Brevet FR2459748A1 — publié le 19810116

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Jean, Gérard PERINEAU, est relative à des perfectionne- ments apportés aux directions assistées, pour véhicules automobiles, à arbre de commande rotatif, propre à entraîner un pignon coopérant avec une crémaillère, du genre de celles qui comportent - un distributeur de fluide sous pression pour la commande d'un moteur d'assistance du déplacement de la crémaillère, lequel distributeur comprend un tiroir coulissant, coaxial au pignon, et situé du côté opposé à l'arbre; - une tige de liaison, traversant axialement le pignon, et reliant, notamment par une articulation, une extrémité du tiroir à une pièce liée en rotation audit arbre, mais libre en coulissement par rapport à cet arbre, ladite pièce étant propre à coopérer, lors de sa rotation, avec une surface d'appui immobile suivant la direction de l'axe du pignon et inclinée par rapport à cet axe, de telle sorte que la susdite pièce, et donc la tige et le tiroir, se déplacent axialement en réponse à un mouvement de rota- tion de l'arbre. L'invention concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, les directions assistées pour véhicules automobiles disposant d'une source de fluide hydraulique à haute pression. Les directions assistées, du genre en question, présentent de nombreux avantages, tels que simplicité, encombrement réduit (notamment en raison du faible diamètre du tiroir), et une bonne fiabilité. L'invention a pour but, surtout, tout en conser- vant aux directions assistées du genre en question leurs avantages habituels, de rendre ces directions telles qu'elles répondent mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment telles qu'elles permettent d'assurer, de manière simple et efficace, des déplacements axiaux du tiroir dont l'amplitude dépend du couple de manoeuvre à exercer pour faire tourner le susdit arbre. Selon l'invention, une direction assistée à arbre de commande rotatif propre à entraîner un pignon coopé- rant avec une crémaillère, du genre défini précédemment, est caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens élastiques à double effet, pour le rappel du tiroir en position neutre, agencés sous la forme d'un ressort dispo- sé entre l'un des éléments constitués par la tige ou la pièce, et une butée fixe suivant la direction de l'axe du pignon, l'ensemble étant tel que le tiroir et l'articula- tion ne sont pas soumis à l'effort du ressort. Avantageusement, le ressort à double effet est monté entre deux coupelles coulissant librement par rapport au susdit élément (tige ou pièce) et disposées axialement entre deux zones de butée, fixes suivant la direction de l' axe du pignon, et situées radialement vers l'exté- rieur, et deux zones d'appui, liées axialement audit élément, et situées radialément vers l'intérieur; le ressort est hélicoïdal et entoure le susdit élément. Selon une première possibilité, la susdite pièce, liée en rotation à l'arbre, est formée directement par le corps du pignon qui est monté de manière a pouvoir coulisser axialement; le pignon comporte des dents in- clinées par rapport à l'axe, ces dents coopérant avec la surface inclinée complémentaire des dents de la crémail- lère, laquelle surface inclinée constitue la susdite surface d'appui immobile suivant la direction de l'axe du pignon. Le ressort de rappel hélicoïdal entoure, alors, le corps de pignon. Selon une autre possibilité, la susdite pièce, reliée par la tige à l'extrémité du tiroir, est formée par un axe transversal propre à coopérer, notamment par l'intermédiaire de galets, avec une fourche d'entraîne- ment solidaire de l'arbre de commande, cet axe se pro- longeant radialement au-delà de l'arbre de commande pour coopérer, notamment par l'intermédiaire d'un galet, avec la susdite surface d'appui formée par les bords inclinés, par rapport à l'axe du pignon, d'une lumière prévue dans un organe immobile suivant la direction axiale du pignon; le pignon est bloqué axialement et la susdite surface d'appui est avantageusement formée par les bords inclinés d'une lumière prévue dans une partie tubulaire du corps de pignon. - L'invention consiste, mises à part les disposi- tions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos de deux modes de réalisation correspondant aux deux possi- bilités évoquées ci-dessus, avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ces dessins, montre en coupe suivant l'axe du pignon, avec parties arrachées, une direc- tion assistée conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel le pignon peut se déplacer axialement. La figure 2 est une vue en plan du pignon et *d'une partie de la crémaillère de la fig. 1. La figure 3 montre, semblablement à la figure 1, un second mode de réalisation de direction assistée, le pignon étant bloqué axialement. La figure 4, enfin, est une coupe suivant IV-IV fig. 3. En se reportant aux dessins, plus particulièrement à la figure 1, on peut voir une direction assistée compor- tant un arbre de commande rotatif 1 propre à entraîner un pignon 2 coopérant avec une crémaillère 3. Cette direction comporte un distributeur 4 de liquide sous pression fourni par une source P. Ce distri- buteur 4 sert à commander un moteur d'assistance, formé par un vérin 5, des déplacements de la crémaillère 3. Le mode de distribution représenté sur le dessin est du type à centre fermé; ce mode de distribution pourrait aussi bien être du type à centre ouvert (qui ne nécessite pas d'accumulateur hydraulique). Le distributeur 4 comprend un tiroir coulissant 6 coaxial au pignon 2, et situé, par rapport à ce dernier, du côté opposé à l'arbre 1. Sur les dessins, seule une extrémité de l'arbre 1 a été,représentée; il est clair que cet arbre 1 est généralement relié, de manière classique, par un joint de transmission à l'arbre directement commandé par le volant du véhicule. Une tige de liaison 7 traverse axialement le pignon 2 et relie, par une articulation à rotule 7a, l'ex- trémité 6a du tiroir, voisine du pignon 2, à une pièce A liée en rotation à l'arbre 1, mais libre en coulissement par rapport à cet arbre. Selon la solution de la figure 1, la pièce A'est formée par le corps du pignon 2 lui-mnme qui comporte - un prolongement 8, formant manchon cylindrique, solidaire du pignon proprement dit. Ce prolongement 8 s'étend en direction de l'arbre 1 et est relié, en rotation, à la tige 7, par tout moyen approprié, notamment par vissage d'une partie filetée de la tige dans une partie taraudée de l'alésage du manchon; un bouchon fileté 8a assure le blocage de la tige 7, après réglage de sa position axiale. Le pignon 2 et son prolongement 8 sont montés libres en coulissement par rapport à l'arbre 1, dans des paliers lisses 9 et 10 bloqués dans un boitier fixe 11 abritant le pignon et la crémaillère. La liaison en rotation de l'arbre 1 et du pro- longement 8 est assurée par un joint de transmission 12 assurant l'entraînement en rotation du manchon 8 et du pignon 2 par l'arbre 1, tout en laissant une liberté de coulissement axial auxdits manchon 8 et pignon 2. Le pignon 2 est propre à coopérer, lors de sa rotation, avec une surface d'appui B immobile suivant la direction de l'axe D du pignon. Cette surface B est formée par la surface inclinée suivant l'axe D des dents 13 de la crémaillère qui coopèrent avec les dents 14 du pignon, également inclinées par rapport à l'axe D.La crémaillère 3 est, en effet, maintenue par le bottier 11 de manière à ne pouvoir coulisser que dans une direction perpendiculaire à l'axe D. Il en résulte que la coopération des dents inclinées du pignon et de la crémaillère provoquent, sur le pignon, une réaction orientée parallèlement à l'axe D, réaction qui entraîne un déplacement axial du pignon 2, de la tige 7 et du tiroir 6, en réponse à un mouvement de rotation de l'arbre 1. Comme visible sur le dessin, l'ensemble tiroir 6 et tige 7 est mobile axialement de part et d'autre d'une position neutre (représentée sur la fig. 1) dans laquelle aucune assistance n'est provoquée, les deux chambres du vérin 5 étant reliées, par le distributeur 4, au réservoir R. La direction comporte des moyens élastiques E à double effet pour le rappel du tiroir 6 en position neutre; ces moyens élastiques E sont agencés sous la forme d'un *ressort 15 disposé entre l'un des éléments constitués par la pièce A (fig.1) ou la tige 7 (fig. 3) et une butée S fixe suivant la direction de l'axe D du pignon l'ensemble est tel que le tiroir 6 et l'articulation 7a ne sont pas soumis à l'effort du ressort 15. Selon le mode de réalisation de la figure 1, ce ressort 15 est monté entre deux coupelles 16, 17, coulissant par rapport au manchon 8. Ces coupelles sont disposées axialement entre deux zones de butées cl, c2, fixes suivant la direction de l'axe D et solidaires du boîtier 11. Ces zones cl, c2, sont formées par des faces transversales prévues respectivement à une extrémité du palier 9 et à l'extré- mité en regard de labutée S formée par une bague bloquée à l'intérieur du boltier. Le palier 9 est prolongé par une douille filetée extérieurement vissée dans le boitier 11. Les zones de butée cl, c2 sont situées radialement vers l'extérieur. Les coupelles 16 et 17 sont disposées également entre deux zones d'appui fl, f2, situées radialement vers l'intérieur par rapport à cl et c2 et liées, au moins suivant la direction D, au manchon 8 et au pignon 2. Ces zones d'appui f1, f2 sont avantageusement formées par les faces d'extrémités en regard de bagues 18, 19, liées, au moins axialement suivant la direction D, au manchon 8. Le ressort 15 est formé par un ressort hélicoldal qui entoure le susdit élément formé par le manchon 8 dans le cas de la figure 1. Le tiroir 6, comme visible d'après la figure 1, a un diamètre extérieur relativement réduit, nettement inférieur à celui du manchon 8 et à celui du pignon 2. Le fonctionnement de la direction assistée repré- sentée sur la figure 1 est le suivant. Lorsqu'un couple de manoeuvre suffisant est appli- qué sur l'arbre 1, la coopération des dents inclinées du pignon 2 avec celles de la crémaillère 3 engendre une force axiale s'exerçant sur le pignon 2. Cette force tend à déplacer ce pignon 2 et, avec lui, la tige 7 et le tiroir 6, suivant l'axe D, à l'encontre du ressort 15. Si cette force est suffisante pour vaincre le ressort 15, l'ensemble du pignon 2, de la tige 7 et du tiroir 6 se déplace en comprimant le ressort 15. Par exemple, si cette force est orientée de la droite vers la gauche de la figure 1, la coupelle 16 reste en butée contre la surface cl, tandis que la coupelle 17 est entraînée par la bague 19 de manière à comprimer le ressort, et perd le contact avec la surface c2. Le dépla- cement du tiroir 6 engendre l'assistance hydraulique souhaitée en dirigeant le liquide sous pression, provenant 4' de la source de pression P. vers la chambre correspondante du vérin 5. Dans le cas d'un déplacement en sens contraire, la la coupelle 16 perd le contact avec la surface cl, tandis que la coupelle 17 reste en appui contre la surface c2. On voit que la partie filetée du prolongement du palier 9 permet de régler la position axiale de la surface cl de manière qu'il y ait contact simultané de la coupelle 16 avec les surfaces fl et cl, alors que la coupelle 17 est en contact simultané avec les surfaces c2 et f2 quand le tiroir est en position neutre, grâce- au réglage axial de la tige 7 par vissage de sa partie fi- letée dans le manchon 8. En se reportant aux figures 3 et 4, on peut voir une représentation d'un second mode de réalisation de l'invention. Les parties constitutives de cette direction identique ou jouant des rôles analogues à des parties déjà décrites avec référence aux figures 1 et 2, sont désignées par les mêmes références sans que leur descrip- tion soit reprise en détail.- La pièce A, reliée par-la tige 7 à l'extrémité 6a du tiroir 6, est formée par un axe transversal 20 situé à l'extrémité de la tige 7 voisine de l'arbre 1. Cet axe 20 est solidaire de la tige 7 qu'il traverse suivant un diamètre. L'axe 20 porte deux galets 21, 22 (fig. 4), diamétralement opposés par rapport à la tige 7, propres à coopérer avec une fourche d'entraînement 23 solidaire de l'arbre de commande 1 et prévue à l'extrémité de ce dernier. Comme visible sur la figure 4, l'axe 20 se prolonge radialement, d'un côté, au-delà de l'arbre 1 pour coopérer par l'intermédiaire d'un autre galet 24 avec la susdite surface d'appui B. Cette surface d'appui B est formée par les faces inclinées 25, par rapport à l'axe D, des bords d'une lumière 26 prévue dans un organe G immobile suivant la direction axiale D. Dans cette seconde réalisation, le pignon 2 est bloqué axialement, par rapport au boltier 11, sur les paliers 9 et 10. Le corps du pignon 2 se prolonge, vers l'arbre 1, par une partie tubulaire 27, de diamètre plus important, propre à recevoir, dans son volume intérieur, l'extérieur de l'arbre 1 munie de la fourche 23. L'organe G est avantageusement formé par cette partie tubulaire 27 immobile suivant la direction D. Le ressort hélicoïdal 15 est monté directement autour de la tige 7, à l'intérieur de la partie tubu- laire 27. On retrouve les coupelles 16 et 17 servant d'ap- pui aux deux extrémités du ressort. La coupelle 16 est arrêtée, axialement, par une rondelle 28 en appui unilatéral contre une bague fendue élastique 29 ancrée dans une gorge de la paroi intérieure de la partie tubulaire 27. La face de la rondelle 28, propre à venir en appui contre la coupelle 16, forme la surface cl dont il a été question avec référence à la figure 1. - La coupelle 16 est propre à venir également en appui notamment en position neutre du distributeur 6, contre un épaulement 30 de la tige 7. La face de cet épaulement venant en appui contre la coupelle forme la surface fl dont il a été question précédemment. La coupelle 17 est propre à venir en appui contre un épaulement 31 de la surface limitant le volume intérieur de la partie tubulaire 27; la face de cet épaulement 31 venant en appui contre la coupelle forme la surface c2. La coupelle 17 est propre à venir également en appui contre une bague 32, entourant la tige 7, et arrêtée axialement, par rapport à celle-ci, par un jonc élastique 33 ancré dans une gorge de la tige. La face de la bague 32 venant en appui contre la coupelle 17 forme la surface f2:' Les déplacements angulaires relatifs entre l'arbre 1 et la partie tubulaire 27 sont limités par une goupille 34 traversant diamétralement l'arbre 1 et soli- daire en rotation de cet arbre- La goupille 34 est propre à coopérer avec des encoches 35, 36, diamétralement oppo- sées, prévues à l'extrémité de la partie tubulaire 27. Les extrémités de la goupille 34, qui font saillie radialement sur l'arbre 1, sont engagées respectivement dans ces encoches 35, 36, ouvertes, suivant la direction axiale, du côté opposé au pignon 2. La lar- geur périphérique de ces encoches 35, 36 est supérieure au diamètre de la goupille 34, de telle sorte que cette gou- pille ne vient en butée avec les bords longitudinaux d'une des encoches qu'après un mouvement angulaire relatif d'amplitude déterminée de l'arbre 1 par rapport à la partie tubulaire 27 et donc après un déplacement longitu- dinal déterminé de la tige 7 et du tiroir 6. Le fonctionnement de la direction assistée re- présenté sur les figures 3 et 4 est analogue à celui décrit avec référence à la figure 1. Lorsqu'un couple de manoeuvre suffisant est appliqué sur l'arbre 1, la coopération de l'axe 20 et du galet 24 avec les bords inclinés de la lumière 26 provoque un coulissement axial de la tige 7 et du tiroir 6 en comprimant le ressort 15. Selon le sens du couple de manoeuvre et par suite du déplacement de la tige 7, l'une des coupelles 16 ou 17 se déplace avec cette tige, comme expliqué précédemment. Le déplacement du tiroir 6, lié à la tige 7, assure la distribution engendrant l'assistance hydrau- lique souhaitée. Quel que soit le mode de réalisation, l'invention fournit une direction assistée ayant un faible encombre- ment radial, d'une fabrication facile et d'une bonne fia- bilité, grâce notamment au tiroir cylindrique 6 de dimension réduite. On est assuré d'un fonctionnement fidèle grâce à l'absence de contrainte sur le tiroir 6 et sur sa liaison articulée avec la tige 7 puisque l'effort de rappel exercé par le ressort 15 n'est pas transmis à ces pièces délicates, au niveau desquelles s'établit soit une étanchéité, soit un glissement. En outre, grâce à l'effort de rappel exercé par le ressort 15, on obtient une direction assistée dans laquelle le déplacement axial du tiroir 6 dépend du couple de manoeuvre exercé sur l'arbre 1. Une précontrainte du ressort 15 en position neutre procuré un seuil du couple c;e manoeuvre endeça duquel le tiroir et la tige (et éventuellement le pignon) ne coulissent pas, assurant l'absence d'assistance et l'entraînement mécanique positif entre volant et crémaillère dans les conditions de roulage les plus courantes du véhicule. il REVENDICATIONS 1. Direction assistée à arbre de commande rota- tif propre à entraîner un pignon coopérant avec une cré- maillère comportant: - un distributeur de fluide sous pression pour la commande d'un moteur d'assistance du déplacement de la crémaillère, lequel distributeur comprend un tiroir coulissant, coaxial au pignon, et situé du côté opposé à l'arbre; - une tige de liaison, traversant axialement le pignon, et reliant, notamment par une articulation, une extrémité du tiroir à une pièce liée en rotation audit arbre, mais libre en coulissement par rapport à cet arbre, ladite pièce étant propre à coopérer, lors de sa rotation, avec une surface d'appui immobile suivant la direction de l'axe du pignon et inclinée par rapport à cet axe, de telle sorte que la susdite pièce, et donc la tige et le tiroir, se déplacent axialement en réponse à un mouvement de rotation de l'arbre, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens élas- tiques à double effet, pour le rappel du tiroir en posi- tion neutre, agencés sous la forme d'un ressort disposé entre l'un des éléments constitués par la tige ou la pièce, et une butée fixe suivant la direction dé l'axe du pignon, l'ensemble étant tel que le tiroir et l'articulation ne sont pas soumis à l'effort du ressort. 2. Direction assistée, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le ressort à double effet est monté entre deux coupelles coulissant librement par rapport au susdit élément (tige ou pièce) et disposées axialement entre deux zones de butée, fixes suivant la direction de l'axe du pignon, et situées radialement vers l'extérieur, et deux zones d'appui, liées axialement audit élément, et situées radialement vers l'intérieur. 3. Direction assistée, selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le ressort est hélicoïdal et entoure le susdit élément. 4. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la susdite pièce, liée en rotation à l'arbre, est formée directement par le corps du pignon qui est monté de manière à pouvoir coulisser axialement, le pignon com- portant des dents inclinées par rapport à l'axe, ces dents coopérant avec la surface inclinée complémentaire des dents de la crémaillère, laquelle surface inclinée consti- tue la susdite surface d'appui immobile suivant la direc- tion de l'axe du pignon. 5. Direction assistée selon la revendication 4 caractérisée par le fait que le ressort de rappel hélicoïdal entoure le corps de pignon. 6.Direction assistée selon l'ensemble de la revendication 2 et de la revendication 4 ou 5, caractérisée par le fait que les zones de butée, pour les susdites coupelles sont formées par des faces transversales prévues respectivement à une extrémité d'un palier et à l'extrémité en regard d'une butée formée par une bague blo- quée à l'intérieur d'un boltier abritant le pignon et la crémaillère, le palier étant prolongé par une douille filetée extérieurement vissée dans le boitier, tandis que les susdites zones d'appui sont formées par les faces d'extrémitésen regard de bagues liées, au moins axia- lement,au manchon, la partie filetée du palier permettant de régler la position axiale de la surface de butée associée. 7. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la sus- dite pièce, reliée par la tige à l'extrémité du tiroir, est formée par un axe transversal propre à coopérer, notamment par l'intermédiaire de galets, avec une fourche d'entrai- nement solidaire de l'arbre de commande, cet axe se prolon- geant radialement au-delà de l'arbre de commande pour coopérer, notamment par l'intermédiaire d'un galet, avec la susdite surface d'appui formée par les bords inclinés, par rapport à l'axe du pignon, d'une lumière prévue dans un organe immobile suivant la direction axiale du pignon, le pignon étant bloqué axialement et la susdite surface d'appui étant notamment formée par les bords inclinés d'une lumière prévue dans une partie tubulaire du corps de pignon. 8. Direction assistée selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le ressort entoure la tige. 9. Direction assistée selon l'ensemble de la revendication 2 et de la revendication 7 ou 8, caractérisée par le fait que les zones de butée, pour les susdites coupelles, sont formées par une rondelle en appui contre une bague élastique ancrée dans une gorge de la paroi inté- rieure de la partie tubulaire du corps de pignon et par un épaulement de cette partie tubulaire, tandis que les sus- dites zones d'appui sont formées par un épaulement de la tige et par une bague arrêtée axialement sur la tige.