de fonctionnement du secteur 2 qui donne le trajet F sur le cercle primitif standard est de ©°, alors > n D F = 55ô e° ? = E j-.-par suite, la distance E peut s'écrire : jD \ &-= "jgO ©°, à"condition que D-= D'. Si l'on augmente le trajet E 35 davantage que le trajet F, qui est maintenant fixe, c'est-à-dire en maintenant ©° inchangé pour produire le secteur denté 2 ayant un rapport d'engrenage variable, D' devient supérieur à D ; et en 69 14143 -4- 2007721 r r 1t D conséquence, il résulte de la formule G = -j— que le rapport G varie grandement.Comme indiqué ci-dessus,' le rapport du secteur 2 peut être modifié en changeant l'angle 0 à l'aide de la fraise classique R à tailler les crémaillères. Dans ce cas, toutefois, 5 attendu que le trajet K de la fraise R est supérieur au trajet F du secteur denté 2, la fraise R tend à précéder le secteur et en conséquence, la lame de coupe tend à tailler excessivement mais la lame de coupe située sur le côté opposé tend à tailler insuffisamment, en laissant de la matière à découper ainsi,la dent 10 centrale 21 du secteur est effilée à la crête et épaissie à la racine comme on le voit sur la figure 4, .et en même temps il se produit un phénomène similaire de "contre-dépouille" . De même, les dents extérieures 22 et 22' adjacentes à la dent centrale 21 sont trop taillées à la surface du fait que la fraise.classique 15 à tailler les crémaillères précède largement, la figure 5 montre le côté droit extérieur de la dent 22. Le côté gauche extérieur 22' de la dent est taillé à la surface latérale opposée symétriquement. Un secteur denté ayant des dents ainsi défectueuses présente non seulement moins de résistance mais assure en outre une 20 mise en prise défectueuse à un point tel qu'il n'est plus utilisable comme élément important de la sécurité sur le véhicule. Le maintien de la résistance prescritffen dépit de la forme médiocre des dents, pose un problème tel qu'il devient nécessaire d'employer de plus grandes dents, ou bien il est difficile de satisfaire 25 pleinement à toutes les conditions de comportement du secteur en raison de la gamme limitée du rapport d'engrenage utilisable, notamment la différence du rapport entre le point M et les points N et 1P de la figure 1. La figure 6 montre un exemple conforme à l'invention. Sur 30 un côté de l'écrou à billes 3, la crémaillère 4 engrène à l'aide des billes avec la vis sans fin qui est reliée à la colonne de direction et coulisse dans le sens axial lorsque la vis ,5 tourne ; et la vis sans fin 5 est fixée de façon à tourner librement au carter d'engrenage 6 par l'intermédiaire des paliers 7 et 8. La 35 crémaillère 4 est en prise avec le 'secteur denté 2 installé sur l'arbre 1 du secteur ; par suite, lorsque la-colonne de direction tourne, l'arbre 1 est mis en rotation pour faire tourner les roues 14143 -5- 2007721 avant dans l'un ou l'autre sens pour modifier la direction du véhicule. la figure 7 est une vue partielle' à plus grande échelle de la crémaillère 4 et du secteur denté 2 sur l'arbre de secteur, engrenant dans la position centrale. La crémaillère 4 a quatre 5 dents, tandis que le secteur 2 a cinq dents. Ce secteur denté 2 est taillé de la même manière par la fraise S du type à tailler les crémaillères, représentée sur la figure 8, que la fraise classique R sus-mentionnée. Les quatre dents de la fraise S ont la même hauteur H et le même angle de pression p. Cependant, il est 10 fourni la même quantité de transposition latérale , TJg, U^, aux deux lames, par exemple et S£, S^ .et S^, et Sg et et S0, qui sont situées symétriquement des deux côtés par rapport à O . la position centrale du secteur denté 2 lorsque les roues avant sont dirigées directement en avant, c'est-à-dire sur les côtés 15 droit et gauche de la ligne droite XX' obtenue à partir de la ligne droite OJ tracée entre le centre 0 du secteur et le centre J de la dent centrale du secteur. La forme de dent, indiquée en pointillés est celle de la fraise classique R avant le déplacement du profil. Sur la figure 8, et T^U^O. Ces quatre lames 20 S^, S^, S^ et Sg ne sont pas décalées en profil. Toutefois, les figures 9 et 10 montrent la fraise S dont les lames sont décalées en profil dans le sens inverse à ïïg et U^, respectivement. L'angle de pression de la fraise S est également plus grand que celui de la fraise R. Les .positions décalées sus-mentionnées de , Ug, 25 et sont déterminées convenablement selon le rapport d'engrenage variable et diverses autres conditions de l'engrenage. La crémaillère 4 est en prise avec le secteur 2 ainsi produit par la fraise S comme décrit ci-dessus, et ses dents ont sensiblement le même profil que ceux de la fraise S mais sont moins épaisses dans la 30 gamme telle qu'un jeu approprié peut être maintenu en prise avec le secteur denté 2. . , La figure 11 montre une autre forme du secteur denté 2 à quatre dents, indiquant que les trois de la fraise S ont la même hauteur et le même angle de pression que ceux montrés aux figures 35 8, 12 et 13"; les deux lames qui sont situées symétriquement sur les côtés droit et gauche sont désignées par S^ et S^, S^ et S^ et Sç- et Sg ; et l'importance de la transposition latérale fournie par les" lames S^ et Sg est nulle. 14143 -6- 2007721 La figure 12 montre un autre exemple du secteur denté 2 à trois dents, indiquant que la fraise S comprend deux dents parfai- une tes et deux dents imparfaites avec/seule lame à l'extérieur des dents parfaites ; S1 et S2, S^ et S^ et S^ et Sg sont des lames 5 situées symétriquement sur les côtés droit et gauche ; et l'importance de la transposition latérale U2 fournie par les lames S^ et S. est nulle. 4 La figure 13 représente une autre forme de secteur denté 2 à six dents ; la fraise S utilisée pour tailler le secteur à cinq 10 dents. Les lames situées symétriquement sur les côtés droit et gauche sont S^ et S2, S^ et S^, Sp. et Sg,. S^ et Sg et Sg et S^q. Cet exemple montre que la fraise S a des dents ayant un angle de pression différent, ceci dans le but de réduire la "taille en dessous" en augmentant l'angle de pression, conformément aux exi-15 gences de 11 engrenage. Dans les exemples décrits ci-dessus, la crémaillère 4 a des dents qui sont presque de la même forme que les dents de la fraise S mais qui sont rendues plus petites dans l'intervalle du jeu approprié au maintien en prise avec le secteur 2. 20 Comme sus-mentionné, le secteur denté de la présente comman de de direction est produit par la fraise à tailler les crémaillères dont les lames ont le même degré de transposition latérale et qui sont situées symétriquement en deux endroits tant du côté droit que du côté gauche, en supprimant ainsi le défaut selon lequel 25 la dent centrale du secteur est effilée à la crête et épaisse à la racine, et en outre le défaut selon lequel la surface extérieure de chaque dent extérieure adjacente à la dent centrale est rayée» Un autre avantage consiste en ce que la commande à rapport variable ainsi produite est munie d'un secteur denté ayant des dents 30 robustes et d'une forme idéale pour s'associer à un écrou à billes. Un autre avantage est que le secteur denté, en prise avec la crémaillère ayant presque la même forme de dent que la fraise du type à tailler les crémaillères pour permettre une conduite douce, est fiable et convient à être utilisé comme élément important de 35 sécurité. Un autre avantage est la possibilité de produire un rapport d'engrenage idéal qui satisfait aux conditions exigées en réglant l'importance de la transposition latérale de chaque lame de la 69 14143 -7- 2007721 fraise. Un autre avantageait qu'il est inutile d'adopter un secteur denté de dimension importante pour lui conférer la force nécessaire. 5 II va de soi que la présente invention a été décrite ci- dessus à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra lui apporter toutës modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre. 69 14143 2007721 —8— REVENDICATION Dans une commande de direction du type à vis et billes à commande manuelle pour un véhicule, comprenant un écrou à billes sur un côté duquel est prévue une crémaillère qui se déplace dans 5 la direction axiale d'une vis sans fin à mesure que la vis sans fin reliée à une colonne de direction tourne et un secteur denté en prise avec la crémaillère, le perfectionnement consistant en ce que le secteur denté est formé en utilisant une fraise du type à tailler les crémaillères dont les dents sont situées symétrique-10 ment en deux endroits, à droite et à gauche, respectivement, de la position centrale du secteur lorsque le véhicule est en position de marche en avant directe et qui présentent des jeux ou décalages latéraux égaux f et la crémaillère de l'écrou a à peu près la même forme de dents que celle de la fraise et est en prise 15 avec le secteur denté.