Mécanisme de direction à pignon et crémaillère à rapport variable et procédé pour tailler les dents.
La présente invention concerne un mécanisme de direction à crémaillère et pignon utilisé dans le système de direction de véhicules à moteurs et de véhicules analogues et, en particulier, un mécanisme de direction à crémaillère et pignon dans lequel une barre de crémaillère comporte des dents déterminant un rapport variable, formées par un outil comportant des dents de coupe de pas uniformes.
Des mécanismes de direction à crémaillère et pignon à rapport variable de ces types ont été décrits jusqu'à présent dans les brevets anglais n[deg.] 609356,
667038, 1356172 et 3267763, dans le brevet australien n[deg.] 241798, et dans le brevet japonais publié n[deg.] 90224/80.
Les mécanismes décrits dans ces publications imprimées présentent des défauts qui sont décrits ciaprès. Le brevet anglais n[deg.] 609356 a l'inconvénient qu'un manchon est monté sur une crémaillère et que, par conséquent, la difficulté et les frais de fabrication du mécanisme augmentent tandis que la fabrication d'un palier de support pour le manchon suscite des difficultés. Comme décrit dans le brevet anglais n[deg.] 667038, on peut obtenir des dents composites et une obliquité circulaire requise pour un mécanisme à pignon et crémaillère à rapport variable par une barre de crémaillère à laquelle est associé un pignon hélicoîdal, et on peut obtenir un rapport variable au moyen d'une variation du diamètre primitif du pignon, ceci pouvant s'appliquer à un pignon à denture droite ou à denture hélicoïdale.
La limite de tolérance pour une variation du diamètre primitif est donc telle qu'un rayon de courbure du profil de dent doit être choisi en fonction des caractéristiques de résistance de la dent. Un mécanisme de direction à rapport variable décrit dans le brevet anglais n[deg.] 1356172 présente des inconvénients dus au fait que les dents de la crémaillère ont des angles de pression différents en des points différents et qu'il est difficile d'absorber les microvibrations provenant de l'extérieur au niveau de l'engrènement par suite d'un déplacement entre un sommet de dent et une racine de dent de sorte que les dents de la crémaillère manquent de résistance. La construction dans ce brevet anglais donne un rapport peu élevé, par exemple de 20% environ.
Les défauts dans le brevet anglais n[deg.] 3267763 dans lequel un pignon d'entraînement circulaire comprend des dents uniformes qui engrènent une crémaillère à entraîner, la crémaillère ayant un diamètre primitif variable donnant un rapport d'engrènement variable, sont tels qu'il n'est pas facile de fabriquer la crémaillères à entraîner et qu'un angle de pression plus grand est nécessaire pour donner un rapport moins élevé entre les extrémités opposées de la crémaillère. Cela étant, une variation d'efficacité importante dans les dents lorsqu'elles s'engrènent mutuellement, représente une impulsion communiquée à un volant de direction. La sélection d'un rapport inférieur est limitée afin d'éviter que cette impulsion fournisse ainsi un rapport d'engrènement de transmission insuffisant.
Un défaut du brevet australien n[deg.] 241798 est le fait qu'un volant parcourt toute l'amplitude de sa course de rotation requise en moins de deux révolutions par suite des variations répétées du rapport d'engrènement apparaissant chaque fois qu'on le fait tourner, ce qui diminue le rapport moyen. Le système conforme au brevet japonais publié n[deg.] 90224/80 est conçu de telle sorte que des dents de crémaillère de pas uniforme sont formées le long d'un trajet de rotation de la barre de crémaillère défini par une courbe résultante formée de la ligne axiale et de la ligne hélicoïdale de la crémaillère, et de façon qu'un déplacement axial de la barre de crémaillère à une vitesse variable par rapport à une rotation régulière d'un pignon hélicoïdal engrenant les dents de la crémaillère donne environ 50% du rapport d'engrènement.
L'inconvénient de ce système réside dans le fait qu'une rotation à vitesse élevée est nécessaire pour que la crémaillère impose une charge élevée sur un chemin de came prévu entre la barre de crémaillère et son boîtier pour entretenir la rotation de la barre de crémaillère.
D'autre part, jusqu'à présent, lors de la taille des dents par un procédé de génération, des dents de crémaillère sont formées sur une barre de crémaillère par un outil comportant plusieurs dents de coupe qui est soumis à une commande bidimensionnelle. Cependant, ce procédé a l'inconvénient que les dents ont une forme compliquée et qu'un engrènement doux avec un pignon est, par conséquent, très difficile à réaliser. On peut également facilement imaginer que des dents de crémaillère soient formées une à une sur une barre de crémaillère cylindrique au moyen d'un outil comportant une seule dent de coupe. Cependant, ce procédé ne permet pas de produire des dents du type à génération et par ailleurs il est très onéreux.
L'invention a pour but notamment d'éliminer les défauts précités des procédés connus en procurant un mécanisme de direction à crémaillère et à pignon à rapport variable nouveau et perfectionné et un procédé pour tailler les dents de ce mécanisme.
L'invention a également pour but de procurer un mécanisme de direction à pignon et crémaillère à rapport variable et un procédé pour tailler les dents de ce mécanisme suivant lequel on taille des dents de crémaillère à rapport variable donné, sur une barre de crémaillère au moyen d'un outil comportant des dents de pas uniformes suivant un trajet de rotation donné de la barre de crémaillère sous un angle hélicoïdal donné et sous un angle d'inclinaison donné également tout en imprimant, de façon continue, à la barre de crémaillère un mouvement de rotation autour de son axe et un déplacement axial (qualifié ci-après respectivement de "rotation" et de "déplacement de l'axe de la crémaillère").
L'invention a également pour but de procurer un mécanisme à crémaillère et un procédé pour tailler les dents de cette crémaillère suivant lequel la barre de crémaillère comporte des dents du type à génération continue sur sa surface et les dents sont formées par un outil, par exemple un outil circulaire ou une fraise à même de travailler dans trois ou dans quatre dimensions grâce à une commande numérique.
Ces buts ainsi que d'autres encore sont réalisés par les deux processus que l'on expliquera ciaprès.
Le premier processus est effectué d'une manière telle que lors de la taille des dents dans une barre de crémaillère à l'aide d'un outil présentant un rapport de pas variable, la rotation de l'axe de crémaillère et le déplacement de cet axe mentionnés plus haut sont transmis de manière continue à la barre de crémaillère pour permettre à l'outil de tailler les dents sous un angle hélicoïdal donné par rapport à l'axe de la barre de crémaillère de sorte que l'amplitude de la rotation de l'axe de la crémaillère (qualifiée ci-après "d'amplitude de rotation") et l'amplitude du déplacement de l'axe de la crémaillère (qualifiée ci-après "d'amplitude de déplacement")
se modifient de manière continue pour fournir un angle d'inclinaison donné par rapport à l'axe de la crémaillère et pour déterminer un pas de rapport variable virtuel sur une ligne de rotation de la crémaillère qui représente l'amplitude d'un déplacement donné en association avec cet angle d'inclinaison donné.
Le second processus est effectué d'une manière telle que lorsqu'on taille les dents dans la barre de crémaillère au moyen d'un outil présentant un pas de rapport uniforme, la rotation de l'axe de la crémaillère et le déplacement de cet axe sont également transmis de manière continue à la barre de crémaillère pour tailler les dents sous un autre angle hélicoïdal de sorte que l'amplitude de rotation et l'amplitude de déplacement différentes des amplitudes précitées se modifient de manière continue en vue de fournir un pas de rapport variable réel donné sur une ligne de rotation de crémaillère différente qui représente l'amplitude d'un autre angle d'inclinaison et celle d'un autre déplacement. Le mécanisme de direction à pignon et crémaillère à rapport variable peut être obtenu par répétition des deux processus précités.
Ces buts et ces particularités de l'invention ainsi que d'autres encore ressortiront clairement de la description suivante donnée, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
la Fig. 1 est une vue fragmentaire illustrant une configuration de la forme d'exécution préférée d'un mécanisme de direction à crémaillère et pignon à rapport variable conforme à l'invention;
les Fig. 2, 3 et 4 sont des vues schématiques illustrant la manière selon laquelle les dents sont taillées conformément à l'invention, et
la Fig. 5 est une vue d'un outil formant des dents dans une barre de crémaillère.
La Fig. 1 illustre un mécanisme à crémaillère et pignon conforme à l'invention. Une crémaillère comprend une barre de crémaillère 1 et des dents de crémaillère 2. Un pignon 3 engrène les dents 2 de la crémaillère et est monté de manière à tourner autour de son axe. Le pignon 3 est relié à un volant de direction
(non représenté). La barre de crémaillère 1 est montée de manière à tourner autour de l'axe X de la crémaillère et à se déplacer dans le sens de l'axe de la barre de crémaillère suivant la ligne a ou b définie par la rotation de la barre de crémaillère, lorsque le pignon 3 tourne. Un chemin de came 10 peut coopérer avec des moyens de guidage (non représentés) pour assister la barre de crémaillère 1 dans sa rotation.
Le pignon 3 est disposé de manière à former un angle ' avec l'axe X de la crémaillère et peut être considéré comme un outil présentant des pas uniformes Po. Les dents de crémaillère 2 en prise avec le pignon 3 sont engendrées suivant une ligne b de rotation de la crémaillère présentant un angle d'inclinaison^' (ou une ligne a de rotation de la crémaillère présentant un angle d'incli-
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le sens d'une réduction vers l'extrémité.
La manière de tailler les dents de crémaillère hélicoïdales 2, engendrées de la façon décrite plus haut, sera à présent expliquée avec référence aux diagrammes représentés sur les Fig. 2, 3 et 4.
Bien qu'un procédé de taille de crémaillère tournante ait été décrit dans le brevet japonais publié n[deg.] 90224/80, Michio Abe, l'inventeur du procédé de taille des engrenages conformes à l'invention, a perfectionné ce procédé de taille de crémaillère tournante, comme on l'expliquera ci-après comparé au procédé décrit dans la demande de brevet japonais précitée. Le concept de l'invention décrite dans ce brevet japonais est illustré schématiquement sur la Fig. 2 dans laquelle les points 1, 2, 3, ..., 14, situés sur l'axe X de la crémaillère sont ceux qui indiquent les pas d'une fraise-mère ou d'un outil circulaire (qualifié ci-après d'"outil"). Les points 1, 2, 3, ..., 14, servent également à indiquer des chiffres correspondants de l'outil. Un axe vertical Y indique un angle de révolution autour de l'axe X de la crémaillère.
La ligne définie par la rotation de la barre de crémaillère passe par le milieu de chacun des pas des dents de crémaillère engendrés sur la face de la barre de crémaillère. D'une manière plus spécifique, l'outil est avancé dans le sens de la flèche A (ou dans un sens opposé à celle-ci) sous un angle hélicolal par rapport à l'axe X de la barre de crémaillère pour entailler la crémaillère dans l'ordre numérique allant de 14 à 1. Dans ce cas, si la barre de crémaillère n'est soumise ni à la rotation de l'axe de crémaillère ni au déplacement de cet axe de crémaillère, les dents standards 1, 2, 3, ..., 14, ont chacune un pas uniforme Po pour atteindre le degré de déplacement de la cré-
<EMI ID=2.1>
maillère 1 est tournée et déplacée pour la taille des dents à pas déterminant le rapport variable, la barre de crémaillère doit être tournée d'un angle de rotation
<EMI ID=3.1>
partant du point 13' intersecte la ligne horizontale partant du point 14' avant la taille d'une dent 13' et après la taille d'une dent 14'. De plus, il est nécessaire de déplacer la barre de crémaillère 1 dans le sens de l'axe X de la crémaillère (vers la gauche sur la Fig. 2) de l'intervalle 6 13 à une distance jusqu'à
<EMI ID=4.1>
horizontale partant du point 14' de sorte qu'un coincement des dents puis être évité.
<EMI ID=5.1>
déplacement 5 13, etc., ont la même valeur à un segment où la ligne a est linéaire (à partir des points 14' et
13' vers un point supposé être le point 9', non représenté). Ils sont modifiés par une minime variation de volume, un segment décrivant une courbe d'accélération uniforme telle qu'une courbe circulaire ou une courbe sinusoïdale (à partir du point supposé être le point 9' jusqu'au point l'). L'angle de rotation est <EMI ID=6.1>
rotation 6 et le déplacement r doivent être égaux à zéro pour un segment décrivant une ligne horizontale.
<EMI ID=7.1>
la crémaillère, qui est obtenu lorsque la crémaillère ne subit aucune rotation, est réduit à la valeur du déplacement de la crémaillère initialement fixée, comme le montre clairement la Fig. 2.
L'invention est destinée à engendrer sur une courbe définie par la face de la barre de crémaillère, les dents de pas déterminant un rapport variable suggérées dans les brevets anglais n[deg.] 667038 et 326763. Les Fig. 3 et 4 sont des vues schématiques de la manière d'engendrer les dents conformément à l'invention.
Pour tailler les pas de dents donnant un rapport variable 21, 22, ... , 33, 34 sur l'axe X de la crémaillère, l'outil comportant des dents 21, 22,
<EMI ID=8.1>
suivant l'angle hélicoïdale dans le sens de la flèche A pour déplacer la barre de crémaillère 1 de la distance qui peut être modifiée dans une certaine mesure dans le sens axial X de la crémaillère de manière à fournir les pas voulus. Ceci ressort des brevets anglais précités. Ces brevets démontrent également que l'on peut obtenir le même résultat en modifiant la vitesse de rotation de l'objet à tailler par rapport à une vitesse de rotation de l'outil si cet outil sert de pignon. Dans le premier processus conforme à l'invention, on suppose que l'outil présente
<EMI ID=9.1> hélicoïdal 0( dans le sens de la flèche A pour tailler suivant la ligne a de rotation de la crémaillère autour de la barre de crémaillère 1 de la même manière que celle expliquée avec référence à la Fig. 2 pour obtenir les dents de crémaillère 1", 2", 13", 14" de pas donnés déterminant un rapport variable. En ce point, le déplacement de la crémaillère est réduit de la valeur TR1 (Fig. 2) à la valeur TR2 (Fig. 3). Sous ce rapport, il est à noter que puisque le déplacement initialement prescrit de la crémaillère doit comprendre le dépla-
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de la crémaillère est insuffisant à cet effet.
Dans le second processus conforme à l'invention, une nouvelle ligne b de rotation de la crémaillère est donc décrite et relie les intersections l', 2', ..., 13', 14' auxquelles des perpendiculaires partant des points 1', 2', 13', 14' (Fig. 2) intersectent des lignes qui sont décrites suivant l'angle hélicoïdal 0( à partir des points 21, 22,
33, 34 sur l'axe de crémaillère X, correspondant aux dents de crémaillère 1", 2", ..., 13", 14" (Fig. 3). Cette ligne b est tracée suivant un angle d'inclinaison
<EMI ID=11.1>
la rotation de la crémaillère. D'une manière plus spécifique, lors du traçage de la ligne b définie par rotation de la crémaillère par l'intermédiaire de la barre de crémaillère 1, l'outil présentant des pas de dents donnant un rapport variable est utilisé pour
<EMI ID=12.1>
(seul 6'13 est représenté) de l'axe de la crémaillère pour effectuer la taille, de manière à fabriquer une crémaillère présentant les mêmes pas de dents donnant le rapport variable que la crémaillère représentée sur la Fig. 2 (ou décrite dans le brevet japonais publié n[deg.] 90224/80). Dans la continuation du second processus, suivant l'invention, comme décrit plus haut avec référence à la Fig. 4, l'outil de pas uniforme Po est actionné de la manière expliquée avec référence à la Fig. 2 ou 3 pour tailler suivant une ligne qui est <EMI ID=13.1>
reliant les points l', 2', ..., 13', 14' (les mêmes que sur la Fig. 3) suivant la ligne b (la même que sur la Fig. 3) aux points 1, 2, ..., 13, 14 (les mêmes que sur la Fig. 2) sur l'axe X de la crémaillère sans cesser d'imprimer les rotations de l'axe de la crémaillère <EMI ID=14.1>
de pas uniforme Po peut être utilisée sous l'angle hélicoïdal^ ' (le même que sur la Fig. 3) pour obtenir une crémaillère présentant le même pas de dent donnant le rapport variable que dans la crémaillère représentée sur la Fig. 3 présentant le déplacement de crémaillère
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
l'angle d'inclinaison�' représenté sur la Fig. 4 est
<EMI ID=17.1> Fig. 3, mais est inférieur à l'angle d'inclinaison,/3 représenté sur la Fig. 2.
Dans la forme d'exécution de l'invention décrite plus haut, la crémaillère peut présenter 50% du rapport. Un angle d'inclinaison étroit/^' avec l'axe b de rotation de la barre de crémaillère entraîne une augmentation considérable du couple nécessaire pour faire tourner la barre de crémaillère, ce qui rend la charge qui peut être exercée sur l'élément extrêmement légère. De plus, comme les dents sont celles produites par la taille continue de l'outil, une force d'autorotation due à son engrènement avec la crémaillère n'exige aucun chemin de came pour la rotation ni d'autres éléments pour la rotation de la crémaillère.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira ci-après avec référence à la Fig. 5, une forme d'exécution préférée de l'invention dans laquelle la taille des dents est effectuée au moyen d'un outil circulaire 101 qui est un pignon à cinq dents présentant un cercle primitif standard 12 comme dans le pignon standard. Un cercle primitif variable 103 est cependant tracé pour former des dents de crémaillère de pas variables. Pour simplifier l'explication, un cercle défini par l'outil est divisé en secteurs de 5[deg.] donnant
<EMI ID=18.1>
pondant à une révolution de l'outil - 360[deg.]/5) ... Pn, et défini par des rayons et par le cercle primitif variable qui le recoupe, c'est-à-dire que
<EMI ID=19.1>
D'autre part, chaque secteur de longueur d'arc de 5[deg.] défini par des rayons et par les cercles primitifs
<EMI ID=20.1>
L'outil 101 est entraîné par un déplacement de coulissement de son arbre dans un sens axial de manière
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de l'axe central 104 le long duquel le centre est déplacé, d'une barre de crémaillère 1 montée parallèlement à l'axe central 104 pour effectuer une taille de profondeur prédéterminée sur la barre de crémaillère. L'outil est ensuite entraîné en rotation (une taille est représentée effectuée par une rotation intermittente) chaque fois de 5[deg.] à une vitesse constante tout
<EMI ID=22.1>
Pn à chaque rotation de 5[deg.] le long de l'axe central 104 pour former ainsi les dents de crémaillère
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lère 1. Les formes de dents ainsi obtenues peuvent être tracées sous la forme de courbes de dents variables, comme indiqué schématiquement aux dessins.
Lors de l'usinage pratique de l'outil circulaire, l'axe de cet outil est immobilisé tandis que la barre de crémaillère est déplacée dans un sens axial.
Il ressort de ce qui précède que, conformément à l'invention, les dents de crémaillère de pas variables peuvent être facilement engendrées par les mêmes opérations d'usinage que celles prévues pour un outil de taille classique sauf qu'un déplacement axial fin et une rotation fine, comme mentionné plus haut, sont imprimés à la barre de crémaillère par une commande numérique ou une came. Cela étant, une crémaillère du type à dents droites et une crémaillère hélicoïdale à pas largement variables, peuvent être obtenues par une simple conversion du système de déplacement de la crémaillère pour un outil circulaire standard.
Etant donné que les pas des dents de la crémaillère varient progressivement à partir du milieu de la barre de crémaillère vers l'une de ses extrémités, lorsque le volant de direction est tourné vers la droite ou vers la gauche à partir de sa position neutre, une force de braquage fortement allégée est obtenue.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS
1.- Mécanisme de direction à pignon et crémaillère à rapport variable comprenant un pignon pouvant tourner sous l'action d'un couple de manoeuvre de la direction dérivé d'un volant de direction et une barre de crémaillère comportant des dents de crémaillère pouvant être engagées en prise avec le pignon et formées suivant une ligne donnée de manière à tourner autour de l'axe de la barre de crémaillère et à se déplacer dans le sens axial de la barre de crémaillère, caractérisé en ce que les dents de la crémaillère présentent des pas donnant un rapport variable et ces pas varient progressivement à partir du milieu de la barre de crémaillère vers une de ses extrémités.
2.- Mécanisme de direction à pignon et cré-