Brevet FR2000600A1 — publié le 19690912

éf 011 SI ! 2000600 La présente invention concerne un joint de Cardan ou en croisillon étanche à l'eau et elle a pour objet d'améliorer la lubrification, l'étanchéité et l'appui de ses tourillons et paliers. 5 Les joints de Cardan connus et qui servent à transmettre des couples entre des arbres tournant d'une manière non uniforme posent encore de nombreux problèmes de lubrification et d'étanchéi- té, pour lesquels différentes solutions ont été présentées jus- encore qu'a présent, mais sans être/satisfaisantes» 10 On connaît des joints de Cardan ou ea croisillon qui comportent une charge permanente de lubrifiant, introduite dans les paliers lors du montage initial et isolée de façon étanche à l'aide de bouchons, ladite charge de lubrifiant devant être maintenue en bon état ou condition pendant toute la durée de service 15 du joint et devant également protéger le palier contre l'encrassement. On tel joint a l'avantage qu'il ne nécessite pendant sa durée de service aucun entretien constant mais il présente par contre 1*inconvénient de nécessiter beaucoup de précautions lors de sa fabrication et une réalisation particulière de ltétanchéité. 20 De tels joints de Cardan peuvent être avantageusement utilisés chaque fois qu'ils ne viennent pas trop souvent en con-' tact avec de l'eau ou avec de la boue. Mais ces joints connus présentent l'inconvénient d'être très rapidement détériorés même pour une usure partielle, ce qui résulte de l'encrassement et de la 25 corrosion car aucune lubrification ultérieure n'est possible. D'autres joints de Cardan connus comportent sur chaque tourillon une tête de lubrification sous pression dont l'étanchéi-té est assurée à l'aide d'une bague appropriée, ces joints présentant 1*avantage que chaque tourillon peut être lubrifié sêpa-30 rément. Toutefois ces joints de Cardan ont l'inconvénient qu'ils nécessitent des entretiens fréquents car la bague d'étanchéite ne peut pas empêcher l'huile de s'échapper et ne protège le tourillon que contre les poussières. On connaît également des joints de Cardan dont les paliers sont reliés entre eux par des canaux de lubrification de ma-35 nière à permettre la lubrification de l'ensemble du joint, ce qui facilite grandement son entretien. Le problème principal qui se pose dans les joints de Cardan actuellement connus n'a cependant pas été encore résolu jusqu'à présent et existe donc encore. Il s'agit de la lubrifica 69 01153 2 2000600 tion et de 1'étanchéitê convenables des joints de Cardan, deux conditions qui n'ont pas été satisfaites jusqu'à maintenant. En effet, lorsqu'on obtient une étanchéitê parfaite, c'est-à-dire au début, il se produit en général dès le premier graissage une 5 altération des différents Joints d'étanchéitê, parce que, sous l'effet de la pression du lubrifiant, un seul joint d'étanchéité est endommagé, à savoir celui qui se trouve dans la zone la plus faible. En conséquence, la graisse ne traverse à chaque graissage ultérieur que ce joint endommagé de telle manière que seul le 10 palier correspondant à ce joint est lubrifié alors que les autres paliers et tourillons associés à des joints d'étanchéité non-en-dommagés ne sont pas graissés. En outres le joint d'étanchéité endommagé laisse entrer les crasses extérieures, la boue et l'eau, ce qui provoque une corrosion des paliers. 15 On a proposé jusqu'à présent de nombreux moyens d'amélio rer l'étanchéité des joints de Cardan. Ces moyens sont destinés à avoir un effet de soupapes, le lubrifiant étant ainsi obligé de sortir sous pression d'une cavité intérieure et le passage étant au contraire bloqué dans la direction opposée. Les joints d'étanchéité connus du type-soupape se présentent pour cette raison sous 20 forme d'une coupelle à lèvres d'étanchéité ou bien sous forme de sacs d'emballage qui sont gonflés sous l'effet de la pression interne et qui laissent passer le lubrifiant mais qui assurent par contre une étanchéitê dans le sens inverse d'écoulement et qui re- ' tiennent alors les crasses. 25 Ces joint d'étanchéité fonctionnent évidemment comme des soupapes mais ils ne présentent qu'une efficacité partielle en service pratique. L'inconvénient de ces joints d'étanchéité consiste en ce que la pression du lubrifiant agit sur une surface annulaire relativement grande de sorte que ces joints s'ouvrent déjà 30 sous l'effet d'une très faible pression de la graisse de lubrification qu'ils laissent passer. Cet effet est désavantageux car les très faibles écarts de cotes des pièces fabriquées et les très légères différences de qualité des matières utilisées se traduisent par des pressions initiales de différentes valeurs lors de l'intro-35 duction de la graisse de lubrification, de telle manière qu'on n'est pas certain d'obtenir un écoulement uniforme de graisse dans tous les paliers. En outre, certains de ces joints d'étanchéité sont construits de manière à former simultanément un appui axial en coopération avec le même support métallique. Toutefois, cette 69 01153 2000600 solution ne garantit ni le guidage correct-des aiguilles, ni l'étanchéité désirée des soupapes. Il arrive très souvent que, lors d'une lubrification rapide, le lubrifiant soit refoulé dans l'intervalle qui doit servir initialement à la décharge libre du 5 lubrifiant. Il se produit ainsi une obstruction complété de l'intervalle de lubrification et par conséquent une augmentation de la pression du lubrifiant et,' lorsque cette pression dépasse une limite déterminée, il y a détérioration du joint d'étanchéité. D'autres joints d'étanchéité connus qui ont la forme de 10 sacs d'emballage ne peuvent pas être protégés extérieurement, ils sont facilement endommagés par des influences mécaniques et atmosphériques, ce qui diminue considérablement la durée de service de ces joints. Les problèmes précités ont amené de nombreux fabricants 15 de véhicules automobiles à construire des manchons de protection spéciaux dans lesquels les joints de Cardan fonctionnent sans étanchéité dans un bain d'huile. Cette solution permet d'obtenir un fonctionnement correct des joints de Cardan mais il n'est cependant pas possible de l'utiliser dans tous les cas, ceci pour 20 des raisons très différentes par exemple un espace de montage trop réduit, des frais de fabrication élevés, etc... La présente invention permet d'éliminer les inconvénients précités et concerne un joint de Cardan étanche à l'eau, qui est caractérisé en ce que les parties inférieures des tourillons com~ 25 portent des renforts coniques ou arrondis sur lesquels sont montés d'une manière élastique des bagues d'étanchéité élastiques de forme annulaire en ce qu'il est prévu dans ces parties inférieures des tourillons des logements indépendants en forme de gorges et en ce que les extrémités des tourillons sont enfermées dans des logements de palier indépendants et sont guidées par des 30 aiguilles ou autres éléments rapportés> lesdits logements de palier étant séparés des logements de joint d'étanchéité indépendants par des cloisons ou saillies circulaires formées dans les parties inférieures des tourillons et constituant entre les logements de palier et les logements de joint d'étanchéité des zones 35 d'étranglement ainsi que des surfaces d'appui pour les aiguilles. Les cloisons séparant les logements de palier des logements de joint d'étanchéité peuvent également être prévues dans les cavités ménagées dans les coussinets de palier, sur leurs côtés ouverts. 69 ;01153 t 2000600 D'autres avantages et -caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de. la description, donnée à titre d'exemple non-limitatif, en. référence aux dessins annexés dans lesquels : • 5 figuré 1 représente la disposition d'ensemble d'un -joint de Cardan selon l'invention, . - figure la montre la liaison de deux arbres par un joint de Cardan selon l'invention, - figures2a," 2b_, 2c_, 2d représentent le montage et le fonctionnement du joint d'étanchéité, 10 - figures 3a, 3b, 3£, 3d montrent différents modes de réalisation de la partie inférieure du tourillon, - figure 4 représente les détails de la cloison séparatrice circulaire prévue sur le tourillon et montre la fixation du coussinet de palier à l'aide d'un organe de fixation élastique,, 15 - figure 5 représente une variante de cloison séparatrice circulaire prévue dans la cavité du coussinet de palier. Le joint de Cardan représenté aux figures 1 et 2 se compose d'un croisillon 1 dont les différents tourillons 2 sont percés au centre suivant l'axe longitudinal, les trous obtenus ser-20 vant de canaux de lubrification, tous les canaux de lubrification 3 sont reliés au canal de liaison 4 qui est muni d'une tête de lubrification 5. Sur chaque tourillon 2 est monté un coussinet 6 s'appuyant sur les aiguilles 7- Les coussinets ont la forme d'un petit pot dont le fond 8 s'appuie sur la surface frontale 9 du 25 tourillon 2, ce qui détermine la position relative des deux arbres 10, 11 accouplés par le joint de Cardan. Sur le côté ouvert 12 du coussinet 6 et dans la partie inférieure 1.3 du tourillon 2, il est prévu un logement de joint d'étanchéité 14 dans lequel est logée une bague d'étanchéité 15 dont la surface intérieure 16 est 30 appliquée par la précontrainte de la bague 15 et.par la pression de la surface 23 contre la surface conique 17. La surface conique 17 est formée sur la partie inférieure 13 du tourillon 2 qui se prolonge par un col rétréci 18 sur lequel la bague d'étanchéité est mise en place avant montage (figure 2). La surface 17 et le -35 col 18 sont séparés du logement de palier 26 par une saillie formant une cloison séparatrice 20a comportant une.surface d'appui 22a pour les aiguilles 7. Avec cette disposition, on obtient ainsi deux volumes indépendants, à savoir le logement de palier.26 et le 69 01153 5 2000600 logement de joint d'étanchéité 14, Dans la disposition, représentée aux figures 1» 2, 3 et 4, les aiguilles 7 sont guidées de manière à s'appuyer par leurs extrémités extérieures (du côté B) sur le fond 8 du coussinet 6 et 5 par leurs extrémités intérieures (du côté A) sur la surface frontale 22a de la cloison séparatrice circulaire 20a du tourillon.2 On voit aux figures 2a» 2b, 2£, le montage et le fonctionnement du joint d'étanchéité opérant en soupape. En figure 2 a, on voit le dispositif au moment où le eoussinet 6 est mis en place sur le 10 tourillon 2 et où la bague d'étanchéité 15 est placée sur le col rétréci 18 de la partie inférieure du tourillon 2. En figure 2b, on voit le coussinet 6 qui est engagé sur le tourillon 2, la surface frontale 9 du tourillon 2 étant en contact avec le fond 8 du coussinet 6. Simultanément, le fond circulaire lisse 23a du loge-15 ment de joint d'étanchéité 14 est appliqué contre la bague d'étanchéité 15 et la déplace à partir de la partie rétrécie du col 18 jusque sur la surface conique 17, ce qui augmente la pré-contrainte de la bague d'étanchéité 15 de manière telle que cette bague 15 soit comprimée d'une part sur la surface conique 17 et d'au-20 tre part sur le fond circulaire 23a avec une pression très supérieure afin d'obturer le logement de palier 26 d'une manière étanche à l'eau. La cloison séparatrice circulaire 20a, 2Ûb qui sépare le logement de palier 26 du logement de joint d'étanchéité 14 assure simultanément un rétrécissement de la section de passage 40. Le 25 logement de joint d'étanchéité•14 est relié à l'atmosphère à l'aide d'une fente d'évent 27a très étroite. De la graisse refoulée par une pompe de lubrification s'écoule par le canal 3 le long de toutes les aiguilles dans la direction matérialisée par des flèches et elle commence à exercer une 30 pression sur la bague d'étanchéité; la bague d'étanchéité 15 ne se soulève que lorsqu'une certaine valeur-limite de la pression, de l'ordre de 2 à 3 atmosphères est dépassée, et la graisse s'écoule le long du fond 23a de manière à remplir tout le logement de joint d'étanchéité 14 et à s'échapper par l'intervalle 27a. Le tourillon 35 n'est graissé que lorsque de la nouvelle graisse commence à sortir après expulsion de toute la graisse usée. Le rétrécissement, représenté aux figures 2a, 2b et 2c, du col 18 est de préférence tel que l'on puisse choisir des cotes minimales extérieures pour le coussinet de palier 6, en particulier 69 01153 2000600 pour le logement de joint d'étanchéité 14. Dans les cas où. l'on dispose d'un espace suffisant et lorsque les cotes extérieures du dispositif ne posent pas de problème, on peut se passer du rétrécissement du col 18 et réaliser la zone de transition entre la 5 cloison séparatrice 20a et la -surface conique 17 sous forme d'une surface cylindrique l8a, qui délimite la section de passage rétré-cie 40 en direction du coussinet de palier 6» Dans la réalisation de tels joints de Cardan, la bague d'étanchéité 15 est engagée avant le montage sur les aiguilles 7S ce qui maintient celles-ci 10 en position et qu'il est inutile de maintenir assemblées les aiguilles à' l'aide de graisse cojnae cela était classique jusqu'à maintenant, on peut donc monter le palier à l'état propre et sec. A la figure 3, on a représenté des détails de la. partie inférieure 13 du tourillon 2. En figure 3a.3 on voit la forme de 15 base de la partie inférieure 13 du tourillon 2; en partant de A dans le sens de B suivant l'axe du joint de Cardan et jusqu'au tourillon 2, on rencontre successivement le renfort, c'est-à-dire la surface conique 17, le col rétréci 18 et la saillie 20a. En figure 3b, on voit comment ces parties sont obtenues en 20 une seule pièce tandis que la figure 3£ on voit comment ces parties forment une bague rapportée 33 emmanchée sur le tourillon 2. Dans la variante de figure 3d, les parties 17® 18, 20a du col 18 sont séparées et la pièce rapportée 20a est montée séparément sur le tourillon 2. La surface conique 17 et le logement de joint d'étan-25 chéité 14 sont associés à la partie 31 qui constitue l'extrémité de la partie inférieure 13 et qui peut former la partie supérieure des arbres 10 , 11, représentés en figure la. Cette dernière disposition peut être utilisée très avantageusement dans des joints homocinétiques d5accouplement d'arbres. 30 En figure 4, on a représente une réalisation moderne d'un coussinet de palier S qui est engagé dans l'oeillet de la fourche 34 de l'arbre 10, 11 et qui est maintenu en position à l'aide d'un organe d'arrêt élastique 35« Le côté frontal du coussinet de palier 6 comporte une sur-35 face lisse 23 qui constitue le fond du logement.de joint d'étanchéité 14. Le logement de' joint d'étanchéité 14 est délimité dans ce cas par un couvercle 30 fixé par emmanchement. Dans la coupe faite suivant-la ligne C-C de cette figure 4, on a représenté les rainures de graissage 37 ménagées dans la surface frontale 9 du 69 01153 7 2000600 tourillon 2 et qui servent à assurer un écoulement continu du lubrifiant. La coupe faite suivant la ligne E-E de la.même figure 4 représente la bague d'étanchéité 15 dont la surface intérieure 16 s'applique de façon étanche sur la surface conique 17; il est 5 ici prévu sur le côté extérieur de la bague d'étanchéité 15 un intervalle périphérique 24 libre supérieur et entre la partie inférieure 13 du tourillon 2 et le couvercle 30 un intervalle de décharge très étroit et de section droite cylindrique. Dans la variante représentée à la figure 5, la cloison 10 séparatrice circulaire 20b est logée dans le coussinet de palier 6. La cloison séparatrice a la forme d'un fourreau 32 qui est •emmanché dans l'ouverture du coussinet de palier 6 et qui constitue une surface axiale d'appui pour les aiguilles 7. La surface lisse du fourreau 32 forme le fond 23b du logement de joint d'é-15 tanchéité 14. Ce fond 23b délimite également l'intervalle d'écoulement 40. Dans la variante de figure 5, il ne subsiste que la surface d'étanchéité 17 conique ou arrondie qui est similaire aux autres variantes. Il est particulièrement avantageux que les aiguilles 7 soient guidées â leurs deux extrémités sur la même partie 20 du coussinet de palier 6. Le roulement des aiguilles se produit dans ce cas sans frottement axial, ce qui prelonge leur durée de service. Comme il résulte des exemples de réalisation décrits plus haut, il va de soi que la séparation du logement de palier et du 25 logement de joint d'étanchéité, qui est à la base de l'invention, peut être résolue par différentes constructions. Dans tous les cas cependant, le logement de joint d'étanchéité se trouve à la partie inférieure du tourillon et il est séparé du logement de palier par l'intervalle de décharge rétréci. 30 Le dispositif selon 1Jinvention peut présenter différents agencements de surfaces et différentes formes d'intervalles de décharge; aux figures 1, 2, 4, 5, le logement de joint d'étanchéité 14 est situé sur le côté ouvert 12 du coussinet de palier 6 alors que sur la figure 3d, le logement de joint d'étanchéité 14 pénètre 35 au contraire en partie dans la zone 31 qui est située à proximité étroite de la partie intérieure 13 du tourillon 2. La position axiale du tourillon 2 dans le coussinet dé palier 6 peut également être fixée par l'application de la surface frontale 9 du tourillon 2 sur le fond 8 du coussinet de palier 6, "comme on le voit aux o9 01153 2000600 figures 1, 2, 4 ou bien cette position axiale est fixée suivant la figure 3ç_ et la figure 5 par application de la surface marginale 28 du coussinet de palier 6 contre, le bord extérieur 29 de la partie adjacente 31; dans ce cas, qui est très, avantageux pour des 5 joints homocinétiques, les surfaces de frottement 28, 29 constituent simultanément un intervalle de décharge 27b très étroit qui permet la décharge de graisse en cas d'une lubrification sous pression et d'autre part il subsiste un intervalle libre 38 dans la zone située entre le fond 8 et la surface, frontale 9-10 Dans l'exemple de réalisation de figure 4, le logement de joint d'étanchéité 14 est formé par un couvercle 30 qui est emmanché sur l'extrémité ouverte du coussinet de palier 6.et, comme représenté à la figure 5, la cloison séparatrice 20b_ est située dans la cavité du fourreau 32. 15 D'autre part, il n'est pas obligatoire que le coussinet de palier 6 et le fond 8 constituent en tout cas une seule et même pièce; comme on le voit en figure 3çl, le fond peut être fixé d'une manière indépendante; la surface d'appui est formée par le disque 36 tandis que le fond est constitué par la coupelle emboutie 39. 20 Les joints d'articulation dans lesquels il existe un jeu assez grand dans les paliers et entre les différentes aiguilles ont, comme l'expérience l'a montré, une durée de service bien inférieure aux joints qui sont fabriqués avec précision et dans lesquels l'étanchéité est meilleure. D'autre part, lorsque le jeu dans les 25 paliers et entre les aiguilles est excessif, il peut se produire un coincement des aiguilles et par conséquent un grippage de l'ensemble du palier. Pour cette raison, il est très important que le montage des joints soit exécuté avec précision et avec le minimum de jeu. 30 Les joints de Cardan ou à croisillon selon l'invention présentent de grands avantages qui consistent' en ce que le palier est étanche à l'eau tout en étant protégé simultanément contre la pénétration d'impuretés et contre un échappement de la graisse de lubrification. Il n'est plus nécessaire d'effectuer des graissages 35 fréquents de ces joints qui sont en outre d'un entretien plus commode que les joints connus. Lors du graissage des joints selon l'invention, la graisse pénètre simultanément dans tous les paliers et refoule à l'extérieur la vieille graisse usée, les joints reprenant ensuite automatique 69 01153 9 2000600 ment leur état d*étanehéité. Le joint d'étanchéité, étant protégé contre les détériorâtions mécaniques et contre les influences atmosphériques, a une très grande durée de service et son usure est très faible. Des expériences pratiques effectuées en montant 5 ces joints sur des véhicules automobiles circulant dans de la boue, de l*eau , etc..., ont confirmé tous les avantages précités On autre avantage est qu'il est possible à tous moments de déter miner l'état instantanée de graissage et de compléter ce graissage si nécessaire. 10 Le dispositif selon llinvention est particulièrement avantageux lorsque les joints de Cardan doivent être utilisés dans un milieu ambiant sale et lorsque 1*entretien est difficile, c'est-à-dire en particulier dans les cas où une prolongation de la durée de service est avantageuse. 69 01153 10 2000600 REVSNB-ICATIOBS 1 - Joint de Cardan ou à croisillon etanehé à l'eaus dont les tourillons percés Icngitudinalement comportent des canaux de lubrification reliés à une tête de lubrification commune, 5 ces tourillons étant pourvus de eoussinefede palier guidés radia-lement à l'aide draiguilles ou autres éléments rapportés et axia-lement à l'aide de surfaces d'appui ou de fonds, chaque coussinet de palier comportant du côté ouvert un logement de joint d'étanchéité dans lequel est logé un joint d'étanchéité qui s'appuie 10 sur la surface d'étanchéité de forme conique, ledit joint de Cardan étant caractérisé en ce que les parties inférieures des tourillons comportent des renforts coniques ou arrondis sur lesquels sont montas d'une manière élastique des bagues d'étanchéité élasti ques de forme annulaire en ce qu'il est prévu dans ces parties 15 inférieures des tourillons des logements indépendants en forme de gorges et en ce que les extrémités des tourillons sont enfermées dans des logements de palier indépendants et sont guidées par des aiguilles ou autres éléments rapportés» lesdits logements de palier étant séparés des logements de joint d'étanchéité indépen-20 dants par des cloisons ou saillies circulaires formées dans les parties inférieures des tourillons et constituant entre les logements de palier et les logements de joint d'étanchéité des zones d'étranglement ainsi que des surfaces d'appui pour les aiguilles. 2 - Joint de Cardan suivant la revendication 1, carac-. 25.^érisé en ce que la cloison séparatrice circulaire qui sépare'le logement de palier du logement de joint d'étanchéité est située dans la cavité du coussinet de palier sur son côté ouvert.