Brevet FR2773532A1 — publié le 19990716

L'invention concerne un arbre de direction de véhicule automobile, comportant deux parties qui sont guidées l'une dans l'autre de façon télescopique et possèdent des sections transversales profilées correspondantes et entre lesquelles est insérée au moins une rangée d'éléments roulants, qui est disposée respectivement dans la direction axiale, en établissant une liaison de rotation entre les sections transversales profilées. D'après le document allemand DE 35 13 340 C2 on connaît une liaison d'entraînement entre un moyeu et une partie d'arbre guidée dans ce moyeu, le moyeu et la partie d'arbre comportant tous deux plusieurs gorges longitudinales qui se correspondent par couples et dans lesquelles sont disposés des ensembles de billes. Un ensemble de billes est constitué par une rangée de billes disposées dans la direction axiale et qui sont repoussées entre le moyeu et la partie d'arbre, deux gorges longitudinales correspondantes formant un siège d'appui, ouvert dans la direction axiale, pour l'ensemble considéré de billes. Le processus d'insertion à force s'effectue moyennant une déformation plastique d'au moins l'un des composants et établit une liaison, qui d'une part garantit la transmission d'un couple et d'autre part garantit une possibilité de déplacement axial. Une chute des billes doit être évitée. D'après le document EP 0 629 540 B1 on connaît une liaison entre deux parties d'arbre d'une colonne de direction pour véhicule automobile, dans laquelle une fixation des parties d'arbre l'une par rapport à l'autre est prévue à l'aide de plusieurs emballages quadrangulaires en résine coulés de manière à établir une liaison par formes complémentaires et guidés selon une liaison par formes complémentaires dans le sens de rotation. Une bille insérée lors de la fabrication moyennant une déformation plastique d'une partie d'arbre, est disposée, de manière à garantir le contact électrique entre les parties d'arbre, et, en cas de crash, lors d'un déplacement axial des parties d'arbre l'une par rapport à l'autre, assume également des tâches d'absorption d'énergie sous l'effet d'une déformation plastique plus grande d'une partie d'arbre. Le problème à la base de l'invention a pour but d'indiquer un arbre de direction pour véhicule automobile du type indiqué plus haut, dans lequel on obtient à l'aide de moyens particulièrement simples une grande sécurité pour les passagers lors d'un choc du véhicule, en dehors de réaliser une transmission du couple entre les parties d'arbre. Ce problème est résolu grâce au fait qu'aux éléments roulants d'extrémité de la série d'éléments roulants est associée respectivement au moins une butée axiale, ces butées axiales étant positionnées sur des parties d'arbre opposées, au moins une butée axiale étant déformable plastiquement. De ce fait, on obtient une fixation par formes complémentaires de la rangée d'éléments roulants dans la direction axiale et dans la direction circonférentielle, et dans le cas d'un déplacement axial dû à un crash, l'énergie de déplacement est annulée en raison d'une déformation de la ou des butées déformables plastiquement. La liaison peut être adaptée à des cas possibles de charge grâce à la disposition d'un nombre approprié de rangées d'éléments roulants. En outre, grâce à l'agencement particulier d'une butée individuelle, on peut influer sur la capacité d'absorption d'énergie, notamment grâce au dimensionnement de l'étendue radiale - rapportée à un axe de rotation de l'arbre de direction. Dans une forme de réalisation de l'invention, au moins une butée axiale est agencée sous la forme d'une transition d'une section transversale profilée circulaire à une section transversale profilée non circulaire de la partie d'arbre considérée. Une telle butée peut être fabriquée d'une manière particulièrement simple. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, au moins une butée axiale comporte plusieurs parties étagées qui se succèdent dans la direction axiale et ont des étendues différentes dans la direction radiale. De ce fait on peut obtenir une déformation échelonnée aussi bien de la partie d'arbre comportant la butée que de la partie d'arbre opposée, car lorsque les billes associées roulent au-dessus de la butée, un travail de déformation dépendant de la valeur de l'étendue radiale de la butée, est fourni. Selon une variante de réalisation de l'invention, entre les deux billes d'une série d'éléments roulants est disposée une entretoise, qui est orientée dans la direction axiale des parties d'arbre et est agencée sous la forme d'un composant séparé. Il n'est pas nécessaire de prévoir l'entretoise pour la transmission d'un couple entre les parties d'arbre lorsque les billes restantes suffisent pour la transmission d'un couple. L'entretoise sert notamment à réduire le poids tout en garantissant un guidage axial suffisant des parties d'arbre l'une par rapport à l'autre, au moyen des billes restantes, qui sont séparées par une distance axiale suffisante. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'entretoise est agencée sous la forme d'un cylindre possédant un diamètre qui correspond au maximum au diamètre des billes. Une telle entretoise cylindrique peut être également utilisée pour la transmission d'un couple. Le cylindre peut remplacer avec le même effet plusieurs billes. Selon une autre caractéristique de l'invention, entre deux billes d'une rangée d'éléments roulants est disposée au moins une entretoise déformable, qui est orientée dans la direction axiale des parties d'arbre et est réalisée respectivement d'un seul tenant avec une partie d'arbre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un arbre de direction pour véhicule automobile, selon l'invention; - la figure 2 représente une coupe transversale d'une première partie d'arbre, prise suivant la ligne de coupe II-II sur la figure 1; - la figure 3 représente une coupe transversale des deux parties de l'arbre de direction pour véhicule automobile, prises suivant la ligne de coupe III-III sur la figure 1; - la figure 4 montre, selon une représentation détaillée, une coupe longitudinale de l'arbre de direction pour véhicule automobile selon la figure 1 dans la zone des rangées de billes; - la figure 5 représente une coupe longitudinale, analogue à la figure 4, d'un premier exemple de réalisation modifié d'un arbre de direction pour véhicule automobile selon l'invention; - la figure 6 représente une coupe longitudinale, analogue à la figure 4, d'un second exemple de réalisation modifié d'un arbre de direction pour véhicule automobile selon l'invention; - la figure 7 représente une coupe longitudinale, analogue à la figure 4, d'un troisième exemple de réalisation modifié d'un arbre de direction pour véhicule automobile selon l'invention; et - la figure 8 représente une coupe longitudinale, analogue à la figure 4, d'un quatrième exemple de réalisation modifié d'un arbre de direction pour véhicule automobile selon l'invention; Un arbre d'articulation, représenté sur les figures 1 à 4, pour un véhicule automobile comporte une première partie 1, qui est agencée avec une forme essentiellement tubulaire et possède différentes zones profilées la à le. Une seconde partie de l'arbre est guidée de façon télescopique et selon une liaison en rotation dans la première partie d'arbre 1, par l'intermédiaire d'un dispositif d'entraînement lc, 2c, 4 décrit ci-après. Un mécanisme de direction non représenté, qui coopère avec la première partie d'arbre 1, peut être actionné au moyen d'un volant 6 qui est relié de façon fixe à la seconde partie d'arbre 2. A cet effet, la première partie d'arbre 1 est montée de manière à pouvoir tourner autour de son axe, au moyen de plusieurs roulements à billes 3. La première partie d'arbre comporte une première zone la possédant une section transversale profilée essentiellement en forme d'anneau circulaire et qui est représentée sur la figure 2. A la suite d'une20 jonction lb est prévue une seconde zone lc de la première partie d'arbre 1 qui, comme représenté sur la figure 2, possède une section transversale profilée non circulaire et se prolonge, par l'intermédiaire d'une autre jonction ld, par une troisième zone le possédant25 une section transversale profilée de forme annulaire. La seconde partie d'arbre 2 possède, comme la première partie d'arbre 1, deux zones 2a et 2e comportant une section transversale profilée 2 en forme d'anneau circulaire et entre lesquelles est disposée une30 zone 2c qui se raccorde au moyen de jonctions 2b et 2d et possède une section transversale profilée carrée, comme cela est visible sur les figures 3 et 4. Dans la zone de recouvrement des deux parties d'arbre, la dimension extérieure maximale de la seconde partie d'arbre 2 est inférieure au diamètre intérieur de la première partie d'arbre. Comme cela ressort en outre des figures 3 et 4, des diamètres extérieurs des zones 2a et 2e sont choisis légèrement inférieurs aux diamètres intérieurs des zones correspondantes la et le. En outre les zones lc et 2c possèdent approximativement la même étendue axiale - rapportée à l'axe de rotation de l'arbre de direction -, de sorte qu'on obtient, entre ces zones, en raison d'une étendue radiale différente et d'une disposition correspondante, de rotation réciproque, des deux parties d'arbre, des volumes en forme de cages, allongés dans la direction axiale et dans lesquels peuvent être insérées, sans jeu, plusieurs rangées d'éléments roulants se présentant sous la forme de rangées de billes 4. Les jonctions 2b et 2d, qui sont associées aux rangées de billes 4 du côté de la deuxième partie d'arbre 2, limitent les volumes en forme de cages dans la direction axiale et forment par conséquent des butées axiales pour les rangées de billes 4. De façon correspondante, les jonctions lb et ld forment, du côté de la première partie d'arbre 1, également des butées axiales correspondantes de sorte que, lorsque les rangées de billes 4 sont insérées dans les volumes associés, un déplacement relatif entre les parties d'arbre est bloqué. Les rangées de billes 4 servent par conséquent d'éléments d'entraînement qui agissent dans le sens de rotation de l'arbre de direction et fixent en outre les parties d'arbre guidées l'une dans l'autre, et également dans la direction axiale. En raison de la configuration, dans une large mesure fermée de tous côtés, des volumes pour les rangées de billes 4, permettant une insertion selon une liaison par formes complémentaires, un support sûr requiert simplement une insertion sans jeu et ne requiert aucun enfoncement sous pression des billes 4. Dans l'exemple de réalisation expliqué, la partie 2c est agencée sous la forme d'une partie massive quadrangulaire, dont les diagonales ont des longueurs inférieures aux longueurs des bords de la section transversale intérieure de la partie lc de la première partie d'arbre 1. En outre la longueur des diagonales indiquées correspond au diamètre extérieur respectif des zones 2a et 2e. De même la longueur indiquée des côtés de la zone lc correspond au diamètre intérieur respectif des zones la et le. De cette manière on obtient des butées lb, ld, 2b, 2d, qui agissent directement à partir des jonctions entre les sections transversales profilées non circulaires et les sections transversales profilées circulaires, dans la direction axiale et dont les surfaces de contact avec les billes d'extrémité respectivement voisines des rangées de billes peuvent être réalisées avec une forme arrondie correspondante. Il est évident qu'un tel dispositif d'entraînement peut être réalisé presque avec n'importe quelle section transversale profilée arrondie, le nombre des rangées de billes nécessaires étant variable de façon correspondante. Il est en outre possible de supprimer une ou deux butées opposées en diagonale, par exemple les butées situées dans les zones 2b et ld, et dans ce cas, une fixation axiale, prévue encore seulement d'un côté, des parties d'arbre est garantie et éventuellement un pressage d'une ou de plusieurs billes serait nécessaire. Conformément à l'invention il est prévu d'agencer les butées axiales lb et 2d de manière qu'elles soient déformables plastiquement d'une manière ciblée de sorte que dans le cas d'un déplacement axial puissant de la seconde partie d'arbre 2 par rapport à la première partie d'arbre 1, les rangées de billes 4 puissent rouler sur les parties d'arbre, auquel cas les butées indiquées se déforment. La dépense d'énergie nécessaire doit être choisie supérieure à une charge de fonctionnement normale de l'arbre de direction, et au contraire elle doit correspondre à une énergie de choc des passagers du véhicule, qui agit sur l'arbre de direction dans le cas d'un crash du véhicule. Comme paramètre pour le réglage de l'énergie de transformation nécessaire, on peut modifier notamment le nombre des rangées de billes 4 utilisées. Comme cela est représenté sur la base d'un exemple de réalisation modifié conformément à la figure , dans lequel par ailleurs on utilise pour des composants identiques les mêmes chiffres de référence que dans le premier exemple de réalisation, on peut également déterminer, au moyen de la configuration des butées axiales déformables plastiquement, le comportement de la liaison d'entraînement dans le cas de l'action d'une force sur l'arbre de direction. Dans la zone 2c de la seconde partie d'arbre 2, il est prévu d'associer à chaque rangée de billes 4 un sommet 2f, qui est utilisé comme butée axiale déformable plastiquement. A une faible distance axiale de cette butée est prévue la jonction 2d, qui sert également de butée et en avant de laquelle une partie étagée 2g est disposée dans cet exemple de réalisation. De ce fait, dans le cas d'un déplacement relatif des parties d'arbre l'une par rapport à l'autre, on obtient tout d'abord une résistance du côté du dispositif de liaison, qui est supérieure à la charge de fonctionnement normale et peut être vaincue uniquement au moyen d'une charge due à un choc. Dans ce cas, les billes roulent sur les parties d'arbre et déforment le sommet 2f, auquel cas après la déformation de ce sommet, lors de la poursuite de la translation des parties d'arbre l'une par rapport à l'autre, la résistance du côté du dispositif de liaison diminue. I1 est prévu de mettre cette réduction de résistance en corrélation avec une déformation, qui se produit, d'autres composants, par exemple de l'habillage de la colonne de direction de telle sorte que la résistance additionnée de l'ensemble du dispositif de colonne de direction ne varie pas fortement pendant cette phase du déplacement. Enfin lors de la poursuite du déplacement des parties d'arbre, des billes 4 viennent buter contre la partie étagée 2g, ce qui entraîne, sous l'effet de leur déformation, un accroissement de la résistance, qui doit être accordée sur une charge de choc due à des passagers ayant un poids moyen (fictif - 50 %). Si finalement les billes 4 atteignent la butée axiale 2d, la résistance, qu'oppose la liaison à un déplacement relatif supplémentaire, est réglée sur une charge de chocs produite par un passager très lourd (fictif - 95 %) et atteindre de ce fait sa valeur maximale. En outre, l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5 comporte, par rapport à l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, des modifications supplémentaires sous la forme de plusieurs cylindres montés entre les parties d'arbre 1 et 2. Les cylindres 5 possèdent un diamètre légèrement inférieur à celui des billes 4, les axes des cylindres étant orientés parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre de direction et étant disposés entre les première et dernière billes de chaque rangée de billes. De tels cylindres peuvent être fabriqués de façon simple et assument essentiellement la même fonction de transmission de couple que les billes, qu'ils remplacent. Il en résulte qu'une déformation des butées déformables plastiquement s'effectue au moyen des première et dernière billes de chaque rangée de billes, qui roulent entre les deux parties d'arbre. Dans le cas d'un déplacement relatif intense entre les parties d'arbre 1 et 2, les cylindres 5 peuvent glisser entre30 les parties d'arbre. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 6 présente, par rapport aux exemples de réalisation indiqués précédemment, des modifications de configuration de plusieurs entretoises de forme quadrangulaire 11 insérées entre les parties d'arbre 1 et 2, et d'une réalisation étagée de la première partie d'arbre extérieure 1. Les entretoises 11 peuvent être insérées entre deux billes quelconques 4 d'une rangée de billes, ce qui permet de supprimer une ou plusieurs billes. Lorsque les autres billes suffisent pour une transmission du couple de fonctionnement entre les parties d'arbre, les entretoises n'ont pas besoin d'être prévues pour une transmission de couple. C'est pourquoi elles peuvent être réalisées en un matériau léger et permettent une réduction du poids de la liaison d'entraînement. La configuration étagée de la première partie d'arbre 1 comporte, en association à respectivement une rangée de billes, un sommet if et un épaulement lg, qui sont disposés entre la jonction lb et la zone lc possédant la section transversale profilée non circulaire. Elles représentent le pendant de la zone étagée 2f, 2g, représentée sur la figure 5, de la seconde partie d'arbre 2 et assument alors la fonction expliquée à cet égard. Sur la figure 7, on a représenté un autre exemple de réalisation modifié, dans lequel à nouveau on a utilisé les mêmes chiffres de référence que dans les autres exemples de réalisation, pour les mêmes composants. Dans cet exemple de réalisation, les entretoises 5, 11 agencées sous la forme de composants séparés, sont remplacées par des sections d'entretoises 7 et 8, fabriquées d'un seul tenant avec les parties d'arbre 1 et 2. Etant donné que ces sections d'entretoises ne peuvent pas être déplacées axialement avec les billes, elles sont réalisées de préférence de manière à être déformable de sorte que les billes peuvent rouler au-dessus d'elles. Elles servent également à transmettre un couple entre les parties d'arbre 1 et 2 et sont par conséquent équivalentes essentiellement aux zones la et le ainsi que 2a et 2e, et c'est pourquoi on peut les agencer également avec une section transversale profilée circulaire. Sur la figure 8, on a représenté un autre exemple de réalisation modifié, qui contient une Il combinaison de plusieurs caractéristiques des exemples de réalisation précédents. Ainsi aussi bien la première partie d'arbre que la seconde partie d'arbre possèdent des zones respectives étagées if, lg et 2f, 2g, dont les dimensions se correspondent et qui possèdent la fonction décrite pour le second exemple de réalisation de la figure 5. En outre, on prévoit comme autres sections d'entretoises déformables 9 et 10 qui sont agencées en étant échelonnées de la même manière que les parties d'arbre 1 et 2, ce qui renforce de façon supplémentaire la fonction décrite. REVENDICATIONS 1. Arbre de direction pour véhicule automobile, comportant deux parties qui sont guidées l'une dans l'autre de façon télescopique et possèdent des sections transversales profilées correspondantes et entre lesquelles est insérée au moins une rangée d'éléments roulants, qui est disposée respectivement dans la direction axiale, en établissant une liaison de rotation entre les sections transversales profilées, caractérisé en ce qu'aux éléments roulants d'extrémité de la série d'éléments roulants (4) est associée respectivement au moins une butée axiale (lb, 2d et/ou ld, 2b), ces butées axiales étant positionnées sur des parties d'arbre opposées, au moins une butée axiale (lb, ld, 2b, 2d) étant déformable plastiquement. 2. Arbre de direction pour véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une butée axiale (lb, ld, 2b, 2d) est agencée sous la forme d'une transition d'une section transversale profilée circulaire à une section transversale profilée non circulaire de la partie d'arbre considérée (1,2). 3. Arbre de direction pour véhicule automobile selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une butée axiale (2d) comporte plusieurs parties étagées (3f, 2g, 2d) qui se succèdent dans la direction axiale et ont des étendues différentes dans la direction radiale. 4. Arbre de direction pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre deux billes d'une série d'éléments roulants (4) est disposée une entretoise (5,11), qui est orientée dans la direction axiale des parties d'arbre (1,2) et est agencée sous la forme d'un composant séparé. 5. Arbre de direction pour véhicule automobile selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entretoise est agencée sous la forme d'un cylindre (5) ayant un diamètre qui correspond au maximum au diamètre des billes. 6. Arbre de direction pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'entre deux billes d'une rangée d'éléments roulants (4) est disposée au moins une entretoise déformable (7 à 10), qui est orientée dans la direction axiale des parties d'arbre (1,2) et est réalisée respectivement d'un seul tenant avec une partie d'arbre.