Brevet FR3031564A1 — publié le 20160715

MECANISME DE TRANSFORMATION D'UN MOUVEMENT DE ROTATION EN UN MOUVEMENT DE TRANSLATION PAR UNE LIAISON HELICOÏDALE DE TYPE A VIS ET ECROU. [0001] La présente invention concerne un mécanisme de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation par une liaison hélicoïdale de type à vis et écrou. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement, à un tel mécanisme présent dans le boîtier de direction assistée électrique d'un véhicule automobile. Elle concerne enfin un véhicule automobile, notamment un véhicule électrique ou hybride, dans lequel la direction assistée électrique comporte un boîtier de direction qui comporte un tel mécanisme. [0002] Dans les directions assistées électriques des véhicules automobiles, on connaît, de manière classique, l'utilisation de mécanismes de type vis à billes. Une vis à billes assure la conversion d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation (liaison hélicoïdale) et équivaut à un mécanisme vis écrou, dans lequel des billes sont intercalées entre les deux pièces et diminuent le frottement existant dans les systèmes vis écrou simples. [0003] Ainsi, on connaît, selon le document US 1 725 737 A, un arbre de commande rotatif ou arbre menant, qui comporte une vis sans fin, un arbre de sortie transversal ou arbre mené supportant un bras et une bille, qui est montée rotative dans un palier sans frottement dans le bras et qui est en prise avec la vis sans fin. [0004] On connaît également des mécanismes de transformation de mouvements avec des roulements, comme par exemple la direction électromécanique décrite dans le document DE 10 2008 021 895 A1, qui présente un palier à roulements avec une bague de roulement extérieure qui est fixée à un boîtier dit « de commande ou de mécanisme de direction » par des vis de fixation. La direction est une direction à vis sans fin, la liaison étant de type classique vis écrou avec un guidage de l'écrou par les roulements. [0005] Toutefois, bien que ces mécanismes de transformation de mouvements à billes ou à roulements soient adaptés à la transmission de précision et de puissance, ils sont de fabrication relativement onéreuse, en particulier les écrous à billes. 3031564 2 [0006] Le but de la présente invention est de fournir un mécanisme de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation par une liaison hélicoïdale, du type à vis et écrou, qui soit applicable en particulier, mais non exclusivement, aux mécanismes des boîtiers de direction assistée des véhicules automobiles et qui soit de 5 réalisation plus simple, et par conséquent plus économique, que les mécanismes connus de l'art antérieur assurant la même fonction de conversion de mouvements. [0007] Un autre but de la présente invention est de fournir un tel mécanisme, qui soit de conception et de montage simples, qui soit robuste et fiable. [0008] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un mécanisme de 10 transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation par une liaison hélicoïdale, du type à vis et écrou, la vis étant constituée d'un arbre cylindrique comportant sur sa surface externe le chemin intérieur de roulement de la liaison hélicoïdale et l'écrou comportant le chemin extérieur correspondant de ladite liaison hélicoïdale. Dans ce mécanisme, nouveau, le chemin intérieur de roulement est constitué 15 par une pièce filiforme de forme hélicoïdale dite « filet hélicoïdal », qui constitue une pièce distincte de l'arbre cylindrique. Ce filet hélicoïdal est positionné dans une gorge hélicoïdale correspondante de la surface externe de l'arbre cylindrique et est réalisé en une matière différente de la matière de ce dernier. [0009] De préférence, le filet hélicoïdal constitutif du chemin intérieur de roulement de la 20 liaison hélicoïdale est de section circulaire. [0010] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le chemin extérieur de roulement de la liaison hélicoïdale, porté par l'écrou, est constitué par une pluralité de galets, de préférence trois galets, qui sont montés dans des logements internes de l'écrou et qui sont orientés selon l'angle des spires du filet hélicoïdal, la surface de roulement des 25 galets étant profilée pour coopérer par concordance des formes avec la section du filet hélicoïdal. [0011] De préférence, cette surface de roulement des galets présente un profil curviligne, de section sensiblement semi circulaire. [0012] Les galets peuvent avantageusement être montés dans les logements internes de 30 l'écrou par l'intermédiaire de roulements. En variante, ils peuvent être montés dans les logements internes de l'écrou par l'intermédiaire de paliers et coussinets. 3031564 3 [0013] De manière préférentielle, le filet hélicoïdal constitutif du chemin intérieur de roulement de la liaison hélicoïdale est réalisé en acier, et l'arbre cylindrique de la vis est réalisé en aluminium ou alliage d'aluminium. [0014] La présente invention a aussi pour objet une direction assistée électrique de 5 véhicule, qui comprend un mécanisme de type à vis et écrou permettant de transformer le mouvement de rotation de la colonne de direction en un mouvement de translation de la timonerie associée aux roues du véhicule, et ce mécanisme de type à vis et écrou est conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. [0015] La présente invention a enfin pour objet un véhicule, en particulier un véhicule 10 automobile électrique ou hybride, qui comporte une direction assistée électrique qui est conforme à celle décrite succinctement ci-dessus et qui, de préférence, puise son énergie d'alimentation dans une réserve d'électricité du véhicule. [0016] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation, non limitatif de l'objet et de la portée de la 15 présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : [0017] - la figure 1 est un schéma représentant les composants de la structure du dispositif mécanique de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, du type à vis sans fin et écrou, selon la présente invention, et [0018] - la figure 2 est également un schéma du dispositif mécanique de la figure 1, 20 permettant de mieux illustrer son fonctionnement. [0019] En référence au dessin de la figure 1, on a représenté, de façon très schématique, la structure du mécanisme de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation par liaison hélicoïdale, de type à vis et écrou, selon la présente invention. 25 [0020] Ce qui caractérise la liaison hélicoïdale, c'est l'existence d'un mouvement combiné : la rotation est simultanée à la translation dans un rapport que l'on appelle le pas de vis, ou d'hélice ou de filet. [0021] Comme dans tout mécanisme par liaison hélicoïdale de type à vis et écrou, la vis et l'écrou du mécanisme selon l'invention forment les chemins intérieur et extérieur, 30 respectivement, et des éléments de roulement sont prévus qui ne sont pas, comme c'est 3031564 4 le cas généralement, des billes, des roulements, mais qui sont des galets dans la présente invention. [0022] La vis est constituée par un arbre cylindrique 10, qui comporte sur sa surface externe le chemin intérieur de roulement de la liaison hélicoïdale. L'écrou, désigné par la 5 référence générale 30, comporte le chemin extérieur correspondant de la liaison hélicoïdale. [0023] Selon le principe même de la présente invention, le chemin intérieur de roulement est constitué par le filet hélicoïdal désigné par la référence 20. Ce filet hélicoïdal 20 est constitué par une pièce distincte de l'arbre cylindrique 10, et il est positionné dans une 10 gorge hélicoïdale 15 correspondante de la surface externe de l'arbre cylindrique 10. [0024] Egalement selon le principe de la présente invention, le filet hélicoïdal 20 constitutif du chemin intérieur de roulement est réalisé en une matière différente de la matière de l'arbre cylindrique 10. [0025] L'écrou 30 comporte le chemin extérieur correspondant de la liaison hélicoïdale. 15 A cette fin, une pluralité de galets, désignés par les références 31 et 32 sur les figures, sont montés dans des logements 31A et 32A (figure 2) prévus à l'intérieur de l'écrou 30 et sont destinés à rouler sur les spires du filet hélicoïdal 20. [0026] Bien que les figures ne montrent que deux galets, 31 et 32, pour des raisons tenant au mode de représentation à deux dimensions, il va de soi que le nombre de galets 20 peut être différent. De préférence les galets sont au nombre de trois, répartis à la périphérie de l'arbre cylindrique 10 selon un pas angulaire constant. Le nombre de galets peut, en variante, être supérieur à trois. [0027] Le filet hélicoïdal 20 est réalisé à partir d'un fil de section circulaire adaptée à la section, circulaire ou quadrangulaire, de la gorge hélicoïdale 15. En variante, le filet 25 hélicoïdal 20 peut être réalisé à partir d'un fil de section différente, quadrangulaire ou autre. [0028] Les galets 31 et 32, et par conséquent les logements 31A et 32A des galets, sont orientés selon l'angle « a », qui est celui des spires du filet hélicoïdal 20 par rapport à la section transversale de l'arbre cylindrique 10 porteur du chemin intérieur de roulement. 3031564 5 [0029] Comme mieux représenté sur le dessin de la figure 2, les surfaces externes ou surfaces de roulement 21 et 22 des galets, respectivement 31 et 32, sont profilées pour coopérer par concordance des formes avec la section du filet hélicoïdal 20. Elles peuvent être sensiblement semi circulaires ou en secteur d'un demi-cercle lorsque la section du 5 filet hélicoïdal 20 est circulaire. [0030] Les galets 31 et 32 sont montés dans leurs logements internes, respectivement 31A et 32A, par l'intermédiaire de roulements simples. En variante, ils peuvent être montés dans leurs logements internes 31A et 32A par l'intermédiaire de paliers et coussinets. 10 [0031] Il importe de noter que pour résister aux pressions de contact de roulement, le filet hélicoïdal 20 rapporté sur l'arbre cylindrique 10 peut avantageusement être réalisé en acier, tandis que l'arbre cylindrique 10 peut avantageusement être réalisé en une matière différente, comme par exemple l'aluminium ou un alliage d'aluminium, mieux adaptés pour résister au phénomène d'instabilité connu sous le terme de flambage ou flambement, 15 selon lequel la vis, soumise à un effort normal de compression a tendance à fléchir et se déformer dans une direction perpendiculaire à l'axe de compression. [0032] A titre d'exemple non limitatif de l'objet et de la portée de la présente invention, le mécanisme décrit ci-dessus peut s'appliquer au mécanisme d'une direction assistée électrique de véhicule, le mouvement de rotation de l'écrou, par exemple cinématiquement 20 lié à la colonne de direction du véhicule, étant transformé par ce mécanisme selon l'invention en un mouvement de translation de la timonerie associée aux roues du véhicule. [0033] A titre d'exemple également, le mécanisme selon l'invention peut s'appliquer à une commande de frein principal électrique. 25 [0034] Le mécanisme de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation par une liaison hélicoïdale de type à vis et écrou, tel que décrit ci-dessus, présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : [0035] - il permet de supprimer les circulations de billes des systèmes à vis à billes connus de l'art antérieur, ces circulations de billes exigeant des usinages précis de formes 30 relativement complexes et, par conséquent, des usinages coûteux, [0036] - il ne requiert que des roulements simples, 3031564 6 [0037] - il est adapté, notamment par le choix des matériaux différents de ses éléments de structure, aux efforts et contraintes mécaniques qui lui sont appliqués. 5 REVENDICATIONS: 1. Mécanisme de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation par une liaison hélicoïdale, du type à vis et écrou, la vis étant constituée d'un arbre cylindrique (10) comportant sur sa surface externe le chemin intérieur de roulement de la liaison hélicoïdale et l'écrou (30) comportant le chemin extérieur correspondant de ladite liaison hélicoïdale, caractérisé en ce que ledit chemin intérieur de roulement est constitué par un filet hélicoïdal (20), distinct de l'arbre cylindrique (10), qui est positionné dans une gorge hélicoïdale (15) correspondante de la surface externe de l'arbre cylindrique (10) et qui est réalisé en une matière différente de la matière de ce dernier. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filet hélicoïdal (20) constitutif du chemin intérieur de roulement de la liaison hélicoïdale est de section circulaire. 3. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le chemin extérieur de roulement de la liaison hélicoïdale, porté par l'écrou (30), est constitué par une pluralité de galets (31, 32), qui sont montés dans des logements internes (31A, 32A) de l'écrou (30) et qui sont orientés selon l'angle («cr » ) des spires du filet hélicoïdal (20), la surface de roulement (21, 22) des galets (31, 32) étant profilée pour coopérer par concordance des formes avec la section dudit filet hélicoïdal (20). 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que les galets (31, 32) sont montés dans lesdits logements internes (31A, 32A) de l'écrou (30) par l'intermédiaire de roulements. 5. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que les galets (31, 32) sont montés dans lesdits logements internes (31A, 32A) de l'écrou (30) par l'intermédiaire de paliers et coussinets. 6. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface de roulement (21, 22) des galets (31, 32) présente un profil de section semi circulaire. 3031564 8 7. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le filet hélicoïdal (20) constitutif du chemin intérieur de roulement de la liaison hélicoïdale est réalisé en acier. 8. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 5 l'arbre cylindrique (20) de la vis est réalisé en aluminium ou alliage d'aluminium. 9. Direction assistée électrique de véhicule, qui comprend un mécanisme de type à vis et écrou permettant de transformer le mouvement de rotation de la colonne de direction en un mouvement de translation de la timonerie associée aux roues du véhicule, caractérisée en ce que ledit mécanisme de type à vis et écrou est conforme 10 à l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Véhicule, en particulier véhicule automobile électrique ou hybride, qui comporte une direction assistée électrique, caractérisé en ce que ladite direction assistée électrique est conforme à la revendication précédente.