Brevet FR2487460A1 — publié le 19820129

Articulation pour des arbres ou similaires transmettant un couple dans les deux sens La présente invention concerne une articulation pour des arbres ou similaires transmettant un couple dans les deux sens, et comprenant un élément d'articulation extérieur avec une surface intérieure essentiellement sphérique, un élément d'articulation intérieur avec une surface extérieure essentiellement sphérique, l'un de ces éléments comportant une surface sphérique lisse et l'autre comportant plusieurs encoches dirigées axiale- ment, réparties sur la circonférence, avec des flancs in- dcinés s'ouvrant vers l'extérieur, et des éléments de roulement disposés dans les encoches entre les éléments d'articulation, et guidés dans des logements d'une cage, également disposée entre les éléments d'articulation. Il existe déjà une articulation de ce genres dans laquelle les éléments de roulement sont disposés individuellement dans chaque logement d'une cage (Demande de brevet de la République Fédérale AllEnande 2 219 868). Cette articulation connue impose pour sa fabrication un usinage très précis des encoches de l'élément d'arti- culation extérieur ou intérieur, et de l'alésage ou de la surface extérieure sphérique de cet élément, pour qu'un contact sans glissement des éléments de roulement soit obtenu entre l'élément d'articulation extérieur et l'élément d'articulation intérieur et qu'un couple élevé puisse être transmis avec sécurité. Il en résulte que la fabrication de cette-articulation connue n'est pas toujours économique. En outre, avec cette articula- tion connue, il se produit un léger jeu angulaire au changement de sens du couple, car à ce changement de sens, chaque élément de roulement se déplace du flanc incliné d'un côté de l'encoche correspondante vers le flanc incliné opposé de l'autre côté de cette même en- coche. Ce jeu angulaire peut provoquer des chocs et des bruits de roulement, ce qui n'est pas souhaitable. 2487460- L'invention a donc pour objet de proposer une articulation pour des arbres ou similaires transmettant un couple dans les deux sens, du type mentionné ci- dessus, qui fonctionne sans jeu angulaire au changement de sens du couple, et qui peut ainsi supporter des cou- ples élevés. En outre, l'articulation doit pouvoir être fabriquée par des moyens économiques. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que deux éléments de roulement sont disposés dans un même logement dela cage, et que entre ces deux éléments de roulement, un dispositif sous précontrainte applique élastiquement ces éléments de roulement, dans des sens circonférentiels opposés, contre les flancs respectifs de l'encoche correspondante. Grâce à cette disposition selon l'invention, parmi les deux éléments de roulement disposés dans un même logement de la cage, l'un transmet le couple dans un sens et l'autre transmet le couple dans l'autre sens entre l'élément d'articulation extérieur et l'élément d'articulation intérieur. En même temps, l'articula- tion fonctionne sans jeu angulaire au changement de sens du couple, car à ce moment il ne se produit aucun déplacement des éléments de roulement dans les encoches de l'élément d'articulation extérieur ou intérieur En outre, l'articulation est mobile angulairement, c'est-à-dire que l'élément d'articulation extérieur peut s'incliner par rapport à l'élément d'articulation intérieur: à savoir une inclinaison de l'axe de l'ar- bre accouplé avec l'élément d'articulation extérieur par rapport à l'axe de l'arbre accouplé avec l'élément d'articulation intérieur. Au moment d'une inclinaison, les éléments de roulement roulent le long de l'encoche correspondante de l'élément d'articulation extérieur ou intérieur sans perdre le contact en appui dans l'encoche et le contact à frottement sur la surface intérieure sphérique de l'élément d'articulation exté- rieur ou la surface extérieure de l'élément d'articu- lation intérieur. La surface intérieure sphérique de l'élément d'articulation extérieur ou la surface extérieure sphérique de l'élément d'articulation intérieur,, fai- sant face à la surface prévue avec les encoches, peut être fabriquée de façon comparativement simple et éco- nomique, car elle peut être réalisée avec des toléran _ ces relativement larges sur le diamètre. Mais aussi, la surface extérieure de l'élément d'articulation intérieur ou la surface intérieure de l'élément d'articulation extérieur, prévue avec des encoches, est économique à fabriquer car la distance réciproque entre les flancs inclinés de chaque encoche n'a pas à être respectée exactement. Au contraire, cette distance peut varier dans une large mesure, car le dispositif élastique sous contrainte entre deux éléments de roulement de chaque rangée amène toujours ces deux éléments de roulement en contact en appui sur les flancs inclinés, s'ouvrant vers l'extérieur, des encoches. Il est en outre possible de tolérer des dila- tations thermiques différentes entre l'élément d'arti- culation extérieur et l'élément d'articulation inté- rieur qui peuvent résulter en fonctionnement de tem- pératures différentes des éléments d'articulation ex- térieur et intérieur. Dans le cas d'une plus grande dilatation thermique de l'élément d'articulation inté- rieur, il ne se produit pas de coincement nuisible des éléments de roulement entre les deux éléments d'articulation car ils peuvent se déplacer légèrement dans la direction circonférentielle contre la force du dispositif élastique sous précontrainte. D'une façon similaire, dans le cas d'une plus grande dilatation thermique de l'élément d'articula- tion extérieur, le dispositif élastique sous pré- contrainte interdit l'apparition d'un jeu radial nui- sible des éléments de roulement entre l'élément d'ar- ticulation extérieur et l'élément d'articulation in- térieur. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la suite. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs élastiques consistent en des ressorts métalliques. Ces dispositifs élastiques consistent donc en des pièces mécaniques simples, comme des ressorts en disque ou des ressorts hélicoïdaux. Ces ressorts peuvent être introduits de façon simple entre des surfaces fron- tales de deux éléments de roulement se faisant face dans la direction circonférentielle, s'appuyant élastique- ment contre ces surfaces frontales. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, les dispositifs élastiques peuvent consister en des pièces intermédiaires d'une matière compressible élastiquement, par exemple une matière plastique. Ces pièces intermédiaires peuvent être fabriquées économi- quement, par exemple par moulage par injection- Il est en outre possible de maintenir radialement les pièces intermédiaires dans la surface intérieure de l'élément d'articulation extérieur., sur la surface extérieure de l'élément d'articulation intérieur et/ou à la pé- riphérie des éléments de roulement, en les entourant partiellement, et de les guider en coulissant le long des parois des logements de la cage. Les pièces inter- médiaires peuvent être enclenchées élastiquement entre des éléments de roulement correspondants et dans les logements de la cage, de manière que les éléments de roulement ne puissent sortir radialement de la cage quand l'élément d'articulation extérieur ou l'élément d'articulation intérieur est séparé ou basculé (sous- ensemble auto-maintenu des éléments de roulement, des pièces intermédiaires et de la cage). Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, les deux éléments de roulement de chaque loge- ment sont disposés dans une même encoche de la surface intérieure de l'élément d'articulation extérieur ou de la surface extérieure de l'élémEt d'articulation in- térieur. Il en résulte que relativement peu d'encoches sont usinées dans la surface intérieure de l'élément d'articulation extérieur ou la surface extérieure de l'élément d'articulation intérieur, ce qui apporte une autre simplification de la fabrication. Selon une autre caractéristique encore de l'in- vention, la surface intérieure sphérique de l'élément d'articulation extérieur est concentrique avec la sur- face extérieure sphérique de l'élément d'articulation intérieur. Il en résulte que des encoches dans la sur- face intérieure de l'élément d'articulation extérieur sont concentriques par rapport au centre de cette sur- face sphérique, de sorte que la profondeur des encoches dans cette surface peut être constante. Des encoches de profondeur constante dans la surface intérieure ou dans la surface extérieure peuvent être usinées par des moyens économiques. Selon une autre caractéristique enfin de l'in- vention, pour la transmission de la charge axiale, aussi de la surface intérieure sphérique de l'élément d'articulation extérieur quedela surface extérieure sphérique de l'élément d'articulation intérieur, la cage est adaptée pour épouser ces deux surfaces, en coulissant en rotation. Une transmission de force axiale est ainsi assurée de l'élément d'articulation extérieur, par la cage, vers l'élément d'articulation intérieur, de sorte que les éléments de roulement dans la cage sont déchargés au moins partiellement de la réception de forces axiales et peuvent ainsi trans- metre des couples comparativement élevés s'exerçant dans la direction circonférentielle, sans risque de surcharge. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La Figure 1 est une coupe longitudinale d'une articulation d'arbres transmettant un couple dans les deux sens, avec deux éléments de roulement sphériques dans chaque logement de la cage, la Figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne A-A de l'articulation de la Figure 1, la Figure 3 est une coupe d'un ressort métal- lique remplissant la fonction d'un dispositif élasti- que avec deux éléments de roulement sphériques asso- ciés, la Figure 4 est-une coupe longitudinale suivant la ligne B-B du ressort métallique de la Figure 3, la Figure 5 est une coupe d'un ressort métal- lique modifié, servant de dispositif élastique avec deux éléments de roulement sphérique associés, la Figure 6 est une coupe longitudinale suivant la ligne C-C du ressort métallique de la Figure 5, la Figure 7 est une coupe longitudinale de la cage des Figures 1 et 2, démontée, la Figure 8 est une coupe longitudinale d'une articulation modifiée avec deux rangées d'éléments de roulement sphériques, la Figure 9 est une vue de face dans la direc- tion de la flèche D de l'articulation de la Figure 8, mais sans l'élément d'articulation extérieur, la Figure 10 est une coupe longitudinale de la cage de la Figure 8 démontée, la Figure 11 est une coupe transversale d'une articulation modifiée avec des éléments de roulement en barillets, la Figure 12 est une lvue de face d'une pièce intermédiaire servant de dispositif élastique dans l'articulation de la Fig. 11, la Figure 13 est une vue de côté de la pièce intermédiaire représentée sur la Figure 12 et la Figure 14 est une coupe transversale par- tielle d'une autre variante d'articulation avec une rangée d'éléments de roulement en barillets. Sur la Figure 1, la référence 1 désigne un élément d'articulation extérieur, comportant une sur- face intérieure 2 en forme de sphère creuse. A l'inté- rieur de l'élément d'articulation extérieur 1, est disposé l'élément d'articulation intérieur 3 qui com- porte une surface extérieure 4 sphérique, et qui est fixé sur l'arbre 6 sans pouvoir tourner par rapport à lui, au moyen de cannelures 5. Des éléments de roulement 7 sphériques sont disposés entre les éléments d'articulation extérieurs et intérieurs 1, 3. Comme le montre la Figure 7, deux éléments de roulement 7 sont maintenus dans un même logement 8 d'une cage 9. Les logements 8 respectifs sont distribués à la périphérie de la cage 9 en forme d'anneau. Les deux flancs 10 de chaque encoche 11 sont inclinés, en s'ouvrant vers l'extérieur. Dans une di- rection circonférentielle, les éléments de roulement 7 sont en contact d'appui sur les flancs 10 des enco- ches 11 de l'élément d'articulation intérieur 3, et en contact à frottement sur la surface intérieure sphéri- que 2 de l'élément d'articulation extérieur 1. Parmi les deux éléments de roulement 7 se trouvant dans cha- que logement 8, l'un assure la transmission de la for- ce circonférentielle d'un couple dans un sens tandis que l'autre de ces deux éléments de roulement 7 assure la transmission de la force circonférentielle s'exer- çant dans l'autre sens entre l'élément d'articulation extérieur 1 et l'élément d'articulation intérieur 3. Pour la transmission d'une charge axiale entre les éléments d'articulation extérieur et intérieur 1, 3, la cage 9 est adaptée pour épouser aussi bien la. surface intérieure sphérique 2 de l'élément d'articula- tion extérieur 1 que la surface extérieure sphérique de l'élément d'articulation intérieur 3, de manière à être maintenue en pouvant coulisser en rotation entre l'élément d'articulation extérieur 1 et l'élément d'ar- ticulation intérieur 3. En même temps, la cage 9 main- tient centrésl'un par rapport à l'autre 1' élément d'articulation extérieur 1 et l'élément d'articulation intérieur 3. Entre les deux éléments de roulement 7 de chaque logement est disposé un dispositif élastique sous précontrainte, à savoir dans le cas des Figures 1 et 2, une pièce intermédiaire 12 en une matière com- pressible élastiquement, par exemple une matière plas- tique imprégnée d'un agent lubrifiant. La pièce inter- médiaire 12 pousse réciproquement les deux éléments de roulement 7, dans la direction circonférentielle, con- tre les flancs respectifs 10 de l'encoche 1l correspon- dante, de sorte que ces éléments de roulement 7 sont poussés élastiquement entre un flanclO et la surface intérieure sphérique 2. Par conséquent, le sens du couple à transmettre peut s'inverser sans qu'il faille absorber un jeu entre les éléments de roulement 7 et leurs position de contact sur les éléments d'articula- tion 1, 3. Au lieu des pièces intermédiaires 12 en ma- tière plastique, il est possible comme le montrent les Figures 3 et 4 et/ou les Figures 5 et 6, de monter dans l'articulation des Figures 1 et 2, des ressorts métalliques 13 ou 14 comme dispositif élastique, ces ressorts étant enclenchés de manière à se maintenir d'eux-mêmes entre les deux éléments de roulement 7 sphériques de chaque logement 8 de la cage 9. Le res- sort représenté sur les Figures 3 et 4, en acier à ressort similaire, enclenche un élément de roulement 7 sphérique dans chaque ouverture ronde 15 d'une bran- che de ce ressort 13, qui est réalisé sous la forme d'un ressort plat, incurvé en forme circulaire. Le ressort 14 représenté sur les Figures 5 et 6, est réalisé sous la forme d'une agraphe en section transversale. Chacune des branches du ressort 14 cow - porte un logement 16 embouti en forme de calotte, dans lequel s'enclenche un élément de roulement 7 sphérique correspondant, en produisant une déformation élastique du ressort 14 cédant à la flexion. Aussi bien les pièces intermédiaires 12 que les ressorts métalliques 13, 14 sont guidés par leurs surfaces latérales 17 coulissant sur les parois latéra- les 18 du logement 8 de la cage 9 (Fig. 7). Les Figures 8 et 9 représentent une variante d'une-.articulation pour des arbres (non représentés) transmettant un couple dans les deux sens, et qui com- porte deux éléments de roulement 7 sphériques disposés l'un à côté de l'autre dans la direction axiale. L'élé- ment d'articulation extérieur 1 comporte également une surface intérieure 2 sphérique, et l'élément d'articula- tion intérieur 3 comporte une surface extérieure 4 sphérique, dans laquelle sont usinées les encoches 11 dirigées axialement. Les éléments d'articulation 1, 3 sont ainsi réalisés de la même manière que les éléments d'articulation des Figures 1 et 2. L'articulation représentée sur les Figures 8 et 9, comporte une cage 19 à parois comparativement minces, guidée seulement sur la surface extérieure 4 sphérique de l'élément d'articulation intérieur 3, ne transmettant aucune force axiale entre l'élément d'articulation extérieur 1 et l'élément d'articulation intérieur 3 (voir Figure 10). Deux éléments de roulement 7 sont disposés axialement l'un à côté de l'autre, dans un même loge- ment 20 de la cage 19. Sous l'effet d'une charge axiale de l'élément d'articulation extérieur, dans la direc- tion de la flèche 21 de la Fig. 8, les éléments de rou- lement 7 du côté gauche sont chargés, et transmettent cette charge axiale de l'élément d'articulation exté- rieur 1 vers l'élément d'articulation intérieur 3. Sous l'effet d'une charge axiale dans la direction op- posée, les éléments de roulement 7 représentés à droite sur la Figure absorbent la charge axiale. Dans le cas présent, le dispositif élastique consiste en deux ressorts en disque 22 normaux, disposés l'un contre l'autre, enclenchés entre deux éléments de roulement 7 de chaque logement 20 de la cage 19, dispo- sés l'un à côté de l'autre dans la direction circonfé- rentielle, de manière que ces éléments de roulement 7 soient poussés élastiquement et alternativement dans la direction circonférentielle contre les flancs respectifs des encoches ll correspondantes. La Figure ll représente une autre variante d'une articulation pour des arbres (non représentés) transmettant un couple dans les deux sens, comportant des éléments de roulement 23 en barillets, qui sont dis- posés entre l'élément d'articulation extérieur 1 et l'élément d'articulation intérieur 3. Deux éléments de roulement 23 sont disposés dans un même logement 24 de la cage 25. Entre deux de ces éléments de roulement 23, est enclenchée une pièce intermédiaire 26 en matière plastique élastique, qui engage les éléments de roulement 23 par leurs surfaces frontales 27 dirigées l'une vers. l'autre, et qui les pousse élastiquement dans la direction circonférentielle contre les flancs respectifs 28 de l'encoche correspondante 29 pour l'élément d'articulation intérieur 3. La pièce intermédiaire 26 comporte en outre sur ses deux côtés faisant face aux éléments de roulement correspondants, un téton 30 et une partie intermédiaire 31 cylindrique, entre lesquels sont disposés des disques d'arrêt 32 réalisés en une seule pièce, et pouvant fléchir élastiquement. Les- deux éléments de roulement 23 disposés dans un logement 24 de la cage 25 sont maintenus ferme- ment par des tétons 30 des pièces intermédiaires 26 qui pénètrent chacun dans un trou borgne 33 d'une face d'un il élément de roulement 23, de manière que les axes de ro- tation des deux éléments de roulement se trouvent dans la direction circonférentielle, donc à peu près tangen- tielles à la surface intérieure sphérique 2 de l'élément d'articulation extérieur et à la surface extérieure sphé- rique 4 de l'élément d'articulation intérieur 3. La Figure 14 représente une articulation d'ar- bres (non représentés) transmettant un couple dans les deux sens, qui, comme l'articulation représentée sur la Figure 11, comporte des éléments de roulement 23 en ba- rillets, qui sont disposés entre l'élément d'articula- tion extérieur 1 et l'élément d'articulation intérieur 3. Là également, deux éléments de roulement 23 sont disposés dans un même logement 24 de la cage 25. Les deux sur- faces frontales opposées l'une.à l'autre des deux élé- ments de roulement 23 comportent également chacune un trou borgne 33. Les trous borgnes 33 des deux éléments de roulement 23 sont alignés entre eux et reçoivent un ressort hélicoldal 34 commun qui remplit la fonction de dispositif élastique précontraint, poussant les élé- ments de roulement 23 à l'opposé l'un de l'autre dans la direction circonférentielle, contre les flancs res- pectifs 28 de l'encoche 29 correspondante. Bien entendu, des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, dans des articulations avec deux ou plusieurs éléments de roulement voisins axialement, deux de ces éléments de roulement peuvent être disposés l'un derrière l'autre dans la direction circonférentielle dans un même loge- ment de la cage, ces deux éléments de roulement voisins axialement étant séparés l'un de l'autre par une tra- verse du logement de la cage afin qu'ils ne puissent entrer en contact l'un avec l'autre. -Il est également possible d'usiner les en- coches dirigées axialement, avec des flancs inclinés s'ouvrant vers l'extérieur, dans la surface intérieure de l'élément d'articulation extérieur, plutôt que dans la surface extérieure de l'élément d'articulation inté- rieur. Dans ce cas, les éléments de roulement sont en contact d'appui dans la direction circonférentielle dans les encoches de l'élément d'articulation extérieur, et en contact à frottement sur la surface extérieure sphérique de l'élément d'articulation intérieur. Enfin, les deux éléments de roulement d'un logement peuvent être disposés dans une encoche indi- viduelle (non la même) de la surface intérieure de l'élément d'articulation extérieur ou la surface exté- rieure de l'élément d'articulation intérieur. REVENDICATIONS 1 - Articulation pour des arbres ou similaires, transmettant:un couple dans les deux sens, et comprenant un élément d'articulation extérieur avec une surface in- térieure essentiellement sphérique, un élément d'articu- lation intérieur avec une surface extérieure essentielle- ment sphérique, l'une de ces surfaces étant sphérique lisse et l'autre étant réalisée avec plusieurs encoches dirigées axialement, réparties sur la circonférence, avec des flancs inclinés s'ouvrant vers l'extérieur, et des éléments de roulement disposés entre ces éléments - d'articulation, dans les encoches, et guidés dans des logements d'une cage également disposée entre ces élé- ments d'articulation, articulation caractérisé en ce que deux éléments de roulement(7, 23)sont disposés dans un même logement 8, 20, 24 de la cage(9, 19, 25) et que, entre ces deux éléments de roulement(7, 23) est disposé un dispositif élastique (12, 13, 14, 22, 26, 24)précon- traint, appliquant ces éléments de roulement à l'opposé l'un de l'autre dans la direction circonférentielle contre les flancs respectifs (10, 28)de l'encoche corres- pondante (l, 29). 2 - Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif élastique est con- stitué par un ressort métallique(13, 14, 33). 3 -Articulation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le dispositif élastique est constitué par une pièce intermédiaire(12, 13, 14, 22, 26)en ma- tière compressible élastiquement, par exemple en matière plastique. 4 Articulation selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisée en ce que les deux éléments de roulement(7, 23) de chaque logement sont disposés dans une même encoche (11, 29) de la surface intérieure (2) del'élément d'articulation extérieur (1)ou de la surface extérieure (4) de l'élément d'arti- culation intérieur (3). - Articulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la surface intérieure sphérique (2) de l'élément d'articulation ex- térieur (3) est disposé concentriquement avec la surface extérieure sphérique (4) de l'élément d'articulation in- térieur (3). 6 - Articulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que, pour transmettre la charge axiale aussi bien de la surface intérieure sphérique(2)de l'élé- ment d'articulation extérieur(l) que de la surface exté- rieure sphérique (4) de l'élément d'articulation inté - rieur (3), la cage (9) est adaptée pour épouser, en cou- lissant en rotation, ces deux surfaces (S, 4).