Brevet FR2511393A1 — publié le 19830218

La présente invention concerne un procédé de trempe de l'élément intérieur et/ou extérieur et de la cage d'un joint à rotule, dans lequel la surface extérieure de l'élément intérieur et la surface intérieure de l'élément extérieur sont munies de chemins de roulement pour le logement de billes transmettant le couple et guidées dans la cage. Des procédés sont connus pour la trempe de bagues de joints de Cardan (cf par exemple la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le N O 28 17 167) Il est usuel d'utiliser des inducteurs symétriques Un inconvénient de cette solution réside dans le fait que la profondeur de trempe augmente quand la distance de l'in- ducteur à la pièce diminue Il en résulte une faible profondeur dans le cas d'une grande distance entre l'inducteur et la pièce Ce comportement est rigoureusement inverse de celui exigé par la fonction d'un joint. Des pressions hertziennes élevées apparaissent dans le chemin de roule- ment; il n'existe toutefois qu'une faible profondeur de trempe par rap- port au chemin de la cage. Dans un joint à rotule, le contact ponctuel produit une charge ponctuelle très élevée entre les billes et les chemins de roulement Des pointes de charge de 4000 Nm/mm 2 doivent être absorbées, de sorte que la formation de piqûres risque d'entraîner une défaillance de l'ensemble du joint. Un frottement élevé et une charge sur toute la surface doivent être absorbés aux points de contact entre la cage et les surfaces de gui- dage de l'élément intérieur ou extérieur du joint Cette charge superfi- cielle produit une faible pression surfacique et par suite uniquement une usure sous forme d'abrasion. Dans les joints actuels, ces inconvénients sont compensés par une réalisation massive non seulement de l'élément intérieur, mais aussi de l'élément extérieur Un inconvénient de cette solution réside dans le fait que l'usinage d'un matériau massif et compact rend l'ensemble du joint coûteux et lourd; les masses non suspendues sont en outre importantes. Le poids doit être réduit en particulier sur le châssis d'un véhicule. Les grandes déformations de trempe imposent en outre une rectification. Dans le cas d'une cage à paroi mince, une trempe profonde sur toutes les faces produit une section tenace très petite La ténacité totale de la 11393 pièce est donc réduite. L'invention a pour objet un procédé de trempe de pièces minces ou de pièces ne devant pas subir de traitement après la trempe, avec de faibles déformations et juste les profondeurs de trempe requises, de façon que les charges différentes apparaissant dans un joint puissent être absorbées, les déformations de trempe soient réduites et les pièces minces ne soient pas trempées à coeur. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les points de contact entre les billes et les chemins de roulement ou la cage sont trempés partiellement à l'aide d'un inducteur de forme, à une profondeur importante par rapport à l'épaisseur de paroi de la pièce; et les points de contact entre la cage et l'élément intérieur ou extérieur du joint sont munis d'une couche anti-usure et mince par rapport à l'épaisseur de paroi de la pièce. La trempe partielle présente l'avantage de faibles déformations Le risque de trempe à coeur de pièces minces est évité, de même par suite que le risque d'éclatement de l'élément extérieur du joint en particulier sous une forte sollicitation en marche La cage présente avec ce procédé une meilleure ténacité d'ensemble Une rectification après trempe peut être supprimée. Un tel procédé est particulièrement avantageux dans le cas de joints à chemins de roulement sans dépouille, car l'inducteur de forme peut être introduit axialement dans l'élément extérieur ou sur l'élément intérieur du joint Une trempe partielle est réalisable économiquement avec une faible consommation d'énergie et en outre une faible retouche. Selon une autre caractéristique de l'invention, la mince couche antiusure est réalisée par un revêtement, une trempe superficielle ou un traitement thermochimique de surface. L'application d'un tel procédé à couche mince permet une plus longue durée de vie, car les phénomènes d'usure de ces pièces par un frottement accru sont diminués Les pièces sont réalisables dans un matériau massif ou composite, selon les exigences de l'application Le revêtement est par exemple réalisé par chromage dur, nickelage, enduction plastique ou dépôt non métallique Dans ce dernier cas, il s'agit d'un dépôt organique (matière plastique par exemple) ou minéral (carbtre de 11393 silicium par exemple). La trempe superficielle peut s'effectuer par induction, au chalumeau, par impulsions, bombardement électronique ou au laser On appelle traite- ment thermochimique de surface la boruration, la chromisation, la nitru- ration ou la cémentation Les traitements thermochimiques par diffusion offrent l'avantage de rendre l'ensemble de la pièce résistante à l'usure, par exemple des dentures ou d'autres parties de cette pièce. Afin d'agir uniquement aux endroits o cela est fonctionnellement nécessaire, et selon une autre caractéristique importante de l'invention, la mince couche anti-usure n'est réalisée que partiellement sur les parties sollicitées des portées, par exemple par trempe au laser, trempe par bombardement électronique, projection au pistolet, revêtement plas- tique ou dép 8 t d'une couche minérale. Selon une autre caractéristique de l'invention, la profondeur de trempe des points de contact à trempe profonde est au moins triple de celle des autres points de contact entre deux parties correspondantes du joint. Ce procédé étant essentiellement destiné à des pièces minces, les parties à trempe profonde sont ici celles d'au moins 0,5 mm, de sorte que les procédés à couche mince correspondent à une épaisseur minimale de 0,05 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exemples de réalisation préférentielle et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe d'un joint; la figure 2 est une coupe partielle de l'élément extérieur du joint avec chemins de roulement; la figure 3 est une coupe partielle d'un élément intérieur du joint avec les chemins de roulement correspondants; la figure 4 est une coupe simplifiée du joint selon figure 1, avec indica- tion des zones de trempe; la figure 5 est la coupe longitudinale d'une cage; et la figure 6 représente le développement partiel de la cage selon figure 5. Le joint homocinétique selon figure 1 est essentiellement constitué par l'élément extérieur 1 et l'élément intérieur 2 Les éléments extérieur 1 et intérieur 2 sont munis de chemins de roulement 3 et 4 pour ie logement 11393 des billes 5 qui transmettent le couple Une cage 6, dans la fenêtre 7 de laquelle les billes sont maintenues, est guidée entre les éléments extérieur 1 et intérieur 2 du joint. Les chemins de roulement 3 et 4 vus en coupe longitudinale ne pré- sentent pas de dépouille L'élément extérieur 1 du joint est produit par formage d'une tôle L'alésage central 8 de l'élément intérieur 2 du joint sert de logement à l'arbre moteur et la denture 9 ainsi que l'alésage 10 de l'élément extérieur 1 du joint sont également prévus pour la fixation sur une pièce appropriée Un soufflet, non représenté par raison de clarté, assure l'étanchéité de l'intérieur du joint. La figure 2 est une coupe partielle de l'élément extérieur 1 du joint, les chemins de roulement 3 logeant les billes 5 de transmission du couple Les surfaces hachurées représentent les points de contact 11 à trempe profonde, par lesquels les billes 5 prennent appui sur les chemins de roulement 3 en fonctionnement Ces surfaces subissent une trempe profonde car des pressions surfaciques très élevées y sont pro- duites par le contact ponctuel entre une bille et le chemin de roulement. La courbe en points et tirets représente la surface de contact 12 de l'élément extérieur 1 du joint, assurant le guidage de la cage 6 Cette surface de contact 12 est constituée par une mince couche anti-usure. Elle est soumise à un frottement élevé, car la cage présente ici un contact surfacique, de sorte que la pression surfacique est faible, mais le frot- tement est élevé La figure 3 représente l'élément intérieur 2 du joint avec ses chemins de roulement 4 logeant les billes 5 Les surfaces hachurées représentent également les points de contact 11 à trempe profonde, car la bille présente ici un appui ponctuel et la pression surfacique est élevée dans cette zone La courbe en points et tirets représente la surface de contact 12 de l'élément intérieur 2 du joint, assurant le guidage de la surface intérieure de la cage 6 La surface de contact 12 faisant également une pression surfacique inférieure à celle des surfaces de contact 11, mais un frottement élevé par suite du guidage de la cage. La figure 4 est une coupe simplifiée du joint selon figure 1. L'élément extérieur 1 du joint présente sur le chemin de roulement 3 une surface hachurée, qui correspond au point de contact 11 à trempe profonde. Elle s'étend sur toute la longueur axiale du chemin de roulement 3 La 11393 bille 5 est en outre indiquée schématiquement sur la figure 4 Dans l'élément intérieur 2 du joint, les points de contact Il à trempe pro- fonde s'étendent également sur toute la longueur axiale des chemins ua roulement 4 Les zones en points et tirets sont les surfaces de contact 12 des éléments intérieur 2 et extérieur l du joint assurant le guidage de la cage Cette dernière n'est pas représentée sur la figure 4. La figure 5 représente une cage 6 dont les points de contact 11 vus en coupe longitudinale présentent une trempe profonde; les minces surfaces de contact 12 anti-usure se trouvent également sur les faces intérieure et extérieure de la cage 6 La figure 6 représente le dévelop- pement partiel d'une cage 6, dont la fenêtre 7 est munie de points de con- tact 11 à trempe profonde, comme le montre également la figure 5 en coupe longitudinale La face extérieure de la cage 6 est réalisée en surface de contact 12. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 11393 Revendications 1 Procédé de trempe de l'élément intérieur et/ou extérieur et de la cage d'un joint à rotule, dans lequel la surface extérieure de l'élément intérieur et la surface intérieure de l'élément extérieur sont munies de chemins de roulement pour le logement de billes transmettant le couple et guidées dans la cage, ledit procédé étant caractérisé en ce que les points de contact ( 11) entre les billes ( 5) et les chemins de roulement ( 3) ou la cage ( 6) sont partiellement trempés à l'aide d'un inducteur de forme, à une profondeur importante par rapport à l'épaisseur de paroi de la pièce; et les points de contacts ( 12) entre la cage ( 6) et l'élément intérieur ( 2) ou extérieur ( 1) du joint sont munis d'une couche ( 12) anti-usure et mince par rapport à l'épaisseur de paroi de la pièce. 2 Procédé de trempe selon revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince et anti-usure est réalisée par un revêtement, une trempe superficielle ou un traitement thermochimique de surface. 3 Procédé de trempe selon revendication 1, caractérisé en ce que la couche ( 12) mince et anti-usure n'est réalisée que partiellement sur les parties sollicitées des portées, par exemple par trempe au laser, trempe par bombardement électronique, projection au pistolet, revêtement plas- tique ou dépôt d'une couche minérale. 4 Procédé de trempe selon revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de trempe des points de contact ( 11) est au moins triple de celle des autres points de contact ( 12) entre deux parties correspondantes du joint.