Brevet FR2603966A1 — publié le 19880318

L invention concerne un mécanisme démultiplicateur de rotation comportant un arbre d'entrée portant une vis globique et un arbre de sortie transversal portant un élément denté coopérant avec ladite vis. On sait que les vis globiques sont des vis sans fin ayant la forme générale d'un cylindre dont la surface extérieure aurait été évidée d'une portion de tore, ce qui permet à la vis d'envelopper partiellement l'élément denté avec lequel elle coopére. Un mécanisme inégal de direction assistée à rapport variable comportant une vis globique est décrit dans le brevet Français publié sous le N 2.033.918. la vis comporte une piste de came à rapport variable" coopérant avec un galet de came" monté rotatif autour d'un axe porté transversalement par l'arbre de sortie. L'association de ces éléments assure un rapport de démultiplication qui est élevé pour la position centrale du mécanisme et qui diminue d'abord rapidement puis moins rapidement lorsque 1 on s'éloigne de cette position. L'effort mécanique nécessaire pour faire tourner l'arbre de sortie est exercé sur un pignon de came" dont est pourvu l'arbre de sortie, par une crémaillère sur laquelle le moteur de la direction exerce une force motrice appropriée. Bien entendu. en cas de défaillance accidentelle du moteur, l'effort sera transmis directement par la vis et le galet mais ces derniers ont essentiellement pour role d'asservir les rotations des arbres d'entrée et de sortie de façon à obtenir les variations recherchées du rapport de démultiplication. Ils ne pourraient assurer en permanence la transmission d'un effort, notamment à cause de l'usure rapide qui s'ensuivrait du fait de la faible surface de contact entre le galet et la vis En outre, en cas de choc accidentel, des risques sérieux de rupture de la transmission se présenteraient, notamment du fait de la faible épaisseur de la portion de galet engrenée sur la vis (qui pourrait etre brisée), mais aussi du montage de l'axe de rotation du galet sur l'arbre de sortie, en porte-à-faux. L'invention se propose notamment de remédier à ces inconvénients. Le mécanisme objet de l'invention se caractérise en ce qu'il comporte une vis globique qui a un filet dont le creux a un profil de largeur variable et le plein un profil constant, et un élément denté qui comporte au moins un groupe de deux dents en prise de part et d'autre du plein du filet, le rapport de démultiplication entre des rotations simultanées de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie étant ainsi variable. L'invention rassemble à la fois les avantages (qui semblaient s'exciure mutuellement) apportés par le rapport variable et les avantages procurés par deux dents groupés en prise sur le filet, grâce aux caractéristiques que le demandeur est parvenu à déterminer pour le filet de la vis; on trouvera la description détaillée d'un procédé de taillage de ce filet et d'une machine le mettant en oeuvre dans une demande de brevet déposée conjointement à la présente demande. Avec deux dents au minimum en prise sur le filet, il est possible de transmettre en permanence des efforts entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie, puisque ces efforts se répartissent sur deux dents au lieu d'une seule: Un couple plus important pourra être transmis et l'usure des dents et du filet sera moins importante, l'effort se répartissant sur une plus grande surface. De plus, la sécurité est améliorée en cas de choc, notamment si ce dernier provoque la rupture d'une dent : il restera au moins une dent pour continuer à assurer la transmission du mouvement. D'autres caractéristiques, particularités et avantages de l'invention apparaitront dans la description de modes particuliers de réalisation donnés ci-dessous uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation simplifiée d'une vis globique et d'une roue dentée d'un mécanisme conforme à l'invention; - la figure 2 montre plus 'en détail la roue dentée représentée sur la figure 7; - la figure 3 est une représentation de la loi de dépendance entre les positions angulaires de la roue et de la vis représentées sur la figure 1;; - les figures 4 et 5 sont des représentations des lois de variation du rapport de démultiplication entre des rotations simultanées de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie de ce mécanisme, respectivement en fonction des positions de l'arbre d'entree et de l'arbre de sortie; - la figure 6 est une vue en coupe d'un mécanisme démultiplicateur de rotation conforme à l'invention; - la figure 7 est une vue en élévation d'une vis globique d'un mécanisme démultiplicateur conforme à l'invention; - la figure 8 montre une autre forme de réalisation d'une telle vis; - les figures 9 et 11 sont des représentations des lois de dépendances entre les positions de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie d'un mécanisme selon l'invention, comportant respectivement les vis représentées sur les figures 7 et 8;; - les figures 10 et 12 sont des représentations des lois de variation du rapport de démultiplication entre des arbres d'entrée et de sortie en fonction des positions de l'arbre d'entrée, ces lois correspondant respectivement aux figures 9 et 11. La figure 1 représente de façon simplifiée une vis globlique 1 et un élément denté, ici une roue dentée 2, d'un mécanisme démultiplicateur de rotation. Lorsque l'on fait tourner la vis globique 1, montée sur l'arbre d'entrée, autour de l'axe 3 on provoque la rotation de la roue dentée 2 autour de l'axe 4, avec un mouvement démultiplié. Des vis globiques 1A et 1B conformes à l'invention sont représentées sur les figures 7 et 8 elles portent un filet dont les creux 5A et 58 ont un profil de largeur variable et les pleins SA et 68 un profil constant. La roue dentée 2 est représentée plus en détail sur la figure 2. Conformément à d'autres caractéristiques de l'invention, elle comporte des groupes 7 de deux dents 7A et TB (ici 6 groupes), l'intervalle B compris entre ces deux dents ayant un profil correspondant à celui d'un plein de filet. Dans un mécanisme conforme à l'invention ces deux dents sont en prise de part et d'autre du filet, ce qui fait que le rapport de démultiplication entre des rotations simultanées de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie est variable. Selon un premier mode de réalisation d'un mécanisme conforme à l'invention, la vis globique 1 a un filet dont la largeur du creux varie, lorsqu'on parcourt ce filet, suivant une portion de loi périodique sur au moins une période, et l'élément denté a plusieurs groupes de deux dents. Dans l'exemple représente sur la figure 1, la largeur du creux du filet augmente à partir d'une extrémité 9 de la vis jusqu'à un lieu 10 où elle prend une valeur maximum, puis elle décroit jusqu'au centre 11 où elle prend une valeur minimum inférieure à la valeur prise à l'extrémité 9, puis elle croit jusqu'à un lieu 12 de façon similaire à celle avec laquelle elle a diminue entre 10 et 11, ce qui fait que la valeur maximum qu elle prend en 12 est égale à celle prise en 10, puis elle croit jusqu'à l'extrémité 13 de la vis où elle atteint une valeur égale à celle prise à l'extrémité 9, la croissance entre 9 et 10 se faisant de façon identique à la fin de la croissance entre 11 et 12, et la décroissance entre 12 et 13 se faisant de façon identique à la fin de la décroissance entre 10 et 11. Lorsqu'on parcourt le filet de la vis 1 de l'extrémité 9 à l'extrémité 13, la largeur du creux varie suivant une portion de loi périodique ayant pour période l'écart qui existe entre les lieux 10 et 12, ici un angle P égal à 60 degrés. Conformément à ce premier mode de réalisation, une période de la variation de largeur du filet correspond à une rotation de la vis égale à un multiple d'une rotation compléte, par exemple 3 tours: il faudra faire effectuer 3 tours à la vis 1 pour que la roue 2 tourne de l'angle P, qui doit etre un sous-multiple d'une rotation compléte, ici 350 divisés par 6 ( soit 60 degrés ), deux groupes de dents consécutifs étant espacés de cet angle. La figure 3 représente la loi de dépendance 14 qui existe entre les positions angulaires v de la vis, portées en abscisses, et e de l'élément denté, portées en ordonnée Cette loi oscille de façon cyclique autour d'une droite 15, un cycle correspondant pour chaque élément à une période de la variation de largeur du creux du filet : 3 tours pour la vis et 1/6 de tour pour l'élément denté. Les graduations sont inscrites en tour (360 degrés) et la position initiale (0;0) correspond à un groupe de dents centrées sur le centre 11 de la vis. Les figures 4 et -5 représentent des lois de variation 16 et 17 du rapport de démultiplication entre les rotations effectuées simultanément par la vis 1 et la roue 2, respectivement en fonction des positions angulaires de la vis et de la roue. Le rapport de démultiplication varie de façon périodique -comme la largeur du creux du filet, avec les mêmes périodes de 3 tours pour la vis et 1/6 de tour pour l'élément denté. Le rapport de démultiplication varie autour d une valeur moyenne, égale à 18 dans cet exemple, qui correspond au rapport qui serait obtenu si la loi de dépendance entre les positions angulaires de la vis et de la roue était la droite autour de laquelle se font les oscillations cycliques. Ce premier mode de réalisation d'un mécanisme selon l'invention offre l'avantage de permettre des rotations continues de l'arbre d'entrée et de 1 arbre de sortie, au lieu d'être limitées comme cela se produit avec le dispositif antérieur cité. Les caractéristiques de ce mode de réalisation permettent en effet de respecter un ensemble de trois conditions nécessaires et suffisantes que le demandeur est parvenu à déterminer pour que l'engrennement entre la vis et l'élément denté puisse se faire de façon continue. Une premiére condition est qu'il est nécessaire que chaque groupe de deux dents de la roue, après un tour complet de cette dernière, se retrouve dans la méme position relative par rapport à l'ébauche, ce qui est ici le cas, puisque la vis effectue 18 tours pendant un tour complet de la roue. La deuxiéme condition porte sur deux groupes consécutifs de dents, après une rotation de la roue les substituant l'un à l'autre : il est nécessaire que le groupe substitué se retrouve dans une position relative par rapport à l'ébauche qui soit identique à celle qu'avait le groupe qu'il remplace en début de substitution, ce qui est ici le cas puisque la vis fait 3 tours complets pendant qu'un groupe de dents se substitue au groupe précédent. La troisième condition complète cette deuxième condition : il est nécessaire que la largeur du creux du filet ait la même valeur en début et en fin de substitution, afin que le rapport de démultiplication soit le même, ce qui est le cas puisqu'une substitution correspond à une période de la variation de largeur du creux du filet. La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation avantageuse d'un mécanisme conforme à l'invention Il comporte une vis 18, telle que la vis 1A ou la vis 1B (figure 7 ou 8) montée sur un arbre d entrée 19 et coopérant par l intermediaire de son filet avec un élément denté qul est ici un galet 20 monte rotatif autour d'un axe 21 transversal à un arbre de sortie 22 qui tourne autour d un axe 23 lorsque l on fait tourner l'arbre d entree 19, le débattement de ces arbres entant limité par la rencontre du galet 20 avec une butée 24A ou 24B qui évite qu'il y ait désengagement du galet et de la vis aux extrémités de cette dernière Ce mécanisme est du type de ceux généralement utilises dans une direction de véhicule, l'arbre d'entrée 19 étant relie au volant et l arbre de sortie 22 aux roues directrices Selon des caracteristisques de ce deuxième mode de réalisation, la vis globique a un filet dont le creux a une largeur qui a une valeur extrême au centre du filet et qui varie en gardant un meme sens de variation symétriquement lorsque l'on s'éloigne de part et d'autre de ce centre, ladite largeur atteignant ainsi une autre valeur extrême aux extrémités du filet Avec ces caractéristiques, le raPPort de démultiplication, en fonction de la position angulaire de l un des deux arbres du mecanisme, varie symétriquement de part et d autre d une valeur extrême, en gardant un même sens de variation, jusqu à atteindre une autre valeur extrême Un tel mécanisme démultiplicateur est treks interessant dans une direction de véhicule, car on a ainsi un rapport qui est maximum ou minimum dans la position aligne droites et qui croit ou décroit symétriquement de part et d'autre de cette position, jusqu'aux positions de braquage maximum des roues La vis globique 1A représentee sur la figure 7 est conforme à ce deuxième mode de réalisation préféré elle a un un filet dont le creux 5A a une largeur qui est maximum au centre dudit filet, et qui diminue symétriquement jusqu aux extrémités de ce filet. La figure 9 représente la loi de dépendance entre les positions angulaires v de l'arbre d'entrée et s de l'arbre de sortie d'un mécanisme démultiplicateur comportant cette vis. L'origine (O;O) correspond à la position du mécanisme représenté sur la figure 6. La figure 10 représente la loi de variation du rapport de démultiplication du mécanisme en fonction des positions angulaires v de l'arbre d'entrée : il est minimum lorsque ce galet coopére avec la vis autour de son centre, puis croit jusqu'à une valeur maximale atteinte lorsque le mécanisme est en butée.Autour de la position centrale une rotation donnée de l'arbre d arbre d'entrée, par exemple un tour complet, provoque une rotation de l'arbre de sortie plus importante qu en position extréme: lorsque l'on tourne l'arbre d'entrée de O à 1 tour (ou de O à - 1 tour) l'arbre de sortie effectue une rotation plus importante que lorsque l'on tourne l'arbre d arbre d'entrée de 2 à 3 tours (ou de - 2 à - 3 tours Dans une direction de véhicule, un tel mécanisme est très intéressant puisque l'on aura le minimum du rapport de fonctionnement en position ligne droite" Il est en effet avantageux d'avoir un petit rapport de démultiplication (par exemple 16), lorsque le véhicule circule en ligne droite et un grand rapport (par exemple 24) en position de braquage maximum des roues : les coups de volant que doit donner le conducteur lorsque le véhicule circule sont de faibles amplitudes bien qu'il n'ait pas à exerçer des efforts trop importants lorsqu'il doit braquer complètement les roues, manoeuvre qu'il effectue en général lorsque le véhicule est pratiquement à l'arrêt, par exemple pour le garer. La vis globique 1B représentée sur la figure 8 est également conforme à ce deuxième mode de réalisation: elle a un filet dont le creux 5B à une largeur qui est minimum au centre dudit filet et qui diminue symétriquement jusqu'aux extrémités de ce filet. Les figures 11 et 12 représentent les lois obtenues avec cette vis, de la meme façon que les figures 9 et 10. Un mécanisme réducteur comportant cette vis sera intéressant à utiliser dans une direction assistée de véhicule où l'on veut un rapport de fonctionnement maximum en position ligne droite" où l'on désire que la direction soit précise, c' est-à-dire qu'un coup de volant ne produise pas une rotation trop importante des roues qui pourrait être dangereuse à grande vitesse, et ou on désire par contre un rapport de démultiplication minimum en position de braquage maximum des roues pour parvenir à cette position depuis la position "ligne droite" en faisant effectuer au volant une rotation la plus petite possible, l'effort supplémentaire résultant de la diminution du rapport de fonctionnement étant pris en charge par le dispositif d'assistance de la direction. Bien entendu, un mécanisme démultiplicateur de rotation ayant en outre un dispositif d'assistance intégré, par exemple électrique, reste conforme à l'invention. Selon une caractéristique préféré de ce deuxième mode de réalisation, l'élément denté est un galet 20 à deux dents annulaires 25A et 258, monté rotatif autour d un axe 21 porté transversalement par l'arbre de sortie 20, cet axe étant fixé à l'arbre de sortie par ses deux extrémités. On a ainsi l'avantage d'avoir moins de frottement lors de l'engrennement entre la vis et l'élément denté, le frottement étant remplacé par du roulement. Selon d'autres caractéristiques préférées de ce deuxième mode de réalisation, le mécanisme démultiplicateur de rotation comporte un carter 26 de maintien des arbres présentant des portées 24A et 248 formant butée pour le galet 24 lorsqu'il est engrenné sur une extrémité de la vis. Cela permet d'utiliser le filet de la vis 18 en donnant un débattement maximum aux arbres du mécanisme, en autorisant le désengrennement d'une première dent et en arrêtant la rotation juste avant qu'il n'y ait désengrennement de la deuxième dent. En fait, dans ce deuxième mode de réalisation d'un mécanisme selon l'invention, la largeur du creux du filet varie selon une loi périodique, sur une portion inférieure à une période. Le débattement des arbres du mécanisme doit être limité, car un seul groupe de dents peut être en prise sur le filet : il n'est pas possible d'avoir des valeurs différentes du rapport de démultiplication pour deux groupes distincts de dents en prise sur le filet de la vis. Le débattement souhaité pour l arbre de sortie d'un mécanisme conforme à ce second mode de réalisation détermine la valeur du "débattement de taillage" auquel il est fait référence dans une demande de brevet déposée conjointement à la présente demande, et portant sur un procédé de taillage d'un filet de vis globiques à pas variable et sur une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé, où le filet est taillé par un couteau, le rapport de démultiplication entre les rotations effectuées simultanément par l'ébauche de vi-s et le couteau étant périodique, qu'il soit exprimé en fonction des positions angulaires de l'ébauche ou de la vis, et la loi de dépendance du couteau et de l'ébauche variant de façon cyclique autour d'une droite.Cette loi de dépendance et les lois de variation du rapport de démultiplication de taillage sont semblables à celles représentées sur les figures 3 à 5, les positions angulaires de la vis correspondant à celles de l'ébauche et celles de l'élément denté à celles du couteau. On sait qu'il est courant de faire fonctionner la vis globique et l'élément denté d'un mécanisme démultiplicateur de rotation avec un entraxe inférieur à celui séparant l'ébauche de vis globiques et le couteau avec lequel elle a été taillée, en fin de taillage: on a ainsi un débattement de fonctionnement supérieur au débattement obtenu en fin de taillage, et un rapport de démultiplication au fonctionnement supérieur au rapport de démultiplication entre les rotations de l'ébauche et du couteau au cours du taillage. Dans la pratique, il est cependant possible de prendre un débattement de taillage égal au débattement de fonctionnement recherché, mais avec un rapport de taillage inférieur de deux points au débattement de fonctionnement recherché. Pour un mécanisme démultiplicateur à rapport variable la même méthode est applicable pour déterminer les rapports de taillage moyens, minimum et maximum atteints sur une période. Une valeur maximum ou minimum du rapport de démultiplication sur une période n'est pas atteinte dans le second mode de réalisation de l'invention, du fait de la variation du rapport sur moins d'une période. Cette valeur pourra être confondue avec la valeur minimum ou maximum désire Dans le cas du premier mode de réalisation décrit, on prendra un débattement de taillage supérieur à la rotation que l'on souhaite faire effectuer à l'arbre de sortie pendant une période, et on prendra des valeurs du rapport de taillage identiques aux valeurs du rapport de fonctionnement. Selon une caractéristique du mécanisme démultiplicateur de rotation faisant l'objet de l'invention, la vis globique a un filet dont la largeur du creux varie, lorsqu'on parcourt ce filet, de telle sorte que le rapport de démultiplication, exprimé en fonction de la position angulaire de l'arbre d'entrée, varie suivant une loi sensiblement sinusoidale. Cette caractéristique est avantageuse, notamment pour le deuxième mode de réalisation décrit quand il est utilisé dans une direction de véhicule, car il permet d'avoir des variations du rapport de direction donnant à l'opérateur une bonne sensation de conduite. Il est bien entendu que la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté sur la figure, mais englobe toutes variantes que l'homme de métier pourra déterminer. REVENDICATIONS 1. Mécanisme démultiplicateur de rotation comportant un arbre d'entrée portant une vis globique et un arbre de sortie transversal portant un élément denté coopérant avec ladite vis, caractérisé en ce que cette vis globique a un filet dont le creux (5A, 58) a un profil de largeur variable et le plein (6A, 6B) un profil constant, et en ce que cet élément denté comporte au moins un groupe de deux dents en prise de part et d'autre du plein du filet, le rapport de démultiplication (r) entre des rotations simultanées de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie étant ainsi variable. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vis globique (1) a un filet dont la largeur du creux varie, lorsqu'on parcourt ce filet, suivant une portion de loi périodique sur au moins une période, et en ce que ledit élément denté (2) a plusieurs groupes (7) de deux dents; une période de la variation de largeur du filet correspondant à une rotation de la vis égale à un angle multiple d'une rotation complète et à une rotation de l'èlement denté égale à un angle sousmultiple d'une rotation complète, deux groupes de dents consécutifs de l'élement denté étant espacés de cet angle; le rapport de démultiplication du mécanisme variant ainsi en fonction de la position angulaire de l'un des deux arbres du mécanisme suivant une loi périodique. 3. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément denté (20) comporte un seul groupe de deux dents (25A,25BM, en ce que la vis globique (1A. 1B) a un filet dont le creux a une largeur qui a une valeur extrême au centre du filet et qui varie en gardant un même sens de variations symétriquement lorsque l'on s'éloigne de part et d'autre de ce centre, ladite largeur atteignant ainsi une autre valeur extrême aux extrémités du filet, et en ce qu'il comporte en outre des butées d'arrét (24A, 24B) bloquant la rotation des arbres (19, 20) lorsque ledit groupe de deux dents est en prise sur une extrémité du filet, le rapport de démultiplication (r) du mécanisme variant ainsi, en fonction de la position angulaire de l'un des deux arbres du mécanisme, symétriquement de part et d'autre d'une valeur extrême, en gardant un meme sens de variation, jusqu'à atteindre une autre valeur extrême 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite vis globique (1A) a un filet dont le creux (SA > a une largeur qui est maximum au centre dudit filet et qui augmente symétriquement jusqu'aux extrémités de ce filet, le rapport de démultiplication (r) du mécanisme croissant ainsi, en fonction de la position angulaire de l'un des arbres du mécanisme, de part et d'autre d'une valeur minimum jusqu'à atteindre une valeur maximum. 5. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite vis globique (1B) a un filet dont le creux a une largeur qui est minimum au centre dudit filet et qui augmente symétriquement jusqu'aux extrémités de ce filet, le rapport de démultiplication (r du mécanisme décroissant ainsi, en fonction de la position angulaire de l'un des arbres du mécanisme, de part et d'autre d'une valeur maximum jusqu'à atteindre une valeur minimum. 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit élément denté est un galet (20) à deux dents (24A, 248) annulaires, monté rotatif autour d'un axe (21) transversal fixé par ses deux extrémités à l'arbre de sortie (22). 7. Mécanisme selon 1 une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un carter de maintien des arbres présentant des portées (24A, 24 B) formant butée pour le galet (20) lorsqu'il est engrenné sur une extrémité du galet de la vis. 8. Mécanisme selon 1 une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite vis globique a un filet dont la largeur du creux varie, lorsqu'on parcourt ce filet, de telle sorte que le rapport de démultiplication (r), , exprimé en fonction de la position angulaire (v) de l'arbre d'entrée, varie suivant une loi sensiblement sinusoidale.