Brevet FR2911171A1 — publié le 20080711

La présente invention concerne un réducteur de vitesse mécanique à vis sans fin et roue tangente, appartenant en particulier à une direction assistée électrique de véhicule automobile, le réducteur étant, dans cette application, intercalé entre le moteur électrique d'assistance et un élément mobile du système de direction. Dans les directions assistées électriques, les couples demandés au pignon étant élevés et les vitesses de rotation demandées étant faibles, le moteur électrique d'assistance est le plus souvent associé à un mécanisme de transmission réducteur de vitesse, donc multiplicateur de couple. On privilégie ici l'utilisation d'un réducteur du type à vis sans fin et roue tangente, choisi en raison de son rapport de démultiplication élevé. La vis sans fin peut être montée coaxialement à l'arbre du moteur électrique d'assistance, et liée en rotation à cet arbre, tandis que la roue tangente, en prise avec la vis sans fin, est par exemple liée en rotation à la colonne de direction du véhicule concerné, pour aider à l'entraînement en rotation de cette colonne ou pignon de direction. Comme tous les autres types d'engrenages, un réducteur à vis sans fin et roue tangente est soumis à l'effet d'un jeu d'engrènement des dentures, qui est ici à l'origine de chocs entre la roue tangente et la vis sans fin, causant ainsi dans la direction des vibrations et des bruits non souhaités. En effet, lorsque l'effort appliqué à la roue tangente du réducteur s'inverse, en raison d'une action du conducteur du véhicule ou de l'action du profil de la route sur le train de roulement, il s'opère un "basculement" de ladite vis sans fin par rapport à la roue. Après une rotation de la roue tangente, correspondant à la valeur de son jeu angulaire d'engrènement, et si l'inversion de l'effort est suffisamment rapide, un choc a lieu à la reprise de contact des dentures respectives de la roue tangente et de la vis sans fin, ce choc étant générateur d'un bruit de claquement. Afin de limiter ce bruit, conséquence du jeu dans le réducteur, diverses solutions ont déjà été proposées pour réduire et contrôler ce jeu. II s'agit en général de prévoir un ressort qui applique un effort de rappel sur un roulement guidant la vis sans fin et permet ainsi de maintenir en contact la vis sans fin et la roue dans différentes conditions de roulage, ce qui implique toutefois un contact métallique entre la bague extérieure du roulement et le ressort qui peut également générer des bruits. La présente invention vise à éviter cet inconvénient et consiste, à cet effet, en un réducteur de vitesse mécanique du type à vis sans fin et roue tangente, comprenant, dans un carter, une vis sans fin, à lier en rotation avec un organe d'entraînement motorisé, et montée tournante dans des roulements de guidage montés dans des logements de forme générale cylindrique ménagés dans le carter, de part et d'autre de la vis sans fin, une bague élastique d'amortissement étant montée autour d'une bague extérieure de l'un des dits roulements de guidage situé à l'opposé de l'organe d'entraînement, et où ladite bague élastique d'amortissement présente des moyens de maintien pour maintenir un moyen élastique de rattrapage de jeu entre la paroi du logement du roulement de guidage situé à l'opposé de l'organe d'entraînement et la bague extérieure dudit roulement, ledit moyen élastique de rattrapage de jeu étant prévu pour être disposé à un emplacement prédéterminé de la paroi du logement du roulement de guidage de manière à presser le roulement de guidage dans le sens d'une réduction d'une distance d'entre-axe séparant l'axe de la vis sans fin de l'axe de la roue tangente. Ainsi, l'idée à la base de l'invention consiste à prévoir, sur une bague élastique d'amortissement entourant un roulement de guidage de la vis sans fin, des moyens pour maintenir un moyen élastique de rattrapage de jeu disposé de façon à maintenir en contact les dentures respectives de la vis sans fin et de la roue tangente. La bague élastique d'amortissement forme un "coussinet" qui permet d'éviter un contact métallique entre la bague de roulement et le moyen élastique de rattrapage de jeu. Selon une possibilité, la paroi externe de la bague d'amortissement présente au moins deux renflements de limitation de jeu radial, saillants et répartis de part et d'autre des moyens de maintien du moyen élastique de rattrapage de jeu. Ces renflements permettent de réduire un jeu radial entre le roulement et son logement: la bague d'amortissement permet ainsi de limiter et de contrôler des déplacements non souhaités du roulement dans la direction latérale tout en autorisant les déplacements dans la direction d'entre-axe entre la vis et la roue, améliorant de ce fait le rendement du réducteur. La paroi interne de la bague d'amortissement peut aussi présenter une pluralité de renflements d'ajustement, saillants et répartis de manière symétrique. Dans une forme de réalisation, ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un ressort à lame cintré de manière à former une partie de semelle sensiblement plane et une partie d'appui concave en regard de la partie de semelle, et en ce que la bague élastique d'amortissement présente une fente de maintien ménagée dans sa largeur et destinée à recevoir la partie de semelle du ressort de rattrapage de jeu, la partie d'appui de ce dernier étant destinée à venir en butée élastique contre la paroi du logement du roulement dans le carter. Dans une autre forme de réalisation, ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un ressort hélicoïdal ou un plot réalisé en un matériau élastomère, monté sur une surface de maintien prévue sur la paroi extérieure de la bague d'amortissement. Dans encore une autre forme de réalisation, ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un joint torique de section constante monté dans une gorge périphérique annulaire de profondeur et éventuellement de largeur variables, pratiquée dans la paroi extérieure de la bague d'amortissement. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront, à la lecture de la description détaillée ci-après faite à titre illustratif et non exhaustif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un réducteur de vitesse selon l'invention; - la figure 2 est une vue à échelle agrandie d'un détail D de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un composant apparaissant sur les figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une vis sans fin dudit réducteur de vitesse; -la figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du composant de la figure 3; - la figure 6 est une vue en perspective d'une autre variante de réalisation du composant de la figure 3; - la figure 7 est une vue en coupe transversale d'une troisième 30 variante de réalisation du composant de la figure 3; - la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne U-U de la figure 7; - la figure 9 est une vue partielle en coupe selon la ligne H-H de la figure 8; - la figure 10 représente une courbe montrant l'évolution d'une 35 force appliquée par un moyen élastique de rattrapage de jeu sur un roulement de guidage d'une vis sans fin du réducteur, en fonction d'une course de déplacement dudit roulement. La figure 1 montre un réducteur de vitesse mécanique à vis sans fin 2 et roue tangente 3 appartenant à une direction assistée électrique de 5 véhicule automobile. La vis sans fin 2 est montée coaxialement à l'arbre d'un moteur électrique d'assistance (non représenté) dans un carter 1 du réducteur de vitesse, et elle est liée en rotation à cet arbre 4. La roue tangente 3, en prise avec la vis sans fin 2, est liée en 10 rotation à la colonne (non représentée) ou au pignon de direction du véhicule pour aider à l'entraînement en rotation de cette colonne ou pignon de direction. La vis sans fin 2 est montée tournante dans des roulements de guidage 5 et 7 montés dans des logements 6 et 8 de forme générale cylindrique ménagés dans le carter 1, de part et d'autre de la vis sans fin 2. 15 Comme illustré sur la figure 2, une bague élastique d'amortissement 9, réalisée ici en une résine à l'acétal durcie, de marque Delrin 500T NC010, est montée autour d'une bague extérieure du roulement 7 qui est situé à l'opposé de l'arbre 4 du moteur d'assistance. Sur cette bague élastique d'amortissement 9 est monté un ressort 20 10 de rattrapage de jeu entre la paroi du logement 8 du roulement 7 et la bague extérieure du roulement 7. Le ressort de rattrapage de jeu 10 est prévu pour être disposé à un emplacement prédéterminé, en partie supérieure sur le dessin, de la paroi du logement 8 du roulement 7 de manière à presser le roulement 7 dans le sens F 25 d'une réduction d'une distance d'entre-axe séparant l'axe de la vis sans fin 2 de l'axe de la roue tangente 3. Ici, le ressort de rattrapage de jeu est un ressort à lame 10 cintré de manière à former une partie de semelle 16 sensiblement plane et une partie d'appui concave 17 en regard de la partie de semelle 16. 30 La bague élastique d'amortissement 9 présente une fente de maintien 12 (voir en particulier la figure 3) ménagée dans sa largeur et destinée à recevoir la partie de semelle 16 du ressort de rattrapage de jeu 10, la partie d'appui 17 de ce dernier venant en butée élastique contre la paroi du logement 8 du roulement 7 dans le carter 1. La bague 9 permet d'assembler et de maintenir le ressort de rattrapage de jeu 10 au roulement de guidage 7, en évitant un contact entre ressort 10 et roulement 7 ou entre le roulement 7 et le carter 1. Le ressort 10 applique, via la bague 9, un effort sur le roulement 7 5 de façon à maintenir en toutes circonstances un contact au point d'engrènement entre la vis sans fin 2 et la roue réductrice 3. La paroi externe de la bague d'amortissement 9 présente au moins deux godrons 15 de limitation d'un jeu radial JI qui s'étendent dans la largeur de la bague d'amortissement 9, de part et d'autre de la fente de maintien 12 et 10 décalés de 90 par rapport à cette dernière (voir figure 4). Une pluralité de godrons d'ajustement 18, qui s'étendent également dans la largeur de la bague d'amortissement 9, sont répartis sur la paroi interne de la bague d'amortissement 9 de manière à la guider par rapport à la bague extérieure du roulement 7. 15 Des godrons 20 prévus sur la paroi externe de la bague d'amortissement 9 forment des butées de fin de course de la bague (ou coussinet) 9. D'autres godrons 19 qui limitent les déplacements suivant une autre direction peuvent être obtenus par un surmoulage de matière élastomère 20 sur la bague 9 où, dans ce cas, ils permettent d'obtenir un effet d'amortissement. La bague élastique d'amortissement 9 permet ainsi de limiter, notamment grâce aux godrons 15, les déplacements de la vis sans fin 2 suivant différents axes, en particulier suivant la direction latérale L et les axes 25 autres que celui d'application de l'effort (F) du ressort de rattrapage de jeu 10. La figure 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle le ressort de rattrapage de jeu est un ressort hélicoïdal 110 monté sur une surface de maintien 113 prévue sur la paroi extérieure de la bague élastique d'amortissement 109. 30 La figure 6 illustre une autre variante de réalisation, assez proche de la précédente, et dans laquelle le ressort de rattrapage de jeu est un plot 210 réalisé en matériau élastomère et monté sur une surface de maintien 213 prévue sur la paroi extérieure de la bague d'amortissement 209. Les figures 7 à 10 illustrent encore une autre variante de réalisation 35 dans laquelle le rattrapage de jeu n'est plus assuré par un ressort mais par un joint torique 310 de section constante monté dans une gorge périphérique annulaire de maintien 314 pratiquée dans la paroi extérieure de la bague d'amortissement 309. La profondeur et la largeur de la gorge de maintien 314 sont variables de sorte qu'en partie supérieure, le joint 310 dépasse sensiblement hors de la gorge 314 et amortit par sa déformation élastique les déplacements du roulement 7 dans son logement 8. Le fait que le joint torique 310 ait un dépassement différent dans les zones U et H permet d'obtenir un système d'amortissement avec une raideur variable suivant les couples transmis et donc les déplacements. En effet, le dépassement dH est tel que l'on a un jeu J3 entre le joint 310 et l'alésage 308 du carter 301. Lorsque les couples transmis font que les déplacements du coussinet 309 sont au moins équivalents au jeu J3, le système travaille alors sur une raideur K2 et ce sur une course de déplacement C4 (voir figures 7 et 10) au terme de laquelle il y a contact entre les godrons 320 matérialisant les butées de fin de course du coussinet 309 dans l'alésage 308 du carter 301. Bien que l'invention ait été décrite avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Réducteur de vitesse mécanique du type à vis sans fin (2) et roue tangente (3), comprenant, dans un carter (1), une vis sans fin (2), à lier en rotation avec un organe d'entraînement motorisé (4), et montée tournante dans des roulements de guidage (5, 7) montés dans des logements (6, 8) de forme générale cylindrique ménagés dans le carter (1), de part et d'autre de la vis sans fin (2), une bague élastique d'amortissement (9; 109; 209; 309) étant montée autour d'une bague extérieure de l'un (7) des dits roulements de guidage situé à l'opposé de l'organe d'entraînement (4), caractérisé en ce que ladite bague élastique d'amortissement (9; 109; 209; 309) présente des moyens de maintien (12; 113; 213; 314) pour maintenir un moyen élastique de rattrapage de jeu (10; 110; 210; 310) entre la paroi du logement (8) du roulement de guidage (7) situé à l'opposé de l'organe d'entraînement (4) et la bague extérieure dudit roulement (7), ledit moyen élastique de rattrapage de jeu (10; 110; 210; 310) étant prévu pour être disposé à un emplacement prédéterminé de la paroi du logement (8) du roulement de guidage (7) de manière à presser le roulement de guidage (7) dans le sens (F) d'une réduction d'une distance d'entre-axe séparant l'axe de la vis sans fin (2) de l'axe de la roue tangente (3). 2. Réducteur de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi externe de la bague d'amortissement (9; 109; 209; 309) présente au moins deux renflements (15) de limitation de jeu radial (J1), saillants et répartis de part et d'autre des moyens de maintien (12; 113; 213; 314) du moyen élastique de rattrapage de jeu (10; 110; 210; 310). 3. Réducteur de vitesse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi interne de la bague d'amortissement (9; 109; 209; 309) présente une pluralité de renflements d'ajustement (18), saillants et répartis de manière symétrique. 4. Réducteur de vitesse selon l'une des revendications 1 à 3, 35 caractérisé en ce que ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un ressort à lame (10) cintré de manière à former une partie de semelle (16) sensiblementplane et une partie d'appui concave (17) en regard de la partie de semelle (16), et en ce que la bague élastique d'amortissement (9) présente une fente de maintien (12) ménagée dans sa largeur et destinée à recevoir la partie de semelle (16) du ressort de rattrapage de jeu (10), la partie d'appui (17) de ce dernier étant destinée à venir en butée élastique contre la paroi du logement (8) du roulement (7) dans le carter (1). 5. Réducteur de vitesse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un ressort hélicoïdal (110) monté sur une surface de maintien (113) prévue sur la paroi extérieure de la bague d'amortissement (109). 6. Réducteur de vitesse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un plot (210) réalisé en un matériau élastomère et monté sur une surface de maintien (213) prévue sur la paroi extérieure de la bague d'amortissement (209). 7. Réducteur de vitesse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen élastique de rattrapage de jeu est un joint torique (310) de section constante monté dans une gorge périphérique annulaire (314) de maintien, de profondeur et éventuellement de largeur variables, pratiquée dans la paroi extérieure de la bague d'amortissement (309). 8. Système de direction assistée électrique de véhicule automobile comprenant un réducteur de vitesse, selon l'une des revendications 1 à 7, intercalé entre un moteur électrique d'assistance et un élément mobile du système de direction.30