FR2861040A1

FR2861040A1 - Rack and pinion drive assembly for rack and pinion steering gear of motor vehicle, has steering rack including tooth engaged with teeth of pinion, and flexible damping unit inserted between base of housing and part of tooth

Info

Publication number: FR2861040A1
Application number: FR0312038A
Authority: FR
Inventors: David Pantale
Original assignee: Koyo Steerring Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-04-22
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: FR2861040B1

Abstract

The assembly has a steering rack (3) constituted of a base body (7) that extends on entire length of the steering rack. A housing (8) extends on a fraction of the length of the rack. The rack has a tooth (5) in the form of a separate part and placed in the housing. The tooth is engaged with teeth of a steering pinion (4). A flexible damping unit (9) is inserted between base of the housing and the part of the tooth. An independent claim is also included for a steering rack with a rack and pinion drive assembly.

Description

La présente invention concerne, de façon générale, les directions àThe present invention relates generally to directions to

crémaillère des véhicules automobiles. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à l'ensemble pignon-crémaillère d'une telle direction, et elle vise, encore plus spécialement, une amélioration de la liaison par engrènement rack of motor vehicles. This invention relates, more particularly, to the rack and pinion assembly of such a direction, and it aims, even more especially, an improvement of the connection by meshing

entre le pignon et la crémaillère. between the pinion and the rack.

Il est rappelé que, dans la plupart des systèmes de direction des véhicules automobiles, un pignon de direction est lié en rotation avec la colonne de direction, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le pignon venant en prise avec une crémaillère montée coulissante dans un carter de direction. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées à des biellettes de direction associées respectivement aux roues directrices droite et gauche du véhicule. Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou l'autre, donc la rotation du pignon de direction, est convertie mécaniquement en une translation correspondante de la crémaillère qui, par l'intermédiaire des biellettes, provoque elle-même l'orientation des roues directrices du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche. It is recalled that in most motor vehicle steering systems, a steering pinion is rotatably connected to the steering column, operated with the vehicle steering wheel, the pinion engaging with a rack sliding climb in a steering box. The two ends of the rack, external to the housing, are coupled to steering rods respectively associated with the right and left steering wheels of the vehicle. Thus, the rotation of the steering wheel in one direction or the other, therefore the rotation of the steering pinion, is converted mechanically into a corresponding translation of the rack which, by means of the rods, causes itself the orientation of the wheels of the vehicle, for steering to the right or left.

En l'état actuel de la technique, le pignon de direction et la crémaillère sont des pièces mécaniques entièrement métalliques, en particulier en acier. In the current state of the art, the steering gear and the rack are all-metal mechanical parts, especially steel.

Une telle réalisation transmet, voire amplifie les phénomènes acoustiques et vibratoires, ayant leur origine soit dans le compartiment moteur du véhicule, soit au niveau des roues du véhicule et de la chaussée. Il en résulte, de façon évidente, une diminution du confort de conduite du véhicule. Such an embodiment transmits, or even amplifies, acoustic and vibratory phenomena, originating either in the engine compartment of the vehicle or at the level of the vehicle wheels and the roadway. This obviously results in a reduction in the driving comfort of the vehicle.

Pour réduire entre autres les bruits d'engrènement sous efforts, la liaison pignon-crémaillère est habituellement complétée par un dispositif dit de "poussoir", plus ou moins complexe, dont le rôle est d'assurer un contact permanent entre le pignon de direction et la crémaillère, avec compensation des jeux. Comme on le conçoit aisément, la complexité du poussoir entraîne aussi, pour ce genre de directions, des coûts de fabrication élevés. To reduce interengagement gear noise, the rack-and-pinion connection is usually completed by a so-called "push" device, more or less complex, whose role is to ensure a permanent contact between the steering pinion and the rack, with compensation for games. As is easily understood, the complexity of the pusher also causes, for this type of direction, high manufacturing costs.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients précédemment exposés, en améliorant la liaison pignon-crémaillère par une solution technique simple, qui améliore le confort de conduite du véhicule par un filtrage des vibrations et une réduction des bruits, tout en apportant une diminution sensible des coûts. The present invention aims to remedy the drawbacks previously described, by improving the rack-and-pinion connection by a simple technical solution, which improves the driving comfort of the vehicle by filtering vibrations and reducing noise, while providing a significant reduction in costs.

A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un ensemble pignoncrémaillère pour direction à crémaillère de véhicule automobile, dans 2861040 2 lequel la crémaillère est constituée d'une part d'un corps de base, s'étendant sur toute la longueur de ladite crémaillère, et comportant un logement, s'étendant sur une fraction de sa longueur, et d'autre part d'une denture, sous forme de pièce séparée, placée dans le logement, qui vient en prise avec les dents du pignon, un élément souple amortissant, en matière élastiquement déformable, étant intercalé entre le fond dudit logement et la pièce de denture. L'ensemble pignon- crémaillère est ainsi placé dans un carter de direction, pourvu de paliers rigides traversés par la crémaillère, la pièce de denture se situant entre deux desdits paliers. For this purpose, the subject of the invention is essentially a rack-and-pinion assembly for rack-and-pinion steering of a motor vehicle, in which the rack is constituted on the one hand by a base body, extending over the entire length of said rack, and having a housing, extending over a fraction of its length, and on the other hand a toothing, in the form of a separate part, placed in the housing, which engages with the teeth of the pinion, an element damping flexible, of elastically deformable material, being interposed between the bottom of said housing and the piece of toothing. The rack and pinion assembly is thus placed in a steering box, provided with rigid bearings traversed by the rack, the piece of toothing being located between two of said bearings.

Ainsi, l'idée inventive consiste à prévoir entre le corps de base de la crémaillère et sa pièce de denture, un élément souple amortissant, en un matériau élastiquement déformable approprié et d'une épaisseur optimisée. L'épaisseur de l'élément souple amortissant peut être constante sous l'étendue de la pièce de denture. Cette épaisseur peut aussi être variable, sur la longueur de l'élément souple amortissant. Les épaisseurs sont à choisir, selon les matériaux utilisés, ces épaisseurs pouvant être comprises entre quelques dixièmes de millimètre et plus d'un millimètre. Thus, the inventive idea is to provide between the base body of the rack and its tooth piece, a flexible damping element, a suitable elastically deformable material and an optimized thickness. The thickness of the damping flexible element may be constant under the extent of the tooth piece. This thickness can also be variable along the length of the flexible damping element. The thicknesses are to be chosen, depending on the materials used, these thicknesses being between a few tenths of a millimeter and more than one millimeter.

En ce qui concerne les matériaux utilisables pour l'élément souple amortissant, on peut envisager des élastomères caoutchoutiques, des matières 20 plastiques déformables, des élastomères thermoplastiques, ou des composites élastomériques. With regard to the materials which can be used for the soft damping element, rubber elastomers, deformable plastics, thermoplastic elastomers, or elastomeric composites can be envisaged.

L'élément souple en matériau élastique peut être appliqué sur le corps de base de la crémaillère etlou sous la pièce de denture, par tout procédé connu et adapté au matériau utilisé, par exemple par une technique de 25 surmoulage, d'adhérisation, de collage, etc... The flexible element of elastic material can be applied to the base body of the rack and / or under the toothing, by any method known and adapted to the material used, for example by a technique of overmolding, adhesion, bonding , etc ...

L'emboîtement, qui doit être sans jeu mais non serré, de la pièce de denture dans le corps de base de la crémaillère, nécessite un usinage précis. Le logement du corps de base de la crémaillère peut être à fond plat. Pour limiter les efforts parallèles à l'axe du pignon sur la denture, on peut également envisager que ce logement soit à bords relevés, constituant ainsi une rainure dans le corps de base de la crémaillère, ou encore que la section transversale du logement soit usinée en V , l'élément souple amortissant pouvant alors être constitué de deux bandes longitudinales. The interlocking, which must be play-free but not tight, of the tooth piece in the basic body of the rack requires precise machining. The housing of the basic body of the rack can be flat-bottomed. To limit the parallel forces to the axis of the gear on the toothing, it is also conceivable that this housing has raised edges, thus constituting a groove in the base body of the rack, or that the cross section of the housing is machined in V, the damping flexible element can then consist of two longitudinal strips.

Dans l'ensemble, la solution objet de la présente invention offre de nombreux avantages: En premier lieu, grâce à l'élément amortissant en matériau élastiquement déformable, l'engrènement entre le pignon de direction et la crémaillère est rendu particulièrement onctueux et silencieux, et il se fait avec un jeu de fonctionnement réduit au minimum. Overall, the solution that is the subject of the present invention offers numerous advantages: First, thanks to the damping element of elastically deformable material, the meshing between the steering pinion and the rack is made particularly unctuous and quiet, and it is done with a minimum operating clearance.

De plus, l'élément souple en matériau élastiquement déformable "encaisse" les chocs et vibrations, donc filtre leur transmission, tout en compensant les déformations et en assurant en permanence le fonctionnement et la sécurité de la direction. In addition, the flexible element elastically deformable material "cash" shocks and vibrations, thus filtering their transmission, while compensating for deformations and ensuring continuous operation and safety of management.

Par ailleurs, la conservation de parties métalliques conséquentes garantit la résistance mécanique de l'ensemble pignon-crémaillère, ce qui contribue aussi à la sécurité et à la fiabilité. A cet égard, il convient de bien noter que la solution proposée consiste en un élément intercalaire de la crémaillère en matériau élastiquement déformable, et non en une réalisation intégrale de sa denture ou de son ensemble en matériau élastiquement déformable. Moreover, the conservation of substantial metal parts guarantees the mechanical strength of the rack and pinion assembly, which also contributes to safety and reliability. In this regard, it should be noted that the proposed solution consists of an intermediate element of the rack of elastically deformable material, and not an integral embodiment of its teeth or its assembly of elastically deformable material.

Enfin, la fonction "poussoir", de réalisation habituellement complexe, peut être simplifiée et, à la limite, entièrement supprimée, le guidage de la crémaillère étant assuré par les paliers, car le matériau élastiquement déformable assure la fonction habituelle de rattrapage de jeu du poussoir, en se comprimant et se décomprimant. Cette simplification conduit à une réduction des coûts. Finally, the "push" function, of usually complex construction, can be simplified and, at the limit, completely eliminated, the guide of the rack being provided by the bearings, because the elastically deformable material provides the usual function of catching up the clearance. push, compressing and decompressing. This simplification leads to a reduction in costs.

Enfin, les avantages de l'ensemble pignon-crémaillère selon l'invention se traduisent non seulement dans le fonctionnement interne de la direction, mais aussi directement, et de façon perceptible, au niveau du confort de conduite du véhicule concerné, ce qui permet de répondre aux attentes des constructeurs automobiles et des utilisateurs de véhicules. Finally, the advantages of the rack and pinion assembly according to the invention result not only in the internal operation of the steering, but also directly, and perceptibly, in the driving comfort of the vehicle concerned, which makes it possible to meet the expectations of car manufacturers and vehicle users.

L'invention a aussi pour objet une direction à crémaillère en tant que telle, comportant un ensemble pignon-crémaillère tel que défini ci-avant, placé dans un carter de direction pourvu de paliers rigides traversés par la crémaillère, la pièce de denture se situant entre deux desdits paliers. The invention also relates to a rack-and-pinion direction as such, comprising a rack and pinion assembly as defined above, placed in a steering box provided with rigid bearings traversed by the rack, the piece of toothing being located between two of said bearings.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet ensemble pignon-crémaillère pour direction de véhicule automobile. In any case, the invention will be better understood from the description which follows, with reference to the appended diagrammatic drawings representing, by way of example, an embodiment of this rack and pinion assembly for motor vehicle steering. .

Figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une direction à crémaillère comportant un ensemble pignon-crémaillère 1 conforme à la présente invention; Figure 2 est une vue de l'ensemble pignon-crémaillère de la figure 5 1; Figure 3 est une vue en coupe transversale de cet ensemble pignon-crémaillère, suivant 111 -111 de figure 2. Figure 1 is a partial longitudinal sectional view of a rack and pinion direction comprising a rack and pinion assembly 1 according to the present invention; Figure 2 is a view of the rack and pinion assembly of Figure 1; Figure 3 is a cross-sectional view of this pinion and rack assembly, 111 -111 of Figure 2.

La figure 1 représente, partiellement, une direction à crémaillère de véhicule automobile, avec son carter ou tube de direction 2 dans lequel est montée coulissante, axialement, une crémaillère 3 guidée par des paliers rigides 6 et 6' portés par le carter 2. Les extrémités droite et gauche de la crémaillère 3, situées à l'extérieur du tube ou carter 2, sont accouplées à des biellettes (non représentées). La crémaillère 3 est en prise avec un pignon de direction 4, lié en rotation à la colonne de direction (non représentée). A cet effet, la crémaillère 3 présente sur une partie de sa longueur une denture 5, qui vient en prise avec les dents du pignon 4. FIG. 1 partially shows a rack-and-pinion steering of a motor vehicle, with its casing or steering tube 2 in which is slidably mounted, axially, a rack 3 guided by rigid bearings 6 and 6 'carried by the casing 2. right and left ends of the rack 3, located outside the tube or housing 2, are coupled to rods (not shown). The rack 3 is engaged with a steering pinion 4, rotatably connected to the steering column (not shown). For this purpose, the rack 3 has a part of its length a toothing 5, which engages with the teeth of the pinion 4.

Selon l'invention, et comme le montrent plus particulièrement les figures 2 et 3, la crémaillère 3 est constituée d'un corps de base 7, s'étendant sur toute la longueur de ladite crémaillère 3, et comportant un logement 8, s'étendant sur une fraction de sa longueur, où un élément souple amortissant 9 en matériau de type élastiquement déformable, d'épaisseur e prédéfinie, vient s'intercaler entre ledit logement 8 et la denture 5, ladite denture étant une pièce séparée placée dans le logement 8. According to the invention, and as shown more particularly in Figures 2 and 3, the rack 3 consists of a base body 7, extending over the entire length of said rack 3, and having a housing 8, s' extending over a fraction of its length, where a damping flexible element 9 of elastically deformable type material, of predefined thickness e, is interposed between said housing 8 and the toothing 5, said toothing being a separate piece placed in the housing 8.

Ainsi, les bruits et vibrations, transmis par la direction lorsque la denture 5 de la crémaillère 3 vient en prise avec le pignon 4, sont absorbés par l'élément souple amortissant 9, qui assure également une suppression ou diminution des jeux de fonctionnement. Thus, the noises and vibrations, transmitted by the direction when the toothing 5 of the rack 3 engages with the pinion 4, are absorbed by the damping flexible element 9, which also ensures a suppression or reduction of the operating clearances.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet ensemble pignon-crémaillère qui a été décrite cidessus, à titre d'exemple; 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 donnant à l'élément souple amortissant 9 toute épaisseur e, constante ou variable; - en subdivisant l'élément souple amortissant 9 en plusieurs zones d'élasticité différenciée; - en fractionnant dans sa longueur l'élément souple amortissant 9 en plusieurs tronçons distincts juxtaposés; - en appliquant l'invention à une direction à crémaillère de toute configuration, avec ou sans fonction poussoir; - en destinant l'invention à des directions soit manuelles, soit assistées. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of this rack and pinion assembly which has been described above, for example; it embraces, on the contrary, all variants of implementation and application respecting the same principle. Thus, in particular, that one would not move away from the scope of the invention: - giving the damping flexible element 9 any thickness e, constant or variable; by subdividing the damping flexible element 9 into several zones of differentiated elasticity; - by splitting in its length the damping flexible element 9 into several separate sections juxtaposed; applying the invention to a rack-and-pinion direction of any configuration, with or without a push function; - by targeting the invention to directions either manual or assisted.

Claims

REVENDICATIONS

1 Ensemble pignon-crémaillère (1) pour direction à crémaillère de véhicule automobile, caractérisé en ce que la crémaillère (3) est constituée d'une part d'un corps de base (7), s'étendant sur toute la longueur de ladite crémaillère, et comportant un logement (8), s'étendant sur une fraction de sa longueur, et d'autre part d'une denture (5), sous forme de pièce séparée, placée dans le logement (8), qui vient en prise avec les dents du pignon (4), un élément souple amortissant (9), en matière élastiquement déformable, étant intercalé entre le fond dudit logement (8) et la pièce de denture (5). Rack and pinion assembly (1) for rack-and-pinion steering of a motor vehicle, characterized in that the rack (3) is constituted on the one hand by a base body (7), extending over the entire length of said rack, and having a housing (8), extending over a fraction of its length, and secondly a toothing (5), in the form of a separate piece, placed in the housing (8), which comes into gripping with the teeth of the pinion (4), a resilient damping element (9), of elastically deformable material, being interposed between the bottom of said housing (8) and the toothing (5).

2 Ensemble pignon-crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) de l'élément souple amortissant (9) est constante sous l'étendue de la pièce de denture (5). 2 rack and pinion assembly according to claim 1, characterized in that the thickness (e) of the damping flexible element (9) is constant under the extent of the toothing (5).

3 Ensemble pignon-crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) de l'élément souple amortissant (9) est variable sur la longueur dudit élément souple amortissant (9). 3 rack and pinion assembly according to claim 1, characterized in that the thickness (e) of the damping flexible element (9) is variable along the length of said soft damping element (9).

4 Ensemble pignon-crémaillère selon l'un quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément souple amortissant (9) est 20 fractionné en plusieurs tronçons distincts juxtaposés. 4 rack and pinion assembly according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the damping flexible element (9) is fractionated into several separate sections juxtaposed.

Ensemble pignon-crémaillère selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le logement (8) du corps de base (7) de la crémaillère (3) est à bords relevés. Rack and pinion assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the housing (8) of the base body (7) of the rack (3) has raised edges.

6 Ensemble pignon-crémaillère selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section transversale du logement (8) du corps de base (7) de la crémaillère (3) est usinée en V . 6 rack and pinion assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the cross section of the housing (8) of the base body (7) of the rack (3) is machined V.

7 Ensemble pignon-crémaillère selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément souple amortissant est constitué de deux bandes longitudinales. 7 rack and pinion assembly according to claim 6, characterized in that the damping flexible element consists of two longitudinal strips.

8 Direction à crémaillère comportant un ensemble pignon-crémaillère (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, placé dans un carter de direction (2) pourvu de paliers rigides (6, 6') traversés par la crémaillère (3), la pièce de denture (5) se situant entre deux desdits paliers (6, 6'). 8 Rack-and-pinion steering system comprising a rack and pinion assembly (1) according to any one of claims 1 to 7, placed in a steering housing (2) provided with rigid bearings (6, 6 ') traversed by the rack (3) the tooth piece (5) lying between two of said bearings (6, 6 ').