Types, conception et principe de fonctionnement du mécanisme de direction

Le changement de direction de la voiture se fait en tournant les roues directrices à l'aide du volant. Cependant, entre lui et les roues, il y a un dispositif qui convertit l'effort des mains du conducteur et sa direction pour appliquer directement la force sur les bras oscillants. C'est ce qu'on appelle le mécanisme de direction.

A quoi sert l'appareil à gouverner ?

Dans le schéma de pilotage général, le mécanisme exécute les tâches suivantes :

• convertit la rotation de l'arbre d'entrée, auquel est reliée la colonne de direction, en rotation de translation pour les biellettes trapézoïdales de direction ;
• coordonne la force que le conducteur peut créer avec la force nécessaire sur les leviers reliés aux fusées d'essieu du train de roulement, en utilisant la transmission mécanique disponible dans la conception avec un certain rapport de démultiplication;
• dans la plupart des cas, fournit un travail conjoint avec la direction assistée;
• protège les mains du conducteur des rebonds dus aux chocs de la route.

Avec un certain degré de précision, cet appareil peut être considéré comme une boîte de vitesses, comme on l'appelle souvent.

Variétés de mécanismes de direction

Il existe trois schémas d'engrenages les plus populaires :

• vis sans fin;
• crémaillère et pignon;
• type vis à billes.

Chacun d'eux a ses propres avantages et domaines d'utilisation.

Mécanisme à vis sans fin

Ce type était largement utilisé dans le passé sur toutes les voitures, mais son utilisation est désormais limitée en raison de nombreux inconvénients par rapport aux autres systèmes.

Le principe de fonctionnement de l'engrenage à vis sans fin consiste à faire fonctionner un rouleau denté à secteur avec une roue à vis sans fin en spirale sur l'arbre de la colonne de direction. L'arbre d'entrée du réducteur est réalisé en une seule pièce avec un moletage à vis sans fin à rayon variable, et est équipé d'un connecteur à fente ou à coin pour la connexion avec l'arbre de la colonne. Le secteur denté du rouleau est situé sur l'arbre de sortie du bipied, à l'aide duquel la boîte de vitesses est reliée aux tiges trapézoïdales de direction.

L'ensemble de la structure est placé dans un carter rigide, également appelé carter en raison de la présence de lubrification dans celui-ci. Il s'agit généralement d'une huile liquide de type transmission. Les sorties d'arbre du carter sont scellées avec des presse-étoupes. Le carter est boulonné au châssis ou à la cloison moteur de la carrosserie.

La rotation de l'arbre d'entrée dans la boîte de vitesses est convertie en une pointe sphérique bipied en rotation-translation. Des tiges y sont fixées aux roues et à des leviers trapézoïdaux supplémentaires.

Le mécanisme est capable de transmettre des forces importantes et est assez compact avec des rapports de démultiplication importants. Mais en même temps, il est difficile d'organiser le contrôle avec un jeu minimal et une faible friction. D'où la portée - camions et VUS, principalement de conception conservatrice.

Crémaillères de direction

Le mécanisme le plus largement utilisé pour les voitures particulières. La crémaillère et le pignon sont beaucoup plus précis, offrent une bonne rétroaction et s'intègrent bien dans la voiture.

Le mécanisme à crémaillère se compose de :

• coques avec fixation à la cloison du corps;
• crémaillère reposant sur les paliers lisses ;
• pignon d'entraînement relié à l'arbre d'entrée;
• mécanisme de poussée, offrant un jeu minimum entre l'engrenage et la crémaillère.

Les connecteurs mécaniques de sortie de la crémaillère sont reliés aux rotules des bielles de direction, qui fonctionnent par les pointes directement avec les bras oscillants. Cette conception est plus légère et plus compacte que la tringlerie de direction à vis sans fin. C'est de là que vient la haute précision de contrôle. De plus, le jeu du pignon d'entraînement est beaucoup plus précis et stable que celui de la forme complexe du rouleau et de la vis sans fin. Et le retour accru au volant est compensé par des amplificateurs et des amortisseurs modernes.

Vis avec écrou à billes

Une telle boîte de vitesses est similaire à une boîte de vitesses à vis sans fin, mais des éléments importants y sont introduits sous la forme d'un segment de crémaillère avec un secteur d'engrenage se déplaçant le long de la vis de l'arbre d'entrée à travers des billes métalliques en circulation. Le secteur de crémaillère est relié aux dents de l'arbre du bipied.

Grâce à l'utilisation d'un rail court, qui est en fait un écrou avec des billes le long du filetage, le frottement est considérablement réduit sous des charges élevées. À savoir, cela a été le facteur déterminant lors de l'utilisation du mécanisme sur des camions lourds et d'autres véhicules similaires. Dans le même temps, la précision et les dégagements minimaux sont observés, grâce auxquels ces mêmes boîtes de vitesses ont trouvé une application dans les grandes voitures particulières haut de gamme.

Jeux et frottements dans les mécanismes de direction

Toutes les boîtes de vitesses nécessitent des ajustements périodiques à des degrés divers. En raison de l'usure, les écarts dans les joints d'engrenage changent, un jeu apparaît au niveau du volant, dans lequel la voiture est incontrôlable.

Les engrenages à vis sans fin sont commandés en déplaçant le secteur d'engrenage dans une direction perpendiculaire à l'arbre d'entrée. Le maintien du jeu à tous les angles de braquage est difficile à assurer, car l'usure se produit à des rythmes différents dans le sens de déplacement fréquemment utilisé en ligne droite et plus rarement dans les virages à différents angles. C'est un problème commun à tous les mécanismes, les rails s'usent également de manière inégale. En cas d'usure importante, les pièces doivent être remplacées, sinon, lorsque le volant est tourné, l'écart se transformera en une interférence avec une friction accrue, ce qui n'est pas moins dangereux.