Brevet FR3085341A1 — publié le 20200306

BOITIER D'ASSISTANCE DE DIRECTION DE VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN BLOCAGE DE ROULEMENT A BILLES La présente invention concerne un boîtier d'assistance de direction de véhicule automobile, ainsi qu'un système de direction et un véhicule automobile 5 équipés d'un tel boîtier d'assistance. Les véhicules automobiles comportent un volant de manoeuvre entraînant une colonne de direction, qui est reliée en partie inférieure à un boîtier de direction comprenant une crémaillère se déplaçant transversalement, réalisant le pivotement des roues avant directrices du véhicule. 10 Les systèmes de direction comportent généralement un dispositif d'assistance délivrant sur le boîtier de direction une partie de l'effort nécessaire pour manoeuvrer les roues, à partir d'une puissance hydraulique, ou d'une motorisation électrique alimentée par le réseau de bord du véhicule et pilotée par un calculateur. 15 Un type de dispositif d'assistance électrique connu, comporte un moteur électrique entraînant par une vis sans fin une roue dentée pour réaliser une forte réduction donnant un couple élevé, cette roue dentée étant fixée sur un arbre relié au pignon entraînant la crémaillère pour délivrer un couple dessus. On désignera par la suite l'axe de rotation de l'arbre comme l'axe principal. 20 En particulier l'arbre de la roue dentée peut être guidé dans le carter du boîtier d'assistance d'un côté par un roulement à billes assurant un centrage par rapport à l'axe principal et un calage axial, c'est-à-dire suivant l'axe principal, et de l'autre côté par un palier assurant uniquement un centrage. Le carter du dispositif d'assistance est généralement réalisé par un moulage d'alliage 25 d'aluminium, l'arbre étant en acier. L'utilisation d'un alliage d'aluminium pour le carter du boîtier d'assistance permet d'obtenir une pièce légère réalisée de manière économique. L'acier utilisé pour l'arbre est nécessaire pour assurer sa tenue mécanique. Par ailleurs le boîtier d'assistance se trouvant sous le capot moteur du 30 véhicule, est soumis à des variations de températures importantes pouvant aller de -40°C à +125°C. La conception de ce boîtier d'assistance doit tenir compte des dilatations différentielles données par ces écarts de température, entre le 2 carter du boitier d'assistance en aluminium et l'arbre avec son roulement en acier. En particulier le roulement à billes supportant l'arbre de la roue dentée doit préférentiellement présenter sur son contour extérieur un jeu radial, c'est-à-dire suivant un axe transversal à l'axe principal, suffisant pour permettre une dilatation différentielle avec le carter en alliage d'aluminium le recevant, en tenant compte des dispersions de fabrication en grande série. Le coefficient de dilatation de l'acier est d'environ 11 x 10-61°K alors que le coefficient de l'aluminium est d'environ 23 x 10-6/°K, soit plus du double. Il est alors nécessaire de prévoir un jeu radial suffisant aux températures les plus élevées, de manière à assurer un serrage radial pas trop élevé d'une bague externe du roulement à billes aux températures les plus basses. Le but fonctionnel de l'ajustement radial de la bague externe dans l'alésage du carter est d'obtenir à la température ambiante une définition d'un léger jeu ou d'un léger serrage qui permette de limiter les contraintes à l'interface du carter et du roulement aux basses températures provoquant un resserrage, de manière à ne pas dépasser la limite élastique du carter pour éviter une déformation permanente de sa surface. Un resserrage trop important a aussi pour conséquence une augmentation 20 du couple à vide du roulement, et donc une augmentation des frottements du système de direction dans son intégralité, et une usure prématurée du roulement. Il est connu d'utiliser une bague de serrage de la bague externe du roulement à billes dans son logement, comprenant un filetage extérieur vissé 25 dans le carter du boîtier d'assistance, qui applique une charge axiale, c'est-à-dire suivant l'axe principal, permanente sur cette bague afin d'empêcher son mouvement radial à l'intérieur du jeu disponible. Toutefois les écarts de dilatation entre d'une part la bague externe du roulement et la bague de serrage réalisées tous les deux en acier, et d'autre part 30 le boîtier réalisé en alliage d'aluminium, peuvent entraîner une diminution assez importante de cette charge axiale. On a en particulier dans des conduites urbaines comprenant de nombreux changements de direction avec des petites vitesses du véhicule, des démarrages fréquents du moteur électrique d'assistance dans un sens ou dans l'autre, appliquant des couples alternés élevés sur l'arbre de la roue dentée. 5 On peut obtenir sous l'effet des inversions de couple d'assistance, dans le cas d'un jeu radial assez important, un petit mouvement radial alterné de la bague externe du roulement dans son alésage, glissant sur une face d'appui, transversale plane, de la bague de serrage en appui sur ce roulement, qui risque de provoquer des usures. Les chocs du roulement dans son alésage d'un côté 10 ou de l'autre lors du basculement du couple, peuvent émettre des bruits entraînant des gênes pour le conducteur et les occupants du véhicule De plus on peut obtenir un décentrage de la roue dentée portée par l'arbre suffisamment important pour entraîner des bruits, ainsi qu'une usure prématurée de son engrenage. 15 En variante on peut réaliser la bague de serrage en alliage d'aluminium, afin d'obtenir un coefficient de dilatation similaire à celui du carter. Toutefois on risque d'obtenir un grippage du filetage de serrage de cette bague sur le carter. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un boîtier d'assistance d'un système de direction d'un véhicule, comportant un arbre tournant suivant un axe principal, destiné à recevoir une roue dentée, ledit arbre étant maintenu suivant son axe principal par un roulement à billes, ledit boitier d'assistance comportant un carter réalisé dans un premier matériau, ledit carter comprenant un alésage recevant une bague externe du roulement à billes, et ledit alésage comprenant une bague de serrage réalisée dans un second matériau présentant des propriétés de dilatation thermique différentes du premier matériau, ladite bague de serrage présentant une face d'appui en contact avec un premier côté de la bague externe, un deuxième côté, opposé au premier côté, de la bague externe étant en appui sur le carter, ce boîtier d'assistance étant remarquable en ce que la face d'appui de la bague de serrage présente une surface conique centrée sur l'axe principal, formant un cône qui s'ouvre en direction de la bague externe. 4 Un avantage de ce boîtier de dispositif d'assistance est que la surface légèrement conique de la face d'appui de la bague, réalise automatiquement même avec un serrage axial, c'est-à-dire suivant l'axe principal, faible, un centrage de la bague externe du roulement à billes. La bague de serrage et la 5 bague externe réalisées toutes les deux en acier, se dilatant radialement, c'est-à-dire suivant un axe transversal à l'axe principal, dans la même mesure en fonction des variations de température, le centrage de la bague externe réalisé par la surface conique de cette bague de serrage n'est pas modifié. Le roulement est toujours centré par la bague de serrage indépendamment des dilatations 10 radiales différentielles de ces éléments et du carter, en évitant son déplacement radial. Le boîtier d'assistance selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la surface conique de la face d'appui forme avec une 15 direction transversale à l'axe principal un angle compris entre 10 et 20°. Ces valeurs donnent une surface conique assurant un bon centrage du roulement à billes. En particulier, la surface conique de la face d'appui peut former avec la direction transversale un angle de 15°. 20 Avantageusement, la bague de serrage comporte sur son contour extérieur un filetage vissé dans un filetage intérieur du carter. En particulier, l'arbre peut comporter un palier réalisant uniquement un centrage, qui est axialement éloigné du roulement à billes. Dans ce cas le calage axial de l'arbre est réalisé uniquement par le roulement à billes ce qui évite un 25 montage hyperstatique ajoutant des contraintes entre le roulement à billes et son logement dans le carter. Avantageusement, le second matériau est un acier. Avantageusement, le premier matériau est un alliage d'aluminium. L'invention a aussi pour objet un système de direction de véhicule 30 automobile équipé d'un dispositif d'assistance de la direction, remarquable en ce qu'il comporte un boîtier d'assistance comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, qui applique avec son arbre un couple sur un pignon de commande d'une crémaillère de ce système de direction. En particulier, le dispositif d'assistance peut comporter un moteur électrique délivrant le couple d'assistance sur la roue dentée. 5 L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d'un système de direction avec un dispositif d'assistance, remarquable en ce que ce dispositif d'assistance comporte un boîtier d'assistance comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages 10 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un boîtier d'assistance selon l'art antérieur ; et - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe axiale d'un boîtier d'assistance 15 selon l'invention, présentant respectivement une vue d'ensemble et une vue agrandie du contact de la bague de serrage et du roulement. La figure 1 présente un arbre 2 disposé suivant un axe principal, comportant en partant du côté avant indiqué par la flèche AV, une roue dentée 4, un roulement 6 de centrage et de calage axial, c'est-à-dire suivant l'axe principal, 20 un pignon 8 taillé directement dans cet arbre, et une portée cylindrique 10 recevant un palier de centrage arrière. Un carter de boîtier d'assistance 12 réalisé par un moulage en alliage d'aluminium, comporte un alésage 14 recevant avec un petit jeu radial, c'est-à-dire suivant un axe transversal à l'axe principal, la bague externe 18 du 25 roulement à billes 6, qui vient en appui axial vers l'avant avec son deuxième côté sur un épaulement transversal plat 16 de ce carter. Une bague de serrage en acier 20 comporte un filetage extérieur qui est vissé dans un filetage intérieur du carter 22 réalisé juste en arrière de l'alésage 14, pour serrer sa face d'appui, avant transversale plane, sur le côté arrière, 30 c'est-à-dire sur le premier côté, de la bague externe 18 du roulement 6, afin de bloquer ce roulement sur l'épaulement transversal 16 du carter. 6 Un anneau métallique intérieur de serrage 24 comporte une lèvre intérieure emmanchée à force par déformation élastique dans une gorge annulaire 26 de l'arbre 2, afin de réaliser sur cet arbre un calage axial de la bague interne du roulement à billes 6. 5 En cas de diminution suffisamment forte du serrage axial de la bague de serrage 20 avec les différences de dilatation, et avec un jeu radial suffisant du roulement 6 dans l'alésage 14, on peut obtenir un glissement radial de ce roulement qui entraîne une usure et des bruits. Les figures 2 et 3 présentent la face d'appui 30, transversale avant, de la 10 bague de serrage 20 comprenant une forme conique centrée sur l'axe principal et s'ouvrant vers l'avant, c'est-à-dire ayant une base du cône en direction de la bague externe, formant avec la direction transversale à l'axe principal un angle compris de préférence entre 10 et 20°, qui peut être d'environ 15°. La face d'appui 30, avant conique, appuie directement sur le rayon extérieur 15 de la bague externe 18 du roulement à billes 6, en assurant automatiquement un centrage de cette bague qui va s'ajuster le plus en arrière possible dans cette forme conique. Le centrage ne dépend pas de l'importance du serrage axial de la bague externe 18, une diminution de ce serrage, qui peut tendre vers une valeur nulle, 20 ne change pas la capacité de centrage de la forme conique de la face d'appui 30. De plus la dilatation radiale de la bague externe 18 et de la bague de serrage 20 sont similaires, le centrage donné par la face d'appui 30 conique n'est pas modifié. On élimine de manière simple et économique, avec une modification de la 25 bague de serrage 20 qui entraîne pas ou peu d'augmentation des coûts, un boîtier d'assistance de direction présentant des niveaux de fiabilité, REVENDICATIONS1 - Boîtier d'assistance d'un système de direction d'un véhicule, comportant un arbre (2) tournant suivant un axe principal, destiné à recevoir une roue dentée (4), ledit arbre étant maintenu suivant son axe principal par un roulement à billes (6), ledit boitier d'assistance comportant un carter (12) réalisé dans un premier matériau, ledit carter (12) comprenant un alésage (14) recevant une bague externe (18) du roulement à billes, et ledit alésage (14) comprenant une bague de serrage (20) réalisée dans un second matériau présentant des propriétés de dilatation thermique différentes du premier matériau, ladite bague de serrage (20) présentant une face d'appui (30) en contact avec un premier côté de la bague externe (18), un deuxième côté, opposé au premier côté, de la bague externe (18) étant en appui sur le carter (12), caractérisé en ce que la face d'appui (30) de la bague de serrage (20) présente une surface conique centrée sur l'axe principal, formant un cône qui s'ouvre en direction de la bague externe (18). 2 - Boîtier d'assistance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface conique de la face d'appui (30) forme avec une direction transversale à l'axe principal un angle compris entre 10 et 20°. 3 - Boîtier d'assistance selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface conique de la face d'appui (30) forme avec la direction transversale un angle de 15°. 4 - Boîtier d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague de serrage (20) comporte sur son 25 contour extérieur un filetage vissé dans un filetage intérieur (22) du carter (12). 5 - Boîtier d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (2) comporte un palier réalisant uniquement un centrage (10), qui est axialement éloigné du roulement à billes (6). 30 6 - Boîtier d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second matériau (20) est un acier. 8 7- Boîtier d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier matériau est un alliage d'aluminium. 8 - Système de direction de véhicule automobile équipé d'un dispositif 5 d'assistance de la direction, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui applique avec son arbre (2) un couple sur un pignon de commande d'une crémaillère de ce système de direction. 9 - Système de direction selon la revendication 8, caractérisé en ce que le 10 dispositif d'assistance comporte un moteur électrique délivrant le couple d'assistance sur la roue dentée. 10 - Véhicule automobile équipé d'un système de direction avec un dispositif d'assistance, caractérisé en ce que ce dispositif d'assistance comporte un boîtier d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.