Brevet FR2838093A1 — publié le 20031010

3, [; ?, ?., 6 p\ La présente invention concerne un arbre à fourchette constituant un arbre intermédiaire, en particulier dans une colonne de direction d'une voiture automobile. L'arDre à fourchette est un arbre de transmission d'un mouvement s de rotation qui dans le cas de la colonne de direction d'une voiture automobile est un mouvement intermittent dans l es deux s ens de rotation. Cet arbre est composé d'une tige métallique assemblée à une pièce formant fourchette, également métallique. La pièce formant fourchette o est pourvue d'un trou axial, qui peut être traversant ou non, dans lequel la tige est emmanchée à force. Pour faciliter le montage, mais surtout pour améliorer la sécurité du conducteur en cas de collision lorsque l'axe intermédiaire risque d'étre repoussé dans le sens de l'habitacle et entrâîner un déplacement du volant vers le conducteur en même temps que celui-ci se trouve projeté vers l'avant, on a proposé des constructions permettant le télescopage de la tige à l'intérieur de la pièce formant fourchette. Ce télescopage doit permettre à la pièce formant fourchette de se déplacer sur la tige sur une longueur d'environ 30 mm avant de transmettre ce mouvement à cette C erNlere. Une construction permettant ce télescopage est connue du EP 1 167 785 qui décrit un arbre intermédiaire pour une colonne de direction. La liaison en rotation entre la tige et une partie tubulaire de la pièce formant fourchette est assurée à l'aide de billes emprisonnées entre des s rainures longitudinales prévues sur la périphérie de l'extrémité de la tige et des rainures longitudinales prévues sur la face intérieure de cette partie tubulaire de la pièce formant fourchette, et disposées en regard des premières rainures. Les billes sont contiguës dans les rainures et sollicitées les unes vers les aukes par une paire de ressorts de pression o disposés à une extrémité respective des rainures en regard. Ces ressorts peuvent être comprimés afin de permettre l'escamotage de la tige dans la pièce formant fourchette. Une construction similaire est connue du DE 198 24 477. Dans l'exemple décrit dans ce document, il n'y a pas de ressorts de pression aux extrémités des rainures et les billes sont disposées dans des trous alignés prévus sur un manchon disposé à l'intérieur de la partie tubulaire de la pièce formant fourchette. Les deuxièmes rainures sont prévues sur une cage, elle-même montée à force à l'intérieur de la partie tubulaire de la pièce formant fourchette. Même si ces constructions donnent en général satisfaction en ce qui concerne la possibilité d'obtenir le télescopage de la tige dans la pièce formant fourchette en cas de collision, la liaison entre la tige et la pièce formant fourchette dans ces constructions est complètement rigide o et par conséquent susceptible de transmettre toute vibration, ce qui peut créer des problèmes du point de vue de l'isolation sonore. Tel est surtout le cas pour l'arbre intermédiaire d'une colonne de direction d'une voiture automobile. Dans cet environnement, des vibrations créées par les pulsations hydrauliques dans le bo^tier de direction sont transmises sous forme de bruits gênants dans l'habitacle. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un arbre à fourchette apte à absorber les vibrations, également celles causces par les hautes fréquences, afn d'amortir le bruit, tout en maintenant sa faculté de transmettre le moment de torsion requis et o permettant le télescopage de la tige dans la partie tubulaire de la pièce formant fourchette en cas de collision. L'objet de l'invention est un artre à fourchette composé d'une tige constituant l'arbre proprement dit, et d'une pièce formant fourchette, la tige étant montée dans un trou axial dans une partie tutulaire de ladite pièce formant fourchette, ladite tige étant reliée en rotation à ladite pièce formant fourchette par l'intermédiaire d'une pluralité d'éléments sphériques permettant en outre le télescopage de la tige à l'intérieur de ladite pièce formant fourchette lors d'une sollicitation axiale sur cette dernière, lesdits éléments sphériques étant prisonniers entre des so premières rainures longitudinales effectuées sur la périphérie de la tige et des deuxièmes rainures longitudinales disposées en regard des premières effectuces dans une cage entourant ladite tige, caractérisé par le fait que, en combinaison, ladite cage est reliée à la partie tobulaire de la pièce formant fourchette par l'intermédiaire d'un élément tutulaire élastique à comportement élastique non linéaire disposé autour de ladite cage de manière à amortir toute vibration tout en permettant un léger déplacement angulaire relatif de ladite tige par rapport à ladite pièce formant fourchette, ce déplacement angulaire relatif étant limité par des organes de butée angulaire disposés entre ladite cage et la partie s tubulaire de la pièce formant fourchette. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - ledit élément tubulaire élastique est fixé à la face intérieure de la partie tubulaire de la pièce formant fourchette; - ledit élément tubulaire élastique est fixé à la face intérieure d'un o manchon inséré à force dans la partie tubulaire de la pièce formant fourchette; - le diamètre intérieur dudit manchon est adapté au diamèke extérieur dudit élément tubulaire élastique de manière à mettre ce dernier sous précontrainte; s - ladite cage est en un matériau suffisamment déformable pour absorber tout jeu radial entre ladite tige et ladite cage; - ledit élément tutulaire élastique est monté à force sur ladite cage et comporte sur sa face intérieure des premiers moyens de blocage en rotation sur ladite cage coopérant avec des deuxièmes moyens de blocage en rotation prévus sur la face extérieure de ladite cage; lesdits premiers moyens de blocage en rotation comportent des rainures longitudinales et lesdits deuxièmes moyens de blocage en rotation comportent des nervures complémentaires sur la face extérieure de la cage; - lesdites nervures complémentaires sur la face extérieure de la cage correspondent auxdites rainures effectuées sur la face intérieure de ladite cage; - la tige, la partie tubulaire de la pièce formant fourchette et ladite cage sont cylindriques, et lesdits moyens de butée angulaires comportent au moins une goupille s'étendant radialement dans la partie tubulaire de la pièce formant fourchette de manière à faire saillie dans celle-ci pour être placée dans un évidement prévu à l'une des extrémités de ladite cage et dont la largeur délimite ledit déplacement relatif de la tige par rapport à la pièce formant fourchette. - ledit évidement présente une largeur telle que le déplacement angulaire maximal correspond à un angle d'environ 1,5 dans un sens de rotation ou dans l'autre de la tige. s - plusieurs goupilles sont régulièrement réparties sur la face intérieure de ladite partie tubulaire de ladite pièce formant fourchette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en référence aux figures annexces dans lesquelles: o - la figure 1 est une vue éclatée en perspective montrant tous les éléments d'un mode de réalisation d'un arDre à fourchette selon l'invention, avant assemblage; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale montrant l'arbre selon l'invention, après assemblage; s - la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe transversale selon la ligne B-B de la figure 2; - La figure 5 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un arbre selon l'invention; - La figure 6 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un arbre selon l'invention, vu dans l'autre sens par rapport à la figure 5. Dans les figures, les éléments identiques ou équivalents porteront les mémes signes de rétérence. La figure 1 montre les éléments constitutifs d'un mode de réalisation de l'arDre à fourchette selon l'invention. L'arbre comporte une tige cylindrique 1 reliée à une pièce formant fourchette 2 par un certain nombre de pièces intermédiaires. Par ailleurs, la pièce formant fourchette comporte une partie tutulaire cylindrique 3 qui à l'une de ses extrérnités o 4 porte la fourchette proprement dite. La tige 1 est plus précisément montée dans le trou axial défini par cette partie tubulaire 3. La partie tutulaire peut étre emmanchée à force dans la partie s annulaire ou bien étre soudée à celle-ci. Les deux parties peuvent également être fabriquées en une seule pièce. Le mouvement de rotation de la tige 1 est de manière connue en soi kansmis à la pièce formant fourchette 2 par l'intermédiaire d'une pluralité d'éléments sphériques sous forme de billes d'acier 5 qui sont également destinces à permettre le télescopage de la tige à l'intérieur de la pièce formant fourchette. Ces billes 5 sont comme cela est mieux montré aux gures 2 et 5, logées dans des rainures longitudinales 6 prévues sur la périphérie de la o tige 1 et s'étendant à partir d'une des extrémités de celle-ci. Les billes 5 sont de prétérence maintenues à distance les unes des autres en étant placées dans des trous alignés 7 effectués dans un manchon cylindrique 8 enfilé sur la tige 1. Les billes sont maintenues prisonnières entre les rainures 6 dans la tige 1 qui sont des premières rainures et des deuxièmes rainures 9 effectuées dans une cage tubulaire cylindrique 10 disposée autour du manchon à trous 8. Ces rainures 9 peuvent avantageusement avoir une forme ogivale qui donne deux lignes de contact dans chaque rainores. Selon l'invention, la cage 10 est relice à la partie tubulaire 3 de la pièce formant fourchette 2 par l'intermédiaire d'un élément tubulaire élastique cylindrique 11 à comportement élastique non linéaire disposé autour de cette cage. L'élément tubulaire 11 sert d'amortisseur de vibrations, alors que son comportement élastique non linéaire permet un certain déplacement angulaire relatif de la tige 1 par rapport à la pièce s formant fourchette tout au début d'un mouvement de rotation de la tige sans entraînement de la pièce formant fourchette. Bien entendu, il s'agit d'un angle de déplacement angulaire relatif normalement très faible de l'ordre de 1,0 dans chaque sens de rotation. L'élément tutulaire 11 présentant un comportement élastique non so linéaire est de préférence constitué par du caoutchouc, mais il pourrait également être fabriqué en une matière plastique dure telle que le Delrin@). L'élément tutulaire élastique 11 est monté à force sur la cage 10 et comporte sur sa face intérieure des premiers moyens de blocage en rotation sur la cage sous forme de rainures longitudinales 12 coopérant avec des deuxièmes moyens de blocage en rotation sous forme de nervures complémentaires 13 prévues sur la face extérieure de la cage 10. s Ces nervures complémentaires 13 correspondent aux rainures effectuées sur la face intérieure de la cage. Cette cage est de préLérence en acier à paroi mince de manière à être suffisamment déformable pour absorber tout le jeu radial entre la tige 1 et la cage 10. En variante, cette cage peut être fabriquée en une matière plastique également déformable. o Dans l'exemple illustré sur les figures, l'élément tubulaire élastique 11 est disposé à l'intérieur d'un manchon cylindrique 14, lui-méme inséré à force dans la partie tubulaire de la pièce formant fourchette 2 afin de le bloquer en rotation à l'intérieur de celle-ci. Ce manchon est de préférence métallique. s Si le matériau utilisé dans l'élément tubulaire élastique 11 est du caoutchouc, celui-ci peut avantageusement être vulcanisé directement à l'intérieur du manchon cylindrique 14. Selon une variante non représentée, on a supprimé le manchon cylindrique et le caoutchouc est vulcanisé directement à l'intérieur de la partie tubulaire 3 de la pièce formant fourchette 2. Si le matériau utilisé dans l'élément tubulaire élastique 11 est une matière plastique, celui-ci est de prétérence fixé par adhésion à l'intérieur du manchon cylindrique ou à l'intérieur de la partie tubulaire 3. Par ailleurs, le diamètre intérieur du manchon 14 est de préLérence s adapté au diamètre extérieur de l'élément tubulaire élastique 11 de manière à mettre ce dernier sous précontrainte. Pour empêcher la détérioration de l'élément tutulaire élastique l l dans le temps à cause de mouvements de rotation brusques dans un sens ou dans l'autre, il est indispensable de prévoir des organes de butée o angulaires disposés entre la cage 10 et la partie tubulaire de la pièce formant fourchette. Ces organes de butée angulaires comportent au moins une goupille 15 et de préLérence plusieurs goupilles régulièrement réparties sur la face intérieure de la partie tubulaire 3 de la pièce formant fourchette 2. Chaque goupille 15 s'étend radialement vers l'intérieur à travers un trou traversant 16 dans la paroi de la partie tubulaire 3 de la pièce formant fourchette 2. La goupille s'étend vers la tige 1 en passant par un évidement 17 prévu à l'une des extrémités de la cage 10. Dans l'exemple illustré, cet évidement a la forme d'une échancrure sur le reLord d'extrémité de la cage. Cette échancrure est latéralement délimitée par des rebords s'étendant parallèlement à l'axe de la cage 10. Lorsque la tige 1 n'est pas sollicitée pour tourner dans un sens ou dans l'autre, la goupille 15 se trouve sensiblement au milieu de o l'évidement dont la largeur définit ainsi le déplacement angulaire maximal de la tige par rapport à l'élément tutulaire élastique. La fgure 4 illustre le mode de fonctionnement de ces moyens de butée. On y voit que chaque goupille 15 est initialement bien centrce dans son échancrure respective. La distance angulaire entre l'extrémité s libre de la goupille 15 et chacun des rebords latéraux de l'échancrure correspond à un angle maximal a d'environ 1,5 . Lorsque la tige 1 tourne lentement, la goupille ne vient pas en contact avec l'un ou lrautre des rebords de l'échancrure, mais si la tige est tournée brusquement, l'élément tubulaire élastique 11 est légèrement déformé par l'effet o d'inertie et la goupille vient en butée contre le rebord correspondant de l'échancrure 17. Le procédé d'assemblage de l'arbre selon l'invention est le suivant. D'abord la cage 10 avec les billes 5 et le manchon à trous 8 est montée à force sur l'extrémité de la tige 1 en plaçant les rainures 6 de celle-ci en regard des rainures 9 de la cage 10 et ensuite, l'élément tubulaire élastique 11 avec le deuxTème manchon 14 autour est monté à force sur la cage de manière à obtenir un ensemble prét à être emmanché dans la partie tubulaire 3 de la pièce formant fourchette 2. Dans le cas o l'élément tubulaire élastique 11 serait dépourvu de so manchon extérieur, la cage 10 avec les billes 5 et le manchon à trous 8 est montée à force sur l'extrémité de la tige 1 en plaçant les rainures 6 de celle-ci en regard des rainures 9 de la cage 10 et ensuite cet ensemble est emmanché dans l'élément tubulaire élastique 11 pour former l'arDre. Finalement, les goupilles 15 sont mises en place dans les trous 16 prévus sur la partie tubulaire 3 de la pièce formant fourchette 2 de manière à constituer des moyens de butée limitant le déplacement relatif de la tige 1 par rapport à la pièce formant fourchette 2. On obtient ainsi un arbre à fourchette facile à assembler et particulièrement facile à monter dans une colonne de direction du fait que la longueur de l'arbre peut être réglée sans outil grâce à la fonction de télescopage de cet arbre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré et décrit, mais peut être appliquée à des artres à fourchette d'utilisations o différentes, à rotation constante ou intermittente, dans un sens ou dans les deux sens de rotation, et de n'importe quelle taille à partir du moment o l'on souhaite obtenir un effet d'amortissement et de télescopage entre les éléments constitutifs de l'arbre. REVENDICATIONS 1. ArDre à fourchette composé d'une tige (1) constituant l'arbre proprement dit, et d'une pièce formant fourchette (2), la tige étant montée dans un trou axial dans une partie tutulaire (3) de ladite pièce formant fourchette, ladite tige étant reliée en rotation à ladite pièce formant fourchette par l'intermédiaire d'une pluralité diéléments sphériques (5) permettant en outre le télescopage de la tige (l) à l'intérieur de ladite pièce formant fourchette (2) lors d'une sollicitation axiale sur cette dernière, lesdits éléments sphériques (5) étant prisonniers o entre des premières rainures longitudinales (6) effectuées sur la périphérie de la tige et des deuxièmes rainures longitudinal es (9) disposées en regard des premières (6) effectuées dans une cage tubulaire (10) entourant ladite tige (1), caractérisé par le fait que, en combinaison, ladite cage (10) est reliée à la partie tubulaire (3) de la pièce formant fourchette (2) par l'intermédiaire d'un élément tubulaire élastique (11) à comportement élastique non linéaire disposé autour de ladite cage (10) de manière à amortir toute vibration tout en permettant un léger déplacement angulaire relatif de ladite tige (1) par rapport à ladite pièce formant fourchette, ce déplacement angulaire relatif étant limité par des o organes de butée angulaire disposés entre ladite cage (10) et la partie tubulaire de la pièce formant fourchette (2). 2. Arbre à fourchette selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément tubulaire élastique (11) est fxé à la face intérieure de la partie tubulaire (3) de la pièce formant fourchette (2). 3. Arbre à fourchette selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément tutulaire élastique (11) est fixé à la face intérieure d'un manchon (14) inséré à force dans la partie tubulaire (3) de la pièce formant fourchette (2). 4. Arbre à fourchette selon la revendication 3, caractérisé par le o fait que le diamètre intérieur dudit manchon (14) est adapté au diamètre extérieur dudit élément tubulaire élastique (11) de manière à mettre ce dernier sous précontrainte. 5. Arbre à fourchette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite cage (10) est en un matériau suffisamment déformable pour absorber tout jeu radial entre ladite tige (1) et ladite cage (10). 6. ArDre à fourchette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit élément tubulaire élastique (11) est monté à force sur ladite cage (10) et comporte sur sa face intérieure des premiers moyens de blocage en rotation (12) sur ladite cage (10) coopérant avec des deuxièmes moyens de blocage (13) en rotation prévus sur la face extérieure de ladite cage (10). 7. Arbre à fourchette selon la revendication 6, caractérisé par le o fait que lesdits premiers moyens de blocage en rotation comportent des rainures longitudinales (12) et que lesdits deuxièmes moyens de blocage en rotation comportent des nervures (13) sur la face extérieure de la cage (10). 8. Arbre à fourchette selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites nervures complémentaires (13) sur la face extérieure de la cage (10) correspondent auxdites rainures (9) effectuées sur la face intérieure de ladite cage. 9. Arbre à fourchette selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la tige (1), la partie tubulaire (3) de la pièce o formant fourchette (2) et ladite cage (10) sont cylindriques, caractérisé par le fait que lesdits moyens de butée angulaires comportent au moins une goupille s'étendant radialement dans la partie tubulaire (3) de la pièce formant fourchette (2) de manière à faire saillie dans celle- ci pour être placée dans un évidement (17) prévu à l'une des extrémités de ladite cage (10) et dont la largeur délimite ledit déplacement relatif de la tige (1) par rapport à la pièce formant fourchette (2). 10. ArDre à fourchette selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit évidement (17) présente une largeur telle que le déplacement angulaire maximal correspond à un angle d'environ l,5 o dans un sens de rotation ou dans l'autre de la tige (1). 11. ArDre à fourchette selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que plusieurs goupilles (15) sont régulièrement réparties sur la face intérieure de ladite partie tubulaire (3) de ladite pièce formant