Brevet FR2135547A1 — publié le 19721222

-1- 2135547 La présente invention concerne un coussinet pour joint universel du type comprenant deux fourches articulées l'une par rapport à l'autre au moyen de coussinets disposés autour des tourillons d'un croisillon. 5 l'invention vise plus particulièrement un coussinet possédant des caractéristiques améliorées en ce qui concerne l'absorption des poussées. Un joint -universel classique ou cardan qui permet à un arbre d'en entraîner un autre formant un angle avec lui comprend un 10 croisillon et deux fourches, les deux fourches étant disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre et leurs extrémités étant montées pivotantes par rapport aux tourillons du croisillon au moyen de roulements à aiguilles qui sont interposés entre les fourches et les tourillons et sont retenus par un coussinet. 15 Dans ce type de joint, chaque fourche peut pivoter autour de son axe propre sur les tourillons du croisillon tout en assurant la transmission d'un mouvement de rotation d'une fourche à l'autre. Pour que des joints de ce type fonctionnent correctement et aient une longue durée de service, il est essentiel que le croisil-20 Ion soit positionné de façon précise par rapport à l'axe de rotation des fourches de manière à réduire les forces centrifuges non équilibrées qui tendent à provoquer une vibration indésirable.Dans ce but, les extrémités des tourillons sont disposées en butée avec la face intérieure du coussinet et servent ainsi à maintenir le 25 croisillon centré par rapport aux fourches. Bien qu'un tel agencement se soit révélé satisfaisant, il présente certains.inconvénients, en ce sens qu'une zone de contact trop grande entre les surfaces absorbant la poussée donne une structure qui a tendance à emprisonner entre ces surfaces de la poussière ou d'autres particules, 30 ce qui provoque un effet d'usure. En outre, une aussi grande surface de contact est nuisible lorsque des efforts s'exercent sur le tourillon et tendent à le déplacer; il en résulte un creusement des surfaces de poussée des coussinets par les bords des extrémités du tourillon. 35 le terme "poussée" utilisé dans la présente description s'appli que à la poussée axiale entre tin coussinet et le tourillon correspondant ainsi qu'aux surfaces en contact qui absorbent cette poussée entre ces deux pièces. 72 13358 -2- 2135547 L'usure par frottement et la chaleur qui accompagnent les effets précités rendent souhaitable une surface de contact aussi limitée que possible entre la surface de poussée du coussinet et la surface de poussée du tourillon, ce contact étant cependant suffi-5 sant pour positionner correctement le croisillon par rapport à l'axe du cardan.. Du fait que dans ces conditions le tourillon agit comme un bras en porte-à-faux qui tend à fléchir lorsqu'un couple est appliqué au cardan, non seulement les surfaces de poussée mais aussi les contraintes de flexion du tourillon constituent une sour-10 ce permanente de difficultés dans les cardans. Il est évièent que dans les structures de ce type les tolérances lâches ainsi que la flexion des coussinets et des fourches en cours de fonctionnement sous l'effet des forces centrifuges et des charges élevées peuvent produire un défaut d'alignement ou 15 même une rupture du joint. On voit donc que l'un des impératifs les plus importants pour un joint universel de ce type est de donner une durée de service suffisante au coussinet, et ceci est difficile car l'une des fonctions majeures du coussinet est de centrer le croisillon avec précision par rapport à l'axe de rotation 20 du joint. Il existe des dispositifs conçus en vue de remédier aux problèmes causés par le grippage indésirable qui se produit entre les surfaces de poussée coopérantes du tourillon et du coussinet. Ces dispositifs comportent à cet effet des organes interposés entre 25 les surfaces de poussée/ TJn tel agencement fait emploi d'un élément de butée constitué par une bille. D'autres agencements , comprennent une cale plate, une butée annulaire plate en Nylon et une butée à rouleaux. I"'un des inconvénients de chacun de ces agencements est qu'ils nécessitent l'emploi d'un organe supplémen-50 taire. On connaît également des structures comprenant des organes qui sont faits d'un seul tenant avec la face de poussée du coussinet destinée à absorber les poussées axiales d'un tourillon. Ces structures présentent elles aussi des inconvénients et sont coûteuses et peu commodes. Dans l'une de ces structures, le tourillon 35 doit être modifié pour recevoir l'extrémité conique d'une broche qui est faite d'un seul tenant avec le coussinet, tandis que dans une autre structure, la paroi d'extrémité du coussinet est déformée de façon convexe par rapport à la face de poussée du. tourillon,de sorte qu'elle peut fonctionner de manière élastique mais sa fabrica-40 tion exige une précision coûteuse. 72 13358 -3- 2135547 Une condition idéale à obtenir lorsqu'on tente de contrôler ou de réduire les couples de frottement entre deux surfaces de poussée qui peuvent effectuer un mouvement de rotation relatif, est de réaliser un contact ponctuel.Or, dans les joints universels ceci 5 est impossible du fait que des trous de centrage d'usinage et des passages de lubrification sont ménagés dans les extrémités extérieures des tourillons. En outre, au fur et à mesure de l'usure, le contact ponctuel est remplacé par un contact de surface du fait qu'un certain degré d'usure se produit entre les deux surfaces 10 de poussée lorsque le joint est mis en fonctionnement et qu'un mouvement relatif s'établit. Cet effet est connu sous le nom de "rodage", et a pour résultat final de transformer le contact ponctuel en contact de surface. la présente invention a pour but de réaliser un coussinet pour 15 cardan comportant une surface de poussée améliorée qui favorise le rodage initial et assure ultérieurement une surface de contact minimale avec la surface de poussée du coussinet. ~ En outre la surface de poussée du coussinet suivant l'invention est mieux protégée contre l'usure superficielle. 20 De plus, cette surface de poussée fait partie intégrante du coussinet. L'invention a pour objet un coussinet pour joint universel du type comprenant deux fourches montées pivotantes l'une par rapport à l'autre au moyen de coussinets coiffant les tourillons d'un 25 croisillon et comportant une paroi d'extrémité et une paroi latérale sensiblement cylindrique, ledit coussinet étant caractérisé par un élément annulaire non plan d'un seul tenant avec la face intérieure de la paroi d'extrémité, destiné à venir en contact avec une surface de poussée axiale du tourillon. 50 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés, qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation de l'invention. La fig. 1 est une vue en élévation d'un joiht universel coxapor-35 tant le perfectionnement de l'invention, en partie en coupe. La fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle,de la partie de bras de fourche de l'un des éléments tournants du joint de la figure 1. 72 13358 -4- 213554/ la fig. 3 est une vue partielle d'une partie du joint universel de la figure 2, illustrant le contact initial entre les surfaces de poussée . la fig. 4 est une vue analogue à la figure 3» montrant le 5 contact entre les surfaces de poussée après rodage. La fig. 5 est une vue analogue à la figure 2 d'un autre mode de réalisation de l'invention „ Sur les dessins, et notamment sur les figures 1 à 4, on a représenté un joint universel de type cardan 10 qui comprend deux 10 fourches 12 et 14 qui sont accouplées par un croisillon 16. Chaque fourche 12 et 14 comprend deux bras ou pattes parallèles espacée 18 et 20 qui comportent des ouvertures alignées ou alésages 22. Le croisillon 16 comprend une pluralité de "bras orientés radialeitient vers l'extérieur 24 dont les extrémités extérieures forment des 15 tourillons 26 destinés à pénétrer dans les alésages 22 des bras 18 et 20 et à recevoir des coussinets 28. Chaque coussinet 28 comprend une paroi d'extrémité 30 et une paroi latérale cylindrique 32.Sur la paroi 30 est formée une surface intérieure annulaire non plane 34 qui est destinée à servir de surface de poussée à une surface 20 de poussée coopérante 36 formée sur l'extrémité extérieure du tourillon 26. Les surfaces 34 et 36 sont agencées de manière à être en relation de poussée de façon que les poussées axiales exercées par la surface 36 des tourillons 26 soient transmises directement à la surface de poussée 34 du coussinet. Un anneau d'aiguilles 38 est. 25 disposé circonférentiellement entre les tourillons 26 et la face intérieure de la paroi cylindrique 32 du coussinet 28 afin d'assurer un contact sensiblement dépourvu de frottement entre ces deux pièces. Les tourillons 28 sont maintenus en place par des organes tels qu'un frein d'axe intérieur 40 qui vient se loger dans une 30 gorge annulaire 42 ménagée dans les alésages 22 près de leur extrémité extérieure. La paroi d'extrémité 30 qui obture la partie extérieure du coussinet 28 comporte, au niveau de la surface de poussée 34, des moyens pour maintenir effectivement dans des limites déterminées l'engagement par frottement et pour réaliser une surface de 35 poussée capable de recevoir les poussées axiales exercées par le tourillon 26 sur cette surface. A cet effet, la surface de poussée 34 du coussinet comporte une partie annulaire surélevée concentrique, qui est faite d'un seul tenant avec le coussinet 28. En coupe la partie 44 forme une 72 13358 -5- 2135547 surface qui s'évase en cône vers l'extérieur en s'éloignant de la surface de poussée 36 du tourillon en formant un espace annulaire continu 47 dont la largeur augmente progressivement radialement vers l'extérieur de la surface 36 du tourillon 26.Bien que l'angle de conicité de la partie 44 puisse varier dans certaines limites sans affecter le résultat recherché, en pratique un. angle de 4° convient particulièrement bien. La partie 44 constitue un. siège circulaire de poussée destinée à coopérer avec la surface plate de poussée 36 du tourillon 26.Au moment de leur montage, les coussinets 28 sont disposés autour des tourillons 26 et pressés dans les alésages 22 par tout procédé connu, et les freins d'axe 40 sont mis en place dans les gorges 42 de façon à porter contre la paroi d'extrémité 30 du coussinet 28, pour soumettre les pièces coopérantes à une action de compression afin de produire une déformation suffisante dans l'une des pièces pour qu'après rodage les pièces occupent encore une position relative voulue. Au moment du montage, les surfaces coopérantes de poussée , ont ensemble un contact linéaire indiqué en A sur la fig. 3. Après achèvement de la période normale de rodage, les surfaces coopérantes sent légèrement usées et ont ensemble une faible zone de contact plate telle que représentée sur la figure 4» De cette façon, me fois le rodage terminé, la position relative des pièces est encore de nature exceptionnelle, car une surface de contact minime, indiquée par la zone annulaire B de largeur C existe alors entre les faces coopérantes de poussée. H apparaît clairement que grâce à un tel agencement, le contact superficiel de frottement entre les surfaces coopérantes de poussée est maintenu dans des limites qu'il n'était pas possible d'atteindre jusqu'ici dans les joints universels de ce type. De plus, en limitant autant la zone de contact, on peut réduire l'usure de façon importante, car les particules emprisonnées dans cette zone limitée peuvent en être évacuées beaucoup plus facilement par la pellicule de lubrifiant, pour tomber soit dans l'intervalle ouvert 47 ménagé entre la surface tronconique 34 et là surface d'extrémité 36 ou dans des rainures de graissage 54 formées sur la surface 36 du tourillon 26. Ces particules peuvent également être chassées dans la zone D, au centre de la partie annulaire 44. Ainsi, la conicité ou le boinbage de la partie du coussinet qui sert de butée, procure un moyen efficace pour maintenir dans des 72 13358 -6- 2135547 limites déterminées le frottement et diminuer notablement l'usure dans cette partie du coussinet, par réduction de la zone de contact à une valeur minimale, assurant cependant un contact suffisant pour permettre un fonctionnement correct du cardan. Un joint d'étanchéité 48 vient en contact avec le bord périphérique inférieur de la paroi latérale 32 du coussinet 28, à son extrémité ouverte, et avec une partie adjacente du tourillon 26, de manière à former un montage étanche pour empêcher les fuites de lubrifiant hors du coussinet et la pénétration de poussières à l'intérieur du coussinet. Pour répartir le lubrifiant dans le coussinet à aiguilles et sur les autres surfaces nécessitant un lubrifiant#le croisillon 16 est muni d'un passage d'admission (non représenté) qui part d'un graisseur non représenté disposé au centre du croisillon. Ce passage d'admission coopère avec des passages radiaux 50 ménagés dans les quatre bras 24 du croisillon 16. Chaque tourillon 26 comporte à son extrémité extérieure une ouverture centrale élargie 52 qui communique avec les passages 50 de sorte que le lubrifiant peut être stocké à l'intérieur et, pendant le fonctionnement du cardan, chassé radialement vers l'extérieur dans les rainures 54 taillées dans la surfa;ce de poussée 36 du tourillon. les passages 50, les ouvertures 52 et les rainures 54 permettent au lubrifiant de s'écouler vers les aiguilles 38 et vers les surfaces de poussée du coussinet 28 et du tourillon 26. Avant assemblage, on remplit le coussinet de lubrifiant et pendant le fonctionnement du cardan, cette réserve initiale de lubrifiant sert à lubrifier les surfaces en contact par les passages 50 ménagés dans le croisillon 16 et les rainures 54 taillées dans la surface extérieure % du tourillon 26. le mode de réalisation représenté sur la figure 5 constitue un perfectionnement au coussinet 28 de la figure 1, car la face intérieure de la paroi latérale cylindrique 32 de ce coussinet comporte des moyens supplémentaires pour permettre les déplacements résultant des contraintes qui se produisent dans le système. A cet effet, la face intérieure de la paroi latérale cylindrique 33 comporte une surface bombée 74, qui, en combinaison avec la surface conique de butée 34 sert à répartir la charge plus régulièrement sur toute la portée du tourillon lorsque ce dernier subit un couple excessif qui tend à le déformer. 72 13358 -7- 2135547 la surface bombée 74 se rapproche de façon s ensiblement conique vers 1*intérieur en direction de l'axe du tourillon, de manière à définir des surfaces coniques égales qui se rejoignent en un point situé à mi-distance de la hauteur de la paroi latérale cylindrique 5 32, le plus petit diamètre se trouvant ainsi situé à ce point intermédiaire. G Il est évident que l'espace ouvert 47 qui résulte de la surface conique 34 permet au tourillon 26 et aux aiguilles 38 de se déplacer par rapport au coussinet 28 ( comme représenté en traits in-10 terrompus sur la fig. 5) de sorte que le contact est maintenu avec l'une des surfaces plates définies par la surface bombée 74. On notera que la surface bombée 74 et la surface conique 34 peuvent être usinées en nae seule passe, ce qui réduit le prix de revient du coussinet .Lorsque l'outil est introduit dans le cous-15 sinet pour tourner le bombage de la paroi latérale, on poursuit l'opération jusqu'à ce que la face intérieure de la paroi d'extrémité vienne en contact avec l'outil qui tourne alors cette surface. La présente invention ne s'applique pas uniquement aux joints universels du type utilisant un frein d'axe pour maintenir les 20 coussinets par rapport aux fourches. Elle s'applique également aux divers autres types de montage du coussinet, tels que coussinets et boulons en forme de U ou plaques de fermeture et vis. On a représenté la surface annulaire 34 du coussinet comme ayant une seule surface tronconique, ce qui est particulièrement 25 avantageux lorsque la paroi latérale du coussinet est bombée comme représenté sur la fig.5, mais il est bien évident que d'autres configurations de surface permettent d'atteindre le but fixé par la présente invention .C'est ainsi que la surface 34 peut être constituée par une pluralité de surfaces tronconiques agencées de maniè-30 re à produire un contact initial linéaire simple ou multiple avec la surface de poussée du tourillon. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les ap-35 plications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. 12 13358 2135547 - MVfflJJIOATIOIS - 1.- Coussinet pour joint universel du type comprenant deux fourches montées pivotantes l'une par rapport à l'autre au moyen de coussinets coiffant les tourillons d'un croisillon et comportant une paroi d'extrémité et une paroi latérale sensiblement cylindri- 5 que, ledit coussinet étant caractérisé par un élément annulaire non plan d'un seul tenant avec la face intérieure de la paroi d'extrémité, destiné à venir en contact avec une surface de poussée axiale du tourillon» 2.- Coussinet suivant la revendication l;earactérisé en ce que . 10 la surface de l'élément annulaire s'éloigne en cône vers l'extérieur à partir de son diamètre intérieur. 3.- Coussinet suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface de l'élément annulaire s'éloigne en cône vers l'extérieur à partir de son diamètre intérieur d'un angle d'envi- 15 ron 4° par rapport à la paroi d'extrémité. 4«- Coussinet suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un évidement est ménagé au centre de l'élément annulaire. 5«- Coussinet suivant la revendication 4, caractérisé en ce que 20 1'évidement précité est circulaire. 6.- Coussinet suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la face intérieure de la paroi latérale est "bombée. 7.- Coussinet suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la surface intérieure bombée de la paroi latérale est constituée 25 par deux surfaces tronconiques ayant leurs plus petits diamètres situés entre les extrémités axiales de la paroi latérale. 8.- Cardan comportant un coussinet suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément annulaire tronconique du coussinet vient initialement en contact linéaire avec une sur- 30 face d'absorption de poussée axiale du croisillon du cardan. 9.- Cardan suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément annulaire du coussinet vient ultérieurement en contact avec la surface de poussée du croisillon dans une zone dont la largeur radiale est sensiblement inférieure à la largeur radiale du 35 dit élément annulaire. 10.- Cardan suivant la revendication 9»caractérisé en ce que la largeur radiale de la zone de contact est inférieure à la moitié de la largeur radiale de l'élément annulaire.