Brevet FR2497549A1 — publié le 19820709

Joint universel de transmission, et procédé de fabrication d'un tel joint. L'invention est relative à un joint universel de transmission du genre de ceux qui comprennent un élément extérieur, solidaire d'un premier arbre, présen- tant une cavité sphérique à l'intérieur de laquelle sont réalisées des rainures, un élément intérieur solidaire d'un deuxième arbre et présentant une surface externe sur laquelle sont également réalisées des rainures en nombre égal à celles de l'élément extérieur, ledit élément inté- rieur étant placé dans cet élément extérieur, des organes roulants, telsque des billes, étant disposés dans les lo- gements formés par les couples de rainures de l'élément extérieur et l'élément intérieur, ces organes roulants étant retenus dans les fenêtres d'une cage disposée entre l'élément intérieur et l'élément extérieur. L'invention a pour but, surtout, de rendre les joints universels du genre en question tels qu'ils répon- dent mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tels qu'ils soient d'une réali- sation plus simple et plus économique, tout en assurant un bon fonctionnement. Selon l'invention, un joint universel du genre défini précédemment est caractérisé par le fait que l'élément intérieur présente, sur sa surface extérieure, une portion de surface cylindrique située sensiblement dans la région médiane selon la direction axiale dudit élément, cette portion de surface cylindrique étant pro- longée de part et d'autre, par des portions de surface sphérique destinées à épouser la surface intérieure égale- ment sphérique de la cage. De préférence, la portion de surface cylindrique s'étend suivant la direction axiale, au moins sensiblement jusqu'au plan, orthogonal à l'axe de l'élément intérieur, contenant les points des fonds des rainures de cet élément les plus éloignés de l'axe. Généralement, la section du fond des rainures de l'élément intérieur par un plan passant par l'axe de cet élément, est formée par un arc de cercle ayant son centre sur l'axe dudit élément, ce centre étant décalé par rapport à celui des portions de surface sphérique de la surface extérieure de cet élément; dans ce cas, la portion de surface cylindrique s'étend axialement au moins sensi- blement jusqu'au plan orthogonal à l'axe de l'élément intérieur passant par le centre desdits arcsde cercle. L'invention concerne, également, un procédé pour réaliser un tel joint universel, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'élément intérieur est ob- tenu par forgeage précis, par exemple à froid ou mi-chaud, avec deux matrices présentant un plan de joint unique or- thogonal à la direction axiale de l'élément intérieur. Ce plan de joint est, de préférence, confondu avec le plan orthogonal à l'axe de l'élément intérieur qui contient les points des fonds des rainures les plus éloignés de l'axe. On peut prévoir un traitement de cémentation et de trempe de l'élément intérieur, après le forgeage de cet élément. Une opération finale de rectification de l'élément intérieur est généralement effectuée. L'invention consiste, mises à part les dispo- sitions exposées ci-dessus, en certaines autres disposi- tions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit en détail avec référence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ce dessin, est une coupe axiale d'un joint universel conforme à l'invention. La figure 2, enfin, illustre schématiquement un procédé de fabrication de l'élément intérieur du joint, cet élément étant représenté avec parties arrachées. En se reportant au dessin, notamment à la fi- gure 1, on peut voir un joint universel de transmission comprenant un élément extérieur ou bol 1, solidaire d'un premier arbre 2 et présentant une cavité sphérique 3 de centre O, dans laquelle sont réalisées des rainures ou gorges toriques 4. Ce joint comprend également un élément inté- rieur ou noix 5, solidaire d'un deuxième arbre 6, présen- tant une surface externe 7 sur laquelle sont réalisées des rainures ou gorges 8 en nombre égal à celles de l'élément extérieur 1. Ces rainures 8 ont un plan de symétrie pas- sant par l'axe de la noix 5. Le joint universel comprend, enfin, des organes roulants, tels que des billes 9, disposés dans les loge- ments formés par les couples de rainures 4, 8 de l'élément extérieur et de l'élément intérieur. Ces organes roulants 9 sont retenus dans les fenêtres 10 d'une cage 11, disposée entre l'élément intérieur 5 et l'élément extérieur 1. Une gaine d'étanchéité 12 est, en outre, prévue entre le bol 1 et le second arbre 6. L'élément intérieur 5 présente, sur sa surface extérieure, une portion 13 de surface cylindrique située sensiblement dans la région médiane, selon la direction axiale, dudit élément. Cette portion 13 est de révolution autour de l'axe de l'élément 5; elle est prolongée, de part et d'autre suivant la direction axiale, par des por- tions de surface sphérique 14, 15, destinées à épouser la surface intérieure 16, également sphérique de la cage 11. Les portions de surface sphérique 14, 15 ont leur centre confondu avec celui de la surface intérieure 16 de la cage Il lorsque la cage est montée sur cet élément 5. Ce centre est situé sur l'axe de l'élément 5. La surface extérieure 17 de la cage 11 est également sphérique, de même centre que la surface inté- rieure 16; lorsque l'ensemble du joint est monté, les centres de la surface 17,de la surface 16 et des portions 14 et 15 sont confondus avec le centre O de la cavité sphérique 3. Chaque rainure 8 est torique; la section du fond d'une rainure 8 par un plan de symétrie passant par l'axe A de l'élément 5 est un arc de cercle C ayant son centre 1 situé sur l'axe de l'élément 5, ce centre 1 étant décalé d'une distance d par rapport au centre O des portions de surface sphérique 14, 15. Les points tels que b des fonds des rainures 8 les plus éloignés de l'axe de l'é- lément 5 sont situés à l'intersection de l'arc de cercle C et du plan P1 passant par le centre Q1 et orthogonal à l'axe de l'élément 5. La portion de surface cylindrique 13 s'étend axialement jusqu'à ce plan P1, d'un premier coté du plan P passant par le centre O et orthogonal à l'axe de l'élément 5. La portion de surface cylindrique 13 s'étend symétri- quement de l'autre coté du plan P. jusqu'au plan P2 (fig.2) situé à une distance d du plan P. La longueur axiale de la surface cylindrique 13 est donc égale ou sensiblement égale à 2d. Lorsque le montage de la noix (ou élément) 5 à l'intérieur de la cage Il a été réalisée, des espaces E (fig. 1) sont formés entre la portion de surface cylin- drique 13 et la surface intérieure 16 de la cage. Ces es- paces E constituent des réserves de lubrifiant et per- mettent d'assurer une bonne lubrification entre l'élément 5 et la cage 11, et donc un bon fonctionnement du joint. L'élément intérieur 5 peut être réalisé par forgeage précis, par exemple à froid ou à mi-chaud (lors d'un forgeage à mi-chaud, la pièce à forger est amenée à une température de l'ordre de 700WC à 800WC). Le forgeage est assuré au moyen de deux matrices simples MI, 212, sché- matiquement représentées sur la figure 2 et qui s'appli- quent l'une contre l'autre suivant un plan de joint unique Q orthogonal à la direction axiale de l'élément 5 et situé dans la zone de la portion de surface cylindrique 13; de préférence, le plan Q passe par le centre 1 et est donc confondu avec le plan P1. Les empreintes des matrices correspondent aux formes complémentaires de celles des parties à réaliser de l'élément intérieur 5. Il est à noter qu'un tel procédé de fabrica- tion est possible grâce à la présence de la portion de surface cylindrique 13. En effet, cette surface 13 cons- titue le lieu des points de la surface extérieure de l'élément 5 les plus éloignés de l'axe de cet élément. En adoptant un plan de joint Q confondu avec le plan P1. il est possible d'extraire la noix 5 des deux matrices puisque ce plan passe également par les points b, des fonds de rai- nures 8, les plus éloignés dudit axe. Il n'en serait pas de même si la surface exté- rieure de l'élément 5 était formée par une portion de sur- face sphérique continue, de la zone 14 à la zone 15; dans ce cas, en effet, les points de cette surface les plus é- loignés de l'axe de l'élément 5 seraient situés dans le plan P; la ligne de joint de matrice pour le forgeage d'un tel élément, devrait passer alternativement du plan P au plan Pl, ce qui nécessiterait des matrices présentant des dents et qui seraient beaucoup plus compliquées et plus coûteuses que dans le cas de l'invention. L'élément intérieur 5 de l'invention obtenu par forgeage présente une surépaisseur de matière d'en- viron 3/1Oème de millimètre sur les rainures ou pistes 8 et sur sa surface extérieure. Cette surépaisseur est en- levée, après un traitement classique de cémentation et de trempe, par rectification. L'importance de la por- tion cylindrique 13 est ainsi amenuisée et son existence dans la région médiane de la noix 5 ne nuit pas au cen- trage de la noix dans la cage 11; ce centrage est réa- lisé par les portions de surface sphérique 14, 15 qui coopèrent avec la surface intérieure 16 de la cage. Une telle solution ne nécessite aucune opéra- tion d'usinage supplémentaire. Il n'en serait pas de même dans le cas d'une réalisation par forgeage précis, par l'utilisation de deux matrices à extrémités planes, mais dont le plan de joint serait confondu avec le plan P. La surface extérieure de l'élément 5 présen- terait alors une surépaisseur locale qu'il serait néces- saire de supprimer par une opération de tournage avant les opérations de cémentation et de trempe, afin que l'épais- seur du traitement soit maintenue sur toute la surface extérieure. Il est à noter que la dépouille nécessaire à la sortie des matrices, notamment pour la matrice M2 forgeant la portion cylindrique 13, est très faible-; cette dépouille disparaîtra lors de la rectification. L'élément intérieur 5 de l'invention peut donc être facilement réalisé par forgeage précis. Il en résulte un gain de matière sensible par rapport au procédé classi- que d'usinage par enlèvement de matière, et donc une économie. La réserve de graisse de lubrification formée par les espaces E permet d'éviter les grippages. 7 2497549 REVENDICATIONS 1. Joint universel de transmission, comprenant un élément extérieur, solidaire d'un premier arbre, présen- tant une cavité sphérique à l'intérieur de laquelle sont ré- alisées des rainures, un élément intérieur solidaire d'un deuxième arbre et présentant une surface externe sur laquelle sont également réalisées des rainures en nombre égal à celles de l'élément extérieur, ledit élément intérieur étant placé dans cet élément extérieur, des organes roulants, tels que des billes, étant disposés dans les logements formés par les couples de rainure de l'élément extérieur et de l'élément intérieur, ces organes roulants étant retenus dans les fe- nêtres d'une cage disposée entre l'élément intérieur et l'élément extérieur, caractérisé par le fait que l'élément intérieur (5) présente, sur sa surface extérieure, une por- tion (13) de surface cylindrique située sensiblement dans la région médiane selon la direction axiale dudit élément, cette portion de surface cylindrique étant prolongée de part et d'autre par des portions de surface sphérique (14, 15) destinées à épouser la surface intérieure (16) également sphérique de la cage. 2. Joint universel de transmission selon la re- vendication 1, caractérisé par le fait que la portion (13) de surface cylindrique s'étend, suivant la direction axiale, au moins sensiblement jusqu'au plan (P1) orthogonal à l'axe de l'élément intérieur contenant les points (b) des fonds (C) des rainures (8) de cet élément les plus éloignés de l'axe. 3. Joint universel selon la revendication 2, dans lequel la section du fond des rainures de l'élément intérieur par un plan passant par l'axe de cet élément est formée par un arc de cercle ayant son centre sur l'axe du- dit élément, ce centre étant décalé par rapport à celui des portions de surface sphérique de la surface extérieure de l'élément, caractérisé par le fait que la portion (13) de surface cylindrique s'étend axialement au moins sensible- ment jusqu'au plan orthogonal (P1) à l'axe de l'élément intérieur passant pas le centre (O1) desdits arcs de cercle 8 2497549 (C). 4. Joint universel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la portion (13) de surface cylindrique s'étend axialement de part et d'autre du plan orthogonal à l'axe de Pélément intérieur (5) et passant par le centre (0) des portions de surface sphérique (14, 15). 5. Joint universel selon l'ensemble des reven- dications 3 et 4, caractérisé par le fait que la portion (13, de surface cylindrique a une longueur axiale égale ou sen- siblement égale à deux fois la distance (d) séparant le centre (01) des sections en arc de cercle (C) des fonds des rainures (8) du centre (0) des portions de surface sphérique (14, 15). 6. Procédé de fabrication d'un Joint universel selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé par le fait que l'élément intérieur (5) est obtenu par forgeage précis, notamment à froid ou mi-chaud, avec deux matrices (M1, M2) présentant un plan de joint unique (Q) orthogonal à la direction axiale de l'élément intérieur. 7. Procédé selon la revendication 6, caracté- risé par le fait qu'on fait subir un traitement de cémentation et de trempe à l'élément intérieur (5) après le forgeage de cet élément. 8. Procédé selon la revendication 7, caracté- risé par le fait qu'on fait subir une opération finale de rectification à l'élément intérieur (5).