🧰 Le coup d'écrou#18 - La direction / Partie 2 (boîtiers & servos)

Les boîtiers de direction

Il existe différents types de boîtiers de direction. Quelle que soit la nature du mécanisme, celui-ci est toujours enfermé dans un carter étanche contenant un lubrifiant (huile ou graisse).
Le boîtier est fixé sur le châssis de manière que la tige de direction ait l‘inclinaison voulue, déterminée par la position correcte du volant.
La tige de direction se termine à sa partie supérieure par un cône sur lequel se fixe le volant ; une clavette rend solidaire en rotation les deux parties. La tige de direction est généralement logée à l’intérieur d’un tube fixé sur le carter de direction. Ce tube, appelé colonne de direction, sert au guidage de la tige.

Boîtier de direction à vis et secteur denté

Sur la partie inférieure de la tige de direction est fixée une vis sans fin (1). Cette vis, qui tourne dans des roulements à billes ou à galets coniques, engrène avec un secteur denté (2) dont l‘axe est perpendiculaire au sien.
L’axe du secteur tourne dans une bague de bronze (3) logée dans le boîtier. Il se termine par une partie cannelée (4) extérieure au boîtier sur laquelle s’engage l‘oeil cannelé intérieurement, du levier de commande. Le déplacement axial du secteur est limité dans un sens par un épaulement qui s‘appuie sur une rondelle de friction (6) et dans l‘autre sens par une vis de réglage (7) avec contre-écrou (8) vissée dans le boîtier en bout de l’axe.

Lorsque la vis tourne sous l‘action du volant, ses filets réagissent sur les dents du secteur qui tourne sur son axe avec le levier de commande qui en est solidaire en rotation.

Boîtier de direction à vis et pignon

Le principe de ce boitier est le même que celui à vis et secteur mis à part que le secteur est remplacé par un pignon.
Etant donné que le levier de commande (bielle pendante) n‘oscille que dans un angle dépassant à peine 45°, il n’y a qu’une partie des dents du pignon qui engrènent avec la vis.
Le choix d’un pignon présente toutefois un avantage. Dans ce type de boitier comme dans le boîtier à secteur, les dents de ces deux pièces qui s‘usent le plus sont les dents en prise avec la vis lorsque le véhicule avance en ligne droite, ce qui est évidemment le plus fréquent.
Lorsque ces dents sont usées, il suffit d’extraire le levier de commande de direction de l’axe du boîtier et de faire tourner le pignon d’une fraction de tour, puis de remettre le levier en place comme si la position du pignon était inchangée.
Comme dans le boîtier à vis et secteur, des butées à billes ou des rondelles de friction sont placées entre les extrémités de la vis et le boîtier.

Boîtier de direction à vis et à écrou

Sur une vis à un ou plusieurs filets, fixée à l’extrémité inférieur de la tige du volant, est vissé sur un écrou.
Lorsque la vis tourne sous l‘action du volant, elle tend à se visser dans l’écrou qui ne peut tourner à cause de la présence du doigt du levier. Comme la vis ne peut se déplacer suivant son axe, c‘est l’écrou qui se déplace le long de la tige, en entraînant, grâce au doigt, le levier qui fait tourner l’axe du levier de commande.
Dans certains boîtiers de ce type, les deux pièces tenant lieu de vis et d’écrou ne sont pas filetées. Dans l’une et l’autre est usiné un sillon hélicoïdal. Lorsque l’écran est engagé sur la vis, leurs sillons coïncident pour former un canal hélicoïdal dans lequel sont disposées des billes. L’ensemble de ces billes constitue une sorte de filet mobile qui réduit considérablement le frottement entre la vis et l’écrou du système ordinaire.

Boîtier de direction à doigt ou à galet

L’axe portant le levier de commande se termine à l‘extrémité opposée au levier par un bras portant un doigt qui lui est perpendiculaire. Ce doigt s’engage dans le filet de la vis qui, en tournant, le fait se déplacer suivant un arc de cercle dont le centre est l‘axe du levier de commande.
Le doigt porte parfois un galet monté sur aiguilles. Ainsi tout frottement se trouve supprimé entre les filets de la vis et le doigt.

Boîtier de direction à vis et galet profilé

Ce type de boîtier tient à la fois du système à vis et secteur et du système à galet.

L‘axe du levier de commande (1) se termine par une chape (2) traversée par un axe sur lequel tourne, par l’intermédiaire d‘aiguilles, un galet (3) dont le profil correspond à celui des filets de la vis.
Pour qu’il y ait toujours contact entre le galet et la vis, cette dernière a une forme particulière. Une telle vis est dite globique.
Lorsque la vis tourne sous l‘action du volant, son filet fait déplacer le galet dans l‘un des sens (indiqués par les flèches), en obligeant la chape à tourner avec l‘axe du levier de commande.
Pendant ses déplacements le long de la vis, le galet roule sur lui-même, ce qui a pour effet de supprimer tout frottement avec le filet de la vis.

Direction à crémaillière

Ce type de direction permet la simplification de la timonerie de direction.
La crémaillère dont les dents peuvent être droites ou obliques coulisse dans un boîtier disposé transversalement sur le véhicule. Elle est commandée par un pignon solidaire de la tige de direction.

La crémaillère constitue généralement la partie médiane d’une barre d’accouplement en trois tronçons ; les parties extrêmes se rattachent aux extrémités de la crémaillère (ou à une chape) par des articulations à rotule.
La direction à crémaillère a une action directe qui la rend très précise ; elle est aussi très réversible.
La direction à crémaillère convient parfaitement aux véhicules à roues avant indépendantes.

Les servo-directions ou directions assistées

Sur certains véhicules notamment les gros porteurs, le braquage des roues nécessite de la part du conducteur un effort important, surtout pendant les manoeuvres au cours desquelles il faut braquer souvent les roues au maximum, alors que le véhicule se déplace très peu.
Les servo-directions ont pour rôle de réduire sensiblement l’effort du conducteur. Une source d’énergie annexe telle que l’air comprimé ou la force hydraulique est alors utilisée et mise en oeuvre automatiquement dès que le braquage atteint une certaine amplitude ou que l’effort exercé par le conducteur sur le volant atteint une intensité déterminée.
En cas de panne de la servo-direction, la timonerie continue d’être actionnée normalement par le volant comme dans le cas d’une direction ordinaire.

La direction Jourdain-Monneret schématisée ci-dessus fonctionne à l‘air comprimé.

L’ensemble comprend :
● Une timonerie de direction ;
● Un distributeur actionné par la timonerie ;
● Un cylindre constituant l’élément principal du mécanisme.
La timonerie comprend une barre de direction en deux parties reliées entre elles par un système de deux leviers articulés ; l’un commande le distributeur et l’autre la barre de renvoi à l’essieu.

Le levier de commande de la barre de renvoi, dont l‘extrémité se termine par une chape, est articulé sur un axe fixé sur le châssis. Ce levier est relié vers son milieu à la tige du piston placée à l’intérieur du cylindre.
Le levier de commande du distributeur se termine à son extrémité par un oeil que traverse une tige guidée dans la chape du levier de commande de la barre de renvoi.
Sur l’extrémité du levier de commande du distributeur est fixée la tringle de commande du distributeur, reliée elle-même au levier fixé sur l’axe du distributeur.
Le distributeur est en communication, d’une part avec le réservoir d’air comprimé du véhicule, d’autre part avec le cylindre par deux conduits aboutissant de part et d’autre du piston qui coulisse dans le cylindre ; piston dont la tige est reliée au levier de commande de la barre de renvoi.
A l’intérieur du distributeur, un jeu de clapets permet le passage de l’air comprimé :
● Soit entre le réservoir et la partie antérieure du cylindre,
● Soit entre le réservoir et la partie postérieure du cylindre.
Un second jeu de clapets permet l’échappement dans l’atmosphère de l‘air contenu dans la partie du cylindre qui ne doit pas être sous pression.
Le cylindre renferme un piston étanche qui reçoit l’air comprimé sur l‘une ou l’autre de ses faces, suivant la position du distributeur.

Fonctionnement

Tout déplacement axial de la barre de direction sous l‘action du levier de direction fait pivoter le levier de commande de la barre de renvoi autour de son axe fixé au châssis et le déplacement de ce levier se transmet à la barre de renvoi à l‘essieu (levier coudé de direction). L’ensemble fonctionne alors comme une direction ordinaire.
Pendant la rotation du levier de commande de la barre de renvoi, le levier de commande du distributeur pivote légèrement autour de l’articulation qui le relie au précédent et son extrémité se déplace à l’intérieur de celui-ci, en actionnant la tringle de commande du distributeur.
Tant que la course du levier de commande n’atteint pas la valeur indiquée, le distributeur ne fonctionne pas.
Ce n’est que lorsque la tringle de commande du distributeur commence à se déplacer au delà de la limite prévue qu’elle agit sur le levier du distributeur dans un sens ou dans l’autre. A partir de ce moment, l’air comprimé pénètre dans le cylindre d‘un côté ou de l‘autre du piston.
La tige de celui-ci exerce alors soit une poussée, soit une traction sur le levier de commande de la barre de renvoi, ce qui détermine le braquage des roues dans une limite qui reste toujours fixée par le conducteur du véhicule.

Merci à Alexandre Degrandcourt pour cet article ! 

Credits: Documents Berliet, Documents Jourdain-Monneret