Brevet FR2676204A1 — publié le 19921113

La présente invention concerne un piston, notamment pour une tige de crémaillère de système de direction assistée de véhicule automobile. Les systèmes de direction assistée de véhicule automobile mettent en service de façon connue et principalement, une crémaillère susceptible de se déplacer dans un cylindre logé dans le boîtier de direction, sous l'effet de la manoeuvre du volant de direction, laquelle manoeuvre provoque l'entraînement en rotation d'un pignon solidaire d'une part, de l'arbre de direction du véhicule et en prise d'autre part, avec ladite crémaillère L'assistance de la direction peut être réalisée par l'intermédiaire d'un dispositif hydraulique ou bien pneumatique, comprenant deux chambres de pression prévues respectivement aux deux extrémités du cylindre, et délimitées d'une part par ledit cylindre et d'autre part, respectivement pour les deux chambres, par deux pistons intégrant chacun un joint d'étanchéité et une bague de glissement, une pression hydraulique étant sélectivement établie dans les deux chambres en fonction de la direction du mouvement imprimée au volant, afin d'en faciliter la manoeuvre. On connait par le document EP 0261854 un engrenage par pignon et crémaillère pour une direction assistée de véhicule automobile du type décrit ci-dessus, dans lequel la transmission du mouvement de la crémaillère aux biellettes des roues d'un train de roues directrices s'effectue dans la partie centrale de la crémaillère, et dans lequel un dispositif de réajustement permanent des positions relatives de la crémaillère et du pignon permet d'obtenir une qualité d'engrenage optimale indépendamment des variations dimensionnelles tenant aux tolérances de fabrication, aux variations dans la raideur de la crémaillère, ou bien aux effets d'une longue utilisation. A cet effet ce dispositif comprend, au niveau de l'engrenage précité, un troisième palier de glissement, constituée par un poussoir coulissant dans un logement du boîtier de direction, situé à la partie inférieure de la crémaillère, et rappelé en permanence par un ressort vers le pignon A ce troisième palier est associé un piston flottant entourant l'une des extrémités de la crémaillère, sur lequel sont montés rigidement un joint d'étanchéité et une bague de frottement, et à l'intérieur duquel l'extrémité correspondante de la crémaillère peut se déplacer pendant l'opération de réajustement des positions relatives de la crémaillère et du pignon. Or, il s'avère que les pistons flottants équipant les systèmes de direction assistée présentent un certain nombre d'inconvénients qui tiennent principalement d'une part, à ce que des risques de décentrage de la crémaillère sont occasionnés malgré le réajustement permanent opéré par le dispositif de plaquage, d'autre part, à ce que les contraintes de fonctionnement et les tolérances de fabrication entraînent des variations dimensionnelles qui diminuent la qualité du coulissement et de l'étanchéité du piston par rapport au cylindre au cours du temps. En outre, si le système à pistons flottants est approprié pour les systèmes de direction à transmission de mouvement aux biellettes, à partir du centre de la crémaillère, il est difficilement transposable sur d'autres systèmes de direction dans lesquels, la transmission du mouvement de la crémaillère est assurée par une partie de celle-ci en forme de tige dont une extrémité est reliée aux biellettes de direction sur le côté du boîtier, du fait de la présence d'un troisième palier de frottement difficilement réalisable dans le cas d'une sortie de tige en porte-à-faux. Dans ce type de système de direction en effet, des efforts importants sont transmis à la tige qui risque de se déformer et donc d'entraver le bon coulissement des pistons le long des parois du cylindre, en diminuant l'étanchéité de l'ensemble. La présente invention résout ces problèmes, et propose un piston, notamment pour une tige de crémaillère de système de direction assistée de véhicule automobile, particulièrement économique et d'une grande facilité de montage, permettant d'assurer un bon coulissement du piston et une étanchéité efficace dans le cylindre entre les deux côtés du piston, indépendamment des déformations de la tige engendrées par les contraintes de fonctionnement. A cet effet la présente invention a pour objet un piston, notamment pour tige de crémaillère de systèmes de direction assistée de véhicule automobile, monté sur ladite crémaillère coulissant dans un cylindre du boîtier de direction, et comprenant un joint d'étanchéité et une bague de frottement montés sur un support rigide entre le cylindre et la tige de crémaillère précités, de façon à former avec ledit cylindre l'une au moins des deux chambres de pression prévues respectivement aux deux extrémités de ce cylindre, et à permettre le coulissement de façon étanche de ladite tige de crémaillère entourée par ledit piston dans le cylindre sous l'effet d'une pression établie dans l'une des chambres précitées lors de la commande de direction, ce piston étant caractérisé en ce que le support rigide coopère avec un moyen élastique monté autour de la tige pour assurer un contact glissant et étanche permanent entre la bague de frottement et le cylindre précité. On voit déjà que grâce à l'invention, la bague de frottement suit la géométrie de la surface interne du cylindre, indépendamment du déplacement de la tige, ce qui permet d'obtenir un coulissement et une étanchéité permanents. Suivant une réalisation particulière de l'invention, le moyen élastique précité est une pièce réalisée en un matériau déformable, interposée entre le support et la tige précitée, auxquels elle est fixée de façon étanche Le support rigide est avantageusement de forme annulaire et entoure la tige, et une virole également rigide est interposée entre la pièce élastique précitée et la tige, auxquelles elle est fixée de manière étanche. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, la solidarisation de la pièce élastique précitée avec le support rigide et la virole précitée, est réalisée par adhérisation, la virole étant solidarisée avec la tige par collage, serrage ou bien emmanchement à force. On précisera que la pièce élastique précitée peut être réalisée dans un matériau élastomère ou analogue. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, le support rigide revêt une forme de couronne comportant une gorge périphérique externe dans laquelle le joint d'étanchéité et la bague de frottement sont superposés. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, la virole se prolonge à l'une de ses extrémités pour former une butée de limitation du déplacement du support rigide par rapport à la pièce élastique Il est ainsi possible d'éviter que la pièce réalisée en un matériau déformable ne soit trop sollicitée en cisaillement, le caoutchouc, par exemple, résistant peu au cisaillement. Suivant une variante de réalisation de l'invention, le piston est symétrique par rapport à son plan médian perpendiculaire à la direction longitudinale de la crémaillère. L'invention a encore pour objet un système de direction assistée hydraulique, équipé d'un piston tel que décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels la figure 1 est une vue élévation d'un système de direction assistée de véhicule automobile, incluant un boîtier de direction, un cylindre, une crémaillère et des chambres de pression, et la figure 2 est un élément de détail et suivant la flèche II de la figure précédente, illustrant le piston de l'invention en service, monté autour de la tige de la crémaillère. En se reportant à la figure 1, on voit un système de direction assistée hydraulique de véhicule automobile, comportant principalement un boîtier de direction 3 logeant un cylindre 2 recevant une crémaillère de direction 4, laquelle est montée coulissante dans ledit cylindre 2 et est en prise avec un pignon d'engrenage 5 relié à l'arbre de direction du véhicule (non représenté) La crémaillère précitée 4 comporte une partie 40 en forme de tige assurant le raccordement aux biellettes de direction de deux roues directrices du véhicule (non représentées), la tige 40 sortant du cylindre 2 par un orifice prévu dans un côté latéral dudit cylindre 2 Ce système de direction est associé à un dispositif d'assistance hydraulique de direction mettant en oeuvre une valve et des vérins hydrauliques (non représentés), et reliés à deux chambres de pression 20,21 délimitées respectivement par, d'une part, les deux extrémités du cylindre 2, d'autre part, deux pistons 1,6 montés respectivement autour des deux extrémités de la partie dentée de la crémaillère 4 L'un 6 de ces deux pistons 1,6 est du type connu et comprend un joint d'étanchéité 60 et une bague de frottement 61, tandis que l'autre 1, dont la structure va être décrite en relation avec la figure 2, est conforme à l'invention et est monté autour de la tige 40 prolongeant la partie dentée de la crémaillère 4. En se reportant plus particulièrement à la figure 2, on voit que le piston 1 de l'invention comporte un support de joint 12 réalisé en un matériau rigide, et revêtant la forme d'une couronne disposée autour de la crémaillère 4 Une gorge 120 a été ménagée dans la périphérie externe dudit support 12, et est destinée à recevoir un joint d'étanchéité 11 et une bague de frottement 10 superposés La partie intérieure du support précité 12 est fixée de manière étanche à un bloc de matériau déformable 13 relié de la même manière par sa surface intérieure, à une virole circulaire 14 entourant la tige 40 sur laquelle elle est fixée par collage ou bien serrage On remarquera que la virole précitée 14 se prolonge dans la direction de la partie dentée de la crémaillère 4, pour former un élément en forme de crochet 140, présentant une face 141 parallèle à l'un des bords 121 du support 12 du joint 11, de manière à constituer un élément d'appui 141 pour ledit support 12, laquelle virole 14 présente à sa base une surface inclinée 122 destinée à venir en appui sur un anneau d'arrêt 44 solidaire de la tige 40 de crémaillère 4. On notera que le bloc déformable précité 13 peut être réalisé dans une matière synthétique, tandis que la virole circulaire 14 et la couronne porte-joint 12 pourront être réalisées en acier, et la bague de frottement 10 en téflon. La solidarisation de la virole 14 sur la tige peut être réalisée par serrage et/ou collage de façon à permettre l'entraînement de la tige 40 par le piston 1 et d'assurer l'étanchéité statique; la solidarisation par serrage pouvant être obtenue par exemple en refroidissant la tige 40 et/ou en chauffant la virole 14 avant d'effectuer le montage On notera que cet élément d'arrêt 44 peut prendre différentes formes, à savoir, par exemple, celle d'un segment, d'un circlips, d'un jonc, d'un épaulement ou autre. Lors du montage, le piston 1, dont les différents éléments constitutifs ont été assemblés, est enfilé autour de la tige 40 de la crémaillère 4, à partir de son extrémité libre 41, et avant le raccordement de cette extrémité 41 aux biellettes de direction, jusqu'à ce que la virole 14 soit en appui sur l'élément d'arrêt 44 Puis il est procédé à la fixation de la virole 14 sur la tige 40 par l'un des moyens de fixation décrits précédement. En fonctionnement, lors de l'établissement d'une pression dans l'une des chambres 21, l'ensemble formé par le support rigide 12, le joint d'étanchéité 11, la bague de frottement 10, la pièce 13 et la virole 14, constituant le piston de l'invention 1, entraîne la tige de la crémaillère 4 en translation, la pièce de matériau déformable 13 permettant à l'ensemble de suivre la surface interne du cylindre 2 Pendant ce déplacement, le support 12 du joint prend appui sur la surface d'appui 141, formée par la virole 14; ce qui permet d'éviter une sollicitation en cisaillement trop importante de la pièce déformable 13, engendrée par le déplacement du support 12, par rapport à la virole 14, lors de l'application d'une pression sur ladite couronne 12, le caoutchouc par exemple résistant peu au cisaillement. On notera que le piston de l'invention pourra être utilisé dans des systèmes de direction assistée à fonctionnement hydraulique ou bien pneumatique, et que, bien qu'il soit plus approprié pour les systèmes de direction du type à transmission latérale du mouvement de la crémaillère aux biellettes de direction, il pourrait également équiper d'autres systèmes de direction, par exemple les systèmes de direction dans lesquels la transmission du mouvement est réalisée entre les deux pistons. On précisera également que dans le cas de l'utilisation d'un vérin à double effet, il peut être envisagé de réaliser une virole symétrique par rapport à un axe vertical médian X-X' La mise en place de tels pistons dans les systèmes de direction assistée à doubles pistons coaxiaux permet d'éliminer avantageusement les effets de l'influence des contraintes de fonctionnement de la tige et d'obtenir une meilleure étanchéité. On a donc réalisé grâce à l'invention un piston, notamment pour tige de crémaillère de système de direction assistée de véhicule automobile, permettant de maintenir une qualité optimale de coulissement et d'étanchéité de la bague de frottement du piston par rapport aux cylindres, indépendamment des déformations de la tige engendrées par les contraintes de fonctionnement, améliorant considérablement la fiabilité de fonctionnement des systèmes de direction auxquels il s'applique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. R E V E N D I C A T I O N S 1 Piston, notamment pour tige de crémaillère de système de direction assistée de véhicule automobile, monté sur ladite crémaillère coulissant dans un cylindre du boîtier de direction, et comprenant un joint d'étanchéité et une bague de frottement montés sur un support rigide entre le cylindre et la tige de crémaillère précités, de façon à former avec ledit cylindre l'une au moins des deux chambres de pression prévues respectivement aux deux extrémités de ce cylindre et à permettre le coulissement de façon étanche de la tige de crémaillère entourée par le piston dans ledit cylindre sous l'effet d'une pression établie dans l'une des chambres précitées lors de la commande de direction, caractérisé en ce que le support rigide précité ( 12) coopère avec un moyen élastique ( 13) monté autour de la tige ( 40) pour assurer un contact glissant et étanche permanent entre la bague de frottement ( 10) et le cylindre précité ( 2). 2 Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen élastique précité est une pièce ( 13) réalisée en un matériau déformable, interposée entre le support ( 12) et la tige précités ( 40) auxquels elle est fixée de façon étanche. 3 Piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support rigide ( 12) est de forme annulaire et entoure la tige ( 40). 4 Piston selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'une virole rigide ( 14) est interposée entre la pièce élastique ( 13) et la tige ( 40) précitées, en étant fixée à celles-ci de manière étanche. Piston selon la revendication 4, caractérisé en ce que la solidarisation de la pièce élastique ( 13) précitée avec d'une part, le support rigide ( 12), et d'autre part, la virole ( 14) précitée, est réalisée par adhérisation. 6 Piston selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la virole ( 14) est solidarisée avec la tige ( 40) par collage, serrage ou bien emmanchement à force. 7 Piston selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la pièce élastique précitée ( 13) est réalisée en élastomère ou analogue. 8 Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support rigide ( 12) revêt une forme de couronne comportant une gorge périphérique externe ( 120) dans laquelle le joint d'étanchéité ( 11) et la bague de frottement ( 10) sont superposés. 9 Piston selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la virole ( 14) se prolonge à l'une de ses extrémités pour former une butée ( 141) de limitation du déplacement du support rigide ( 12) par rapport à la pièce élastique ( 13). 10 Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est symétrique par rapport à son plan médian perpendiculaire à la direction longitudinale de la crémaillère. 11 Système de direction assistée hydraulique équipé d'un piston selon l'une quelconque des revendications précédentes.