Brevet FR2862592A1 — publié le 20050527

La présente invention concerne, de façon générale, les mécanismes à pignon et crémaillère, et plus particulièrement ceux utilisés sur les véhicules automobiles, dans les systèmes de direction dits "à crémaillère". Encore plus particulièrement, cette invention s'intéresse à un dispositif de guidage de la crémaillère, pour une direction à crémaillère de véhicule automobile. Il est rappelé que, dans la plupart des systèmes de direction des véhicules automobiles, un pignon de direction est lié en rotation avec la colonne de direction, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le pignon venant en prise avec une crémaillère montée coulissante en direction longitudinale, dans un carter de direction. Les deux extrémités opposées de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées à des biellettes de direction associées respectivement aux roues directrices droite et gauche du véhicule, les biellettes assurant la liaison entre la crémaillère et chacun des porte-fusée. Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou dans l'autre, donc la rotation correspondante du pignon de direction, est convertie en une translation correspondante de la crémaillère qui, par l'intermédiaire des biellettes et des porte-fusée, provoque elle-même l'orientation des roues du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche. Dans le cas où la denture de la crémaillère possède des dents inclinées ou hélicoïdales, et/ou lorsqu'il existe un décalage entre l'axe longitudinal de la crémaillère et les biellettes, la crémaillère est soumise à des efforts tangentiels. Ces efforts, conjugués à un effet de bras de levier, créent un couple de basculement de la crémaillère qui, s'il apparaît de façon brutale lors d'un déplacement de la crémaillère, peut causer des bruits de claquement et des vibrations. En particulier sur les directions à crémaillère manuelles, et aussi dans le cas des directions assistées électriques, les couples exercés sur le pignon de direction sont assez élevés (de l'ordre de 20 à 70 N.m), et il en va de même pour le couple de basculement de la crémaillère (ce dernier pouvant atteindre 25 N.m). Dans ce cas, les chocs sont particulièrement durs et, du fait de la présence usuelle d'un poussoir agissant sur le dos de la crémaillère pour le presser contre le pignon, la qualité d'engrènement s'en trouve dégradée, la denture du pignon et la denture de la crémaillère ne fonctionnant plus sur leurs diamètres primitifs respectifs. Sous un autre aspect, toujours dans le cas d'une crémaillère à dents inclinées ou hélicoïdales, la prise de contact d'une dent du pignon de direction sur une dent de la crémaillère se fait d'un côté longitudinal de la crémaillère, alors que la perte de contact de ces dents se fait de l'autre côté de la crémaillère. II en résulte un transfert de charge sur la dent de la crémaillère et, par voie de conséquence, une oscillation de la crémaillère autour de son axe longitudinal. Pour éviter ou du moins limiter les chocs subis par la crémaillère, ainsi que ses oscillations, il est habituel d'utiliser un poussoir de profil en "V" ou en "Y", la crémaillère possédant en section une forme correspondante, dans la zone sur laquelle le poussoir est susceptible de s'appliquer en cours de fonctionnement. A titre d'exemple, il est ici fait référence au document JP 2003-040116. Cette solution, évitant le basculement de la crémaillère, présente toutefois l'inconvénient d'affaiblir la section de la crémaillère dans sa zone la plus critique, à savoir la zone de sa denture, alors qu'un enlèvement de matière est déjà nécessaire à cet endroit pour réaliser la denture. La résistance à la flexion de la crémaillère se trouve donc dangereusement réduite dans cette zone critique. La présente invention a pour but de supprimer, ou du moins de limiter fortement, les inconvénients exposés ci-dessus et leurs conséquences, et elle a donc pour but de fournir un dispositif qui évite le basculement et les oscillations de la crémaillère, de manière à éviter les chocs, bruits et vibrations, et à améliorer la qualité de l'engrènement avec le pignon de direction, sans affaiblir la crémaillère dans sa zone la plus critique, à savoir la zone de denture. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de guidage de crémaillère, pour direction à crémaillère de véhicule automobile, qui comprend au moins un palier de guidage de la crémaillère, prévu pour être monté dans le carter de direction, et se présentant comme une bague à ouverture de profil non circulaire, tandis que la crémaillère possède, dans la zone de guidage traversant le palier, une section non circulaire correspondante, cette section particulière n'étant pas réalisée dans la zone de la denture de la crémaillère. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le palier de guidage de la crémaillère, de même que la zone de guidage de la crémaillère traversant le palier, possède une section non circulaire délimitée par un bord en arc de cercle, centré sur l'axe de la crémaillère, et par un bord opposé en "V" dont les deux branches se raccrochent respectivement aux deux extrémités du bord en arc de cercle. Ce bord en arc de cercle peut s'étendre sur environ 180 . 2862592 3 Avantageusement, le palier de guidage se section non circulaire est le palier fixé à l'extrémité du carter de direction la plus éloignée du pignon de direction. On répartit ainsi au mieux les fonctions de guidage de la crémaillère réalisées, d'une part, par le poussoir situé au droit du pignon de direction et, d'autre part, par le palier ici de section non circulaire. Ainsi, la solution de la présente invention reporte la fonction "antibasculement" de la crémaillère au niveau d'un palier de guidage de cette crémaillère, donc dans une zone éloignée de la denture de la crémaillère. La réduction de section de la crémaillère, nécessaire pour son adaptation au palier non circulaire, est donc réalisée dans une zone autre que celle de la denture de la crémaillère, ce qui évite tout affaiblissement de la crémaillère dans sa zone de denture qui est une zone critique. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif de guidage de crémaillère, pour direction de véhicule automobile: Figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'une direction à crémaillère réalisable avec le dispositif de guidage de la présente invention; Figure 2 est un schéma illustrant l'engrènement des dentures du pignon de direction et de la crémaillère; Figure 3 est une vue partielle, en perspective éclatée, d'une crémaillère et de son palier de guidage dans le cas d'un dispositif de guidage anti-basculement selon l'état de la technique; Figure 4 est une vue partielle, en perspective éclatée, d'une 25 crémaillère et de son palier de guidage, dans le cas d'un dispositif de guidage conforme à la présente invention. En se référant d'abord à la figure 1, on considère une direction à crémaillère de véhicule automobile qui, dans sa partie mécanique, comprend un carter tubulaire 1 dans lequel est montée coulissante axialement une crémaillère 2. La crémaillère 2 comporte, dans une zone particulière qui correspond à une fraction de sa longueur, une denture 3 venant en prise ave un pignon, dit pignon de direction, accouplé à la colonne de direction. Les deux extrémités de la crémaillère 2, extérieures au carter de direction 1, sont articulées par l'intermédiaire de rotules respectivement 4 et 5 à deux biellettes de direction, respectivement une biellette gauche 6 et une biellette droite 7. Le déplacement en translation de la crémaillère 2, dans la direction indiquée par la flèche F, provoque par l'intermédiaire des biellettes 6 et 7 l'orientation des roues directrices du véhicule concerné, pour un braquage à gauche ou à droite. Au-delà du rappel du principe bien connu de la direction à crémaillère, la figure 1 illustre les efforts et couples pouvant provoquer un basculement de la crémaillère 2. En premier lieu, s'il existe un décalage ou déport D, au niveau des rotules 4 et 5, entre l'axe longitudinal A de la crémaillère 2 d'une part, et les axes des biellettes gauche 6 et droite 7, respectivement, la crémaillère 2 sera soumise à des efforts tangentiels qui créent des couples de basculement Cl et C2, résultant de ce décalage. De plus, si la denture 3 de la crémaillère 2 possède des dents inclinées ou hélicoïdales, la crémaillère sera encore soumise à d'autres efforts tangentiels, qui eux-mêmes provoqueront un couple de basculement supplémentaire C3. Ces couples de basculement Cl, C2 et C3, qui peuvent apparaître ou s'inverser de façon brutale, sont la cause de bruits et de vibration. A ces phénomènes s'ajoute, comme l'illustre la figure 2, un effet de déplacement du point d'application de l'effort des dents 8 du pignon sur la denture 3 de la crémaillère, lorsque les dents sont inclinées, selon un angle d'hélice a non nul. La perte de contact des dents se fait du côté opposé 10 de la crémaillère 2, avec un effort d'engrènement final F2, les efforts d'engrènement étant répartis sur la zone d'engrènement E. Il en résulte un transfert de charge sur chaque dent, et une oscillation de la crémaillère 2 autour de son axe longitudinal A. La figure 3 illustre une solution actuellement courante visant à éviter, ou du moins limiter, les phénomènes de chocs et d'oscillation mis en évidence à l'aide des figures précédentes. Cette solution consiste à utiliser un poussoir agissant selon une flèche F3 et ayant une partie terminale en "V" ou en "Y", coopérant avec une partie de section correspondante 11, donc par exemple de profil en "V", de la crémaillère 2. Cette partie 11 de section en"V" doit être située dans la zone d'action du poussoir, qui correspond à la zone de la denture 3 de la crémaillère. Il en résulte, dans cette zone, un fort affaiblissement de la section de base circulaire de la crémaillère 2, donc de sa résistance mécanique, puisque non seulement la denture 3 mais aussi la création de la partie en "V" nécessitent des enlèvements de matière, d'où une section restante réduite SI. Par contre, la crémaillère 2 conserve sa section nominale circulaire dans sa zone de guidage 12 qui est montée coulissante dans un palier 13 solidaire d'une extrémité du carter de direction 1, plus particulièrement l'extrémité la plus éloignée du poussoir. Le palier 13 se présente donc comme une simple bague ou douille cylindrique, avec une ouverture centrale 14 de section circulaire, dont le diamètre correspond à celui de la zone de guidage 12 de la crémaillère 2. La figure 4 représente la solution technique proposée par la présente invention. La crémaillère 2 possède ici, dans sa zone de guidage 12, une section non circulaire, résultant d'une partie de profil en "V" 15. Cette partie 15 n'est présente que dans la zone de guidage 12, et elle est donc inexistante dans la zone de denture 3 de la crémaillère 2, de sorte que cette zone de denture n'est pas affaiblie, c'est-à-dire qu'elle conserve une section S2 relativement importante. Le palier de guidage 13 possède une forme complémentaire de celle de la zone de guidage 12 de la crémaillère 2. Ainsi, ce palier 13 se présente comme une bague avec une ouverture centrale 14 de section non circulaire. Plus particulièrement, dans l'exemple illustré, cette section non circulaire est délimitée: - d'une part, par un bord en arc de cercle 14a, centré sur l'axe A de la crémaillère 2, et possédant un diamètre correspondant à celui 20 de la section de base circulaire de la crémaillère 2, le bord en arc de cercle 14a s'étendant sur environ 180 ; - d'autre part, à l'opposé du bord en arc de cercle 14a, un bord en "V" 14b dont les deux branches se raccordent respectivement aux deux extrémités (diamétralement opposées) du bord en arc en cercle 14a, ce bord en "V" 14b correspondant à la partie de profil en "V" 15 de la zone de guidage 12 de la crémaillère 2. En position montée, la zone de guidage 12 de la crémaillère 2 traverse l'ouverture 14 du palier 13, de section correspondante, et bien entendu le palier 13 est lui-même immobilisé en rotation dans le carter de direction 1, de manière à obtenir, dans l'ensemble, un dispositif de guidage évitant le basculement ou les oscillations de la crémaillère 2 autour de son axe longitudinal A. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de guidage de crémaillère qui a été décrite ci- dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - en modifiant les détails de forme du palier de guidage, notamment en formant ce palier avec une ouverture de section non circulaire de contour autre que celle précédemment décrite, la zone guidage de la crémaillère possédant dans tous les cas une section non circulaire correspondante; - en destinant ce dispositif de guidage à des directions à crémaillère de tout type, qu'il s'agisse notamment de directions manuelles ou de directions assistées, telle que des directions assistées électriques. 7 REVENDICATIONS 1 Dispositif de guidage de crémaillère, pour direction à crémaillère de véhicule automobile, comprenant au moins un palier de guidage (13) de la crémaillère (2), prévu pour être monté dans le carter de direction (1), caractérisé en ce que le palier de guidage (7) se présente comme une bague à ouverture (14) de profil non circulaire (14a, 14b), tandis que la crémaillère (2) possède, dans sa zone de guidage (12) traversant le palier (13), une section non circulaire (15) correspondante, cette section particulière n'étant pas réalisée dans la zone de denture (3) de la crémaillère (2). 2 Dispositif de guidage de crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en le palier de guidage (13) de la crémaillère (2), de même que la zone de guidage (12) de la crémaillère (2) traversant le palier (13), possède une section non circulaire délimitée par un bord en arc de cercle (14a), centré sur l'axe (A) de la crémaillère, et par un bord opposé en "V" (14b) dont les deux branches se raccordent respectivement aux deux extrémités du bord en arc de cercle (14a). 3. Dispositif de guidage de crémaillère selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bord en arc de cercle (14a) de la section non circulaire du palier de guidage (13) s'étend sur environ 180 . 4. Dispositif de guidage de crémaillère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le palier de guidage (13) de section non circulaire est le palier fixé à l'extrémité du carter de direction (1) la plus éloignée du pignon de direction.