Brevet FR2035085A1 — publié le 19701218

La présente invention concerne un dispositif d'articulation â rotule pour liaison homocinétique avec possibilité de déplacement axial d'un, élément articulé intérieur vis-à-vis d'un élément articulé extérieur, en particulier pour un arbre articulé avec deux ro-5 tules et un arbre intermédiaire réunissant celles-ci et pouvant se mouvoir librement, ce dispositif étant du type dans lequel la transmission du couple de rotation s'effectue par des billes qui sont disposées dans des sillons creusés dans la face interne de l'élément articulé extérieur et dans la face externe de l'élément arti-10 culé intérieur, toujours opposés par paires et se croisant suivant leur axe, et qui sont maintenues par une cage dans un seul et même plan. Dans le dispositif d'articulation à rotule pour liaison homocinétique du même genre et tel que décrit dans le brevet d1Allema-15 gne Fédérale 1.232.411, les éléments articulés, intérieur et extérieur, peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre du fait que la face interne de l'élément articulé extérieur est cylindrique, que la face externe de la cage est s plié ri que et que la face interne de cette cage présente, vis-à-vis de l'élément articulé intérieur, 20 un 3eu qui autorise son déplacement axial relativement à celui-ci. la possibilité de déplacement axial de l'élément articulé intérieur vis-à-vis de l'élément articulé extérieur est limitée par le fait que, dans les positions extrêmes, le premier bute contre la cage. Afin que, même en ces positions, un fonctionnement parfait et si-25 lencieux de la rotule soit assuré, la cage comporte une face interne sphérique et la face externe de l'élément articulé intérieur est formée de faces en zones sphériques situées à l'écart d'un plan principal des billes et de même rayon que celui de la face interne de la cage, de sorte qu'en coupe axiale, cette face externe 30 présente à peu près le profil d'une ogive gothique. L'écart entre les centres des billes situées sur l'axe de l'élément articulé intérieur et les deux surfaces en zone sphérique est ainsi une mesure de la latitude de déplacement de l'élément articulé intérieur qui, dans le cas de la rotule en extension, atteint le double de cet 35 écart avec les centres.. Lors du déplacement axial de l'élément articulé intérieur vis-à-vis de l'élément articulé extérieur, les billes maintenues dans un même plan par la cage roulent dans les 69 12676 2 2035085 ! sillons- creusés à cet effet dans la surface externe de l'élément artiGUlé intérieur et dont la profondeur, en raison du profil externe dudit élément intérieur, diminue en direction de ses extrémités. Etant donné qu'une profondeur minimale des sillons est in-5 dispensable à une transmission suffisante du couple de rotation et que, pour une même latitude de déplacement, la profondeur des sillons décroit à mesure qu'augmente l'écart entre les centres des deux surfaces en zone ' sphérique, on est donc limité, pour des dimensions de rotule par ailleurs identiques, dans 1'augmentation 10 de l'écart des centres des surfaces en zone sphérique et par conséquent dans celle de latitude de déplacement axial de l'élément articulé intérieur. Dans le cas des rotules d'un arbre articulé qui sert à l'entraînement d'un pignon de véhicule automobile attaché séparément, 15 mais aussi dans d'autres cas de l'emploi de dispositifs d'articulation à rotule pour liaison homocinétique, il peut toutefois advenir que l'on demande que, pour des dimensions de rotule par ailleurs identiques, la latitude de déplacement de l'élément articulé intérieur vis-à-vis de l'élément articulé extérieur soit encore 20 plus grande, que ceci est possible avec le dispositif à rotule déjà connu,l'angle de braquage et la latitude de déplacement des éléments articulés entre eux devant se trouver dans un rapport résultant de la construction. Le dispositif de liaison homocinétique pour une articulation 25 à rotule conforme à l'invention satisfait à cette exigence par le fait que, dans 'une articulation à rotule pour liaison homocinétique du genre précité dans lequel, comme pour les rotules de modèle connu, la face interne de l'élément articulé extérieur est cylindrique et la face externe de la cage, conique, la face interne de 30 la cage présentant un jeu autorisant son déplacement axial vis-à-vis de l'élément articulé intérieur, mais où, suivant l'invention, la face externe de l'élément articulé intérieur est formée à l'une de ses extrémités par une surface en zone sphérique située à une certaine distance d'un plan principal des billes et, à l'autre ex-35 trémité, par une surface conique, cependant que la face interne die la cage est formée à l'une de ses extrémités par une surface en zone sphérique concave située sur l'un des côtés d'un plan princi 69 12676 3 2035085 pal des "billes et, à l'autre extrémité, par une surface conique ou cylindrique concave dont l'inclinaison correspondante sur la surface au sommet (égale à zéro si la surface concave est cylindrique) est d'autant plus faible qu'en toute position axiale de l'élé-5 ment articulé intérieur et lors d'une inflexion de la rotule, la cage peut toujours effectuer en toute sécurité, jusqu'à sa butée contre la face externe de l'élément articulé intérieur, le mouvement angulaire qui est fourni par un rapport prédéterminé entre l'angle d'inflexion de la rotule et le déplacement relatif entre 10 les deux éléments articulés. Etant donné que, dans le dispositif d'articulation à rotule suivant l'invention, le profil extérieur de l'élément articulé intérieur est, en section axiale, plus plat à l'une des extrémités qu'une surface en zone sphérique prévue à cette extrémité, la lati-15 tude de déplacement dudit élément articulé intérieur vis-à-vis de la cage est, dans cette direction, plus grande que dans le cas de l'articulation à rotule déjà connue, où la latitude de déplacement est limitée également dans cette direction par la butée d'une surface en zone sphérique du pourtour de l'élément articulé intérieur 20 contre une surface correspondante de la cage. A cause de ce profil extérieur plus plat, la profondeur de sillon suffit aussi dans un plus grand intervalle à la transmission du couple de rotation. La limitation de la cause de déplacement de l'élément articulé intérieur, dans un seul sens, par la butée de la surface en zone sphé-25 rique, prévue sur celui-ci, contre une surface en zone sphérique concave de la cage et qui garantit que dans cette position extrême, la rotule fonctionne parfaitement et sans bruit, est désirable parce que dans bon nombre de cas, une force axiale peut agir sur l'un des éléments articulés en ayant tendance à le déplacer en di-30 rection de l'autre. Tel est par exemple le cas d'un arbre articulé entraînant les pignons librement suspendus d'un véhicules automobile, avec deux rotules et un arbre intermédiaire à mouvement libre et réunissant ces dernières. Cet arbre intermédiaire n'étant en appui que dans les articulations à rotule, îa force centrifuge 35 agissant sur lui au cours d'un virage pris par le véhicule tend à le déplacer axialement jusqu'à la butée présente dans l'une de ces articulations. Une force centrifuge pouvant apparaître dans l'un 69 12676 4 2035085 ou l'autre sens dans le cas d'un tel arbre avec articulation à rotule, les deux surfaces en zone sphérique, l'une sur l'élément articulé intérieur et l'autre sur la paroi intérieure de la cage, qui limitent dans une seule direction le déplacement axial d'un des élé-5 ments articulés vis-à-vis de l'autre sont, conformément à une autre caractéristique de l'invention, pour l'une des rotules, disposées en sens opposé à celui qu'elles ont dans l'autre. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. 10 La fig. 1 représente en coupe axiale un dispositif d'articu lation à rotule pour liaison homocinétique conformément à l'invention. La fig. 2 représente l'élément articulé intérieur de la rotule suivant la fig. 1. 15 La fig. 3 représente la cage de la rotule suivant la fig. 1. La fig. 4 donne, sous forme de diagramme, un exemple de la relation que doit respecter un constructeur entre l'angle de braquage et la course du déplacement relatif entre les deux éléments articulés d'une telle rotule pour liaison homocinétique. 20 La fig. 5 représente la partie médiane d'un arbre articulé avec deux rotules pour liaison homocinétique et du modèle représenté à la fig. 1. On décrit tout d'abord, en référence aux fig. 1, 2 et 3, l'agencement d'une articulation à rotule pour liaison homocinétique 25 conformément à l'invention. Un élément articulé intérieur 3 est mandriné au moyen d'un adent 2 sur un arbre 1 où il est maintenu en place, d'un côté par une embase 5 dud-it arbre 1 et par une rondelle Belleville 6 s'appuyant sur Haribase % de l'autre côté par une rondelle Grover 7. Sur le pourtour de l'élément articulé 30 intérieur 3 sont ménagés six sillons 8 dont l'axe suit un tracé hélicoïdal ou la tangente à un tel tracé, alternativement en pas de vis droit et pas de vis gauche. Le sillon 8 représenté au dessin annexé l'est, pour simplifier celui-ci, en rabattement dans le plan de la fig. 1. 35 L'élément articulé intérieur 3 est entouré d'un élément arti culé extérieur 10, fixé au moyen de boulons 11 à la bride d'un deuxième arbre 12. Cet élément articulé extérieur 10 comporte 69 12676 5 2035085 sur sa face interne des sillons de roulement 13 dont l'axe suit un tracé hélicoïdal ou la tangente à un tel tracé et dont le pas est chaque fois contraire à celui du sillon 8 lui faisant face sur l'élément articulé intérieur. Le sillon de roulement 13 représen-5 té au dessin annexé l'est aussi, pour simplifier, en rabattement dans le plan de la figure. Une bille 15 est disposée au point de croisement de chaque paire de sillons concourants 8 et 13 et, par coopération avec ceux-ci, elle transmet un couple de rotation de l'arbre 1 à l'ar-10 bre 12 ou *vice-versa. Toutes les billes 15 sont logées dans les fenêtres 16 d'une cage 17 qui les maintient toutes en un même plan. Afin que l'élément articulé intérieur '3 puisse être déplacé suivant une direction axiale par rapport à l'élément articulé exté-15 rieur 10, la face interne 18 de ce dernier est cylindrique cependant que la face externe 19 de la cage 17 est sphérique, de telle sorte que la cage peut se déplacer librement, dans le sens axial, par rapport à l'élément articulé extérieur. Gomme on peut le voir dans la moitié supérieure de la coupe axiale représentée à la 20 fig. 2, la partie droite 20 de la face externe de l'élément articulé intérieur a la forme d'une zone sphérique dont le centre est situé en 21 sur l'axe de l'élément articulé intérieur. Dans le type d'articulation à rotule déjà connu, me seconde zone sphérique située en inversion optique de cette première zone sphérique 20 25 est prévue à l'autre extrémité; elle est située sur la face sphérique 22, elle a le même rayon que la surface sphérique 20 et son centre, en 23, est symétrique du centre 21 sur l'axe de l'élément. d'articulation intérieure Pour accroître la latitude de déplacement axial de l'élément intérieur 3 vis-à-vis de l'élément 30 oxtériGair- 10. telle que déjà permise par la rotule de type courra, et pour assurer encore, si la bille 15 roule en sens inverse des aiguilles d'une montre et vers la gauche dans le sillon de roulement 8, une profondeur de ce sillon qui soit suffisante pour la transmission du couple de rotation, la face externe de l'élément 35 intérieur 3 est, dans, la rotule suivant l'invention, formée à l'extrémité de gauche par une surface conique 24. En conséquence et comme on peut le voir en détail dans la moi- 1. BAD ORIGINAL 69 12676 6 2035085 t±é supérieure de la fig. 3, la cage 17 ne présente elle aussi, intérieurement, qu'à l'extrémité droite sur cette figure, une surface en forme de zone sphérique 26 et destinée à coopérer avec la surface en zone sphérique 20 dans l'une des positions extrêmes. 5 Toutefois, à l'autre extrémité et comme on peut le voir par comparaison avec la face concave 26, la surface intérieure s'évase en une surface conique 27 d'un angle d'inclinaison sur la face au sommet plus aigu que celui de la surface conique 24. Suivant la latitude d'inflexion requise dans l'autre position extrême, cet 10 "angle au sommet" de la surface conique intérieure 27 diffère plus ou moins fortement de celui que présente la surface conique 24 sur l'élément articulé intérieur. Cet "angle au sommet" de la surface conique intérieure 27 peut même devenir nul, de sorte qu'à cette extrémité la cage présente alors une surface intérieure cy-15 lindrique. Il n'est pas nécessaire que, comme représenté à la moitié supérieure de la fig. 2, la surface en zone sphérique 20 et la surface conique 24 se rejoignent directement. Au contraire et comme représenté à la moitié inférieure de la fig. 2, ces deux surfaces 20 peuvent aussi être reliées l'une à l'autre par une aire cylindrique 30. Dans ce cas, comme on peut le voir sur la moitié inférieure âe la fig. 3 et en ce qui concerne aussi la oage, la face 26 en forme de zone sphérique concave peut être reliée à la face sphéri-25 que concave de l'autre extrémité de la cage par une aire cylindrique concave 31. Dans la moitié inférieure de la fig. 4, on admet que, pour permettre dans la position extrême une inflexion suffisante de 1•articulation à rotule, il est nécessaire qu'à cette extrémité de la cage? la faeo intsrae soit celle d'un cylindre crsus et qu'elle coïncide alors avec l'aire cylindrique concave 31. la courte A de la fig. 4 représente la relation entre l'angle de braquage et l'ampleur du déplacement relatif entre les deux éléments d'une articulation à rotule pour liaison homocinétique et qui peut être demandée dans le cas d'un arbre articulé avec deux 35' rotules de ce type et cet arbre intermédiaire les réunissant et qui sert à 1*entraînement d'un pignon de véhicule automobile suspendu à un quadrilatère de Jeantaud. Le point I montre la relation SAD OPJGîNAL 69 12676 7 2035085 entre l'angle de braquage et la position des éléments articulés d'une des deux rotules dans la position normale du véhicule. Le point II montre la relation lorsque la roue est déplacée vers le haut jusqu'à sa position supérieure extrême et le point III, la 5 relation lorsque la roue est déplacée vers le bas jusqu'à sa position inférieure extrême. Etant donné qu'en fonctionnement l'articulation à rotule pour liaison homocinétique tourne lors de la transmission du couple de rotation, il n'y a pas d'angle de braquage positif ou négatif, mais seulement une valeur absolue de cet angle. 10 C'est pourquoi, à la fig. 4, la branche inférieure de la courbe A est rabattue vers le haut et de la longueur de l'abscisse qui correspond à un angle de braquage de 02 (voir la branche de courbe en traits discontinus désignée par A'). En outre, dans cette figure, la limitation imposée à l'angle de braquage par la construction de 15 la rotule est représentée pour les différentes positions axiales relatives des deux éléments articulés 3 et 10. La ligne V résulte de la coopération de la surface extérieure en zone sphérique 20 de l'élément articulé intérieur 3 avec la surface intérieure en zone sphérique 26 de la cage, le plus grand angle de braquage, 20 de 17,52, étant déterminé par la longueur du pourtour de la fenêtre 16. Etant donné que, darik les éléments articulés intérieur et extérieur, les sillons ont une pente d'inclinaison alternée et en opposition, les espacements de périphérie des points de croisement 25 des paires de sillons, points auxquels les billes se trouvent toujours dans les sillons, varient lors du déplacement axial relatif des éléments articulés et, les points de croisement des sillons s.e trouvant, en cas de braquage de l'articulation à rotule, dans le plan homocinétique qui coupe en deux l'angle de braquage de l'ar-30 ticulation, les points de croisement des paires de sillons migrent vers le côté de l'articulation, où les axes des arbres de l'articulation infléchie forment un angle obtus et encore plus loin dans l'une ou l'autre direction tangentielle. Toutefois, dans la direction tangentielle, les fenêtres de cage ne peuvent être que d'une 35 longueur telle qu'il subsiste encore entre elles des branches d'une largeur suffisante pour la solidité de la cage. Pour ces deux raisons, c'est dans les positions extrêmes qu'est le plus faible angle 69 12676 8 2035035 de braquage pouvant être donné à l'articulation à rotule jusqu'à ce que les billes viennent buter aux extrémités du pourtour des fenêtres de la cage. Si l'élément articulé intérieur se déplace de la position ex-5 trême de droite vers le milieu, les billes dans les fenêtres continuent aussi à se déplacer vers le milieu et dans le sens de la rotation. De ce fait, et comme indiqué par la ligne VI, 11ampleur de braquage devient de plus en plus grande, jusqu'à ce que l'angle de braquage atteigne 22,5-, la plus grande valeur déterminée seule-10 ment par la longueur occupée par les fenêtres sur la circonférence. Cette limitation est indiquée par la ligne VII. Si l'élément articulé intérieur 3 et la cage 17 avaient, comme dans l'articulation à rotule de type connu, des faces correspondantes situées à l'autre extrémité, en inversion optique par rapport à la surface 15 extérieure en zone sphérique 20 et à la surface intérieure en zone sphérique 26 et qui coopèrent ensemble dans l'autre position extrême, la course de l'élément articulé intérieur serait limitée vers la gauche par la ligne VIII en traits discontinus. Cependant, étant donné qu'à cette extrémité, la face extérieure est formée d'u-20 ne surface conique 24 et qu'à cette même extrémité la cage 17 présente une face conique concave 27 et d'un "angle au sommet" plus aigu que celui de la surface conique 24 et choisi de manière à ce que la limitation de l'angle de braquage né soit pas déterminée par la rencontre de l'élément articulé intérieur et de la cage mais, 25 au contraire, avant que les billes ne viennent, dans le sens de la rotation, buter sur la paroi extrême des fenêtres 16 de la cage, la ligne de limitation à cette extrémité" du déplacement relatif des éléments de l'articulation est formée par la droite IX qui est inclinée sur l'axe des abscisses d'un même angle que la droite VI, 30 mais décompté suivant un sens de rotation inverse. Dans le dispositif d'articulation à rotule pour liaison homocinétique et conforme à l'invention, il est évident que la latitude de déplacement relatif des deux éléments articulés est sensiblement plus grande que pour une autre articulation à rotule de mêmes dimen-35 sions et dont les positions extrêmes, comme dans le système déjà connu, sont déterminées par l'écart entre les centres 21 et 23. On peut voir- en outre que le train de courbes A, A' est situé en 69 12676 9 2035085 tièrement en dedans des droites de délimitation V, VI, VII et IX et présente vis-à-vis de celles-ci un espacement de sécurité, de sorte que même pour les tolérances valables pour les pièces en fonctionnement, les droites de délimitation ne sont pas complètement 5 atteintes et qu'ainsi, l'articulation à rotule fonctionne parfaitement même dans le cas le plus défavorable. la fig. 5 représente la partie médiane d'un arbre articulé formée de l'arbre intermédiaire et des deux rotules, cet arbre étant entraîné par le pignon d1 entraînement suspendu à un quadrilatère 10 de Jeantaudj d'un véhicule automobile. Dans cet arbre articulé, la rotule de gauche correspond à celle représentée à la fig. 1, la rotule droite "est d'un&construction absolument identique mais agencée en inversion optique. Pour celle-ci, la face externe en zone sphérique 20 sur l'élément articulé intérieur 3 et la face concave 15 en zone sphérique 26 dans la cage 17 seraient donc à gauche, au lieu d'être à droite comme sur la fig. 1. Etant donné que, dans un virage du véhicule, une force centrifuge indiquée par une flèche 33 agit dans l'une ou l'autre direction sur l'arbre intermédiaire 1 de l'arbre articulé, les faces sphériques de l'élément 20 intérieur et de la cage dans l'articulation de gauche viennent se placer en regard l'une de l'autre au cas d'un déplacement de l'arbre 1 vers la droite, et vice versa, sans que le jeu des articulations à rotule en soit affecté. Il est visible que pour chacune des deux rotules, il n'est besoin de limiter le déplacement que 25 dans un seul sens lorsque ces deux rotules sont agencées en inversion optique l'une par rapport à l'autre. Dans chaque rotule, un dispositif non représenté ici est chargé de pousser constamment l'élément articulé intérieur, lorsque celui-ci est dans sa position moyenne, axiale, contre l'élément articulé extérieur, de sorte qu'en 30 trajet normal où n'agit aucune force centrifuge, l'ampleur du déplacement de l'élément intérieur de chacune des deux rotules se répartit également sur l'une et l'autre et l'arbre intermédiaire revient à sa position médiane. 69 12676 10 2035085 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'articulation à rotule pour liaison homocinétique avec possibilité de déplacement axial d'un élément articulé intérieur vis-à-vis d'un élément articulé extérieur, en particulier 5 pour un arbre articulé avec deux rotules et un arbre intermédiaire réunissant celles-ci et pouvant se mouvoir librement, ce dispositif étant du type dans lequel (a) la transmission du couple de rotation s'effectue par des billes qui sont situées dans des sillons creusés dans la face interne de l'élément articulé extérieur et dans 10 la face externe de l'élément articulé extérieur, ces sillons étant toujours opposés deux à deux et se croisant suivant leurs axes et ces billes étant maintenues dans un seul plan par une cage, et dans lequel (b) la face interne de l'élément articulé extérieur est cylindrique, la face externe de l'élément articulé intérieur est sphé-15 rique et la face interne de la cage comporte un certain jeu autorisant son déplacement axial relativement - audit élément articulé intérieur, ce dispositif d'articulation à rotule étant caractérisé en ce que la face externe de l'élément articulé intérieur est formée à l'une de ses extrémités par une surface en zone sphérique située 20 à l'écart d'un plan principal des billes et, à l'autre extrémité, par une surface conique, et que la face interne de la cage est formée à l'une de ses extrémités par une surface en zone sphérique concave située sur l'un des côtés d'un plan principal des billes et, à l'autre extrémité, par line surface concave, conique ou cylindrique 25 dont l'inclinaison correspondante sur la surface au sommet, égale à zéro si ladite surface est cylindrique, est d'autant plus faible qu'en toute position axiale de l'élément articulé intérieur et lors d'un braquage de la rotule, la cage peut toujours effectuer en toute sécurité, jusqu'à sa butée contre la face externe dudit élément 30 articulé intérieur, le mouvement angulaire qui est fourni par un rapport prédéterminé entre l'angle de braquage de la rotule et l'ampleur du déplacement relatif entre les deux éléments articulés. 2 - Arbre articulé comportant deux dispositifs d'articulation à rotule suivant la revendication 1, et caractérisé en ce que les 35 deux surfaces en zone sphérique, l'une sur l'élément articulé intérieur et l'autre sur la paroi intérieure de la cage, qui limitent dams une seule direction le déplacement axial d'un des éléments ar 69 12676 " 2035085 ticulés vis-à-vis de l'autre sont, pour l'une des rotules, disposées en sens opposé à celui qu'elles ont dans l'autre,.