Brevet FR2528787A1 — publié le 19831223

Engrenage de direction assistée ". L'invention concerne un engrenage de direction assistée et plus particulièrement un engrenage muni d'une partie dentée couplée par une tige à un arbre d'entrée axial et monté en rotation de manière à entraîner un élé- ment de sortie lorsque l'arbre d'entrée tourne sur son axe Dans un tel engrenage, la partie dentée se présente généralement sous la forme d'un pignon ou d'une vis sans fin dont la rotation, sous l'effet de l'arbre d'entrée dont la rotation est transmise par la tige, entraîne un élément de crémaillère denté ou un élément de secteur denté constituant l'élément de sortie ou se couplant à celui-ci Classiquement, un moteur de servomécanisme ou servo-moteur est associé à l'élément de sortie pour assis- ter le déplacement de celui-ci, et le débit de fluide sous pression alimentant le servo-moteur est commandé par une soupape réagissant entre la partie dentée et l'arbre d'entrée, cette soupape répondant à la rotation de l'ar- Z O bre d'entrée. Typiquement la soupape et la partie dentée d'un engrenage de direction assistée sont montées en fonction- nement dans un carter sur l'un des côtés duquel part l'arbre d'entrée pour se relier généralement à une colonne de direction Dans une telle disposition typique, on a proposé jusqu'à maintenant de monter la partie dentée en rotation dans le carter au moyen d'un roulement ou autre type de support de rotation L'invention a pour but de créer un dispositif perfectionné de support de rotation de la partie dentée, ce dispositif étant de construction relativement simple et pratique à monter (en particulier avec la partie formant le pignon). A cet effet, l'invention concerne un engrenage de direction assistée, caractérisé en ce qu'il comprend une partie dentée montée en rotation sur un axe pour entrai- ner un élément de sortie; un arbre d'entrée monté en rotation coaxialement avec cette partie dentée; des organes d'appui permettant de monter la partie dentée en rotation dans un carter; une tige axiale reliant coaxia- lement l'arbre d'entrée à la partie dentée; une soupape réagissant entre la partie dentée et l'arbre d'entrée, cette soupape répondant à la rotation de l'arbre d'entrée pour contrôler le débit de fluide sous pression envoyé à un moteur d'asservissement associé à l'élément de sortie, de manière à assister en puissance le déplacement de cet élément, la partie dentée étant tubulaire et traversée par la tige, et cette tige s'étendant au-delà de la par- tie dentée pour former un tourillon supportant en rota- tion cette partie dentée. L'invention envisage donc la possibilité qu'une extrémité de la tige reliant la partie dentée à l'arbre d'entrée, se présente sous la forme d'un arbre pouvant se monter en rotation dans un palier à roulement ou lisse du carter, par exemple, de manière à monter en rotation la partie formant pignon Cette disposition simplifie donc la nécessité d'usiner ou de mettre en forme de toute autre manière une surface d'appui ou un chemin de roule- ment intérieur sur la partie formant pignon, et permet d'usiner avec précision l'extrémité de tourillon de la tige pour former la surface d'appui avant l'assemblage de cette tige avec la partie formant pignon. De plus, lorsque la tige est introduite dans la partie tubulaire dentée et se couple activement à la fois à cette partie et à l'arbre d'entrée, cette tige sert à maintenir convenablement la partie dentée et l'arbre d'en- trée dans une position axiale relative prédéterminée l'un par rapport à l'autre (en empêchant en particulier ces éléments de se séparer axialement) La mise en place axiale de la partie dentée par rapport à la tige peut se déter- miner de façon convenable en prévoyant sur l'extrémité de la tige faisant saillie -sur la partie dentée, un épaule- ment destiné à venir buter contre celle-ci lorsque la par- tie dentée et l'arbre d'entrée sont convenablement placés en position de fonctionnement. Généralement la tige est fixée, par une extrémité en saillie axiale, de manière à tourner avec la partie dentée, et par l'autre extrémité en saillie axiale, de manière à tourner avec l'arbre d'entrée On peut utiliser des goupilles pour fixer la tige de façon qu'elle tourne soit avec l'un ou avec l'autre de la partie dentée et de l'arbre d'entrée, soit avec les deux De préférence, cependant, la tige est fixée, de manière à tourner soli- dairement avec la partie dentée, grâce à un engagement à clavettes très serré avec cette partie, de façon que les clavettes viennent en prise lorsque la tige vient traver- ser axialement la partie dentée tubulaire au moment du montage de l'engrenage La tige sert généralement à main- tenir assemblés la partie dentée, l'arbre d'entrée et la soupape, de façon qu'on puisse introduire l'ensemble d'un seul bloc dans le carter ou l'en retirer. Avec un tel ensemble d'un seul bloc (ou même lors- que la partie dentée, la soupape, l'arbre d'entrée et la tige sont montés pièce par pièce dans le carter), l'extrémité de la tige faisant saillie hors de la partie dentée peut venir s'engager dans un support monté dans le carter, l'extrémité de la tige venant se loger en rotation dans le support lorsqu'on met en place la partie dentée dans le carter En variante, l'extrémité de la tige faisant saillie hors de la partie dentée, peut porter un support de roulement logé dans un siège convenable du carter pendant la mise en place de la partie dentée dans ce carter Cette solution conduit d'elle-même à une opé- ration relativement simple et rapide pour retirer la par- tie dentée, la soupape, la tige et l'arbre d'entrée, en les retirant d'un seul bloc du carter, lorsqu'on veut les remplacer ou les entretenir. Comme indiqué ci-dessus, la partie dentée se pré- sente généralement sous la forme d'un pignon ou d'une vis sans fin dont les dents sont en prise, à l'intérieur du carter, avec un élément de crémaillère ou un secteur denté constituant, ou se couplant à l'élément de sortie destiné à être entraîné en réponse à la rotation de l'ar- bre d'entrée. La structure de base et le fonctionnement de la soupape sont de type classique pour les engrenages de direction assistée, de sorte que l'arbre d'entrée et la partie dentée peuvent effectuer une rotation limitée l'un par rapport à l'autre et sont poussés en rotation l'un par rapport à l'autre de manière à s'opposer à cette rotation limitée et à tendre vers une position neutre de la soupape Avec cette disposition, la soupape peut com- porter une première et une seconde parties de soupape, mobiles l'une par rapport à l'autre en réponse au mouve- ment de rotation ci-dessus entre l'arbre d'entrée et la partie dentée, de manière à contrôler le débit de fluide dans la soupape. La première et la seconde parties de la soupape peuvent se déplacer l'une par rapport à l'autre axiale- ment et/ou en rotation, et, dans cette dernière forme de déplacement rotatif, l'une des parties de la soupape tourne généralement solidairement avec la partie dentée tandis que 1 'autre tourne solidairement avec l'arbre d'entrée La poussée rotative entre-l'arbre d'entrée et la partie dentée peut être fournie par un élément élasti- que réagissant entre ces deux éléments pour pousser élas- tiquement la soupape en position neutre Cette forme de poussée par un ressort est généralement utilisée lorsque la tige se présente sous la forme d'un arbre ou d'une barre rigide dont les parties d'extrémités axiales se couplent à l'arbre d'entrée et à la partie dentée tubu- laire de façonque ces derniers éléments soient reliés par une liaison à course perdue leur permettant d'effec- tuer une rotation limitée l'un par rapport à l'autre sur la barre rigide et contre la poussée du ressort, de manière à produire le déplacement voulu de la soupape. Plus couramment cependant, la poussée de rotation entre l'arbre d'entrée et la partie dentée s'obtient en utilisant une tige présentant un couple de torsion élas- tique Avec cette dernière solution, et en utilisant une tige dont une extrémité axiale tourne solidairement avec la partie dentée et dont l'autre extrémité axiale tourne solidairement avec l'arbre d'entrée, la rotation relative de'l'arbre d'entrée par rapport à la roue dentée provoque une torsion effective de la tige-et les forces de torsion ainsi développées poussent en rotation les éléments de la soupape vers leur position neutre Ces formes de poussée rotative entre l'arbre d'entrée et la partie dentée, sont bien connues dans la technique des engrenages de direction assistée. L'invention sera décrite en détail en se référant au dessin de la figure unique ci-jointe, 'qui représente une coupe axiale de l'engrenage de direction assistée selon l'invention, montrant la partie dentée, la soupape, l'arbre d'entrée et la tige; l'élément de sortie et les autres éléments classiquement associés à un engrenage de direction assistée ont été supprimés pour plus de clarté. 6- L'engrenage de direction assistée représenté sur la figure est du type à pignon et crémaillère Cet engre- nage comprend un pignon 1 monté en rotation dans une cavité 2 d'un carter d'engrenage 3. Le pignon 1 tourne en réponse à la rotation de l'ar- bre d'entrée 4 sur son axe 5 coaxialement avec le pignon 1 Les dents du pignon 1 sont en prise, à l'intérieur du carter 3, avec les dents d'une barre de crémaillère (non représentée) qui constitue convenablement l'élément de sortie de l'engrenage de direction, et peut se déplacer longitudinalement pour effectuer une manoeuvre de direc- tion en réponse à la rotation du pignon. A la barre de crémaillère est associé un moteur d'asservissement ou servomoteur constitué par exemple par un dispositif de cylindre et piston à double action (non représenté), qui reçoit le fluide sous pression pour assister par sa puissance le déplacement de la barre de crémaillère dans le sens correspondant au mouvement de cette barre sous l'effet de la rotation du pignon 1 La disposition de la crémaillère à l'intérieur du carter 3 et par rapport au pignon 1, de même que la construction et la disposition du servo-moteur, sont classiques dans les engrenages de direction assistée et ne seront donc pas décrits plus en détail. Entre le pignon 1 et l'arbre d'entrée 4 est prévue une soupape de commande de fluide 6 destinée à contrôler le débit de fluide sous pression arrivant et partant du servo-moteur ci-dessus La soupape 6 est montée dans la cavité 2 et forme avec le pignon 1 une partie d'un ensem- ble fait d'une seule pièce 7 portée par l'arbre d'entrée 4. Dans la construction de cet ensemble 7, la soupape 6 comporte un manchon de soupape 8 portant coaxialement le pignon 1 et ne formant qu'un avec lui Dans le manchon de soupape 8 se monte coaxialement un noyau de soupape 9 formé sur une extension tubulaire 10 de l'arbre d'entrée 4 Entre le noyau 9 et le manchon de soupape 8 est inter- posé un manchon d'ouverture 11 dans l'alésage duquel peut venir glisser le noyau de soupape 9, ce manchon d'ouver- ture Il étant fixe par rapport au manchon de soupape 8. Une tige de torsion 12 traverse axialement l'ensemble d'une seule pièce 7 Cette tige 12 est couplée par une extrémité au moyen d'une goupille 13, à l'arbre d'entrée 4 de manière à tourner solidairement avec celui-ci; la tige 12 est couplée par l'autre extrémité, et au moyen de clavettes de coopération 14, au pignon 1 de manière à tourner solidairement avec lui. Pour plus de simplicité, les dispositifs d'admis- sion et de passage du fluide de commande à l'intérieur de la soupape 6, ont été supprimés Il suffit en effet de savoir que ces dispositifs sont de type classique pour les engrenages de direction assistée comprenant des sou- papes dans lesquelles la rotation relative des éléments de soupape à partir d'une position neutre de la soupape, produit un réglage d'ouverture permettant de fournir le débit de fluide nécessaire au servo- moteur associé à l'élément de sortie qu'on veut assister en puissance. Dans la présenté forme de réalisation, le réglage de l'ouverture de la soupape 6 s'obtient par une rotation relative entre le noyau de soupape 9 et les manchons de soupape associés 8 et 11 Pour obtenir ce réglage de l'ouverture comme indiqué ci-dessus lorsqu'on fait tourner l'arbre d'entrée 4 en réponse à un signal d'entrée de direction, la crémaillère étant en charge (de façon que le pignon 1 ne puisse tourner solidairement avec l'arbre d'entrée sous l'action de la tige 12), l'élasticité de la tige 12 et les forces de torsion auxquelles elle se trouve soumise entre l'arbre d'entrée et le pignon, con- duisent à une torsion de la tige 12, ce qui se traduit par une rotation relative entre le noyau de soupape 9 et les manchons de soupape 8, 11, permettant d'obtenir de façon classique la commande voulue de débit du fluide. Pour conserver à l'engrenage une forme compacte, la cavité 2 dans laquelle se monte l'ensemble d'une seule pièce 7 présente un alésage étagé Dans l'alésage de petit diamètre 2 a de la cavité 2 se loge le pignon 1, et dans l'alésage de grand diamètre 2 b se loge la soupape 6. La surface cylindrique extérieure du manchon de soupape 8 se loge en contact coulissant serré et étanche dans l'alésage 2 b qui débouche à son tour dans un autre alésa- ge de plus grand diamètre encore 2 c communiquant avec un orifice latéral 15 du carter 3 (l'arbre d'entrée 4 sor- tant de cet orifice latéral). L'ensemble d'une seule pièce 7 est monté en rota- tion dans le carter 3 par un roulement à aiguilles 16 et un roulement à billes 17 Le roulement à aiguilles 16 est monté dans un trou 18 partant de la cavité 2, et une par- tie d'arbre 19 partant axialement du pignon 1 se monte en rotation dans ce roulement La partie d'arbre 19 est formée par une extrémité de la tige 12 faisant saillie du pignon tubulaire 1 comme indiqué sur la figure Le roule- ment à billes 17 comporte un chemin de roulement intérieur constitué par une partie du manchon de soupape 8, et un chemin de roulement extérieur constitué par un manchon support 20 logé sans pouvoir tourner dans l'alésage 2 c du carter. Dans le manchon de chemin de roulement extérieur , et fixe par rapport à celui-ci, se monte un Joint annulaire d'étanchéité au fluide 21 compris entre ce che- min de roulement et la partie d'arbre d'entrée tubulaire Le Joint 21 glisse contre la partie d'arbre 10 pour permettre une rotation axiale relative entre ces deux pièces, et se trouve maintenu en contact d'étanchéité contre la partie d'arbre par un petit ressort annulaire 22 Le Joint 21 est retenu par une plaque de fermeture annulaire 23 montée sur une extrémité rabattue du manchon de support 20, l'arbre d'entrée 4 sortant du carter 3 traversant cette plaque 23 pour se relier à une colonne de direction. Un joint annulaire d'étanchéité au fluide 24, placé sur l'épaulement formé entre les alésages de petit diamè- tre et de grand diamètre 2 a et 2 b de la cavité, vient glisser contre l'ensemble d'une seule pièce 7 pour former un Joint étanche entre la partie de cavité dans laquelle -se loge le pignon et celle dans laquelle se loge la sou- pape. L'ensembled'une seule pièce 7 qui, dans l'exemple présent, comprend le roulement à billes 17 et son manchon de chemin de roulement extérieur 20, est retenu dans la cavité 2 par un simple collier à ressort en forme de "C" monté de manière amovible dans une cavité annulaire de l'alésage 2 c, et dans l'orifice latéral 15 de manière à être facilement accessible de l'extérieur du carter d'engrenage Le collier à ressort 25 vient buter en rete- nue contre la plaque 23 et le manchon de chemin de roule- ment 20 pour maintenir ce dernier contre un épaulement annulaire formé entre les alésages 2 b et 2 c (cette rete- nue du manchon 20 déterminant convenablement la position axiale de l'ensemble d'une seule pièce 7 à l'intérieur du carter 3). La manière la plus simple et la plus pratique de retirer du carter 3 l'ensemble d'une seule pièce 7 pour des besoins d'entretien ou de remplacement, consiste à dégager le collier à ressort 25 et à retirer l'ensemble d'un seul bloc (y compris le manchon 20) de la cavité 2 en le faisant passer axialement par l'orifice latéral 15. Pendantcette extraction, le roulement à aiguilles 16 et le joint d'étanchéité 24 sont maintenus dans leurs loge- ments respectifs du carter 3 mais peuvent ensuite être remplacés si cela est nécessaire. L'ensemble d'une seule pièce, après entretien ou après remplacement par un autre ensemble de caractéris- tiques de soupape et/ou de pignon différentes, peut être remis en place facilement et simplement dans l'engrenage en l'introduisant par l'orifice latéral 15, l'arbre de tourillon 19 venant en tête, suivi du pignon 1 et de la soupape 6, Jusqu'à ce que l'arbre 19 vienne se loger dans le roulement à aiguilles 16, le chemin de roulement 20 venant correctement se placer dans la partie d'alésage 2 c et le collier à ressort 25 se montant enfin pour fixer l'ensemble 7 dans le carter. Selon la pratique courante, l'ensemble d'une seule pièce comporte un dispositif de sécurité anti-panne per- mettant de manoeuvrer l'engrenage à la main en cas de défaillance du fonctionnement du dispositif d'assistance dt puissance Ce dispositif de sécurité anti-panne est constitué par le fait que l'extrémité 26 de l'arbre d'en- trée tubulaire voisine du pignon 1, présente un profil extérieur non cylindrique, c'est-à-dire rectangulaire par exemple, et vient se loger, avec un certain jeu, dans une cavité 27 du pignon. La cavité 27 présente également un profil non cylin- drique, rectangulaire par exemple Le jeu prévu entre les parties 26 et 27 est tel qu'il permet d'obtenir une rotation relative limitée entre la partie d'entrée de l'arbre 10 et le manchon de soupape 8 pour aboutir au fonctionnement requis de la soupape 6 Cependant, en cas de défaillance du fonctionnement de l'assistance de puis- sance, les parties 26 et 27 viennent buter l'une contre l'autre pendant la rotation relative entre l'arbre 10 et le manchon 8, de manière à faire tourner le pignon direc- tement, en union avec l'arbre d'entrée 4. L'ensemble 7 est construit avant d'être logé dans le carter 3, et cette construction peut se faire de façon simple et pratique au moyen du pignon tubulaire 1 et de la tige 12 proposés La tige 12 passe dans le pignon 1 (et son manchon 8) et s'enfonce jusqu'à ce que les cla- vettes 14 viennent s'embolter et se bloquer solidement, et jusqu'à ce qu'un épaulement annulaire 19 a formé sur la partie d'arbre 19 vienne buter contre l'extrémité du pignon 1 pour déterminer la position axiale de mise en place relative entre le pignon et la tige. L'extension tubulaire 10 de l'arbre d'entrée passe alors au-dessus de la tige 12 pour permettre le montage de la soupape 6, et l'extrémité de la tige est fixée à l'arbre d'entrée par la goupille 13 pour terminer le mon- tage de l'ensemble 7 (en supposant l'adaptation convena- ble des joints et colliers de blocage nécessaires ainsi que du dispositif de roulement de support 17). Il apparaît à l'évidence que lorsqu'elle est fixée par une goupille sur l'arbre d'entrée 4, la tige 12 mai- tient le pignon 1 et l'arbre d'entrée 4 dans une relation axiale prédéterminée l'un par rapport à l'autre (cette relation correspondant au fonctionnement requis de la soupape 6). R E V E N D I C A T I O N S ) Engrenage de direction assistée, caractérisé en ce qu'il comprend une partie dentée montée en rotation sur un axe pour entraîner un élément de sortie; un arbre d'entrée ( 4) monté en rotation coaxialement avec cette partie dentée ( 1); des organes d'appui permettant de monter la partie dentée ( 1) en rotation dans un carter ( 3); une tige axiale ( 12) reliant coaxialement l'arbre d'entrée ( 4) à la partie dentée; une soupape ( 6) réagis- sant entre la partie dentée ( 1) et l'arbre d'entrée ( 4), cette soupape ( 6) répondant à la rotation de l'arbre d'entrée ( 4) pour contrôler le débit de fluide sous pres- sion envoyé à un moteur d'asservissement associé à l'élé- ment de sortie, de manière à assister en puissance le déplacement de cet élément, la partie dentée ( 1) étant tubulaire et traversée par la tige, et cette tige s'éten- dant au-delà de la partie dentée pour former un tourillon supportant en rotation cette partie dentée ( 1). 2 ) Engrenage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est fixée, par une extrémité axiale, de manière à tourner avec la partie dentée, et par l'autre extrémité axiale de manière à tourner avec l'arbre d'en- trée. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la tige est fixée de manière à tourner avec la partie dentée grâce à un enga- gement à clavettes entre cette tige et la partie dentée. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la tige maintient la partie dentée et l'arbre d'entrée dans une relation axiale prédéterminée l'un par rapport à l'autre. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige faisant saillie hors de la partie dentée comporte un épaulement venant buter contre la partie dentée et restant en butée contre celle-ci pour déterminer la position axiale de cette partie dentée par rapport à la tige. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige faisant saillie hors de la partie dentée, est montée dans un roulement à billes lui-même monté dans le carter. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige faisant saillie hors de la partie dentée, est montée dans un support lisse du carter. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que la tige maintient la partie dentée, l'arbre d'entrée et la soupape sous la forme d'un ensemble d'une seule pièce pouvant s'introduire et se retirer d'un seul bloc du carter. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que l'extrémité de la tige faisant saillie hors de la partie dentée, peut venir se loger dans des paliers montés dans le carter, cette ex- tréaité se montant en rotation dans ces paliers pendant la mise en place de la partie dentée à l'intérieur du carter. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que l'arbre d'entrée et la partie dentée peuvent effectuer un mouvement de rotation limité l'un par rapport à l'autre et sont poussés en rota- tion l'un par rapport à l'autre pour s'opposer à cette rotation limitée et pour amener la soupape en position neutre, cette soupape comprenant une première et une seconde parties de soupape mobiles l'une par rapport à l'autre en réponse au déplacement de rotation produit entre l'arbre d'entrée et la partie dentée, de manière à contrôler le débit de fluide passant dans la soupape. 11) Engrenage selon la revendication 10, caracté- risé en ce que les première et seconde parties de soupape sont mobiles en rotation, l'une solidairement avec la partie dentée et l'autre solidairement avec l'arbre d'en- trée. ) Engrenage selon la revendication 11, caracté- risé en ce que les première et seconde parties de soupape sont constituées par un noyau de soupape et un manchon de soupape, le noyau se montant en rotation. ) Engrenage selon la revendication 12, caracté- risé en ce que le manchon de soupape fait corps avec la partie dentée. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendi- cations 10 à 13, dépendant de la revendication 2, caracté- risé en ce que la tige répond élastiquement à un couple de torsion pour fournir la poussée de rotation entre l'ar- bre d'entrée et la partie dentée. ) Engrenage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 14, caractérisé en ce que la partie dentée est constituée par un pignon.