Brevet FR2479925A1 — publié le 19811009

L'invention a trait à un croisillon à tourillons pour joint de cardan en croix, par exemple du genre connu notamment par le bre- vet ouest-allemand DE-AS 28 25 556. Le croisillon à tourillons du type connu se compose d'un moyeu ou noyau central et de quatre tourillons radiaux disposés en règle générale dans un plan commun et opposés deux par deux suivant deux axes perpendiculaires entre eux. Un tel croisillon à tourillons est généralement réalisé en acier estampé et seules les extrémités des tourillons, en substance, sont usinées après estampage pour recevoir des paliers à roulement ou à glissement. En outre, le croisillon à tourillons du type connu comporte un alésage central perpendiculaire au plan de coupe contenant les axes des tourillons. L'application du couple de rotation au croisillon à tourillons s'effectue à partir d'une des deux fourchettes articulées opposées qui forment avec le croisillon le joint de cardan proprement dit, cette fourchette transmettant le couple de rotation sous forme d'une force périphérique. Le couple est transmis à travers les deux au- tres tourillons à la seconde fourchette. Cela se traduit essentielle- ment par une sollicitation en flexion de ces tourillons, dans le sens transversal de leur section circulaire. Par conséquent, étant donné que le couple de rotation n'est pas transmis par un organe analogue à un noyau central, comme dans le cas d'une roue, puisqu'il est absorbé et re-transmis par les tourillons, la contrainte s'e- xerce dans le sens horaire pour une paire de tourillons et dans le sens anti-horaire pour l'autre paire de tourillons. Donc, à chaque tourillon correspond un tourillon adjacent ou voisin qui, lors de l'application d'un couple de rotation, subit une déformation dans le sens contraire. Ainsi, la plus forte sollicitation locale que subit le matériau se produit dans la zone de raccordement entre le tourillon et le moyeu du croisillon à tourillons. Cette contrainte est encore plus forte lorsque ce moyeu central présente un alésage axial. Dans la réalisation connue d'un tel croisillon à tourillons, ce qui est défavorable, c'est que la contrainte exercée sur cet en- droit peut être tellement élevée, que la capacité de transmission du couple de rotation du croisillon à tourillons est inférieure à celle des parties restantes du croisillon qui participent à cette transmission du couple. Le problème que vise à résoudre la présente invention consiste -2- à réaliser un croisillon à tourillons, muni d'un alésage central, de telle sorte que, pour des dimensions principales données, la con- trainte exercée sur le matériau soit inférieure à ce qu'elle était jusqu'à présent. Ce problème est résolu suivant la présente invention grâce aux solutions exposées ci-après. La Demanderesse a constaté que la forme donnée au raccord entre d'une part la section circulaire des tourillons et le noyau ou moyeu massif du croisillon à tourillons, et d'autre part les tourillons voisins, présente une importance par- ticulière. De plus, surtout lorsqu'il existe un alésage, on constate un accroissement considérable de la sollicitation en traction dans la zone de raccordement. Un tel alésage axial central traversant le croisillon à tourillons est nécessaire par exemple pour l'exécution d'un organe de commande d'un dispositif d'arrêt tournant. Toutefois, le plan de séparation ou de joint de la matrice d'estampage se trouve juste dans le coin formé entre deux tourillons. Le chanfrein nécessaire de la surface diminue jusqu'à une mince ba- vure de faible section. A travers cette bavure passent les lignes de tension qui se concentrent donc fortement dans cette faible sec- tion. Par conséquent, la zone soumise aux plus fortes sollicitations en traction se trouve dans la partie offrant la plus petite section transversale. Cela conduit à un risque accru d'efforts excessifs ou de surcharge, qu'accompagne une déformation plastique et l'appa- rition de fissures. Suivant la présente invention, le croisillon à tourillons est pourvu, audit raccord entre deux tourillons adjacents, d'une gorge orientée dans le sens axial. Cette gorge se trouve plus près du cen- tre du croisillon et délimite une zone déterminée de la partie for- mant le noyau ou le moyeu du croisillon. Elle résulte donc d'un en- lèvement volontaire de matière. Cela a pour effet d'élargir la zone de raccordement entre deux tourillons adjacents. Il s'ensuit, sous charge, une "déviation" adéquate des lignes de tension dans une zone plus large. L'avantage qui en découle réside essentiellement dans le fait que c'est non seulement la zone du tourillon qui est tournée vers le tourillon adjacent qui est sollicitée, mais aussi et surtout des zones situées plus profondément dans la section transversale du tourillon, lesquelles participent aux efforts de traction et/ou de flexion. En augmentant la distance par rapport au diamètre extérieur -3- du tourillon, on dispose d'une plus forte section transversale, ce qui se traduit par un effet de renforcement ou de contrefort, ainsi que, dans l'ensemble, par une meilleure résistance à la flexion. Les lignes de tension sont repoussées dans des zones plus profondes des tourillons et du moyeu du croisillon. On parvient ainsi à reculer considérablement la limite admis- sible de la charge appliquée par le couple de rotation, et, dans le cas d'un croisillon à tourillons pourvu d'un alésage central, à compenser totalement les pertes de résistance, de telle sotte que, dans un croisillon à tourillons réalisé de cette façon, on obtient une capacité de charge par le couple de rotation qui équivaut à celle d'un croisillon à tourillons sans alésage.. Un concept complémentaire de l'invention réside dans le fait que la gorge formée entre deux tourillons adjacents n'a pas seule- ment l'aspect d'une surface latérale cylindrique, mais aussi celui d'une surface extérieure cintrée, torique et continue. On peut aussi la réaliser sous forme d'un arrondi composé de plusieurs surfaces réunies. Pour la fabrication, il est plut8t préférable d'effectuer un usinage de la gorge, composée d'une surface extérieure convexe du genre torique, symétrique par rapport au plan commun contenant les axes de tourillons, à laquelle se raccordent également de façon symétrique par rapport au plan de symétrie précité, avec une incli- naison déterminée par rapport à l'axe longitudinal du croisillon, des surfaces en forme d'enveloppe cylindrique, disposées de chaque côté de la surface torique. Par conséquent, le raccordement du noyau non-usiné avec les tourillons fera moins obstacle au fluage du métal lors de l'estampage, et sera exempt d'amorces de ruptures (entailles). On décrira maintenant un exemple-type de réalisation de l'in- vention en se référant au dessin annexé, sur lequel: La FIGURE 1 montre une vue de face d'un croisillon à touril- lons, en regardant dans le sens de l'axe du croisillon; La FIGURE 2 est une coupe partielle faite suivant la ligne II-II de la Figure 1; La FIGURE 3 est une vue de face du croisillon à tourillons tel qu'il se présente après un usinage complémentaire, en regardant dans le sens de l'axe, et La FIGURE 4 est une coupe partielle faite suivant la ligne IV-IV de la Figure 3. -4- Les Figures 3 et 4 comportent les mêmes signes de référence que les Figures 1 et 2, dans la mesure o ils désignent des éléments correspondants. La Figure 1 montre le croisillon à tourillons 1, qui comprend essentiellement un noyau ou moyeu central 2 et quatre tourillons radiaux 3, 4, 5 et 6, ainsi qu'un alésage central 7. L'invention s'applique également, bien entendu, à un croisillon à tourillons ne comportant pas d'alésage central. Ce qui ressort en particulier, c'est la présence d'une gorge 8 creusée jusqu'à une profondeur re- lativement importante entre les tourillons. Les flèches 9 indiquent une direction possible d'application des contraintes au tourillon, ce qui prouve que les gorges 8 situées entre les tourillons 4 et 5, et aussi entre les tourillons 3 et 6, sont soumises dans ce cas à des sollicitations alternées particulièrement élevées. Lorsque la charge est appliquée dans le sens des flèches 9a, c'est entre les tourillons 3 et 4, et entre les tourillons 5 et 6, que se produisent les contraintes les plus fortes. La Figure 2 montre une coupe faite à travers le noyau ou moyeu 1 dans la zone de la gorge 8. On a indiqué en 10 le contour que présente la zone de raccordement entre deux tourillons adjacents en l'absence des mesures préconisées par la présente invention. C'est à l'intérieur de la section contenue dans:ce contour 10 que se trouve la zone qui subit la contrainte maximale. Grâce à la pré- sence de la gorge par exemple en forme de surface cylindrique- ayant un rayon R, ce sont des zones à plus grande section trans- versale du noyau 2 qui sont intéressées par les contraintes de traction. La Figure 3 montre une vue d'un croisillon 20 qui -comporte un usinage plus élaboré dans la zone de la gorge 18, en regardant dans le sens de l'axe de rotation. A la différence de la Figure 1, on a représenté ici comment l'arrondi de la gorge 18, de rayon R', s'étend sur la face frontale visible du croisillon à tourillons, dans la zone d'angle formée entre deux tourillons adjacents. La Figure 4 montre l'usinage de la gorge 18 dont la partie centrale se trouve dans la zone 12 d'une surface torique centrée en 14, ce point pouvant également et éventuellement constituer le cen- tre de l'ensemble du croisillon à tourillons 20. A cette surface se raccordent de manière tangente et de chaque côté des surfaces en forme d'enveloppe cylindrique qui couvrent les zones 11 et 13 symétriquement par rapport au plan commun contenant les axes des tourillons. Ces surfaces en forme d'enveloppe cylindrique s'obtiennent chacune, et de préférence par usinage par enlèvement de métal à l'ai- de d'un outil, par exemple une fraise, dont l'angle de coupe comprend le rayon R'. Le croisillon à tourillons sera déplacé par rapport à l'outil (ou inversement) de telle sorte qu'on formera d'abord, par enlèvement de métal, la surface en forme d'enveloppe cylindrique, par exemple celle de la zone 11. Ensuite, l'outil ou le croisillon à tourillons sera déplacé autour du centre 14 pendant un usinage complémentaire qui, par un mouvement angulaire de la valeur de 2a, formera la surface torique de la zone 12. En faisant ensuite avancer l'outil en ligne droite dans la zone 13, on obtiendra la seconde surface d'enveloppe cylindrique disposée symétriquement par rapport à la première. Par un usinage continu on obtient ainsi des raccords ou con- gés réguliers, c'est-à-dire sans paliers ni plis, entre les surfaces extérieures des zones 11 et 12 et aussi 12 et 13, ce qui assure une répartition uniforme des contraintes de traction sur une section relativement large. -6- REVEND ICATIONS 1. Croisillon à tourillons pour joint de cardan en croix, fa- briqué par estampage, et composé d'un moyeu central et de quatre tourillons radiaux dont les axes sont essentiellement contenus dans un plan commun, ce croisillon étant caractérisé en ce que sur le moyeu, en regardant dans le sens de l'axe du croisillon, le contour extérieur du raccord ou congé situé entre deux tourillons adjacents est formé par un arrondi grâce à l'usinage d'une gorge par enlève- ment de métal. 2. Croisillon à tourillons selon la Revendication 1, carac- térisé en ce que la partie formant ladite gorge est constituée par une surface d'enveloppe cylindrique. 3. Croisillon à tourillons selon l'une ou l'autre des Reven- dications 1 ou 2, caractérisé en ce que le croisillon comporte un alésage formé le long de son axe. 4. Croisillon à tourillons selon l'une ou l'autre des Reven- dications 1 ou 3, caractérisé en ce que la gorge formée entre deux tourillons adjacents est arrondie sous forme d'une surface extérieure torique et convexe. 5. Croisillon à tourillons selon l'une ou l'autre des Reven- dications 1 ou 3, caractérisé en ce que la gorge, vue en coupe lon- gitudinale faite suivant un angle de 45 degrés entre deux tourillons adjacents, est composée d'un assemblage comprenant une zone centrale qui constitue une partie d'une surface torique, et de deux zones la- térales disposées symétriquement de part et d'autre de ladite zone centrale et qui font toutes deux partie d'une même surface extérieure cylindrique. 6. Croisillon à tourillons selon la Revendication 5, carac- térisé en ce que l'axe des surfaces extérieures cylindriques, qui constituent les deux parties latérales de la gorge, est incliné d'environ 15 degrés par rapport à l'axe longitudinal du croisillon a tourillons. 7. Procédé de fabrication d'un croisillon à tourillons selon la Revendication 5, caractérisé en ce que la gorge composée de plu- sieurs zones situées entre deux tourillons adjacents est obtenue par usinage à l'aide d'un outil dont l'angle de coupe présente un rayon R', et que l'opéiation d'usinage comporte les phases suivantes; a) on déplace l'outil en ligne droite le long d'un axe incliné suivant l'angle indiqué par rapport à l'axe *2479925 -7 - longitudinal du croisillon à tourillons; b) on déplace angulairement l'outil par rapport au croi- sillon à tourillons pendant l'usinage suivant l'angle (2a) précité, autour d'un axe de pivotement parallèle à l'axe de rotation du croisillon à tourillons, et c) on déplace l'outil en ligne droite le long d'un axe incliné suivant la moitié de l'angle (2a) précité par rapport à l'axe longitudinal du croisillon à touril- lons.