Brevet FR2541645A1 — publié le 19840831

La présente invention se rapporte à une boîte de direction à crémaillère et pignon utilisée dans le système de direction de véhicules automobiles et analogues, et plus particulièrement, à une telle boîte de direction à crémaillère et pignon où une barrede crémaillère a des dents de crémaillère d'un rapport variable qui sont formées par un moyen de coupe ayant des dents de coupe à des pas uniformes. Des boites de direction à crémaillère et pignon à rapport variable de ces classes ont jusqu'à maintenant été révélées dans les descriptions de brevets britanniques N s 609 356, 667 038, 1 356 172 et 3 267 763, dans le brevet australien N 241 798 et dans la publication du brevet japonais N 90224/80. Ce qui est révélé dans ces publications imprimées comprend les défauts décrits ci-après. Le brevet britannique N 609 356 présente des inconvénients tels qu'un manchon qui est monté sur une crémaillère et par conséquent la capacité et le prix de fabrication de la bofte de direction augmentent et la fabrication d'un palier supportant le manchon est difficile, il est révélé, dans le brevet britannique N0 667 038 que des dents composées et un biais circulaire requis pour une crémaillère et un pignon à rapport variable peuvent être obtenus par une barre de crémaillère où l'on utilise un pignon hélicoïdal, et qu'un rapport variable peut être dérive d'un changement du diamètre du pas de l'engrenage, cela s'appliquant soit à un engrenage droit ou à un engrenage hélicoïdal.Ainsi, une limite de tolérance pour le changement du diamètre du pas est telle que le rayon de courbure du profil des dents doit être choisi en considerant bien les caractéristiques de résistance de la dent. Un mécanisme de direction à rapport variable décrit dans le brevet britannique N 1 356 172 présente des inconvé dents parce que les dents de la crémaillère produisent des angles différents de pression en différents points, et il est difficile d'absorber les microvibrations de de l'extérieur en prise du fait du mouvement entre le sommet de la dent et la base de la dent, donc les dents de la crémaillère manquent de résistance.La construction dans un tel brevet britannique rend le rapport de transmission faible, disons d'environ 2axe. Les défauts du brevet britannique NO 3 267 763 où un pignon circulaire d'entraînement comprend des dents uniformes en prise avec un engrenage de crémaillère à entraîner, l'engrenage de crémaillère ayant un diamètreprimitif variable pour obtenir un rapport variable entre eux, sont tels qu'il n'est pas facile de fabriquer l'engrenage de crémaillère à entraîner et qu'un angle de pression supérieur doit être employé pour obtenir un rapport plus faible entre les extrémités opposées de la barre de la crémaillère. Par suite, un grand changement de l'efficacité des dents quand elles viennent en prise représente une impulsion donnée à un volant. Il y a une limite sur le choix d'un rapport inférieur pour éviter cette impulsion pour produire ainsi un rapport de transmission insuffisant. On a trouvé défectueux, dans le brevet australien NO 241 798, que le volant soit forcé à être entraîné sur toute la région de son mouvement nécessitant moins de deux tours du fait des changements répétés du rapport de prise qui est présenté a chaque fois qu'il est entraîné en rotation, ce qui diminue le rapport moyen. Le système selon la publication japonaise NO 90224/80 est conçu de façon que des dents de crémaillère à pas variable soient formées le long d'un trajet de rotation de la barre de la crémaillère, défini par la courbe résultante consistant en la ligne axiale et la ligne en spirale de la barre de la crémaillère, et de façon qu'un mouvement axial de la barre de la crémaillère à une vitesse variable par rapport à une rotation stable d'un pignon hélicoidal en prise avec les dents de la crémaillère permette d'obtenir environ 5,h du rapport de transmission. L'inconvénient dérivé d'un tel système est qu'une rotation rapide est requise pour la barre de la crémaillère ce qui applique ainsi une forte charge sur un moyen formant voie de came prévu entre la barre de la crémaillère et un logement de la barre de la crémaillère pour supporter la rotation de la barre de la crémaillère. Par ailleurs, jusqu'à maintenant, dans les engrenages coupés par un processus de génération, les dents de la crémaillère sont formées sur une barre de crémaillère par deux contrôles de dimension d'un moyen de coupe ayant un certain nombre de dents de coupe. Cependant, dans ce procédé, il y a un inconvénient parce que les dents ont une forme complexe et par conséquent, une prise régulière avec un pignon est très difficile. De même, on considère facilement que les dents de la crémaillère sont formées à raison d'une à une sur une barre de crémaillère cylindrique par un moyen de coupe ayant une seule dent de coupe. Cependant, dans ce procédé, les dents du type génération ne peuvent être produites, et le procédé est très coûteux. La présente invention a pour objet l'élimination des défauts ci-dessus de l'art antérieur en prévoyant une nouvelle boite de direction perfectionnée à crémaillère et pignon à rapport variable ainsi qu'un procédé pour couper. La présente invention a pour autre objet une boite de direction à crémaillère et pignon à rapport variable et un procédé pour la couper, où des dents de crémaillère à rapport variable donné sont produites ou generees sur une barre de crémaillère en utilisant un moyen de coupe ayant des dents d'un pas uniforme le long d'un trajet donné de rotation de la barre de la crémaillère a un mangle donné d'hélice et un angle d1inclinaison donné tout en appliquant continuellement une rotation autour d'un axe de la barre de la crémaillère et un mouvement axial de la barre de la crémaillère (ci-après "rotation autour de l'axe de la crémaillère et mouvement de l'axe de la crémaillère", respectivement). La présente invention a pour autre objet un engrenage à crémaillère et un procédé pour sa coupe où une barre de crémaillère a des dents du type à génération continue sur la surface de la barre de la crémaillère et les dents sont formées par un moyen de coupe, par exemple un formeur d'engrenages ou une machine à tailler adaptée à produire trois ou quatre contrôles de dimension par commande numérique. Les objets ci-dessus et d'autres encore sont accomplis par les deux processus que l'on décrira ci-apres. Le premier processus est mis en oeuvre de façon que, lorsque l'son coupe les dents de la crémaillère dans une barre de crémaillère en utilisant un moyen de coupe ayant un rapport de pas variable, la rotation ci-dessus mentionnée autour de 1 'axe de la crémaillère et le mouvement sur l'axe de la crémaillère sont impartis continuellement à la barre de la crémaillère pour permettre au moyen de coupe d'effectuer la coupe des engrenages à un angle donné d'hélice avec l'axe de la barre de la crémaillère de façon que l'étendue de rotation dans l'axe de la crémaillère (oi-après "étendue de rotation") et l'étendue du mouvement sur liane de la crémaillère (ciaprès "étendue de déplacementÇ 3 varient continuellement pour produire un angle d'inclinaison donné avec l'axe de la crémaillère et définir un pas à un rapport variable virtuel sur une ligne de rotation de la crémaillère qui représente l'étendue d'un déplacement donné en association avec un tel angle d'inclinaison donné; Le second processus est suivi de façon que, lorsque l'on coupe les dents de la crémaillère dans la barre de la crémaillère en utilisant un moyen de coupe ayant un pas d'un rapport uniforme, la rotation sur l'axe de la crémaillère et le mouvement sur l'axe de la crémaillère soient également continuellement transmis à la barre de la crémaillère pour effectuer une opération de coupe des engrenages à un autre angle d'hélice de façon que l'étendue ci-dessus mentionnée de rotation et de l'étendue de déplacement varient continuellement pour produire un pas à un rapport variable réel donné sur une ligne de rotation différente de la crémaillère qui représente l'étendue d'un autre angle d'inclinaison et l'étendue d'un autre déplacement. La boîte de direction à crémaillère et pignon à rapport variable peut être obtenue en répétant les deux processus ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue fragmentaire montrant une configuration de la forme préférée d'une boite de direction à crémaillère et pignon à rapport variable selon l'invention; - les figures 2, 3 et 4 sont des illustrations schématiques de la façon dont les dents sont coupées selon la présente invention; et - la figure 5 est une vue montrant un moyen de compte formant des dents sur une barre de crémaillère. En se référant maintenant à la figure 1, on peut y voir un engrenage à crémaillère et pignon selon l'invention Une crémaillère comprend une barre de crémaillère 1 et des dents de crémaillère 2 qui s"y trouvent. Un pignon 3 vient en prise avec les dents de crémaillère 2 et il est supporté pour tourner autour de son axe . Le pignon 3 est connecté à un volant (non représenté). La barre de crémaillère 1 est établie pour tourner autour de l'axe X de la crémaillère le long de la ligne a ou b définie par la rotation de la barre de la crémaillère et pour se déplacer dans la direction de l'axe de la barre de la crémaillère tandis que le pignon 3 tourne .Une voie de came 10 est adaptée à coopérer avec un moyen de guidage (non représenté) pour aider la barre 1 de la crémaillère dans sa rotation. Le pignon 3 est disposé pour former un angle o(' avec l'axe X de la crémaillère et il peut être supposé comme étant un moyen de coupe de pas uniforme Po. Les dents 2 de la crémaillère en engagement avec le pignon 3 sont généres le long d'une ligne b de rotation de la crémaillère ayant un angle d'inclinaison n ' (ou une ligne a de rotation-de la crémaillère ayant un angle d'inclinaison ) et comprennent des pas variant de façon à se réduire en direction de l'exterémité. On expliquera maintenant, en se référant aux schémas des figures 2, 3 et 4, la façon dont les dents hélicoidales de crémaillère 2 générées comme ci-dessus sont coupées. Bien qu'une méthode de coupe de crémaillère rotative ait été révélée dans la publication du brevet japonais N 90224/80, Michio Abe, l'inventeur de la méthode de coupe ou de taille des engrenages selon la présente invention a amélioré une telle méthode de coupe de crémaillère en rotation comme on l'expliquera , par comparaison avec ce qui est représenté ans la publication japonaise ci-dessus mentionnée.Le concept de l'invention révélé dans la publication du brevet japonais est schématiquement représenté sur la figure 2, où les points 1, 2, 3, ... 14 sur l'axe X de la crémaillère sont ceux indiquant les pas d'une fraise ou d'un coupoir à façonner les engrenages (ci-après "moyen de coupe" ou "coupoir"). Les points 1, 2, 3) . 14 servent également à montrer ceux du coupoir. L'axe vertical Y indique l'angle de tour formé autour de l'axe X de la crémaillère. La ligne définie par la rotation de la barre de la crémaillère passera à travers le centre de chacun des pas des dents de la crémaillère générées sur la face de la barre. Plus particulièrement, le coupoir avance dans la direction (ou dans une direction qui lui est opposée) de la flèche A à un angle d'hélice avec l'axe X de la barre de la crémaillère pour produire la coupe dans la crémaillère en ordre numérique de -14 à 1. Dans ce cas, si ni la rotation autour de l'axe de la crémaillère ni le mouvement de l'axe de la crémaillère n'est appliqué à la barre de la crémaillère, les dents normalisées 1, 2, ... 13, 14 ont chacune un pas uniforme Po pour atteindre la quantité de course de la crémaillère, c'est- à-dire TRO .Quand la barre I est entraînée en rotation et est déplacée pour couper les dents à un pas à rapport variable, la barre de la crémaillère doit être entraînée en rotation d'un angle de &alpha; 13 jusqu'à un point 131''', où la perpendiculaire du point 13' intersecte la ligne horizontale du point 14' avant de couper une dent 13' après avoir coupe la dent 14'. Par ailleurs, il est nécessaire de déplacer la barre 1 dans la direction de l'axe X de la crémaillère (vers la gauche sur la figure 2) de la quantité # 13 de course sur une distance jusqu'à un point P1''' où une ligne s'étendant à un angle d'hélice &alpha; du point 131"' intersecte la ligne horizontale du point 14' afin d'éviter une interférence des dents. Ensuite, 1'angle de tour &alpha; 13 et la quantité de parcours # 13 et analogues ont la même valeur à un segment où la ligne a est linéaire (à partir des points 14' et 13' jusqu'à un point supposé comme étant le point 9' non représenté).Ils varient d'un changement minuscule de volume avec un segment décrivant une courbe d'accélération uniforme telle que celle qui peut être un cercle ou une courbe sinusoïdale (à partir du point supposé comme le point 9' jusqu'au point 10). Alors, l'angle de tour sera &alpha;4, &alpha;3, &alpha;, en succession, et la quantité de course ou de parcours sera en succession #4, #3, #2 Ensuite, l'angle de tour &alpha; et la quantité de parcours j seront O à un segment décrivant une ligne horizontale. il est apparent à la lecture de cela, que la quantité de parcours TRO de la crémaillère, que l'on gagne en n'appliquant pas de rotation à la crémaillère, se réduit à la quantité initialement établie de parcours de la crémaillère , comme on peut mieux le voir sur la figure 2. La présente invention est destinée à générer sur une courbe définie par la face de la tige de la crémaillère les dents à pas à rapport variable suggérées dans les brevets britanniques NOs 667 038 et 3 267 763. Les figures 3 et 4 sont des illustrations schématiques de la façon dont les dents sont générées selon la présente invention. Afin de couper les pas des dents à rapport variable 21, 22, ... 33, 34 sur l'axe X de la crémaillère, le coupoir ayant des dents 21, 22, . 33, 34 de pas non uniformes P1 ... P14 doit avancer à l'angle d'hélice o( dans la direction de la flèche A pour donner un mouvement à la barre I de la crémaillère par la quantité de parcours qui peut varier à un certain point en direction axiale X de la crémaillère afin d'obtenir ainsi les pas souhaités. Cela sera apparent par les brevets britanniques ci-dessus mentionnés. il est également évident que la même chose peut être obtenue par un changement de la vitesse de rotation de l'objet à couper par rapport à la vitesse de rotation du coupoir si le coupoir sert d'engrenage. Dans le premier processus selon la présente invention, en supposant que le coupoir a des pas des dents à un rapport variable P1, P2 ... P13, P14 , ce coupoir avance à l'angle d'hélice &alpha;; dans la direction de la flèche A pour produire la coupe sur la ligne a de la rotation de la crémaillère autour de la barre 1 de la crémaillère de la même façon qu'on l'a expliqué en se référant à la figure 2 afin d'obtenir les dents de la crémaillère 1", 2" 13", $14" à des pas à un rapport variable donné. A ce point, la course de la crémaillère est soumise à une réduction de la quantité TRI (figure 2) à la quantité TR2 (figure 3). il faut noter que comme la course initialement prescrite de la crémaillère doit comprendre la quantité de course TRI donnée au pignon 3, la course de la crémaillère TR2 est insuffisante à cette fin. Ainsi, dans le second processus selon la présente invention, une nouvelle ligne b de rotation de la crémaillère est décrite pour connecter les intersections 1', 2', ... 13' 14' où les perpendiculaires des points 1', 2', ... 13', 14' (figure 2) intersectent les lignes qui sont décrites à l'angle d'hélice &alpha; à partir des points 21, 22 ... 33, 34 sur l'axe X de la crémaillère, correspondant aux dents 1", 2" ... 13", 14" (figure 3) de la crémaillère. Cette ligne b est tracée à un angle d'inclinaison #' $bien plus petit que l'angle d'inclinaison # de la rotation de la crémaillère.Plus particulièrement, lorsque l'on trace la ligne b définie par la rotation de la crémaillère à travers la barre 1 de la crémaillères le coupoir des pas des dents à rapport variable est utilisé pour impartir continuellement les rotations autour de l'axe de la crémaillère &alpha;'1, &alpha;'2, ... &alpha;' 13 (seul &alpha;' 13 est représenté) et les mouvements de l'axe de la crémaillère #,1, #,2,... #,13 (seul #'13 est représenté) pour produire la coupe et fabriquer ainsi une crémaillère ayant des pas des dents au même rapport variable que dans la crémaillère de la figure 2 (ou décrite dans la publication-du brevet japonais N 90224/80).Dans la continuation du second processus, selon la présente invention, comme on l'a précédemment décrit en se référant à la figure 4, le coupoir d'un pas uniforme Po est actionné à la façon expliquée en se référant à la figure 2 ou 3 pour produire la coupe le long d'une ligne qui est décrite àun angle d'hélice &alpha;' défini en connectant les points 1', 2'.. 13', 14' (comme sur la figure h) sur la ligne b (comme sur la figure 3) aux points 1, 2, ... 13, 14 (comme sur la figure 2) sur l'axe X de la crémaillère tout en appliquant continuellement les rotations autour de l'axe de la crémaillère &alpha;"1, &alpha;"2,... &alpha;"13 (seul &alpha;"13 (seut &alpha;; 13 est représenté ) et les mouvements de l'axe de la crémaillère #"1, #"2, ... #"13 (seul #"13 est représenté de façon que le coupoir d'un pas uniforme Po puisse être utilisé à l'angle d'hélice ' (comme sur la figure 3) pour obtenir une crémaillère ayant un pas des dents au même rapport variable que sur la crémaillère de la figure 3 avec une course de la crémaillère TRI (comme sur la figure 2).A ce moment, l'angle d'hélice ' représenté sur la figure 4 est inférieur à l'angle d'hélice C représenté sur la figure 3 et l'angle d'inclinaison #, de la figure 4 est égal à l'angle d'inclinaison /3' de la figure 3 mais est plus faible que l'angle d'inclinaison A de la figure 2. Dans le mode de réalisation de l'invention cidessus décrit, la crémaillère peut avoir un rapport de transmission de 50%. Un angle ' peu incliné formé avec la ligne b de rotation de la barre de la crémaillère donne une augmentation considérable du couple nécessaire pour la rotation de la barre de la crémaillère, rendant la charge possible sur le composant extrêmement plus légère. Par ailleurs, comme les dents sont celles générées par une coupe continue du coupoir, une force d'aùtorotation due à sa prise aveo la crémaillère ne nécessite pas de voie ou de chemin de came pour rotation ni d'autres parties pour la rotation de la crémaillère. Afin que l'invention soit mieux comprise, une forme préférée où une coupe d'engrenage est effectuée en utilisant un moyen pour configurer les engrenages est illustrée sur la figure 5 où un coupoir 101 est un pignon de cinq dents et une ligne d'engrenage ou primitive standard 12 est produite comme dans le pignon standard. Une ligne primitive variable 103 est cependant produite pour former des dents de crémaillère à des pas variables. Pour la simplification de l'explication, un cercle défini par le coupoir est divisé par 50 pour obtenir des longueurs d'arc P1, P2, P3, P4 ... P72 (correspondant à un tour du coupoir -360 /5 ) ... Pn de secteurs définis par des rayons et les lignes primitives variables les coupant, c'est-à-dire P1 > P2 > P3 > P4 ... > P43 ( = P0) ... > P72. .. > Pn. Par ailleurs, chacune des longueurs d'arc des secteurs de 50 définis par les rayons et les lignes primitives standards est PO = constante. Le coupoir 101 est entraîné par un mouvement coulissant de son arbre en direction axiale de façon à s'approcher d'un point P1 en amont d'une ligne de centre 104 le long de laquelle se déplace le centre, jusqu'à une barre de crémaillère 1 qui est montée en parallèle avec la ligne de centre 104 pour effectuer une profondeur prédéterminée de coupe sur la barre. Ensuite, le coupoir est entraîné en rotation (une coupe est illustrée comme étant faite par une rotation intermittente) sur 50 à une allure constante en même temps que ses mouvements comme P1 , P2, P3, .... Pn à chaque rotation de 5 le long de la ligne de centre 104 pour obtenir ainsi les dents de crémaillère à des pas variables P1 ... P5 sur la barre de crémaillère 1.Les formes de dents ainsi obtenues peuvent être représentées comme des courbes de dents variables comme cela est schématiquement représenté. Dans l'usinage pratique du moyen à façonner les engrenages, l'axe du coupoir est stationnaire tandis que la barre de la crémaillère se déplace en direction axiale. Comme cela est apparent à la lecture de ce qui précède, selon la présente invention, des dents de crémaillère à des pas variables peuvent facilement être générées par les mêmes opérations d'usinage que celles pour un moyen conventionnel à configurer les engrenages à l'exception qu'un mouvement axial précis et une rotation precise comme non ta mentionné ci-dessus, sont appliqués à la barre de la crémaillère par une commande numérique ou une came Eri conséquence, une crémaillère du type à dents droites et une crémaillère hélicoidale à des pas largement variables peuvent être obtenues par une simple conversion du système du mouvement de la crémaillère pour un moyen standard à configurer les engrenages Comme les pas des dents de la crémaillère varient graduellement à partir du centre de la barre jusqu'à une extrémité, tandis que le volant est tourné vers la droite ou vers la gauche à partir de sa position neutre, on obtient une force de direction très allégée. REVENDICATIONS 1.- Boite de direction à crémaillère et pignon à rapport variable du type comprenant un pignon rotatif en étant soumis à un couple de direction dérivé d'un volant, et une barre de crémaillère ayant des dents de crémaillère pouvant venir en engagement avec ledit pignon et formées sur une ligne donnée pour tourner autour de l'axe de la barre de la crémaillère et se déplacer dans la direction axiale de la barre de la crémaillère, caractérisée en ce que lesdites-dents (2) de la crémaillère ont des pas à rapport variable et lesdits pas varient graduellement à partir du centre de ladite barre (1) de la crémaillère jusqu'à une extrémité de celle-ci. 2.- Boîte de direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pignon (3) précité comprend des dents d'un pas uniforme. 3.- Boite de direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rotation précitée et le mouvement précité sont différents de ceux effectués lorsqu'un coupoir ayant des dents à des pas uniformes est utilisé pour former les dents de la crémaillère sur un trajet différent défini par la rotation de ladite crémaillère. 4.- Bofte de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle du tour défini par la rotation précitée et la quantité du mouvement précitée ont la même valeur à un segment où la ligne donnée précitée de la rotation de la crémaillère est rendue linéaire mais varient par rapport aux courbes suivantes par des changements minuscules de volume à un segment où ladite ligne décrit une courbe d'accélération uniforme ou d'autres courbes tandis qu'ils seront de O à un segment décrivant une ligne horizontale. 5.- Boite de direction selon la revendication 2, caractérisée en ce que la course de la crémaillère de la barre précitée du fait de la rotation et du mouvement précités est la même que la course de la crémaillère initialement établie pour un coupoir ayant- des dents à des pas uniformes. 6. - Procédé pour tailler une crémaillère sur une boite de direction à crémaillère et pignon à rapport variable, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer un coupoir ayant des pas normalisés dés dents par rapport à l'axe d'une barre de crémaillère pour former un angle d'hélice donné , à disposer un coupoir ayant des pas normalisés des dents par rapport à l'axe de la barre de la crémaillère pour former un angle donné d'hélice, à obtenir un rapport variable ayant un angle donné d'inclinaison et un trajet virtuel de rotatior de la créinaillère avec la course de la crémaillère étant tel que ladite barre soit entraînée en rotation autour de son axe à un angle donné de tour et se déplace d'une quantité donnée de mouvement en direction axiale de l'arbre de la crémaillère pour effectuer la coupe par ledit coupoir, à placer le coupoir desdits pas des dents à rapport variable sur le trajet virtuel de la rotation de la crémaillère audit angle d'hélice donné , à obtenir un autre rapport variable avec un autre angle d'inclinaison et un autre trajet virtuel de rotation de la crémaillère en se basant -sur un antre parcours de la crémaillère de façon que la coupe soit faite an appliquant un autre angle de tour et une autre quantité de mouvement à ladite barre de la crémaillère, à placer le coupoir des pas normalisés des dents sur ledit autre trajet virtuel de rotation de la crémaillère à un autre angle d'hélice, et à produire non seulement un rapport variable sensiblement identique audit rapport variable donné mais également à la course établie initialement de la crémaillère en appliquant un autre angle de tour et une autre quantité de mouvement à ladite barre. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'autre angle de tour, l'autre quantité de mouvement, l'autre angle d'inclinaison, l'autre rapport variable et l'autre trajet de rotation de la crémaillère ont tous des valeurs prédéterminées-.