Brevet FR2493436A1 — publié le 19820507

Logement de tourillon dans un oeil de fourche d'un joint de cardan, au moyen d'un palier à rouleaux cylindriques La présente invention concerne un logement de tourillon dans un oeil de fourche d'un joint de cardan, au moyen d'un palier à rouleaux cylindriques comprenant un coussinet, constitué par un secteur cylindrique et un secteur de fond fermant ce secteur cylindrique à l'une de ses extrémités et soutenant axialement le tourillon, et au moins deux rangées de rouleaux cylindriques dispo- sées l'une à c6té de l'autre et roulant entre des che- mins de roulement extérieurs dans l'alésage du secteur cylindrique et des chemins de roulement intérieurs sur le tourillon. Il existe déjà dans l'état actuel de la tech- nique un logement de ce genre dans lequel la surface ex- térieure du secteur cylindrique du coussinet est réali- s. en concordance avec les chemins de roulement extéri- eurs dans l'alésage de ce secteur cylindrique, de ma- nière qu'aussi bien la surface extérieure que l'alésage du secteur cylindrique aient une forme cylindrique lisse ou décalée en gradins (demand e e Brevet de la Républi- que i'edérale Allemande D]'-OS 26 25 960).Ainsi, pour former les chemins de roulemuent intérieurs des rouleaux cylindriques, disposes l'un à côté de l'autre, le tou- rillon est reéduit en gradins à son extrémité. Ce loge- ment connu présente 1linconvénient que, en raison de son diamètre relativement réduit et en raison des ten- sions d'entaille (concentration de tension aux gradins) apparaissant à l'épaulement entre les chemins de roule- ment intérieurs du tourillon, l'extrémité de ce dernier est soumise à une forte charge de flexion, ce qui peut entraîner une rupture par fatigue de la matière. I1 en résulte que le tourillon avec des chemins de roulement intérieurs décalés en gradins est comparativement diffi- cile et peu économique à fabriquer. En outre, le coussinet du palier a rouleaux cylindriques de ce logement connu comporte une paroi d'épaisseur uniforme entre le secteur cylindrique à pa- roi épaisse du coussinet et le tourillon, pour loger les rouleaux cylindriques. Pour cette raison, la limite de charge du palier à rouleaux cylindriques est réduite. En augmentant simplement la largeur utile du palier à rou- leaux cylindriques et en disposant des rangées supplé- mentaires de rouleaux cylindriques, ou en utilisant des rouleaux cylindriques plus longs (rouleaux à aiguilles), la limite de charge de ce logement connu peut ê*tre aug- mentée. Mais cela entraîne une augmentation de la lar- geur du logement et une augmentation correspondante du diamètre du joint de cardan, ce qui n'est pas souhaita- ble. Plus particulièrement, la largeur de ce loge- ment connu ne peut pas être augmentée à volonté, car les tourillons du croisillon du joint de cardan seraient fortement réduits, dont affaiblis, et que ce croisillon doit pouvoir être introduit dans les yeux des fourches d'articulation. Un autre logement déjà connu comporte un palier à rouleaux cylindriques avec une rangée dé rouleaux cylindriques longs (rouleaux en aiguilles) pour soutenir le tourillon d'un croisillon: et dans lequel le chemin de roulement intérieur sur le tourillon ou le chemin de roulement extérieur dans l'alésage du secteur cylindri- que est légèrement conique (Brevet de la République Fédérale Allemande NO 1 122 781). Le palier à rouleaux cylindriques comporte une seule rangée de rouleaux. En outre, l'épaisseur de paroi du secteur cylindrique et du secteur de fond du coussinet doit être maintenue compara- tivement épaisse, car les forces axiales s'exerçant du tourillon sur le secteur de fond doivent être transmises à la fourche d'articulation sans déformation nuisible du coussinet. Il en résulte en outre un espace radial plus étroit, disponible entre le tourillon et le coussi- net. Il n'est possible que de monter de minces rouleaux cylindriques (aiguilles), qui dans de nombreuses appli- cations n'offrent qu'une limite de charge trop réduite et/ou imposent une trop grande largeur axiale- L'invention a donc pour objet de proposer un logement de tourillon dans un oeil de fourche d'un joint joint de cardan, utilisant un palier à rouleaux cylindri- ques, du type précité, offrant une limite de charge éle- vée, et néanmoins une largeur utile relativement réduite. En outre, le logement est facile et économique à fabri- quer. Ce résultat est obtenu par le fait que le diamètre du secteur cylindrique du coussinet est constant sur toute la largeur de sa surface extérieure et que dans son alésage, ce secteur cylindrique comporte des chemins de roulement extérieurs décalés en gradins radialement vers l'intérieur, dans la direction du secteur de fond, et que des chemins de roulement intérieurs sont disposés l'un à côté de l'autre, sans décalage sur le tourillon, c'est-à-dire avec le même diamètre. Grâce à cette disposition selon l'invention, le tourillon du croisillon du joint de cardan peut être fabriqué économiquement car il n'y a lieu d'usiner aucun décalage ni épaulement sur ce tourillon. Le tourillon ne subit aucune tension d'entaille, de sorte qu'il offre une forte résistance à la flexion. La rigidité du cous- sinet au voisinage de son secteur de fond est élevée car ce secteur de fond peutêtre réalisé avec une paroi épaisse et que, sur son bord extérieur, il est relié avec une partie du secteur cylindrique, d'une épaisseur de paroi comparable. De fortes forces axiales peuvent donc être transmises de la surface avant du tourillon vers le sec- teur de fond, sans qu'il en résulte une déformation nui- sible du coussinet. Le secteur cylindrique est ouvert sur son côté opposé axialement au secteur de fond. A cet endroit, le secteur cylindrique comporte le ou les chemins de roule- ment extérieurs de plus grand diamètre, de sorte que l'épaisseur de paroi est extrêment faible, donc de l'or- dre de quelques mm seulement. Il en résulte que l'es- pace entre le tourillon et le secteur cylindrique peut tre utilisé de façon optimale pour recevoir des rou- leaux cylindriques plus résistants et de plus grand diamètre, sans que la résistance à la déformation du coussinet en souffre. Grâce à sa limite de charge radiale élevée, la largeur utile du palier à rouleaux cylindriques peut être maintenue réduite, ce qui, avant toute chose, constitue un avantage au montage du palier à rouleaux cylindriques, à l'introduction du croisillon dans les fourches d'un joint de cardan. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le secteur cylindrique du coussinet est soutenu dans l'oeil de fourche, par sa surface extérieure, sur le côté du secteur de fond, et sur toute sa périphérie de manière à ne pas pouvoir céder, tandis qu'il est soutenu sur son côté opposé au secteur de fond, de ma- nière à pouvoir céder partiellement ou élastiquement au moins dans la direction des charges radiales. Cela permet de réaliseé un logement qui peut supporter une légère inclinaison du tourillon par rapport au coussi- net, sans dommage, car la partie de paroi mince du sec- teur cylindrique du coussinet peut céder élastiquement dans la direction de la charge radiale, et que cette charge radiale résultant également d'une inclinaison ou d'un décentrage du tourillon se partage uniformément entre les rangées individuelles de rouleaux cylindri- ques du palier. Une inclinaison de ce genre du tourillon dans un joint de cardan se produit lors de la transmis- sion d'un couple élevé, et par le décentrage élastique réciproque des branches de chacune des fourches com- portant chacune un oeil. 3s5 Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le chemin de roulement intérieur de la rangée ou des rangées de rouleaux cylindriques voisins du secteur de fond du coussinet est légèrement conique radialement vers l'intérieur, vers le secteur de fond. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, le chemin de roulement extérieur de la rangée ou des rangées de rouleaux cylindriques voisins du secteur de fond est légèrement conique radialement vers l'extérieur, vers le secteur de fond. Grâce à ces dispositions, il n'apparait aucune pression oblique dangereuse entre les rouleaux cylindri- ques de la rangée ou des rangées disposées au voisinage du secteur de fond du coussinet et leurs chemins de roulement, lorsque le tourillon adopte une position in- clinée par rapport au coussinet. Les rouleaux cylindri- ques de cette rangée ou de ces rangées, roulent sur un secteur cylindrique de paroi comparativement épaisse au voisinage du secteur de fond renforcé. Une charge faible, avec un couple réduit du joint de cardan est supporté seulement par les bords des rouleaux cylindri- ques opposes au secteur de fond. Dans le cas d'une char- ge plus élevée. et comme cela a été expliqué ci-dessus, les branches de chaque fourche se décentrent réciproque- ment. Les rouleaux cylindriques supportent donc uniformé- mernt la charge sur toute leur longueur de roulement car le chemin de rca.lement tintrier des rouleaux cylindri- ques sur le tourillon eC/ot, le chemin de roulement ex- térieur des rouleaux cylindriques dans l'alésage du sec- teur cylindrique sont légèrement coniques, en correspon- dance avec!'importance de l'angle d'inclinaison du tou- r illon. Ti1 ntll est pas de même pour la rangée de rou- leaux cylindriques qui est disposée sur le coté du sec- teur cylindrique opposé axialcmernt au secteur de fond, donc à l'extrémité ouverte du coussinet. Dans cette ré- gion, le secteur cylindrique est réalisé avec une paroi mince et il est supporté dans l'oeil de fourche de ma- nière à pouvoir céder partiellement ou élastiquement aau moins dans la direc ion d'une charge radiale. Lorsque le tourillon adopte une position inclinée, cetieder- nière est transmise au moins en partie, par les rouleaux cylindriques chargés, à la paroi mince du secteur cylin- drique, pouvant céder élastiquement, de sorte que les rouleaux cylindriques de la rangée ou des rangées corres- pondantes supportent une charge répartie de façon rela- tivement uniformesur leurs surfaces de roulement, et cela aussi bien pour un couple élevé que pour un couple réduit au joint de cardan. Le risque d'apparition de pression surles arêtes est donc évité également pour les rouleaux cylindriques de la rangée ou des rangées disposées sur le côté ouvert du coussinet. Selon une autre caractéristique de l'invention, le coussinet est fabriqué par emboutissage profond et/ou par estampage, sans enlèvement de matière. I1 en résulte que le coussinet est facile et économique à fabriquer. D'autrescaractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui -va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est une coupe longitudinale d'un palier à rouleaux cylindriques monté dans une branche d'une fourche de joint de cardan, la Figure 2 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un palier à rouleaux cylin- driques monté dans une branche de fourche de joint de cardan, et la Figure 3 est une coupe longitudinale d'un autre mode encore de réalisation d'un palier à rouleaux cylindriquesmonté dans une branche de fourche d'un joint de cardan. Sur la Figure 1, la référence 1 désigne une branche de fourche d'articulation d'un joint de cardan, (non représenté). La palier 3 à rouleaux cylindriques est introduit dans uan oeil de fourche 2, réalisé sous la forme d'un alésage cylindrique. Le palier 3 à rou- leaux cylindriques s'appuie axialement dans la branche 1 sur le côté extérieur de la fourche d'articulation, sur un circlip 5 enclenché dans une rainure annulaire de l'oeil de fourche 2. Dans chaque palier 3 à rouleaux cylindriques est supporté un tourillon 6 d'un croisillon (non représenté) de type connu, d'un joint de cardan. Le palier 3 à rouleaux cylindriques comporte un coussinet 7, avec un secteur cylindrique 8 et un sec- teur de fond 9 qui le ferme sur un côté, et deux rangées de rouleaux cylindriques 10, Il sont disposées l'une à côté de l'autre dans le coussinet 7, sans cage dans le cas présent, les rouleaux roulant donc librement à la périphérie du palier 3. Les rouleaux cylindriques 13, 11 roulent entre les chemins de roulement extérieurs cylindriques 12, 13 dans l'alésage du secteur cylindrique 8, et les chemins de roulement intérieurs cylindriques 14, 15 sur le tou- rillon 6. La surface avant du tourillon 6, dans laquelle est encastré un disque 16 d'appui lisse en matière plas- tique élastique imprégné d'un agent lubrifiant, s'appuie axialement contre la surface intérieure plane du sec- teur de fond 9 du coussinet 7. Le diamètre du secteur cylindrique 8 est con- stant, sur toute la largeur de sa surface extérieure 17. Dans son alésage, le secteur cylindrique 8 comporte les chemins de roulement extérieurs 12, 13, décalés en for- mant un épaulement intérieur radial, dans la direction du secteur de fond 9. Etant donné que les chemins de roulement intérieurs cylindriques 14, 15 sont disposés l'un à côté de l'autre, sans décalage sur le tourillon 6, avec le même diamètre, un tourillon 6 entièrement cylindrique, résistant à la flexion est formé. En outre, les rouleaux cylindriques 10 de la rangée voisine du secteur de fond ont un plus petit diamètre que les rou- leaux cylindriques 11 qui sont disposés sur le côté ouvert du tourillon 7, opposé axialement au secteur de fond 9. Dans la région du chemin de roulement extérieur 13 pour les rouleaux cylindriques 11, la paroi du sec- teur cylindrique 8 est extrêmement mince, de sorte que le diamètre des rouleaux cylindriques 11 est maintenu important et qu'ils ont donc en conséquence une limite de charge élevée- Le coussinet 7 est fabriqué à partir d'une bande de métal, par emboutissage profond sans enlèvement de matière, avec une haute précision, de sorte qu'il est possible d'éviter éventuellement tout autre usinage avec enlèvement de matière de ce coussinet, par exemple une rectification des chemins de roulement extérieurs 12, 13- La paroi du secteur de fond 9 et celle de la partie voisine du secteur cylindrique 8 dans la région du chemin de roulement 12 ont une rigidité suffisamment élevée pour qu'il ne se produise aucune flexion nuisi- ble du coussinet 7-quand le tourillon 6 transmet par l'intermédiaire du coussinet une charge axiale sur le circlip 5 dans l'oeil de fourche 2. L'étanchéité de l'intérieur du coussinet 7 par rapport à l'extérieur est assurée par une bague d'étanchéité 18, qui est encastrée à l'extrémité ouverte du coussinet et qui glisse sur le tourillon 6. La Figure 1 montre que, sur le côté du sec- teur de fond, le secteur cylindrique 8 est entièrement soutenu par sa surface extérieure 17 dans l'oeil 2 de la fourche 1. Sur son côté opposé au secteur de fond 9, le secteur cylindrique 8 n'est soutenu que sur une pe- tite largeur de l'oeil 2 dans la direction des charges radiales (charges s'exerçant perpendiculairement au plan de la Figure 1). Les rouleaux cylindriques 11 plus longs que les rouleaux cylindriques 10, donc plus sensibles, ne supportent aucune pression oblique dangereuse, car si le tourillon 6 adopte dans l'oeil de fourche 2 une po- sition légèrement inclinée, la paroi mince du secteur cylindrique 8 du coussinet 7 non soutenue dans l'oeil de fourche 2 peut céder élastiquement dans la direction radiale. De petits écarts d'alignement inévitables du tourillon 6 dans l'oeil 2 de la fourche 1, résultant des tolérances de fabrication ou de déformations élas- tiques des éléments du joint de cardan, sont ainsi ab- sorbées et ne présentent pas d'inconvénient. La Figure 2 représente une variante d'un palier 19 à rouleaux cylindriques, réalisé d'une ma- nière similaire à celle du palier 3 déjà décrit en re- gard de la Figure 1. Ce palier 19 comporte également un coussinet 7 avec un secteur cylindrique 8 et un sec- teur de fond 9 qui le ferme à une extrémité et, dans ce coussinet 7, des rangées de rouleaux cylindriques , Il disposées l'une à côté de l'autre. Le diamètre de la section cylindrique 8 est constant sur toute la largeur de sa surface extérieure 17 et il comporte dans son alésage des chemins de roulement extérieurs 13, 20, décalés en formant un épaulement vers l'intérieur, di- rigé radialement vers le secteur de fond 9. Le touril- lon 6 comporte des chemins de roulement intérieurs 14, , de meme diamètre, disposés l'un à coté de l'autre sans décalage. Mais dans le cas présent, le chemin de rou- lement extérieur 20 du secteur cylindrique 8, qui se trouve près du secteur de fond 9, est légèrement coni- que radialement vers l'extérieur, vers le secteur de fond 9 du coussinet 7. L'angle de conicité > du chemin de roulement extérieur 20 est établi de manière que sous l'effet du couple à pleine charge du joint de cardan et de la déformation élastique correspondante de la branche 1 de la fourche, les rouleaux cylindriques 10 correspondants soient chargés uniformément sur toute leur longueur. Les rouleaux cylindriques 11 disposés à côté des rouleaux cylindriques 10, sur le coté ouvert du coussinet 7, dans la partie à paroi mince du secteur cylindrique 8 roulent sur un chemin de roulement exté- rieur 13 pouvant céder élastiquement dans la direction radiale, et dont la forme est cylindrique. Dans le cas d'une oblicité de l'oeil de fourche 2 par rapport au tourillon 6, les rouleaux cylindriques 11 n'ont pas à subir une forte charge intolérable sur les bords, car le secteur cylindrique 8 dans la région du chemin de roulement extérieur 13 n'est que partiellement appuyé dans l'oeil de fourche 2. Ce secteur cylindrique 8 peut donc fléchir élastiquement dans la direction d'une char- ge radiale (s'exerçant perpendiculairement au plan de la Figure 2). Entre le secteur de fond 9 du coussinet 7 et les côtés 21 des rouleaux cylindriques 10 faisant face à ce secteur de fond 9 est intercalée une bague torique 22 compressible élastiquement, en caoutchouc ou similaire, qui guide latéralement les rouleaux 10. Un anneau d'appui 23, fixé par des vis sur la branche de fourche 1 maintient latéralement le palier à rouleaux l7dans l'oeil de fourche 2. La Figure 3 représente un autre mode encore de réalisation d'un palier 24 à rouleaux cylindriques qui, de même que le mode de réalisation décrit ci- dessus, comporte un coussinet 7 avec un secteur cylin- drique 8 et un secteur de fond 9 qu'il ferme à une ex- trémité, et sur lequel s'appuie axialement le touril- lon 6. Le diamètre du secteur cylindrique 8 est con- stant sur toute la largeur de sa surface latérale 17 et il comporte dans son alésage, des chemins de roule- ment extérieurs 12, 13, décalés en formant un épaule- ment radial vers l'intérieur, dans la direction du sec- teur de fond 9. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 3, le chemin de roulement intérieur 25 de la rangée de rouleaux cylindriques 10 disposée près du secteur de fond 9 du coussinet 7 est légèrement conique radialement vers l'extérieur, avec un angle de conicité d(. Ainsi, les deux chemins de roulement intérieurs 15, sur le tourillon 6 sont disposés l'un à coté de l'autre sans décalage, donc avec le même diamètre. Sur la paroi intérieure du secteur de fond 9 est appliqué un disque 26 d'appui lisse, sur lequel sont guidés aussi bien la surface avant du tourillon 6 que les faces avant 21 des rouleaux cylindriques 10, faisant face au secteur de fond 9. En outre, sur le côté du secteur de fond 9, c'est-à-dire dans la région du chemin de roulement ex- térieur 12, le secteur cylindrique 8 est soutenu rigide- ment sur toute sa périphérie dans l'oeil de fourche 2, sans pouvoir céder. Sur son côté opposé au secteur de fond 9, donc dans la région du chemin de roulement ex- térieur 13, le secteur cylindrique 8 est soutenu sur toute sa périphérie de manière à pouvoir céder élastique- ment par un manchon intermédiaire 27 compressible élas- tiquement en matière plastique ou similaire, qui est logé entre la paroi de l'oeil de fourche 2 et la sur- face extérieure 17 du coussinet 7. Sous l'effet du couple total sur le joint de cardan, les deux yeux de chacune des deux fourches peu- vent se décentrer légèrement dans la direction du touple par la déformation élastique des branches de fourcher. L'inclinaison correspondante du tourillon 6 du croisil- lon n'est pas nuisible, car les rouleaux cylindriques sont chargés uniformément sur toute la longueur, et la déformation élastique du chemin de roulement extérieur 13 des rouleaux cylindriques Il lui permet de s'adapter à cette inclinaison, sans surcharge des rouleaux. Bien entendu, les exemples de Iéalisation qui ont été décrits ci-dessus peuvent être modifiés. En particulier, il est possible de prévoir plus de deux rangées de rouleaux cylindriques dans un coussinet. Dans ce cas, chaque chemin de roulement extérieur des rou- leaux cylindriques dans l'alésage de la section cylin- drique peut être décalé radialement vers l'intérieur en formant des épaulements vers le secteur de fond. Le coussinet du palier à rouleaux cylindriques peut être fabriqué économiquement par étirage et/ou em- boutissage profond dans une bande métallique, bien qu'il puisse aussi être réalisé par enlèvement de matière à partir d'une ébauche de forme annulaire. Au lieu du manchon intermédiaire 27 représenté sur la Figure 3, il est possible d'introduire une "bague de tolérance" élastique (bande d'acier à ressort ondulé) entre la paroi de l'oeil de fourche 2 et la sur- face extérieure 17 du coussinet 7. Il est également pos- sible de prévoir des logements dans la direction radiale dans l'oeil de la fourche, dans la région de la péri- phérie dans laquelle sont transmises les forces radiales, donc dans la direction de la charge radiale, de manière qu'uniquement dans cette région, le secteur cylindrique ne soit pas soutenu radialement. Ces logements peuvent être remplis d'une matière compressible élastiquement, (matière plastique ou similaire), qui transmet une par- tie des forces radiales du chemin de roulement extérieur vers la paroi de l'oeil de fourche, tout en assurant en même temps l'amortissement des vibrations. REVENDICATIONS 1 - Logement de tourillon dans un oeil de four- che d'un joint de cardan, au moyen d'un palier à rouleaux cylindriques comprenant un coussinet, constitué par un secteur cylindrique et un secteur de fond qui le ferme à l'une.de ses extrémités et soutenant axialement le tou- rillon, et au moins deux rangées de rouleaux cylindriques disposées l'une à coté de l'autre et roulant entre des chemins de roulement extérieurs dans l'alésage du secteur cylindrique et des chemins de roulement intérieurs sur le tourillon, logement caractérisé en ce que le diamètre du secteur cylindrique (8) du coussinet (7) est constant sur toute la largeur de sa surface extérieure (17) et que, dans son alésage, ce secteur cylindrique comporte des chemins de roulement extérieurs (12, 13, 20) décalés en gradins radialement vers l'intérieur dans la.direction du secteur de fond (9), des chemins de roulement intérieurs (14, 15, 25) étant disposés l'un à c6té de l'autre, sans décalage, sur le tourillon (6), c'est-à-dire avec le même diamètre. 2 - Logement selon la revendication 1, carac- térise en ce que le secteur cylindrique (8) 'du coussinet (7) est soutenu dans l'oeil de fourche (2) par sa surface extérieure (17) sur le coté du secteur de fond (9) et sur toute sa périphérie de manière a ne pas pouvoir céder, tandis qu'il est soutenu sur les côtés opposés du secteur de fond (9) de manière à pouvoir céder partiellement ou élastiquement, au moins dans la direction des charges ra- diales. 3 - Logement selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le chemin des roulement intérieur (25) de la rangée ou des rangées de rouleaux cylindriques (1O) voisins du secteur de fond (9) du coussinet (7) est lé- gèrement conique radialement vers l'intérieur, vers le secteur de fond. 4 - Logement selon la revendication 2 ou3, caractérisé en ce que le chemin de roulement (20) exté- rieur de la rangée ou des rangées des rouleaux cylindriques (10) voisins du secteur de fond (9) est légèrement conique radialement vers l'extérieur, vers le secteur de fond (9). 5 - Logement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le coussinet (7) est fa- briqué sans enlèvement de matière, par emboutissage profond ou par estampage ou les deux.