Brevet FR2852568A1 — publié le 20040924

DISPOSITIF DE DIRECTION A ALIMENTATION ÉLECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif de direction à alimentation électrique pour convertir le mouvement de rotation d'un moteur d'assistance de direction en le mouvement linéaire d'une colonne de direction en utilisant un mécanisme de 5 vis à billes qui convertit un mouvement de rotation en mouvement linéaire ou convertit un mouvement linéaire en mouvement de rotation. Des mécanismes de vis à billes pour convertir le mouvement de rotation d'une source d'entraînement tournante, telle 10 qu'un moteur électrique, en mouvement linéaire ou inversement pour convertir un mouvement linéaire en mouvement de rotation sont utilisés dans divers domaines techniques. Par exemple, un mécanisme de vis à billes est utilisé dans un dispositif de direction à alimentation électrique muni d'un moteur d'assis15 tance de direction et entraîné en relation avec une opération de direction. Ce type de dispositif de direction à alimentation électrique utilise un mécanisme de vis à billes dans lequel une rainure de filetage femelle formée autour de la circonférence interne d'un écrou à billes cylindrique entraîné en rotation 20 autour de son axe par un moteur d'assistance de direction est engrenée avec une rainure de filetage male formée autour de la circonférence externe d'un arbre à crémaillère (colonne de direction) d'une direction à crémaillère vissée par l'intermédiaire d'une pluralité de billes, d'o il résulte que le mouvement de rotation du moteur d'assistance de direction est converti en mouvement linéaire dans la direction axiale de la 5 colonne de direction (voir par exemple la demande de brevet Japonais NO 2001-122136). La figure 1 est une vue en coupe schématique, selon la direction axiale, illustrant la forme d'une partie de vissage d'un mécanisme de vis à billes classique. La référence il désigne la section d'une colonne à crémaillère et la référence 13 désigne la section d'un écrou à billes. Une rainure de filetage male lia formée autour de la circonférence externe de la colonne à crémaillère il est vissée à une rainure de filetage femelle 13a formée autour de la circonférence interne de l'écrou 15 à billes 13 par l'intermédiaire d'une pluralité de billes 14 (une seule bille est représentée en figure 1). Les parties (parties de contact) de la section, au niveau desquelles la rainure de filetage male lla et la rainure de filetage femelle 13a entrent en contact avec la bille 14, ont chacune une forme 20 arrondie composite (forme d'arc gothique) qui est obtenue quand deux formes rondes discrètes sont combinées de façon à se couper au fond de la rainure de filetage. Dans un mécanisme de vis à billes classique dans lequel les rainures de filetage ont une telle forme ronde composite, 25 dans le cas o le jeu entre la bille 14 et chacune de la rainure de filetage male lla et de la rainure de filetage femelle 13a est rendue plus petite, la bille 14 peut entrer en contact avec les rainures de filetage en quatre points. Plus particulièrement, la bille 14 entre en contact avec chacune des rai30 nures de filetage lla et 13a en deux points, respectivement. Ceci présente l'inconvénient de provoquer un biais. En outre, il est difficile de fabriquer deux formes rondes discrètes, gauche et droite, combinées pour former la forme ronde composite de chacune des rainures de filetage lia et 13a de façon qu'elles aient exactement les mêmes dimensions et formes. En effet, il peut se produire des erreurs dimensionnelles. Au vu de ce qui précède, la présente invention a pour but de prévoir un dispositif de direction à alimentation 5 électrique incorporant un mécanisme de vis à billes apte à empêcher un biais de survenir entre la bille et les rainures de filetage et apte à réduire les erreurs dimensionnelles des rainures de filetage. Un premier aspect du dispositif de direction à alimen10 tation électrique selon la présente invention réside dans un dispositif de direction à alimentation électrique pour convertir la rotation d'un moteur d'assistance de direction en le déplacement d'une colonne de direction dans sa direction axiale en accord avec l'opération de conduite en utilisant un mécanisme de 15 vis à billes dans lequel une rainure de filetage femelle formée autour de la circonférence interne d'un cylindre tournant entraîné en rotation autour de son axe par le moteur d'assistance de direction et une rainure de filetage maie formée autour de la circonférence externe de la colonne de direction sont 20 vissées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une pluralité de billes, dans lequel les parties, en coupe, au niveau desquelles la rainure de filetage femelle et la rainure de filetage maie entrent en contact avec les billes ont une forme d'arc circulaire, respectivement, et la courbure de la rainure de filetage 25 femelle est plus petite que celle de la rainure de filetage male. Selon le premier aspect du dispositif de direction à alimentation électrique selon la présente invention, les parties de la section au niveau desquelles la rainure de filetage 30 femelle et la rainure de filetage male du mécanisme de vis à billes entrent en contact avec la bille ont une forme d'arc de cercle (forme arrondie unique), respectivement. Ainsi, dans le cas o le jeu entre la bille et chacune des rainures de filetage femelle et de filetage maie est rendu plus petit, la bille entre 35 en contact avec chacune des rainures de filetage en un point, c'est-à-dire que la bille entre en contact avec les deux rainures de filetage au total en deux points. En outre, la courbure de la rainure de filetage femelle est choisie plus petite que celle de la rainure de filetage male (le rayon de 5 courbure de la rainure de filetage femelle est rendu plus grand que celui de la rainure de filetage male). Comme la courbure est plus petite (le rayon de courbure est plus grand), la surface de la rainure de filetage faisant contact avec la bille est plus petite et la pression sur la face de contact est plus élevée. 10 Ainsi, puisque la courbure de la rainure de filetage femelle est choisie plus petite que celle de la rainure de filetage male (son rayon de courbure est plus grand), la pression sur la face de contact du côté du cylindre de rotation du côté d'entraînement sur lequel la force de rotation d'un moteur d'assistance de 15 direction est appliquée devient plus élevée que la pression sur la face de contact du côté de la colonne de direction. Ceci améliore l'efficacité de la direction. Un second aspect du dispositif de direction à alimentation électrique selon le premier aspect du dispositif de 20 direction à alimentation électrique selon la présente invention est que le rayon de courbure de la rainure de filetage femelle est dans la plage de 53,5 à 85 % du diamètre de la bille, et le rayon de courbure de la rainure de filetage male est dans la plage de 52,5 à 75 % du diamètre de la bille. Selon le second aspect du dispositif de direction à alimentation électrique selon la présente invention, le rayon de courbure de la rainure de filetage femelle formée autour de la circonférence interne du cylindre de rotation du mécanisme de vis à billes est choisi dans la plage de 53,5 à 85 % du diamètre 30 de la bille. En outre, le rayon de courbure de la rainure de filetage male formée autour de la circonférence externe de la colonne de direction est choisi dans la plage de 52,5 à 75 % du diamètre de la bille. En fixant les rayons de courbure des deux rainures de filetage pour qu'ils soient supérieurs à 52,5 % du 35 diamètre de la bille, les billes peuvent être montées dans les deux rainures de filetage avec un jeu. En outre, en fixant les rayons de courbure des deux rainures de filetage pour qu'ils soient inférieurs à 85 % du diamètre de la bille, les pressions sur les faces des deux rainures de filetage en contact avec les billes peuvent être maintenues à une valeur limite ou moins. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes 10 parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en coupe schématique, prise dans la direction axiale, illustrant la forme de la partie de vissage d'un mécanisme de vis à billes classique; la figure 2 est une vue en coupe schématique représen15 tant un exemple de configuration de dispositif de direction à alimentation électrique selon la présente invention; et la figure 3 est une vue en coupe schématique, prise dans la direction axiale, illustrant la forme de la partie de vissage du mécanisme de vis à billes incorporé dans le dispo20 sitif de direction à alimentation électrique selon la présente invention. La présente invention va maintenant être décrite en relation avec les dessins qui en illustrent des modes de réalisation. La figure 2 est une vue en coupe schématique illustrant un exemple de configuration d'un dispositif de direction à alimentation électrique selon la présente invention. Un mécanisme de vis à billes 1 comprend un écrou à billes cylindrique (cylindre tournant) 12 entraîné en rotation autour de son axe 30 par un moteur d'assistance de direction (non représenté) et un arbre à crémaillère (colonne de direction) 10 d'un mécanisme de direction à crémaillère. En outre, une rainure de filetage femelle 12a formée autour de la circonférence interne de l'écrou à billes 12 et une rainure de filetage male lOa formée hélicoï35 dalement autour de la circonférence externe de l'arbre à crémaillère 10 sont vissées l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'une pluralité de billes 14. L'écrou à billes 12 du mécanisme 1 de vis à billes est porté à rotation en deux emplacements dans la direction axiale 5 dans un carter 22 par des paliers à billes 24 dans lesquels l'écrou à billes 12 est utilisé comme bague interne. En outre, un pignon conique 34 est monté autour de la périphérie interne de l'écrou à billes 12. Ce pignon conique 34 engrène avec un pignon conique 32 monté à l'extrémité de l'arbre tournant 30 en10 traîné par le moteur d'assistance de direction (non représenté). Quand l'arbre tournant 30 est entraîné en rotation par le moteur d'assistance de direction, un couple est transmis du pignon conique 32 au pignon conique 34 et l'écrou à billes 12 dans le carter 22 est entraîné en rotation autour de son axe. 15 Quand l'écrou à billes 12 est entraîné en rotation autour de l'axe, les billes 14 roulent tout en maintenant l'engagement avec la rainure de filetage male 10a de l'arbre à crémaillère 10. Ainsi, l'arbre à crémaillère 10 est poussé dans la direction axiale par la composante axiale d'une force appliquée à la 20 rainure de filetage male lOa aux positions en contact avec les billes 14. Par suite, l'arbre à crémaillère 10 est déplacé dans la direction axiale (de droite à gauche en figure 2) par rotation du moteur d'assistance de direction, d'o il résulte que l'on obtient une assistance à la direction. La figure 3 est une vue en coupe dans une direction axiale, illustrant la forme de la partie de vissage du mécanisme de vis à billes incorporant le dispositif de direction à alimentation électrique selon la présente invention. Les parties (parties de contact) de la section au 30 niveau desquelles la rainure de filetage male lOa formée autour de la circonférence externe de l'arbre à crémaillère 10 et la rainure de filetage femelle 12a formée autour de la circonférence interne de l'écrou à billes 12 entrent en contact avec la bille 14, ont une forme d'arc de cercle (forme arrondie unique) 35 ayant son sommet au fond de la rainure de filetage. Comme cela a été décrit ci-dessus, dans le mécanisme de vis à billes incorporé au dispositif de direction à alimentation électrique selon la présente invention, chaque partie de contact au niveau de laquelle la rainure de filetage male lOa ou 5 la rainure de filetage femelle 12a entre en contact avec la bille 14 a une forme arrondie unique. Ainsi, dans le cas o le jeu entre la bille 14 et chacune des rainures de filetage male 10a et femelle 12a est rendu plus petit, la bille 14 fait contact avec chaque rainure de filetage lOa et 12a en deux 10 points, respectivement, d'o il résulte que la survenance d'un biais peut être évitée. En outre, puisque chaque partie de contact au niveau de laquelle les rainures de filetage male lOa et femelle 12a sont en contact avec la bille 14 a une forme ronde discrète, respectivement, les erreurs dimensionnelles 15 entre les rainures de filetage lOa et 12a sont réduites. Toutefois, la courbure de la rainure de filetage male lOa est rendue plus grande que celle de la rainure de filetage femelle 12a. En d'autres termes, le rayon de courbure rl de la rainure de f iletage male 10a est plus petit que le rayon de 20 courbure r2 de la rainure de filetage femelle 12a. Quand le rayon de courbure d'une rainure de filetage est plus grand, la zone de la rainure de f iletage en contact avec la bille 14 est plus petite et la pression sur la face de contact est plus élevée. Ainsi, dans le cas o r2 est plus grand que rl, la 25 pression sur la face de contact de l'écrou à billes 12 du côté d'entraînement au niveau duquel la force de rotation du moteur d'assistance de direction est appliquée devient plus élevée que du côté de l'arbre à crémaillère 10. Ceci améliore l'efficacité de l'entraînement. En outre, si le diamètre de la bille 14 est D, le rayon de courbure rl de la rainure de filetage male lOa est dans la plage suivante: 0,525D En plus, la pression sur la face de contact augmente 10 quand le rayon de courbure augmente. Ainsi, en considérant la valeur limite de la pression sur la face de contact, le rayon de courbure r2 de la rainure de filetage femelle 12a est choisi égal à 0,85D ou moins et le rayon de courbure ri de la rainure de filetage male lOa est choisi à 0,75D ou moins, sa valeur 15 étant inférieure à r2. Pour que les billes 14 s'adaptent dans les rainures de filetage maie lOa et femelle 12a avec un jeu, le rayon de courbure ri de la rainure de filetage male lOa est de préférence de 0,60D ou plus et le rayon de courbure r2 de la rainure de 20 filetage femelle 12a est de préférence de 0,61D ou plus. En outre, pour qu'un jeu soit assuré pour la limite de pression sur la face de contact, le rayon de courbure ri de la rainure de filetage maie lOa est de préférence 0,70D ou moins et le rayon de courbure r2 de la rainure de filetage femelle 12a 25 est de préférence 0,75D ou moins. En outre, dans le cas o le rayon de courbure ri de la rainure de f iletage maie lOa et le rayon de courbure r2 de la rainure de filetage femelle 12a sont plus grands que le rayon (D/2) de la bille 14, la résistance à la poussée de la colonne 30 de direction 10, c'est-à-dire la rigidité dans sa direction axiale, est réduite. En conséquence, au début d'une rotation, l'écrou à billes 12 se déplace légèrement dans la direction de poussée sans tourner, d'o il résulte que le changement de direction peut commencer doucement. En outre, deux trous taraudés 29 sont formés en face des deux paliers à billes 24, respectivement, du côté opposé à l'arbre tournant 30 du carter 22. En outre, un élément élastique 26 est maintenu entre la face interne du carter 22 du côté de 5 l'arbre tournant 30 et chaque palier à billes 24. Quand des vis 28 sont vissées dans les deux trous taraudés 29 susmentionnés et serrées, respectivement, les deux paliers à billes 24 sont déplacés vers l'arbre tournant 30 dans le carter 22, en poussant les éléments élastiques 26, respectivement. En outre, quand les 10 deux vis 28 sont relâchées, les deux paliers à billes 24 sont écartés de l'arbre tournant 30 dans le carter 22 par l'élasticité des deux éléments élastiques 26, respectivement. Dans les cas o les vis 28 sont serrées ou relâchées de la façon décrite ci-dessus, l'écrou à billes 12 et le pignon 15 conique 34 sont également déplacés en même temps que les paliers à billes 24, dans le carter 22. Ainsi, en serrant ou en relâchant les vis 28, le jeu entre le pignon conique 32 monté sur l'arbre tournant 30 et le pignon conique 34 monté sur l'écrou à billes 12, c'est-à-dire l'état d'engrènement des pignons 20 coniques, peut être réglé. Dans le cas o le jeu entre les pignons coniques 32 et 34 est trop petit, le frottement entre eux augmente et la rotation devient difficile. Au contraire, dans le cas o le jeu est trop grand, il peut y avoir patinage. Ainsi le réglage du jeu 25 entre les pignons coniques 32 et 34 est délicat. Toutefois, selon la présente invention, le jeu entre les pignons coniques 32 et 34 peut facilement être ajusté avec précision en serrant ou en desserrant les vis 28. Conme cela a été mentionné ci-dessus, selon la présente 30 invention les parties au niveau desquelles la rainure de filetage male et la rainure de filetage femelle du mécanisme de vis à billes entrent en contact avec la bille ont la forme d'un arc circulaire (forme ronde unique), d'o il résulte que les erreurs de dimension des rainures de filetage sont réduites. En 35 outre, les billes font contact avec la rainure de filetage male et la rainure de filetage femelle et le mécanisme de vis à billes en deux points, plus particulièrement la bille fait contact avec chacune de la rainure de filetage male et de la rainure de f iletage femelle du mécanisme de vis à billes en un point, 5 respectivement, d'o il résulte que l'on peut éviter la survenance d'un biais. Il est clair que la description précédente ne concerne que des exemples de réalisation de la présente invention dont l'homme de l'art saura prévoir diverses variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction à alimentation électrique pour convertir la rotation d'un moteur d'assistance de direction en le déplacement d'une colonne de direction (10) dans sa direction axiale en accord avec l'opération de conduite en 5 utilisant un mécanisme de vis à billes dans lequel une rainure de filetage femelle (12a) formée autour de la circonférence interne d'un cylindre tournant (12) entraîné en rotation autour de son axe par le moteur d'assistance de direction et une rainure de filetage male (lOa) formée autour de la circonférence 10 externe de la colonne de direction sont vissées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une pluralité de billes (14), caractérisé en ce que: les parties, en coupe, au niveau desquelles la rainure de filetage femelle (12a) et la rainure de filetage male (lOa) 15 entrent en contact avec les billes (14) ont une forme d'arc circulaire, respectivement, et la courbure de la rainure de filetage femelle (12a) est plus petite que celle de la rainure de filetage male (lOa). 2. Dispositif de direction à alimentation électrique 20 selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le rayon de courbure (r2) de la rainure de filetage femelle (12a) est dans la plage de 53,5 à 85 % du diamètre (D) de la bille (14), et le rayon de courbure (ri) de la rainure de filetage 25 male (lOa) est dans la plage de 52,5 à 75 % du diamètre (D) de la bille (14).