Brevet FR2937607A1 — publié le 20100430

La présente invention concerne un réducteur de vitesse mécanique, du type à vis sans fin et roue tangente, et plus particulièrement un réducteur de vitesse de ce type qui est incorporé à un système de direction assistée électrique pour véhicule automobile, auquel cas le réducteur se trouve intercalé entre, d'une part, l'arbre du moteur électrique d'assistance et, d'autre part, un élément mobile à entraîner par ce moteur électrique, élément qui peut être une partie de la colonne de direction, ou directement le pignon de direction qui vient en prise avec la crémaillère de la direction. Dans une direction assistée électrique, les couples demandés au pignon de direction étant élevés tandis que les vitesses de rotation demandées restent faibles, le moteur électrique d'assistance est habituellement associé à un mécanisme de transmission qui forme un réducteur de vitesse, donc un multiplicateur de couple. Le plus souvent, le mécanisme de transmission est un réducteur du type à vis sans fin et roue tangente, choisi ici en raison de son rapport de démultiplication élevé. La vis sans fin peut être montée coaxialement à l'arbre du moteur électrique d'assistance, en étant liée en rotation avec cet arbre. La roue tangente, dont la denture vient en prise avec la vis sans fin, est par exemple liée en rotation à la colonne de direction du véhicule concerné ou est directement liée en rotation au pignon de direction, pour aider à l'entraînement en rotation de la colonne ou du pignon de direction. Comme tout engrenage, un tel réducteur à vis sans fin et roue tangente est soumis, en utilisation, 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 le système de direction dans la direction du véhicule 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. Il s'agit en général de prévoir un ressort qui applique un effort élastique de rappel sur un roulement guidant la vis sans fin et qui permet ainsi de maintenir en contact la vis sans fin et la roue tangente dans différentes conditions de roulage. Plus particulièrement, on utilise ici habituellement un ressort métallique, à lame, qui agit essentiellement dans le sens axial sur l'un des roulements, donc sur la vis sans fin. Une telle réalisation conserve divers inconvénients : En premier lieu, étant entièrement métallique, elle implique en particulier un contact métallique entre le ressort et la bague extérieure du roulement de la vis sans fin, ce qui peut générer des bruits alors que le but est de les supprimer. Il existe une grande dispersion, en ce qui concerne les valeurs d'effort appliquées par le ressort. Agissant essentiellement dans le sens axial, le ressort n'offre pas la possibilité d'éviter un déplacement radial. Il existe aussi un risque non négligeable de casse du ressort à 15 lame. Pour le montage et le logement de ce ressort, il faut habituellement prévoir une opération manuelle, et des formes internes plus ou moins compliquées pour le carter du réducteur de vitesse. La présente invention vise à éviter tous ces inconvénients, et elle a 20 donc pour but de fournir un réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente moins bruyant et agissant suivant tous les axes de l'espace, ce réducteur pouvant être monté simplement et notamment de façon automatique. A cet effet, l'invention a pour objet un réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente, du genre ici concerné c'est-à-dire comprenant, à 25 l'intérieur d'un carter, une vis sans fin à lier en rotation par l'une de ses extrémités avec un organe d'entraînement motorisé, et elle-même montée tournante dans des roulements de guidage prévus à ses deux extrémités et montés dans le carter, la vis sans fin étant en prise avec la denture d'une roue tangente liée à un organe à entraîner, et un élément élastique de rattrapage de 30 jeu étant associé au roulement de la vis sans fin situé à l'opposé de l'organe d'entraînement, pour le maintien en contact de la vis sans fin et de la denture de la roue tangente, ce réducteur de vitesse étant essentiellement caractérisé par le fait que ledit élément élastique de rattrapage de jeu est constitué par un organe élastiquement déformable dans le sens axial et dans le sens 35 transversal, qui est disposé sensiblement suivant l'axe de la vis sans fin, et qui comporte une première partie terminale d'appui engagée contre le roulement de la vis sans fin situé à l'opposé de l'organe d'entraînement, et une seconde partie terminale d'appui positionnée contre la paroi intérieure du carter du réducteur. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'organe élastiquement déformable, à fonction de rattrapage de jeu, comprend un court manchon en matière élastiquement déformable, monté entre le roulement concerné de la vis sans fin et la paroi intérieure du carter du réducteur, l'axe du manchon étant sensiblement confondu avec l'axe de la vis sans fin. Dans un mode de réalisation préféré, ledit court manchon est constitué par un manchon annelé en matière élastiquement déformable, lié par une extrémité à une première coupelle rigide engagée contre le roulement concerné de la vis sans fin, en particulier engagée sur la bague extérieure de ce roulement, et lié par son autre extrémité à une seconde coupelle rigide positionnée contre la paroi intérieure du carter du réducteur. Le manchon annelé en matière élastiquement déformable, telle qu'élastomère, peut avoir ses extrémités liées par collage aux deux coupelles. D'autres modes de liaison tels que par soudage, surmoulage ou encliquetage, son aussi envisageables ici. Avantageusement, la seconde coupelle est positionnée, contre la paroi intérieure du carter du réducteur, de telle manière que l'axe central de cette coupelle soit excentré du côté de la roue tangente, par rapport à l'axe central de la vis sans fin. Ainsi, un effort radial est exercé de façon permanente par le manchon annelé sur la vis sans fin, pour l'appliquer contre la denture de la roue tangente. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'organe élastiquement déformable, à fonction de rattrapage de jeu, est un ressort hélicoïdal possédant une capacité de déformation élastique dans le sens axial et dans le sens transversal, ce ressort étant monté entre le roulement concerné de la vis sans fin et la paroi intérieure du carter du réducteur, l'axe du ressort étant sensiblement confondu avec l'axe de la vis sans fin. Dans l'ensemble, le réducteur de vitesse, et en particulier l'élément ou organe élastique de rattrapage de jeu, conformes à l'invention, présentent les avantages suivants : - L'organe élastique agit suivant tous les axes de l'espace, en 35 particulier axialement et aussi radialement par un effet de � cisaillement � (par référence à l'axe de la vis sans fin). L'organe élastique peut être monté dans une orientation indifférente, donc de manière simple et avec possibilité de montage automatisé. Les formes à réaliser notamment par usinage sur le carter de 5 réducteur, pour loger et positionner l'organe élastique, sont particulièrement simples. En particulier, dans le cas où la seconde coupelle présente en son centre une excroissance annulaire, il suffit de prévoir sur la paroi intérieure du carter un alésage correspondant à cette excroissance annulaire, lequel alésage 10 recevra ladite excroissance pour positionner la seconde coupelle. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de ce réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente : 15 Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un réducteur de vitesse conforme à l'invention, accouplé à un moteur électrique d'assistance ; Figure 2 représente, en coupe partielle, l'organe élastique de rattrapage de jeu seul dans un premier mode de réalisation; Figure 3 est une vue en coupe passant par l'axe central de cet 20 organe élastique ; Figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale similaire à la figure 1 illustrant un deuxième mode de réalisation. 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 25 véhicule automobile. La vis sans fin 2 est montée coaxialement à l'arbre 4 d'un moteur électrique d'assistance 5 (représenté très partiellement), dans un carter 6 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 30 rotation à la colonne de direction (non représentée) ou au pignon de direction du véhicule pour aider à l'entraînement en rotation de cette colonne de direction ou de ce pignon de direction. La vis sans fin 2 est montée tournante dans deux roulements à billes de guidage 7 et 8 montés dans le carter 6. Le premier roulement 7 est 35 situé à l'extrémité de la vis sans fin 2 qui est accouplée à l'arbre 4 du moteur électrique d'assistance 5. Le second roulement 8 est situé à l'autre extrémité de la vis sans fin 2, c'est-à-dire son extrémité située à l'opposé de l'arbre 4. Un organe élastique 9 de rattrapage de jeu, représenté seul sur les figures 2 et 3, est monté à l'intérieur du carter 6 du réducteur, vers l'extrémité de la vis sans fin 2 éloignée de l'arbre 4 du moteur électrique d'assistance 5, l'organe élastique 9 étant conçu pour solliciter la vis sans fin 2 axialement et aussi transversalement (par référence à l'axe central A de la vis sans fin 2). Cet organe élastique 9, de structure creuse, se compose d'un court manchon 10 en élastomère, et de deux coupelles rigides 11 et 12, par exemple métalliques, respectivement liées par collage aux deux extrémités du manchon 10. Le manchon 10 en élastomère présente un aspect annelé ; comme le montre la figure 3, ce manchon 10 possède une épaisseur constante. Lorsque l'élément élastique 9 est en place à l'intérieur du carter 6, sa première coupelle 11 vient coiffer la bague extérieure du roulement 8. La seconde coupelle 12 présente en son centre une excroissance annulaire 13, qui est positionnée dans un alésage 14 correspondant ménagé sur la paroi intérieure du carter 6, face à l'extrémité considérée de la vis sans fin 2. L'axe central B de l'alésage 14 est excentré, d'une valeur d'excentration e, par rapport à l'axe central A de la vis sans fin 2, ceci du côté de la roue tangente 3, comme montré sur la partie gauche de la figure 1. Ainsi, l'axe central de la seconde coupelle 12 est lui-même excentré par rapport à l'axe central A de la vis sans fin 2. En raison de cette excentration, et compte tenu de l'élasticité du manchon annelé 10, l'élément élastique 9 applique un effort permanent sur le roulement 8 et sollicite la vis sans fin 2 à la fois axialement et radialement, en évitant ainsi les jeux et en appuyant la vis sans fin 2 contre la denture de la route tangente 3. La figure 4 montre une autre forme de réalisation possible pour l'organe élastique 9 de rattrapage de jeu. Cet organe prend ici la forme d'un ressort hélicoïdal en acier, qui possède une capacité de déformation élastique dans la direction de l'axe central A de la vis sans fin 2, qui est aussi sa direction de montage, et aussi une capacité de déformation élastique transversalement à cet axe A. On notera que ce ressort comprend un corps central 15 qui correspond au manchon de la précédente forme de réalisation, une première extrémité 16 formée de quelques spires de plus grand diamètre qui vient coiffer la bague extérieure du roulement 8 (comme la première coupelle 11), et une seconde extrémité 17 de petit diamètre, formée de spires jointives, qui est positionnée dans l'alésage 14 du carter 6 (comme l'excroissance 13 de la coupelle 12). Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce réducteur de vitesse à vis sans fin et roue tangente qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; 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 réalisant le manchon de l'élément élastique en toute matière appropriée, qui peut être une matière synthétique ou un caoutchouc, voire même un métal, notamment un acier à ressort ; - En liant les deux coupelles aux extrémités de ce manchon par toute technique : soudage, collage, surmoulage, encliquetage, ... ; - En destinant le réducteur de vitesse à tout type de direction assistée électrique, l'organe entraîné par l'intermédiaire de ce réducteur pouvant être la colonne de direction, le pignon de direction ou la crémaillère. - En appliquant l'invention à des réducteurs de vitesse incorporés à des dispositifs, systèmes ou machines autres que des systèmes de direction de véhicules, ceci dans tous domaines techniques et industriels. REVENDICATIONS1 Réducteur de vitesse mécanique, du type à vis sans fin et roue tangente, plus particulièrement réducteur de vitesse incorporé à un système de direction assistée électrique pour véhicule automobile, le réducteur comprenant, à l'intérieur d'un carter (6), une vis sans fin (2) à lier en rotation par l'une de ses extrémités avec un organe d'entraînement motorisé (4, 5), et elle-même montée tournante dans des roulements de guidage (7, 8) prévus à ses deux extrémités et montés dans le carter (6), la vis sans fin (2) étant en prise avec la denture d'une roue tangente (3) liée à un organe à entraîner, et un élément élastique (9) de rattrapage de jeu étant associé au roulement (8) de la vis sans fin (2) situé à l'opposé de l'organe d'entraînement (4, 5), pour le maintien en contact de la vis sans fin (2) et de la denture de la roue tangente (3), caractérisé en ce que ledit élément élastique (9) de rattrapage de jeu est constitué par un organe (9) élastiquement déformable dans le sens axial et dans le sens transversal, qui est disposé sensiblement suivant l'axe (A) de la vis sans fin (2), et qui comporte une première partie terminale d'appui (Il) engagée contre le roulement (8) de la vis sans fin (2) situé à l'opposé de l'organe d'entraînement (4), et une seconde partie terminale d'appui (12) positionnée contre la paroi intérieure (14) du carter (6) du réducteur. 2. Réducteur de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastiquement déformable, à fonction de rattrapage de jeu, comprend un court manchon (10) en matière élastiquement déformable, monté entre le roulement (8) concerné de la vis sans fin (2) et la paroi intérieure (14) du carter (6) du réducteur. 3. Réducteur de vitesse selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (9) de rattrapage de jeu est constitué par un court manchon annelé (10) en matière élastiquement déformable, lié par une extrémité à une première coupelle rigide (11) engagée contre le roulement (8) concerné de la vis sans fin (2), en particulier engagée sur la bague extérieure de ce roulement (8), et lié par son autre extrémité à une seconde coupelle rigide (12) positionnée contre la paroi intérieure (14) du carter (6) du réducteur.35 4. Réducteur de vitesse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon annelé (10) en matière élastiquement déformable, telle qu'élastomère, a ses extrémités liées par collage aux deux coupelles (11, 12). 5. Réducteur de vitesse selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la seconde coupelle (12) est positionnée, contre la paroi intérieure (14) du carter (6) du réducteur, de telle manière que l'axe central (B) de cette coupelle (12) soit excentré (e) du côté de la roue tangente (3), par rapport à l'axe central (A) de la vis sans fin (2) 6. Réducteur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la seconde coupelle (12) présente en son centre une excroissance annulaire (13), et en ce qu'il est prévu sur la paroi intérieure du carter (6) un alésage (14) correspondant à cette excroissance annulaire (13), lequel alésage (14) reçoit ladite excroissance (13) pour positionner la seconde (12). 7. Réducteur de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastique déformable, à fonction de rattrapage de jeu, est un ressort hélicoïdal (9, 15, 16, 17) possédant une capacité de déformation élastique dans le sens axial et dans le sens transversal, ce ressort étant monté entre le roulement (8) concerné de la vis sans fin (2) et la paroi intérieure (14) du carter (6) du réducteur, l'axe du ressort étant sensiblement confondu avec l'axe (A) de la vis sans fin (2).25