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Title:
POWER STEERING WITH AUTOMATIC PLAY COMPENSATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/008835
Kind Code:
A1
Abstract:
Bearing device with reduced play for a power steering system comprising a first bearing (7) for absorbing axial forces exerted on the steering shaft (3) towards its first end. A second bearing (8a, 8b, 8c) transmits to the housing (1) the opposite axial forces to which the shaft (3) is subjected, the second bearing being urged towards the first shaft end (3a) by an elastic force greater than said opposite axial forces and exerted by a Belleville washer (9).

Inventors:
CORTES GUASCH ESTEVE (ES)
SOLER BRUGUERA RAIMON (ES)
Application Number:
PCT/EP1993/002473
Publication Date:
April 28, 1994
Filing Date:
September 13, 1993
Export Citation:
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Assignee:
BENDIX ESPANA (ES)
CORTES GUASCH ESTEVE (ES)
SOLER BRUGUERA RAIMON (ES)
International Classes:
B62D3/08; B62D5/24; (IPC1-7): B62D5/24; B62D3/08
Foreign References:
EP0299250A21989-01-18
FR2117360A51972-07-21
US4128046A1978-12-05
GB760196A1956-10-31
Other References:
See also references of EP 0615501A1
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Dispositif de roulement à jeu réduit pour un système de direction assistée du type de ceux qui comprennent : un boîtier (1) dont un volume interne étanche prend au moins partiellement la forme d'un cylindre de révolution (la) autour d'un axe (2) ; un arbre (3) logé dans le volume interne du boîtier suivant la direction de cet axe, fixe en translation suivant cette direction et entraîné en rotation autour de cet axe, depuis l'extérieur du boîtier, par Tapplication d'un couple d'entrée sur une première (la) de ses deux extrémités ; un piston (4) coulissant axialement dans le volume interne du boîtier pour séparer ce volume en deux chambres de pression étanches (lb, le) soumises à des pressions respectives variant en fonction dudit couple d'entrée, ces pressions exerçant sur le piston une force de translation convertible en un couple de sortie ; et un convertisseur de mouvement (6a, 6b, 6c), disposé entre le piston et Tarbre au voisinage de la seconde extrémité (lb) de ce dernier, pour convertir un mouvement de rotation de Tarbre en un mouvement de translation du piston, Tarbre se trouvant ainsi soumis à des forces axiales de sens et d'intensité variables en fonction du couple d'entrée, et ce dispositif comprenant au moins un premier roulement (7) disposé entre la première extrémité de Tarbre et le boîtier pour transmettre à ce dernier les forces axiales s'exerçant sur Tarbre depuis sa seconde extrémité vers la première, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, dans le but de compenser automatiquement le jeu axial de Tarbre par rapport au boîtier, un second roulement (8a, 8b, 8c ; 10b, 12a, 16) disposé entre la première extrémité de Tarbre et le boîtier, ainsi que des moyens élastiques (9, 14) en appui sur le boîtier pour exercer sur Tarbre, par l'intermédiaire du second roulement, une force axiale dirigée de la seconde extrémité de cet arbre vers la première, et d'intensité supérieure aux forces axiales de sens contraire auxquelles cet arbre est soumis.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques (9) comprennent au moins une rondelle Belleville.
3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre présente, au voisinage de sa première extrémité, un élargissement radial (3c), en ce que le boîtier présente, à un niveau situé entre les deux extrémités de Tarbre, un rétrécissement radial (ld), et en ce que le second roulement (8a, 8b, 8c) et lesdits moyens élastiques (9) sont disposés entre l'élargissement radial de Tarbre et le rétrécissement radial du boîtier.
4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le second roulement est un roulement à aiguilles.
5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que Tarbre présente, au voisinage de sa première extrémité, une rainure périphérique annulaire (3d) à section triangulaire rectangle, formant deux surfaces de roulement coniques (10a, 10b) centrées sur Taxe (2), une première (10a) de ces deux surfaces étant plutôt tournée vers la première extrémité (3a) de Tarbre et la seconde surface (10b) étant plutôt tournée vers la seconde extrémité (3b) de Tarbre, en ce que le boîtier (1) offre, en regard de la première surface de roulement, une troisième surface de roulement (lia) parallèle à la première, en ce qu'une bague amovible (12) est disposée autour de Taxe à proximité immédiate de la troisième surface de roulement (lia) pour offrir une quatrième surface de roulement (12a) en regard de la seconde (10b) et parallèle à elle, en ce que des premiers galets (15) sont disposés entre les première et troisième surfaces de roulement pour y rouler et former ledit premier roulement en ce que des seconds galets (16) sont disposés entre les seconde et quatrième surfaces de roulement pour y rouler et former ledit second roulement, et en ce que lesdits moyens élastiques (14) sollicitent ladite bague dans un sens qui tend à rapprocher la quatrième surface de roulement de la seconde.
6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les premiers galets (15) sont plus nombreux que les seconds (16).
Description:
DIRECTION ASSISTEE A COMPENSATION AUTOMATIQUE DE JEU

La présente invention concerne un dispositif de roulement à jeu réduit pour un système de direction assistée du type de ceux qui comprennent :

- un boîtier dont un volume interne étanche prend au moins partiellement la forme d'un cylindre de révolution autour d'un axe ;

- un arbre logé dans le volume interne du boîtier suivant la direc¬ tion de cet axe, fixe en translation suivant cette direction et entraîné en rotation autour de cet axe, depuis l'extérieur du boîtier, par l'application d'un couple d'entrée sur une première de ses deux extrémités ;

- un piston coulissant axiale ent dans le volume interne du boîtier pour séparer ce volume en deux chambres de pression étanches soumises à des pressions respectives variant en fonction dudit couple d'entrée, ces pressions exerçant sur le piston une force de translation convertible en un couple de sortie, et

- un convertisseur de mouvement disposé entre le piston et l'arbre au voisinage de la seconde extrémité de ce dernier, pour conver¬ tir un mouvement de rotation de l'arbre en un mouvement de trans¬ lation du piston ;

- l'arbre se trouvant ainsi soumis à des forces axiales de sens et d'intensité variables en fonction du couple d'entrée, et ce dispo¬ sitif comprenant au moins un premier roulement disposé entre la première extrémité de l'arbre et le boîtier pour transmettre à ce dernier les forces axiales s'exerçant sur l'arbre depuis sa seconde extrémité vers la première.

De tels dispositifs sont utilisés dans les systèmes de direction assistée du type décrit par exemple dans le brevet US 4 128046, et sont essentiellement constitués soit d'un roulement spécial ou ayant fait l'objet d'une sélection, soit d'un roulement plus ordinaire, dont le jeu a été réduit grâce à des réglages multiples.

Quelle que soit la solution adoptée, les dispositifs de roulement à jeu réduit actuellement en usage présentent l'inconvénient d'être coûteux,

et de ne montrer une efficacité maximale qu'au montage, l'usure étant susceptible de dégrader leurs performances.

Dans ce contexte, le but de la présente invention est de proposer un dispositif de roulement du type précédemment défini, mais doté d'une compensation de jeu automatique, c'est-à-dire exemptée de réglage et d'ajustage, et présentant une grande stabilité dans le temps.

A cette fin, le dispositif de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second roulement disposé entre la première extrémité de l'arbre et le boîtier, ainsi que des moyens élastiques en appui sur le boîtier pour exercer sur l'arbre, par l'intermédiaire du second roulement, une force axiale dirigée de la seconde extrémité de cet arbre vers la première, et d'intensité supérieure aux forces axiales de sens contraire auxquelles cet arbre est soumis.

Les moyens élastiques, notamment pour des raisons de coût et d'encombrement, peuvent avantageusement comprendre une rondelle Belleville.

Dans un mode de réalisation possible, l'arbre présente, au voisinage de sa première extrémité, un élargissement radial, le boîtier présente, à un niveau situé entre les deux extrémités de l'arbre, un rétrécissement radial, et le second roulement et lesdits moyens élastiques sont disposés entre l'élargissement radial de l'arbre et le rétrécissement radial du boîtier, le second roulement étant alors de préférence un roulement à aiguilles.

Dans un autre mode de réalisation possible, l'arbre présente, au voisinage de sa première extrémité, une rainure périphérique annulaire à section triangulaire rectangle, formant deux surfaces de roulement coniques centrées sur Taxe, une première de ces deux surfaces étant plutôt tournée vers la première extrémité de l'arbre et la seconde surface étant plutôt tournée vers la seconde extrémité de l'arbre ; le boîtier est alors conçu pour offrir, en regard de la première surface de roulement, une troisième surface de roulement parallèle à la première, une bague amovible étant disposée autour de l'arbre à proximité immédiate de la troisième surface de roulement pour offrir une quatrième surface de roulement en regard de la seconde et parallèle à elle ; par ailleurs des premiers galets sont disposés entre les première et troisième surfaces de roulement pour y rouler et former ledit premier roulement, des seconds galets sont disposés entre les seconde et quatrième surfaces de roulement pour y rouler et former ledit second roulement, et les moyens élastiques sollicitent ladite

bague dans un sens qui tend à rapprocher la quatrième surface de roulement de la seconde.

Il est par ailleurs préférable, pour tenir compte des intensités respectives des forces axiales agissant sur l'arbre, de prévoir que les premiers galets soient plus nombreux que les seconds.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- La Figure 1 représente un dispositif conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, replacé dans l'ensemble de son contexte fonctionnel ;

La Figure 2 est une vue en coupe agrandie issue de la Figure 1 et permettant de distinguer la structure du dispositif de l'invention dans son premier mode de réalisation ;

La Figure 3 est une vue en coupe semblable à la Figure 2, mais illustrant un seconde mode de réalisation de l'invention ; et

La Figure 4 est une vue partielle en perspective d'un détail relatif au second mode de réalisation de l'invention.

Par convention, tout couple de pièces mécaniques qui, en fonctionnement, se trouvent solidaires l'une de l'autre pourra, par souci de concision et de clarté, être considéré dans la présente description et/ou dans les revendications qu'elle supporte comme constitué d'une seule et même pièce, l'homme de l'art étant en mesure, sur la base des dessins et/ou de son expérience, de reconnaître, lorsqu'elle apparaît, la nécessité de prévoir un assemblage de deux pièces au lieu d'une pour la fabrication et/ou le montage du dispositif.

La Figure 1 représente, en coupe partielle, un système de direction assistée pour véhicule à moteur, mettant en oeuvre l'invention.

Un tel système comprend tout d'abord un boîtier 1 définissant un volume interne étanche dont une partie au moins prend la forme d'un cylindre de révolution la autour d'un axe 2.

Un arbre 3 est logé dans le volume interne du boîtier suivant la direction de Taxe 2, fixe en translation le long de cet axe, et susceptible d'être entraîné en rotation autour de ce même axe par l'application, sur une première de ses extrémités 3a, d'un couple C ou C provenant d'un effort de rotation du volant du véhicule et transmis à travers le boîtier 1.

Un piston 4, entourant l'arbre 3 du côté de sa seconde extrémité 3b, coulisse axialement dans le volume interne du boîtier pour séparer ce dernier en deux chambres de pression étanches lb, le ; ces dernières sont soumises à des pressions respectives contrôlées par un distributeur hydraulique 5 actionné par l'arbre 3 et variant donc en fonction du sens et de l'intensité du couple appliqué à cet arbre.

La différence entre ces pressions, s'exerçant sur le piston 4, est susceptible d'entraîner ce dernier en translation le long de Taxe 2, dans un sens ou dans l'autre, ce mouvement étant converti, par un engrenage (non visible) à crémaillère et secteur denté, en un mouvement de rotation de sortie transmis aux roues du véhicule.

Un convertisseur de mouvement, essentiellement formé de billes 6a, circulant dans des chemins hélicoïdaux 6b, 6c respectivement creusés, en regard l'un de l'autre, dans la surface externe de Tarbre 3 et dans la surface interne du piston 4, permet de convertir un mouvement de rotation de Tarbre en un mouvement de translation du piston, notamment pour obtenir un mouvement de rotation de sortie même en cas de panne du système d'assistance hydraulique.

Dans ces conditions, Tarbre 3 se trouve soumis, en fonction de l'intensité et du sens du couple qui lui est appliqué, à des forces d'intensité et de sens variables dirigés suivant Taxe 2.

En réalité, l'invention tire en partie son origine de l'observation du fait que les forces axiales les plus importantes auxquelles cet arbre est soumis résultent de l'application de pressions différentes dans les chambres lb et le, et que, dans la mesure où Tarbre doit être rendu étanche à son interface avec l'atmosphère pour pouvoir être mû depuis l'extérieur du boîtier étanche 1, et où Tune ou l'autre des chambres est toujours à une pression supérieure à la pression atmosphérique lorsque la différence des pressions entre ces chambres n'est pas nulle, les forces axiales les plus importantes auxquelles Tarbre 3 est soumis sont toujours dirigées de sa seconde extrémité 3b vers sa première extrémité 3a, c'est-à-dire dans un sens qui tend à le faire sortir du boîtier.

La seule force axiale s'exerçant sur Tarbre dans le sens allant de sa première extrémité 3a ve s la seconde 3b apparaît lors de Tapplication sur cet arbre d'un couple de rotation tendant à rapprocher le piston 4 de la première extrémité 3a de cet arbre, avant que ce couple ait atteint la valeur minimale permettant Tactionnement du distributeur hydraulique 5 et l'installation de pressions différentes dans les chambres lb, le.

Cette force axiale est donc faible en fonctionnement normal, et sa valeur facile à déterminer puisque directement fonction de la valeur connue du couple d'actionne ent du distributeur hydraulique.

Le dispositif peut maintenant être décrit plus en détail en référence aux Figures 2 et 3, la Figure 2 étant un agrandissement de la Figure 1.

Le dispositif comprend d'abord un premier roulement 7, composé de billes 7a, de surfaces de roulement 7b, 7c, et d'un séparateur de billes 7d.

Ce roulement 7 est disposé entre la première extrémité 3a de Tarbre et le boîtier 1 et transmet à ce dernier les forces qui s'exercent axialement sur Tarbre dans la direction allant de sa seconde extrémité 3b vers la première extrémité 3a.

Comme illustré sur la Figure 2, la surface de roulement 7b est par exemple offerte par une bague entourant Tarbre 3 et s'appuyant contre le boîtier.

Dans le mode de réalisation de cette figure, Tarbre 3 présente un élargissement radial 3c au voisinage de sa première extrémité 3a, tandis que le boîtier 1 présente un rétrécissement radial complémentaire ld retenant l'élargissement rû.iial 3c prisonnier dans le boîtier 1.

Le dispositif comporte alors un second roulement 8, comprenant des aiguilles 8a et des surfaces de roulement 8b, 8c, la première surface de roulement 8b étant en partie constituée par une face axiale de l'élargissement radial 3c, la seconde surface de roulement 8c étant formée par une bague rapportée entourant Tarbre 3, et l'ensemble se trouvant emprisonné entre le rétrécissement radial ld et l'élargissement radial 3c et sollicité par une force élastique dirigée de la seconde extrémité de Tarbre vers la première grâce à une rondelle Belleville 9

récontrainte, entourant Tarbre, et elle-même prisonnière entre ce rétrécissement ld et cet élargissement 3c.

La force exercée par la rondelle Belleville est préférablement réglable et, en l'occurrence, susceptible d'être réglée par vissage du rétrécissement radial ld sur le boîtier 1, et elle est ajustée à une valeur supérieure à la valeur maximale de la force axiale s'exerçant sur Tarbre 3 depuis sa première extrémité 3a vers la seconde 3b.

Dans le mode de réalisation de la Figure 3, Tarbre 3 présente, au voisinage de sa première extrémité 3a une rainure périphérique annulaire 3d adoptant une section en triangle rectangle et formant deux surfaces de roulement coniques 10a et 10b centrées sur Taxe 2.

La première, 10a, de ces deux surfaces est plutôt tournée vers la première extrémité 3a de Tarbre et par exemple à 45° avec la direction pointant vers cette extrémité, tandis que la seconde surface de roulement 10b est plutôt tournée vers l'autre extrémité 3b de Tarbre et par exemple à 45 e de la direction pointant vers cette extrémité.

Une bague 11 entourant Taxe 3 et s'appuyant sur le boîtier 1 offre une troisième surface conique de roulement lia centrée sur Taxe 2, disposée en regard de la première surface de roulement 10a, et parallèle à cette dernière.

De manière analogue, une bague 12 offre une quatrième surface de roulement 12a en regard de la seconde 10b et parallèle à elle, la différence étant cependant que la bague 12 ne prend pas appui sur le boîtier 1, ni de façon directe ni par l'intermédiaire de la bague 11.

En revanche, la bague 12 est sollicitée vers la bague 11 par une force élastique exercée par une rondelle Belleville 14 s'appuyant sur le boîtier 1, cette force étant supérieure à la force axiale maximale s'exerçant sur Tarbre 3 en direction de sa seconde extrémité 3b.

Des premiers galets, tels que 15 (Figure 4), sont disposés entre les première et seconde surfaces de roulement 10a, lia pour y rouler et constituer un premier roulement avec elles.

De même, des seconds galets, tels que 16, sont disposés entre les troisième et quatrième surfaces de roulement 10b, 12a pour y rouler et constituer un second roulement avec elles.

De préférence, les galets des deux roulements sont séparés par des séparateurs 17, les premiers galets 15 étant plus nombreux que les seconds 16 et régulièrement intercalés entre ces derniers.

Le mode de réalisation illustré aux Figures 3 et 4 conduit à un encombrement très réduit pour un coût de réalisation très faible.