Brevet FR2589537A1 — publié le 19870507

L'invention concerne un arbre de transmis- sion télescopique a rattrapage de jeu angulaire et, plus particulièrement, un tel arbre de transmission utilisé comme arbre d'une colonne de direction de véhicule réglable en longueur par déplacement axial télescopique. On connait des colonnes de direction a ré- glage par mouvement axial télescopique qui permettent au conducteur d'adapter la position du volant pour améliorer le confort et la sécurité de la conduite. De telles colonnes de direction réglables comportent des éléments correspondants montés coulissants les uns par rapport aux autres. Les arbres de direction de véhicu- le sont généralement constitués de plusieurs parties successives dans la direction axiale, reliées par des joints universels du type a cardan permettant de transmettre la rotation du volant au boîtier de direc- tion a crémaillère. L'arbre de direction comporte gé- néralement une partie supérieure reliée au volant ap- pelée axe de volant et une partie inférieure appelée axe inférieur. Dans le cas de colonnes de direction télescopiques réglables en longueur, l'une de ces deux parties est réalisée sous la forme d'un arbre de transmission télescopique comportant une partie mâle tubulaire cannelée sur sa surface externe et une par- tie tubulaire femelle cannelée sur sa surface interne, pour recevoir la partie mâle; de cette façon, les deux parties de l'arbre engagées l'une sur l'autre sont solidaires en rotation autour de leur axe commun, grâce aux cannelures qui coopèrent les unes avec les autres et libres de se déplacer l'une par rapport à l'autre en translation axiale. Toutefois, il est nécessaire que la liaison entre les parties mâle et femelle de l'arbre soit exempte de jeu angulaire, sous un couple normal tel que celui mis en jeu pendant la conduite; une absence de jeu sensible améliore en effet le confort de la conduite. Il est nécessaire également d'obtenir des conditions de frottement très doux pour le coulisse- ment télescopique des deux parties de l'arbre, lors du réglage en longueur de la direction. On a déjàa proposé des dispositifs de rattra- page de jeu angulaire entre les cannelures qui sont constituées par une olive ayant une légere conicité qui est introduite dans l'alésage interne de la partie male de l'arbre de transmission. L'expansion radiale de cette olive permet de déformer élastiquement la pa- roi de la partie tubulaire male de l'arbre et d'appli- quer ainsi ses cannelures contre les cannelures cor- respondantes de la partie femelle. Un tel dispositif de rattrapage de jeu pré- sente cependant l'inconvénient d'accroitre le frotte- ment entre les cannelures, lors des déplacements axiaux télescopiques relatifs des deux parties de l'arbre. La mise en place et le réglage du dispositif de rattrapage de jeu compliquent également les opéra- tions nécessaires pour le montage de l arbre de direc- tion. De façon plus générale, dans de nombreux cas o l'on utilise un arbre de transmission télescopique comportant deux parties complémentaires cannelées, il peut être nécessaire de prévoir un dispositif de rat- trapage de jeu qui soit efficace, facile a monter et qui n'introduise pas de frottement excessif; le rat- trapage de jeu peut être nécessaire aussi bien dans le cas o la partie male de l'arbre de transmission est réalisée sous forme tubulaire que dans le cas o cette partie mâle est réalisée sous une forme cylindrique pleine. Le but de l'invention est donc de proposer un arbre de transmission télescopique a rattrapage de jeu angulaire comportant une partie mâle de forme cy- lindrique pleine ou tubulaire, cannelée sur sa surface externe et une partie tubulaire femelle cannelée sur sa surface interne pour recevoir la partie mâle, de façon que les deux parties de l'arbre engagées l'une sur l'autre soient solidaires en rotation autour de leur axe commun et libres de se déplacer l'une par rapport a I'autre en translation axiale, cet arbre té- lescopique transmettant les mouvements de rotation sans jeu et permettant des déplacements axiaux rela- tifs de ces parties mâles et femelles a frottement doux. Dans ce but, l'une des deux parties de l'ar- bre, de forme tubulaire, dont une surface (interne ou externe) est cannelée et l'autre lisse, présente a son extrémité par laquelle elle vient en engagement avec l'autre partie, au moins deux fentes de direction axiale sur toute son épaisseur délimitant au moins deux secteurs cylindriques déformables dans sa paroi et un élément ayant une certaine élasticité dans au moins une direction raciale et disposé au contact de la surface lisse des secteurs déformables, de façon à exercer un effort radial sur ces secteurs tendant a appliquer leurs cannelures sur les cannelures corres- pondantes de l'autre partie de l'arbre. Suivant un premier mode de realisation de l'invention, la partie mâle de l'arbre, de forme tubu- laire, constitue la partie comportant des secteurs cy- lindriques déformables et lJ'élément élastique est in- troduit dans l'alésage interne de cette partie mâle, au niveau des secteurs déformables. Selon un second mode de réalisation de l'in- vention, la partie femelle de l'arbre constitue la partie comportant des secteurs cylindriques deforma- bles et l'élément élastique de forme annulaire est disposé autour de la partie femelle de l'arbre, au niveau des secteurs déformables. Afin de bien faire comprendre l'invention. on va maintenant décrire, a titre d'exemples non limi- tatifs, en se référant-aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation d'un arbre de transmission télescopique suivant l'invention et l'application d'un de ces modes de réalisation a l'axe inférieur d'une colonne de direction réglable en longueur. Dans ces figures: - la figure 1 est une vue partielle en pers- pective éclatée d'un arbre de transmission suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. - la figure 2 est une vue partielle en pers- pective éclatée d'un arbre de transmission suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. - la figure 3 est une vue latérale avec cou- pe partielle de l'axe inférieur d'une colonne de di- rection réglable en longueur, cet axe inférieur étant constitué par un arbre de transmission conforme a l'invention. - la figure 4 est une vue en coupe de l'axe de volant d'une colonne de direction réglable en lon- gueur, cet axe de volant étant constitué par un arbre de transmission conforme a l'invention. Sur la figure 1, on voit les extremités des- tinées a venir en engagement, des deux parties 1 et 2 d'un arbre de transmission. Ces deux parties ont été représentées avec leurs axes confondus suivant la di- rection 3 de l'axe de l'arbre de transmission. La partie mâle 1 est constituée par une piè- ce tubulaire dont la surface interne la est lisse et dont la surface externe lb présente des canneleures longitudinales successives 4. La partie femelle 2 est constituée par une pièce tubulaire dont la surface externe 2a est lisse et dont la surface interne 2b comporte des cannelures successives longitudinales 5 d'une forme et d'une di- mension correspondant aux cannelures 4 de la partie mâle. La partie male 1 comporte a son extrémité destinée a venir en engagement dans la partie femelle au moment du montage de l'arbre quatre fentes 7 tra- versant toute l'épaisseur de la paroi de la pièce tu- bulaire 1 et délimitant ainsi quatre secteurs cylin- driques 6a, 6b, 6c et 6d. Une pièce cylindrique 8 en élastomère d'un diamètre nominal légèrement supérieur au diamètre in- térieur de la partie tubulaire mâle 1 est engagée a force, a l'extrémité de cette partie mâle 1 comportant les fentes 7. La pièce 8 constituant un élément élas- tique d'écartement vient en contact, a l'intérieur de l'alésage interne de la pièce 1, avec la surface lisse des secteurs cylindriques 6 et produit ainsi une lége- re déformation de ces secteurs se traduisant par un léger déplacement radial vers l'extérieur. Le diamètre externe de la partie male est alors légerement supérieur au diamètre interne de la partie femelle et l'engagement des parties 1 et 2 l'une sur l'autre est effectué en comprimant légere- ment la pièce 8 pour permettre l'engagement. La pré- contrainte de montage de l'élément élastique 8 permet d'obtenir un effet de rattrapage de jeu, cet élément élastique 8 exerçant un effort radial vers l'extérieur sur les secteurs deformables 6a, 6b. 6c et 6d dont les cannelures 4 viennent s'appliquer dans les cannelures de la partie femelle. On peut ainsi assurer un très bon rattrapage de jeu qui est assuré de façon automatique grâce a l'élasticité de la pièce 8. En choisissant le matériau élastomère constituant la pièce 8 et son diamètre no- minal de façon adéquate, on peut d'autre part limiter a une valeur relativement faible le frottement entre les cannelures 4 et 5, lors des déplacements télesco- piques de la partie mâle 1 a l'intérieur de la partie femelle 2 de l'arbre. L'élasticité de la pièce 8 per- met d'autre part de compenser les défauts ou irrégula- rités d'usinage éventuels des parties 1 et 2 de l'ar- bre. Sur la figure 2, on voit un second mode de réalisation d'un arbre de transmission télescopique à rattrapage de jeu suivant l'invention dans lequel la partie mâle 11 de l'arbre est constitué par un cylin- dre plein dont la surface externe comporte un jeu de cannelures successives 14. La partie femelle 12 est constituée par une pièce tubulaire comportant un jeu de cannelures 15 sur sa surface interne 12b. Les parties 11 et 12 de l'arbre de trans- mission ont été représentées dans leur position per- mettant l'engagement, ces deux parties ayant leurs axes alignés suivant la direction 13 de l'axe de l'ar- bre de transmission. La partie femelle 12 comporte quatre fentes 17 traversant sa paroi sur toute son épaisseur, a son extrémité par laquelle elle vient en engagement avec la pièce mâle 11 lors du montage de l'arbre de transmission. Les fentes 17 disposées a 90 autour de la partie femelle 12 délimitent quatre sec- teurs cylindriques identiques 16a, 16b. 16c et 16d. Un 2589-537 ? élément annulaire en élastomère 18 est enfilé sur la surface externe lisse 12a de la partie femelle 12, a son extrémité comportant les fentes 17. L'élément élastique annulaire 18 a un diamètre intérieur légere- ment inférieur au diamètre extérieur de la partie 12 de l'arbre, si bien qu'au moment du montage, les sec- teurs déformables 16 sont légèrement déplaces vers l'interieur et dans des directions radiales de la par- tie 12. Au moment de l'engagement de la partie mâle 11 a l'intérieur de la partie femelle 12, l'élément élastique 18 se trouve dilaté radialement et cette précontrainte de montage permet d'exercer sur la sur- face lisse des secteurs dRéformables 15 des forces ra- diales dirigées vers l'intérieur. On obtient ainsi un rattrapage de jeu par application des cannelures 15 sur les cannelures correspondantes 14 de la partie mâle. Le fonctionnement du dispositif est le même que précédemment et les déplacements télescopiques de l arbre mâle 11 a l'intérieur de l'arbre femelle 12 s'accompagnent d'un frottement doux. Sur la figure 3, on voit l'axe inférieur 20 d'une colonne de direction constitué sous la forme d'un arbre de transmission télescopique a rattrapage de Jeu angulaire tel que décrit en se référant a la figure 1. Cet axe 20 comporte une partie mâle de forme tubulaire 21 et une partie femelle tubulaire 22 dont les extrémités qui ne sont pas engagées l'une sur l'autre portent des articulations respectives 29, 30 permettant de les relier à l'axe supérieur de direc- tion et a la boite de direction a crémaillère, respec- tivement. La partie mâle 21 comporte des cannelures 24 sur sa surface externe et la partie femelle des canne- lures correspondantes 25 sur sa surface interne. L'ex- trémité de la partie mâle 21 engagée dans la partie femelle 22 comporte quatre fentes 27 usinées sur toute l'épaisseur de sa paroi et sur une certaine longueur. Les fentes 27 de direction axiale sont disposées a 90 sur la paroi de la partie mâle 21 et délimitent ainsi quatre secteurs déformables identiques 26 dans cette paroi. Une pièce 28 en élastomère d'un diametre nomi- nal un peu supérieur au diamètre nominal intérieur de la partie mâle 21 est engagée a force dans l'extrémité de celle-ci, au niveau des fentes 27. On obtient ainsi, comme précédemment décrit, un rattrapage de jeu efficace et des déplacements a frottement doux entre les cannelures des parties 21 et 22 de l'arbre pendant son réglage en longueur par déplacement axial relatif des parties 21 et 22. Sur la figure 4. on a représenté l'axe supé- rieur ou axe de volant d'une colonne de direction constitué sous la forme d'un arbre de transmission té- lescopique a rattrapage de jeu angulaire selon l'in- vention. Les éléments correspondants de-l'axe de di- rection représenté sur la figure 4 et de l'axe infé- rieur représenté sur la figure 3 portent les mêmes re- peres affectés cependant de l'exposant ' (prime) sur la figure 4. Une articulation 29' permet de relier l'axe de volant a un axe inférieur. L'extremité 21'a de la partie male 21' de l'axe de volant est prévue pour la fixation du volant (non représente). Dans le cas d'une colonne de direction de véhicule. en utilisant un axe de direction a rattrapa- ge de jeu tel que représenté sur la figure 3 ou la fi- gure 4. on a pu obtenir un jeu angulaire maximum de 15 minutes d arc sous un couple de 0,05 m.daN, l'effort nécessaire pour le réglage axial de l'axe étant limité à 2 daN. L invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrit. C'est ainsi qu'on peut utiliser au lieu d'un élément élastique cylindrique tel que 8 ou d'un élé- ment élastique annulaire tel que 18 constitués par une pièce monobloc en élastomère, un ensemble mécanique comportant des ressorts permettant l'écartement radial de pièces venant en appui sur les secteurs cylindri- ques déformables. A la place d'une pièce monobloc en élastomé- re, on pourrait dans certains cas utiliser une pièce en un métal ou en un autre matériau ayant des proprié- tés d'élasticité adéquates. On peut prévoir un nombre de fentes supé- rieur ou inférieur a quatre pour délimiter un nombre de secteurs déformables lui-même supérieur ou infé- rieur a quatre sur la partie de l'arbre correspondan- te. Cependant, il est bien sûr nécessaire de prévoir au moins deux fentes qui, dans ce cas, seront généra- lement opposées diamétralement pour obtenir une possl- bilité de déformation radiale de la partie correspon- dante de l'arbre. Enfin, l'arbre de transmission suivant l'in- vention peut être utilisé non seulement pour consti- tuer une partie de l'axe d'une colonne de direction mais encore dans tous les cas o l'on veut transmettre des mouvements de rotation avec une très grande préci- sion, tout en gardant une possibilité de déplacement ou de réglage axial. REVENDICATIONS 1.- Arbre de transmission télescopique a rattrapage de jeu angulaire comportant une partie mâle (1, 11, 21) de forme cylindrique pleine ou tubulaire, cannelée sur sa surface externe et une partie tubulai- re femelle (2, 12, 22) cannelée sur sa surface interne pour recevoir la partie mâle (1, 11, 21) de façon que les deux parties (1, 11, 21 - 2, 12, 22) de l'arbre engagées l'une sur l'autre soient solidaires en rota- tion autour de leur axe (3, 13) commun et libres de se déplacer l'une par rapport a l'autre en translation axiale, caractérisé par le fait que l'une (1, 12. 21) des deux parties de l'arbre, de forme tubulaire, dont une surface (interne ou externe) est cannelée et l'au- tre lisse, présente a son extrémité par laquelle elle vient en engagement avec l'autre partie (2, 11, 22), au moins deux fentes (7, 17, 27) de direction axiale, sur toute son épaisseur délimitant au moins deux sec- teurs cylindriques deformables (6, 16) dans sa paroi et qu'un élément (8, 18, 28) ayant une certaine élas- ticité dans au moins une direction radiale est disposé au contact de la surface lisse (la, 12a) des secteurs (6, 16), de façon à exercer un effort radial sur ces secteurs (6, 16) tendant a appliquer leur cannelures (4, 15, 24) sur les cannelures (5, 14, 25) correspond- antes de l'autre partie de l'arbre (2, 11, 22). 2.- Arbre de transmission suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la partie mâle (1, 21) de l'arbre, de forme tubulaire, constitue la partie comportant des secteurs cylindriques déforma- bles (6) et que l'élément élastique (8. 28) est intro- duit dans l'alésage interne de cette partie mâle (1, 21). au niveau des secteurs déformables (6). ll 3.- Arbre de transmission suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la partie fe- melle (12) de l'arbre constitue la partie comportant des secteurs cylindriques déformables (16) et que l'é- lément élastique (18) de forme annulaire est disposé autour de la partie femelle (12) de l'arbre, au niveau des secteurs deformables (16). 4.- Arbre de transmission suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'élément élastique (8, 18) est constitué par une pièce monobloc en matériau élastique. 5.- Arbre de transmission suivant la reven- dication.4, caractérisé par le fait que le matériau élastique constituant l'élément (8. 18) est un élasto- mère. 6.- Arbre de transmission suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'élément élastique (8. 18) est un ensem- ble mécanique comportant des pièces d'appui et des ressorts a action radiale. 7.- Arbre de transmission suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que la partie (1, 12, 21) de l'arbre constituant les secteurs cyliridri- ques déformables (S, 16) comporte quatre fentes (7, 17. 27) placées a 90' sur la paroi de cette partie (1, 12, 21) de façon a délimiter quatre secteurs cylindri- ques (6, 16). 8.- Arbre de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 a 7. caractérisé par le fait qu'il constitue une partie (20) de l'axe d'une colonne de direction de véhicule. 9.- Arbre de transmission suivant la reven- dication 8. caractérisé par le fait qu'il constitue une partie de l'axe d'une colonne de direction compor- tant plusieurs parties successives dans la direction axiale reliées entre elles par des joints universels de type a cardan (29, 29', 30) et que l'une des par- ties (mâle 21 ou femelle 22) porte un premier joint de liaison (29, 29') et l'autre partie, un autre joint de liaison (30) ou eventuellement un volant.