Brevet FR2924083A1 — publié le 20090529

DISPOSITIF DE DIRECTION A CREMAILLERE POUR VEHICULE AUTOMOBILE L'invention concerne un dispositif de direction à crémaillère pour véhicules automobiles. Les dispositifs de direction de ce type comprennent généralement un boîtier allongé fixe dans lequel est monté un barreau mobile en translation comportant une zone échancrée munie de dents pour former une crémaillère sur laquelle est engrené un pignon relié à la colonne de direction, tels que décrits par exemple dans les documents FR 1 470 984 et EP 1 808 355. Dans la plupart des cas, le barreau est guidé par un seul palier monté dans une extrémité du boîtier éloignée de la zone échancrée formant la crémaillère. Le document FR 1 470 984 évoque cependant la possibilité d'améliorer le guidage du barreau au moyen de deux paliers. Les documents FR 1 470 984 et EP 1 808 355 décrivent également des moyens élastiques pour régler le jeu entre le pignon relié à la colonne de direction et les dents de la crémaillère. Cependant aucun des documents ci-dessus ne décrit des mesures permettant de guider le barreau en translation pure, c'est-à-dire en évitant sa rotation sous l'effet des contraintes transmises par les roues et les mouvements du véhicule. Par ailleurs, aucun des documents ci-dessus ne décrit des mesures permettant de filtrer et d'amortir les vibrations engendrées entre le barreau et le boîtier du dispositif de direction. Le but de la présente invention est précisément d'apporter des solutions aux problèmes évoqués ci-dessus. Ce but est atteint, selon l'invention par un dispositif de direction à crémaillère pour véhicule automobile, comprenant un boîtier allongé fixe dans lequel est monté un barreau mobile en translation comportant une zone échancrée munie de dents pour former une crémaillère sur laquelle est engrené un pignon relié à la colonne de direction, un palier en forme de bague étant monté dans le boîtier près de chacune de ses deux extrémités pour guider la translation du barreau, caractérisé en ce que l'un des paliers est situé dans la zone échancrée munie de dents et est constitué par une bague présentant dans sa partie située en regard de la zone échancrée munie de dents une surface plane parallèle à la surface plane dans laquelle sont situés les sommets des dents. Le premier palier situé dans la zone échancrée non seulement guide le barreau en translation dans cette zone, mais du fait de sa forme qui présente une surface plane parallèle à la surface des sommets des dents de la crémaillère, ce premier palier évite toute possibilité de rotation du barreau, ce qui garantit un ajustement précis du contact entre le pignon et la crémaillère et une réduction de l'usure entre les dents du pignon et celles de la crémaillère. De préférence, la surface plane dudit premier palier présente une longueur L mesurée dans l'axe du barreau qui est au moins égale à 1,5 fois le pas des dents de la crémaillère. Cette disposition permet à la surface plane du premier palier d'être toujours en contact avec au moins deux dents de la crémaillère, ce qui permet un excellent guidage en translation du barreau. De préférence, la surface intérieure des deux paliers comporte des nervures de section adaptée à la réduction de frottement, par exemple arrondie, s'étendant dans une direction parallèle à l'axe du barreau et prenant appui sur la surface extérieure de ce barreau. La géométrie de ces nervures est non seulement adaptée pour réduire les frottements et par conséquent l'usure entre le barreau et la surface intérieure des deux paliers, mais également pour assurer la qualité du contact. Selon une particularité avantageuse, la surface plane du premier palier située dans la zone échancrée munie de dents comporte deux nervures en appui sur la surface plane du sommet d'au moins deux dents. Ces deux nervures réduisent le frottement et l'usure entre le palier et les dents de la crémaillère, tout en assurant un parfait guidage en translation du barreau dans la zone de contact entre le pignon et la crémaillère. Ces deux nervures, par leur disposition, empêchent également la rotation du barreau autour de son axe sous l'action de l'engrènement. Selon une version préférée de l'invention, chacun des deux paliers est constitué de matériau composite comprenant une bague intérieure adjacente au barreau, entourée par une couche en matière élastique adhérant à la surface extérieure de la bague intérieure et à la surface intérieure d'une bague extérieure solidaire de la surface intérieure dudit boîtier allongé. La bague intérieure est en matière suffisamment dure pour assurer la précision du guidage en translation et l'anti-rotation, ainsi 5 que la maîtrise du frottement sur le barreau. La couche en matière élastique, par exemple en élastomère, filtre et amortit les vibrations transmises entre le barreau et le boîtier, et de ce fait réduit encore davantage l'usure entre les dents du pignon et celles de la crémaillère et les vibrations ressenties au volant de direction 10 par le conducteur. Les premier et second paliers permettent également de jouer le rôle de transmetteur d'efforts et vibrations au boîtier, sans pour autant solliciter en totalité la ligne pignon et colonne. Dans une variante, le premier palier présente un évidement 15 tangentiel d'axe perpendiculaire à l'axe du palier destiné à recevoir le pignon suivant son axe, cet évidement étant suffisant pour permettre l'engrènement du pignon sur la crémaillère lorsque ledit premier palier est monté sur le barreau. De préférence, cet évidement est réalisé au centre du premier palier de manière à permettre un montage 20 symétrique du palier par rapport à l'axe du pignon. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le dispositif de direction comprend un poussoir exerçant une force perpendiculaire à l'axe du pignon, ce poussoir étant équipé d'un amortisseur. 25 Cette force peut être exercée par un ressort inséré entre une partie fixe et une partie mobile solidaire de l'arbre du pignon et l'amortisseur est constitué par un bloc en matière élastique de raideur différente de celle du ressort, reliant entre elles la partie fixe et la partie mobile. 30 Cette disposition permet non seulement de maintenir un contact permanent entre les dentures du pignon et de la crémaillère du barreau et de compenser le jeu entre la crémaillère et le pignon, mais également d'amortir les vibrations et les bruits engendrés entre le barreau et la colonne de direction. 35 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de direction à crémaillère selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle à échelle agrandie montrant le contact entre les dents de la crémaillère et la surface plane du palier correspondant, - la figure 3 est une vue en coupe transversale du premier palier situé dans la zone de la crémaillère du dispositif de direction, - la figure 3 bis représente en perspective une autre configuration du premier palier avec l'évidement permettant le passage du pignon, - la figure 4 est une vue en coupe transversale du second palier, - la figure 5 est une vue en coupe transversale du boîtier du dispositif de direction dans le plan axial de l'arbre portant le pignon d'entraînement de la crémaillère, - la figure 6 est une vue en coupe à échelle agrandie du détail A de la figure 5 suivant le plan VI-VI de cette figure. Comme montré sur la figure 1, le dispositif de direction à crémaillère pour véhicule automobile, comprend un boîtier 1 allongé fixe de forme cylindrique dans lequel est monté un barreau 2 cylindrique mobile en translation relié à ses extrémités à des biellettes 3 elles-mêmes reliées aux roues du véhicule. Le barreau 2 comporte une zone échancrée munie de dents pour former une crémaillère 4 sur laquelle est engrené un pignon 5 relié à la colonne de direction. Un palier 6, 7 en forme de bague est monté dans le boîtier 1 près de chacune de ses deux extrémités pour guider la translation du barreau 2. Conformément à l'invention, un premier palier 7 est situé dans la zone échancrée 4 munie de dents et est constitué (voir figure 3) par une bague présentant dans sa partie située en regard de la zone échancrée 4 munie de dents du barreau 2, une surface plane 9 parallèle à la surface plane 10 dans laquelle sont situés les sommets des dents 11, comme montré plus en détail sur la figure 2. Comme on le voit également sur la figure 2, la surface plane 9 du premier palier 7 présente une longueur L mesurée dans l'axe du barreau 2 qui est au moins égale à 1,5 fois le pas des dents 11 de la crémaillère 4. De ce fait, la surface plane 9 s'appuie toujours sur deux dents 11. Les figures 3 et 4 montrent que la surface intérieure 8, 12 des deux paliers 6 et 7 comporte des nervures 13 d'une section, par exemple arrondie, adaptée à l'appui sur la surface extérieure du barreau 2 et s'étendant dans une direction parallèle à l'axe du barreau 2, et à un coulissement dont le frottement est maîtrisé. Par ailleurs, la surface plane 9 du premier palier 7 située dans la zone échancrée 4 munie de dents comporte deux nervures 13 en appui sur la surface plane 10 du sommet d'au moins deux dents 11. Ces nervures 13 réduisent considérablement la friction entre le barreau 2 et les paliers 6 et 7. De préférence, les deux paliers 6, 7 sont en matériau composite. Les figures 3 et 4 montrent également que chacun des deux paliers 6, 7 composites comprend une bague intérieure 14, 15 adjacente au barreau 2, et une bague extérieure 17 solidaire de la surface intérieure du boîtier allongé 1. L'ensemble de ces deux bagues 14 et 17, 15 et 17 respectivement, est relié par une couche 16 en matière élastique adhérente. La matière élastique 16 peut être en élastomère. La figure 3-bis représente une autre configuration du premier palier 7 selon l'invention, dans laquelle le premier palier 7 ne diffère du palier représenté figure 3 que par la présence d'un évidement tangentiel 30 d'axe perpendiculaire à l'axe du palier destiné à recevoir le pignon 5 suivant son axe (X-X'), cet évidement 30 étant suffisant pour permettre l'engrènement du pignon sur la crémaillère lorsque ledit premier palier est monté sur le barreau. Ainsi, dans l'exemple représenté, cet évidement 30 traverse les bagues intérieure 14 et extérieure 17 du palier ainsi que la couche élastique 16 qui les relie, séparant en deux parties la surface plane 9. Cet évidement 30 est de préférence réalisé de manière à ce que le palier 7 soit monté de manière symétrique par rapport à l'axe X-X' du pignon, lorsque ce dernier est logé dans l'évidement 30. Les figures 5 et 6 montrent que le dispositif de direction selon l'invention comprend un poussoir 18 exerçant une force F perpendiculaire à l'axe X-X' du pignon 5 engrené avec la crémaillère 4. La force est F est là pour maintenir un contact permanent entre la denture du pignon et de la crémaillère. Ce poussoir 18 est équipé d'un amortisseur. Comme montré par la figure 6, la force F est exercée par un ressort 19 inséré entre une partie fixe 20 et une partie mobile 21 solidaire de l'extrémité de l'arbre 22 du pignon 5. L'amortisseur est constitué par un bloc 23 en matière élastique de raideur différente de celle du ressort 19, reliant entre elles la partie fixe 20 et la partie mobile 21. Sous l'action du ressort 19, la partie mobile peut coulisser dans l'alésage cylindrique du corps 24 qui est réalisé d'une seule pièce avec le boîtier 1. L'arbre 22 du pignon 5 peut pivoter légèrement sous l'action du poussoir 18 grâce à un roulement à rotule 25 (voir figure 5). Une variante du poussoir 18 ci-dessus a été décrite dans la demande de brevet français n°07 06709 du 25 septembre 2007 de la Demanderesse (pas encore publiée). Dans l'exemple, le poussoir comprend un carter qui forme la partie mobile 21. Ce carter 21 est pourvu d'un orifice traversant d'axe X-X' dans lequel est reçue l'extrémité de l'arbre 22 du pignon 5. Un roulement du type cage à aiguilles 26 est placé dans cet orifice, autour de l'extrémité 22. Les principaux avantages du dispositif de direction à crémaillère que l'on vient de décrire sont les suivants. La forme intérieure du premier palier 7 représenté sur les figures 3 et 3bis permet de guider le barreau 2 purement en translation c'est-à- dire sans rotation, ce qui permet de garantir une position précise des dents de la crémaillère 4 par rapport à celles du pignon 5. Il en résulte une réduction de l'usure des dents de la crémaillère et du pignon. La couche 16 en matière élastique des paliers 6 et 7 amortit la transmission des vibrations du barreau 2 vers le boîtier 1 et de ce fait vers la colonne de direction et le châssis du véhicule, ce qui permet non seulement de réduire l'usure de la crémaillère et du pignon, mais également d'améliorer le confort vibratoire et acoustique de conduite du véhicule. Le poussoir 18 non seulement compense le jeu entre les dents de la crémaillère et celles du pignon, étant donné que les dentures du pignon et de la crémaillère sont toujours en contact, mais amortit également la transmission des vibrations entre le barreau 2 et la colonne de direction, ce qui réduit encore davantage l'usure et augmente le confort de conduite. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction à crémaillère pour véhicule automobile, comprenant un boîtier (1) allongé fixe dans lequel est monté un barreau (2) mobile en translation comportant une zone échancrée (4) munie de dents pour former une crémaillère sur laquelle est engrené un pignon (5) relié à la colonne de direction, un palier (6, 7) en forme de bague étant monté dans le boîtier (1) près de chacune de ses deux extrémités pour guider la translation du barreau (2), caractérisé en ce que le premier (7) des paliers est situé dans la zone échancrée (4) munie de dents et est constitué par une bague présentant dans sa partie située en regard de la zone échancrée (4) munie de dents une surface plane (9) parallèle à la surface plane (10) dans laquelle sont situés les sommets des dents. 2. Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface plane (9) dudit premier palier (7) présente une longueur (L) mesurée dans l'axe du barreau (2) qui est au moins égale à 1,5 fois le pas des dents (11) de la crémaillère (4). 3. Dispositif de direction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface intérieure des deux paliers (6, 7) comporte des nervures (13) d'une section adaptée à la réduction des frottements, s'étendant dans une direction parallèle à l'axe du barreau (2) et prenant appui sur la surface extérieure de ce barreau (2). 4. Dispositif de direction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les nervures (13) présentent une section arrondie. 5. Dispositif de direction selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la surface plane (9) du premier palier (7) située dans la zone échancrée (4) munie de dents comporte deux nervures (13) en appui sur la surface plane (10) du sommet d'au moins deux dents (11). 6. Dispositif de direction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacun des deux paliers (6, 7) est constitué de matériau composite comprenant une bague intérieure (14, 15) adjacente au barreau (2), entourée par une couche (16) en matière élastique adhérant à la surface extérieure de la bague intérieure (14, 15) et à la surface intérieure d'une bague extérieure (17) solidaire de la surface intérieure dudit boîtier allongé (2).7. Dispositif de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière élastique (16) est en élastomère. 8. Dispositif de direction selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier palier (7) présente un évidement tangentiel (30) d'axe perpendiculaire à l'axe du palier destiné à recevoir le pignon (5) suivant son axe (X-X'), cet évidement (30) étant suffisant pour permettre l'engrènement du pignon sur la crémaillère lorsque ledit premier palier est monté sur le barreau. 9. Dispositif de direction selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un poussoir (18) exerçant sur le pignon (5) une force (F) perpendiculaire à l'axe (X-X') du pignon (5), ce poussoir (18) étant équipé d'un amortisseur. 10. Dispositif de direction selon la revendication 9, caractérisé en ce que la force (F) est exercée par un ressort (19) inséré entre une partie fixe (20) et une partie mobile (21) solidaire de l'arbre (22) du pignon (5) et l'amortisseur est constitué par un bloc en matière élastique (23) de raideur différente de celle du ressort (19), reliant entre elles la partie fixe (20) et la partie mobile (21).20