Brevet FR2416811A1 — publié le 19790907

La présente invention concerne un dispositif capable d'assurer une transmission de puissance de façon homocinétique entre un arbre menant et un arbre mené. De tels dispositifs sont utilisés en particulier dans des véhicules à traction avant pour transmettre la puissance du moteur aux roues motrices. Ils sont constitués en général d'un arbre sous forme d'une barre ou d'un tube comportant à chaque extrémité un joint de transmission articulé. Or, les moteurs à explosion modernes atteignent un rapport puissance/masse élevé et présentent des régimes de vibrations difficilement réductibles. Pour assurer le confort des passagers le moteur est suspendu à la structure du véhicule par des cales souples afin que les vibrations qu'il engendre ne soient pas pro pagées dans l'ensemble du véhicule. Dans ces conditions, la seule liaison solide pouvant transmettre ces vibrations du moteur à la structure du véhicule sont les arbres de transmission.Cet arbre de transmission peut être considéré comme une poutre rigide et pesante appuyée à ses deux extrémités par ses deux joints articules homocinétiques, d'une part sur le groupe moteur générateur de vibrations, d'autre part, sur le moyeu et le pivot de roue reliés eux-mêmes à la structure du véhicule par les bras de suspension. On peut considérer qu'au moins deux phénomènes vibratoires et sonores peuvent prendre naissan ce 1") mise en résonance des éléments de la caisse du véhicule par les excitations du moteur transmises par l'arbre de transmission 2") résonance de l'arbre lui-même en flexion lorsque les fréquences des vibrations du moteur sont en accord avec sa fréquence propre, amplifiant l'énergi e des oscillations transmises à la caisse. Certains joints homocinétiques connus, tels les joints à tripode procurent en toute circonstance un très libre coulissement qui évite la transmission des composantes axiales des vibrations. Par contre,les composantes radiales de ces vibrations, dirigées perpendiculairement à l'axe de l'arbre une nant ou de sortie du groupe moteur, ne sont pas filtrées. Pour empêcher la mise en résonance de l'arbre et la transmission des vibrations du moteur vers l'habitacle plusieurs palliatifs ont déjà été proposés - accroissement de la rigidité en flexion de l'arbre, obtenue en lui donnant une structure tubulaire de gros diamètre. On a ainsi déplacé la fréquence d'accord vers le haut dans le domaine de 100 à 200 hz environ sans résoudre vraiment le problème car on est alors limité par la masse et l'encombrement acceptables pour le tube - accroissement de la flexibilité de l'arbre,ce qui peut être obtenu en utilisant des barres d'acier à très haute résistance et de faible section. On est là aussi limité par les conditions de résistance et de rigidité en torsion de l'arbre. Par ailleurs, dans ce cas les vibrations de flexion apparaissent à des fréquences plus basses mais n'en sont pas moins gênantes. On a donc essayé de les contrarier au moyen de batteurs accordés sur ces fréquences et constitués par des anneaux massifs suspendus élastiquement au droit du ventre des ondes de flexion. Cependant, de tels batteurs sont encombrants et coûteux et créent souvent d'autres résonances et ne font en fin de compte que déplacer le problème sans procurer d'amélioration très sensible. Le but de cette invention est de réaliser un dispositif de transmission destiné à être intercalé entre un arbre menant et un arbre mené et qui soit capable de réaliser une transmission homocinétique entre ces deux arbres tout en empêchant la transmission des composantes axiales et radiales des vibrations de l'arbre menant. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de transmission homocinétique placé entre un arbre menant ou moteur et un arbre mené ou récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend deux joints articulés adjacents, globalement homocinétiques et dont l'un au moins est coulissant, ces deux joints étant reliés par un organe intermédiaire commun et étant adaptés pour permettre un déplacement radial relatif entre les deux arbres à relier. Suivant d'autres caractéristiques - l'organe intermédiaire est retenu élastiquement par rapport à au moins l'un des deux arbres respectivement menant et mené - les deux joints adjacents sont des joints de type tripode - h et 1 étant les distances respectives séparant les centres des deux joints tripodes adjacents du centre de gravité du dispositif de transmission reliant les deux arbres, et 92 étant égal à Io où Io représente l'inertie de l'organe intermédiaire autour d'un axe perpendiculaire à son axe général et à la direction de déplacement de cet axe général, et passant par le centre de gravité G, et m étant la masse de l'organe intermédiaire, la condition suivante est au moins à peu près remplie h x 1 = - l'organe intermédiaire est un manchon délimitant les chemins de roulement pour les galets des deux Joints tripodes - l'organe intermédiaire est un tronçon d'arbre court portant à ses deux extrémités les tripodes respectifs des deux Joints. L'invention a également pour objet un ensemble de transmission comprenant un arbre de transmission relié à une extrémité à un arbre moteur ou menant, par l'intermédiaire d'ùn dispositif de transmission tel que défini ci-dessus, et à son autre extrémité à un organe entrafhé, par l'intermédiaire d'un autre joint homocinétique articulé. Un tel ensemble est caractérisé de plus en ce qu'il est prévu des moyens de guidage supplémentaires de l'arbre de transmission, ces moyens de guidage pouvant être disposés suivant divers modes de réalisation soit à l'extérieur du dispositif de transmission, soit à l'intérieur de ce dernier. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel - la Fig. 1 représente un ensemble de transmission pour véhicule automobile, réalisé suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue de détail destinée à expliquer le fonctionnement- d'un dispositif suivant l'invention; - les Fig. 4 à 6 sont des vues en coupe longitudinale de trois variantes. On voit sur la Fig. 1 un ensemble de transmission pour véhicule automobile. Dans un tel agencement une roue motrice 1 est reliée à la caisse ou structure 2 du véhicule par des bras articulés 3 et 4. Le groupe moteur 5 est suspendu sur la structure par des cales élastiques telles que 6. Un arbre de transmi ssion 7 est entrais8 à partir d'un arbre menant 8 de sort ie du groupe moto-propulseur, et il entrasse lui-même la roue motrice 1. Un dispositif 10 suivant l'invention est intercalé entre les arbres 7 et 8 tandis que l'arbre 7 est relié à la roue 1 par un joint articulé homocinétique 9. Un palier élastique li maintient l'arbre de transmission 7, ce palier étant relié à la structure du véhicule par un support. 12. On va maintenant décrire plus en détail le dispositif de transmission 10 interposé entre l'arbre 7 et l'arbre moteur 8. Ce dispositif est constitué par deux Joints 20, 30 qui dans l'exemple représenté sont du type à tripode, ces deux joints étant adjacents et reliés par un organe intermédiaire commun 40. Le premier joint 20 comprend un tripode 21 porté par l'arbre menant et dont les trois tourillons portent des galets 22 reçus dans des chemins de roulement 41 rectilignes et de section circulaire délimités par le manchon intermédiaire 40. Le deuxième joint 30 comprend également un tripode 31 solidaire de l'arbre de transmission 7 et portant des galets 32 reçus dans les mêmes chemins de roulement 41 du manchon intermédiaire. De préférence, les galets tourillonnent sur leurs axes par l'intermédiaire d'aiguilles. Le manchon 40 est retenu élastiquement par rapport aux deux arbres 7, 8 au moyen d'une cale élastique 42 maintenue par rapport au manchon par deux joncs élastiques 43 et dont les faces d'extrémité sont en contact a a respectivement avec les extrémités bombées 7 > 8 des deux arbres. Entre le manchon et les deux arbres sont prévus des souffletas d'étanchéité 44, 45. On voit sur la Fig. 2 la forme en section du manchon intermédiaire 40 ainsi que la disposition des tripodes et des galets. Si l'on se reporte maintenant à la Fig. 3 et si l'on désigne par - m la masse du fourreau - Io l'inertie de ce fourreau autour d'un axe passant par le centre de gravité G du joint double et perpendiculaire à l'axe général X-X du fourreau et à la direction de déplacement ; - h et 1 les distances séparant ce centre de gravité G des centres respectifs B, A des deux tripodes Un calcul que l'on ne reproduira pas ici permet de déterminer une condition pour laquelle la force de réaction exercée en B sur l'arbre de transmission 7 est - nulle .Cette condition que l'on peut imposer se traduit par la formule suivante h x 1 =? 2 où p représente le rayon de giration de la masse m pour 2 une inertie Io soit : Io = mp Par ailleurs, si la masse m est petite, des écarts modérés par rapport à cette condition ne procureront que des réactions négligeable en B sur l'arbre de transmission. Le dispositif suivant l'invention autorise grâce à la présence des deux joints adjacents 20, 30, non seulement un coulissement axial extrêmement libre, mais de plus un déplacement radial de l'arbre moteur 8 par rapport à l'arbre de transmission 7, sans réaction radiale inertielle sensible sur l'arbre de transmission. En conséquence, ce dernier ne reçoit pas d'excitation et ne peut donc entrer en résonance. A plus forte raison, il ne peut transmettre de vibrations à la structure par l'intermédiaire du joint 9,du pivot de roue et des bras de suspension. Le problème de confort est ainsi résolu par l'isolement total du groupe moteur relativement à la structure et à l'habitacle du véhicule. Le palier 12 de support de l'arbre de transmission autorise l'oscillation de l'arbre et complète son isolement relativement à la structure qui le supporte. Il est à noter que ce palier peut également être à rotule au lieu d'être constitué par une cale élastique comme représenté à la Fig. 1. A la Fig. 4, est représenté un autre exemple de réalisation dans lequel les deux joints tripodes adjacents 120,130 sont reliés non plus par un manchon mais par un tronçon d'arbre intermédiaire 140 aux deux extrémités duquel se trouvent les deux tripodes 121,131,portant des galets 122,132.Ces derniers sont reçus dans des chemins de roulement 123, 133, rectilignes et de section circulaire,délimités dans des tulipes 124,134 respectivement solidaires de l'arbre menant 8 et de l'arbre de transmission 7.La retenue du tronçon d'arbre intermédiaire 140 est réalisée ici par un soufflet double 141 en élastomère fixé sur le tronçon d'arbre intermédiaire par une partie centrale 142 et enveloppant les tulipes 124 et 134 par deux manchons 143,144.Ce soufflet assure simultanément le maintien du lubrifiant et la protection du mécanisme, en dehors de sa fonction de retenue axiale de l'équipage mobile constitué par l'arbre 140 et les deux tripodes. Le manchon 144 peut remplacer le palier 12 de la Fig. 1 grâce à sa capacité de centrage radial. Dans l'exemple de réalisation de cette Fig. 4, l'annulation des réactions est toujours obtenue en réalisant la condition h 1 = 2 . Cette con- dition est assurée aisément en prolongeant si nécessaire le tronçon d'arbre intermédiaire de part et d'autre des deux tripodes ou à l'extérieur de l'un d'entre eux. Une fois ce résultat obtenu,les distances h et 1 demeurent constantes et indépendantes des mouvements d'élongation ou de télescopage des joints. En effet, ces deux distances sont ici invariables par construction. Dans la version représentée aux Fig. l à 3, compte tenu de la légèreté du manchon intermédiaire on peut affirmer que malgré les légères variations de 1 et h résultant du télescopage du joint, la coupure dynamique recherchée est pratiquement parfaite. On a représenté sur la Fig. 5 une autre variante du premier mode de réalisation, dans laquelle le guidage de l'arbre de transmission 7 est réalisé non plus par un palier relié à la structure du véhicule à l'extérieur b du dispositif de transmission 10, mais par un prolongement 7 de cet arbre b qui est guidé par rapport à une armature 8 solidaire de l'arbre menant 8, avec interposition d'une cale élastique 14. Dans cette version la cale élastique est choisie de façon à procurer une fréquence propre de résonance de l'arbre de transmission plus basse que les vibrations indésirables de l'arbre moteur, pour qu'un tel montage demeure efficace. Il faut également noter que cette cale doit pouvoir supporter sans dommage la charge radiale importante résultant du moment complémentaire et conserver ses caractéristiques de flexibilité radiale. La Fig. 6 représente une version dans laquelle un plot 15 c élastique radialement et axialement est disposé entre un prolongement 7 de l'arbre 7 et le manchon 40 et assure l'alignement du manchon profilé 40 avec l'arbre de transmission 7, tout en procurant par sa flexibilité radiale une fréquence de suspension de l'arbre plus basse que les fréquences gênantes du groupe moteur. La caractéristique de flexibilité radiale de ce plot ainsi d'ailleurs que celle du plot ou de la cale 14 (Fig. 5) peut être non linéaire et avantageusement plus grande pour la position de repos que lorsqu 'une flexion radiale est appliquée, de manière à procurer une basse fréquence de suspension en régime normal de route et pouvoir dans des conditions extrêmes d'angle et de couple élevés accepter la forte charge radiale résultant du moment complémentaire. En variante, le plot élastique pourrait également être placé à gauche du tripode 31 c'est-à-dire à l'extrémité du fourreau et servir ainsi de joint d'étanchéité entre le fourreau et l'arbre. Bien que l'on ait représenté à titre de mode de réalisation préféré l'association dans le dispositif de transmission suivant l'invention de deux joints tripodes coulissants, d'autres variantes peuvent être envisagées, par exemple, l'association d'un joint de transmission à deux galets, reçus dans des chemins de roulements rectilignes , qui procure I a fonction de coulissement, et d'un Joint de cardan qui complète la possibilité de double brisure, ou encore l'association d'un Joint élastique de type connu avec un tripode, ou de deux Joints élastiques capables de transmettre 1 e couple utile. Dans l'application aux véhicules automobiles, l'invention procure un confort grandement amélioré, sans que l'encombrement ni le coQt soient prohibitifs : en effet une pièce telle que le manchon 40 ou le tronçon d'arbre 140 est légère et peu coûteuse et la longueur et le diamètre du joint double peuvent être maintenus dans des limites tout à fait acceptables. Par ailleurs cet agencement bien que de construction légère permet la transmission de couples élevés. - REVENDICATIONS - 1 - Dispositif de transmission homocinétique placé entre un arbre menant ou moteur et un arbre mené ou récepteur, comprenant deux joints articulés adjacents comportant un organe intermédiaire commun, globalement homocinétiques et dont l'un au moins est coulissant, caractérisé en ce que l'agencement des deux joints est adapté pour permettre un déplacement radial relatif entre les deux arbres à relier et en ce que h et 1 étant les distances respectives séparant les centres des deux joints tripodes adjacents du centre de gravité du dispositif de transmission reliant les deux arbres, 2 etJ' étant égal à Io où Io représente l'inertie de l'organe intermédiaire autour d'un axe perpenEculaire à à son axe général et à la direction de déplacement latéral de cet organe, et passant par le centre de gravité G, et m étant la masse de l'organe intermédiaire, la condition suivante est au moins à peu près 2 remplie : h x 1 2 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (40 ; 140) est retenu élastiquement par rapport à au moins l'un des deux arbres. 3 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que, comme connu en soi,les deux joints adjacents sont des joints de type tripode. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que, comme connu en soi, l'organe intermédiaire est un manchon (40) délimitant des chemins de roulement (41) pour les galets (22,32) des deux joints tripodes. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon (40) porte une cale élastique (42) dont les faces d'extrémité sont a a en butée contre les extrémités (7 , 8 ) des deux arbres (7, 8). 6 - Dispositif suivant la revendication 4,caractérisé er ce qu'il est prévu un plot élastique (15) entre le manchon (40) et l'arbre récepteur (7). 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce c que le plot (15) est placé entre le manchon (40) et un prolongement (7 ) de l'arbre (7), s'étendant au-delà du tripode (21) porté par cet arbre. 8 - Dispositif suivant la revendication 4,caractérisé en ce que l'arbre mené et l'arbre menant sont reliés à l'intérieur du manchon, par une cale élastique (14). 9 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire est un tronçon d'arbre court (140) portant à ses deux extrémités les tripodes respectifs (121,131) des deux joints, dont les chemins de roulement (123, 133) sont délimités par des tulipes (124, 134) respectivement solidaires des deux arbres. 10 - Dispositif suivant la revendication 9,caractérisé en ce que la retenue du tronçon d'arbre intermédiaire (140) est réalisée par un soufflet double (141) en élastomère,fixé sur le tronçon d'arbre intermédiaire par une partie centrale (142) et enveloppant les tulipes (124,134) par deux manchons (143,144). 11 - Ensemble de transmission, notamment pour véhicule automobile, comprenant un arbre de transmission relié à une extrémité à un arbre moteur ou menant, par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission homocinétique articulé, et à son autre extrémité à un organe entraidé, par l'intermédiaire d'un joint homocinétique articulé, caractérisé en ce que le dispositif de transmission homocinétique articulé est tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12 - Ensemble de transmission suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens assurant un guidage radial souple, de l'arbre de transmission (7). 13 - Ensemble de transmission suivant la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un palier (11) élastique ou à rotule porté par un support (12) relativement fixe. 14 - Ensemble de transmission suivant la revendication 12,caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une cale élastique interposée entre,d'une part, l'arbre de transmission (7) et, d'autre part, soit un élément (40) du dispositif homocinétique articulé, soit l'extrémité de l'arbre menant (8).