Brevet FR2512139A1 — publié le 19830304

L'invention concerne un joint universel homocinétique, ou joint de cardan, et plus particulièrement un joint universel à double articulation. Les joints universels ou joints de cardan homocinétiques, utilisés au niveau de l'arbre de direction des automobiles sont nécessaires pour réduire au maximum le jeu périphérique et le jeu axial ; ainsi, les joints qui font appel à des rotules ne conviennent pas a une utilisation dans ces arbres de direction ; de même, les joints universels cruciformes, qui conduisent à des variations de couple selon l'angle de travail, ne conviennent pas. C'est pourquoi des joints universels à double articulation ont été mis au point et utilisés dans la pratique.Un joint universel à double articulation de ce genre se compose de deux arbres tournants,solidaires de tourillons s'étendant radialement, avec deux tourillons pour chaque arbre tournant, en des positions symétriques et contiguës à leur extrémité frontale, chacun de ces tourillons supportant un rouleau ajusté à chaque tourillon de façon à pouvoir tourner autour. En outre, une rotule formée à l'extrémité avant de l'un des arbres s'ajuste dans un alésage cylindrique formé à l'extré- mité frontale de l'autre arbre. Un organe de manchon, formé avec des chemins de roulement s'étendant axialement et destinés à recevoir les rouleaux des arbres, possède des évidements sphériques dans ses surfaces intérieures opposées, dans lesquelles sont ajustées des saillies sphériques se trouvant sur les arbres, ce qui fixe les déplacements, tant radiaux qu'axiaux, des arbres. La puissance est transmise d'un arbre à l'autre par l'intermédiaire de l'organe de manchon, tandis que les rouleaux subissent un roulement et une oscillation entre l'organe de manchon et les tourillons selon le déplacement angulaire du joint (Figs. 30 et 31). Le joint universel classique à double articulation conduit à un jeu périphérique, à moins que l'on ait réduit autant que possible le jeu entre les chemins de roulement se trouvant sur l'organe de manchon et les rouleaux se trou- vant sur les tourillons ; il faut donc une grande précision d'usinage, laquelle se maintient difficilement en cours d'utilisation.En outre, pour limiter les mouvements radiaux et axiaux des arbres, les saillies sphériques se trouvant sur les arbres sont ajustées dans des évidements sphériques, et entourées de ces derniers, lesquels sont formés dans les surfaces intérieures opposées de l'organe de manchon cependant, cet arrangement exige un certain jeu entre les évidements sphériques du manchon et les saillies sphériques des arbres ; si ce jeu n'existait pas, les pièces seraient difficiles à assembler, et il y aurait peu d'espoir que le joint fonctionne sans problème. Le jeu nécessaire, bien que faible dans le sens radial, est tellement important dans le sens axial qu'il risque de créer un jeu axial dans le joint, avec comme conséquence des vibrations et du bruit. En outre, dans le joint universel à double articulation, la transmission de puissance entre l'organe de manchon et les arbres s'effectue par l'intermédiaire des rouleaux, qui sont montés d'une manière rotative sur les tourillons se trouvant sur les arbres du joint, par l'intermédiaire de roulements à aiguilles ou assimilé. Cependant, cet arrangement exige un grand nombre de pièces, ce qui conduit à une augmentation du coût et exige plus de temps et de maind'oeuvre pour le montage, tout en devant en outretêtre amélioré du point de vue du rendement du travail. Dans le joint universel classique i double articulation, on applique un traitement thermique aux chemins de roulement se trouvant dans l'organe de manchon, chemins qui sont les zones de contact avec les rouleaux. Cependant, comme l'organe de manchon se présente sous la forme d'un organe profilé, le traitement thermique conduit i une déformation du manchon, ce qui diminue la précision finale et crée un jeu et du bruit. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients décrits ci-dessus et inhérents aux joints universels de ce type. L'invention a aussi pour but de créer un joint univer sel homocinétique de ce genre, ayant un nombre plus faible de pièces et présentant un montage amélioré. L'invention a aussi pour but de créer un joint universel homocinétique n' exigeant aucun traitement thermique de l'organe de manchon profilé, ce qui supprime tous les problèmes dus au traitement thermique. L'invention concerne à cet effet un joint universel homocinétique, caracterise en ce qu'il comprend deux arbres de transmission de puissance formés avec des saillies de transmission de puissance s'étendant aux extrémités d'un diamètre des arbres, en des positions conjuguées contiguës aux extrémités frontales des arbres, les saillies de transmission de puissance possédant des surfaces cylindriques logées dans des rainures de roulement s'étendant axialement, les deux arbres possédant des trous centraux s'étendant perpendiculairement aux axes des saillies de transmission de puissance, des goupilles étant fixées en leurs extrémités opposées à un organe de manchon, chaque goupille possédant une saillie sphérique en son milieu, les goupilles s'éten- dant à travers les trous centraux, leurs saillies sphériques étant en contact avec les regions centrales des trous centraux, les extrémités opposées des deux arbres étant assemblées l'une à l'autre. Ainsi, on peut réduire au minimum le jeu entre les chemins de roulement se trouvant sur l'organe de manchon et les rouleaux se trouvant sur les tourillons, sans que cela n'exige une grande précision d'usinage, et on peut limiter d'une manière positive le déplacement axial des deux arbres de transmission de puissance, avec comme conséquence le fait que l'on peut éliminer le jeu périphérique et le jeu axial dans le joint, et donc résoudre les problèmes de vibrations et de bruit.En outre, comme les arbres font des angles de travail autour des saillies sphériques se trouvant sur les régions centrales des goupilles, on obtient un avantage supplémentaire, qui réside en ce que la construction du joint est plus simple que la construction classique créant des angles de travail fondés sur un ajustement par entourement. Les surfaces cylindriques mentionnées ci-dessus sont ou bien formées solidairement aux saillies de transmission de puissance, ou bien possèdent des rouleaux supportés par les saillies de transmission de puissance. Dans le cas d'une structure solidaire, il est possible de créer un joint universel homocinétique ayant un nombre de pièces plus faible et pouvant être monté d'une manière plus efficace. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, on interpose des plaques de roulement trempées par un traitement thermique entre l'organe de manchon et les organes de transmission de puissance, ce qui supprime la nécessité de faire subir un traitement thermique à l'organe de manchon profilé, ainsi que tous les problèmes dus au traitement thermique. Dans certains cas, on peut utiliser un matériau présentant une bonne usinabilité, comme par exemple un alliage d'aluminium, pour former l'organe de manchon, ce qui permet de le fabriquer pour un faible cout. De plus, on peut interposer un matériau élastique entre le manchon et la plaque de roulement, auquel cas l'absorption des vibrations par le matériau élastique supprime la production de bruits. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui présentent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels La Figure 1 est une coupe axiale présentant un joint universel homocinétique selon une forme de réalisation de l'invention ; La Figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la Figure 1 ; La Figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la Figure 1 ; La Figure 4 est une vue analogue à la Figure 2, après enlèvement des manchons protecteurs, les deux arbres formant un angle La Figure 5 est une coupe axiale présentant une modification de la forme de réalisation présentée sur la Figure 1, sans les manchons protecteurs ; La Figure 6 est une coupe selon la ligne 6-6 de la Figure 2 ;; La Figure 7 est une coupe selon la ligne 7-7 de la Figure 5 Les Figures 8 et 9 correspondent respectivement aux Figures 5 et 6, les deux arbres formant un angle La Figure 10 est une coupe axiale présentant une autre modification de la forme de réalisation présentée sur la Figure 1, sans les manchons protecteurs ; La Figure 11 est une coupe selon la ligne 11-11 de la Figure 10 ; La Figure 12 est une coupe selon la ligne 12-12 de la Figure 1Q ; Les Figures 13 et 14 correspondent respectivement aux Figures 10 et 11, les deux arbres formant un angle ; La Figure 15 est une coupe axiale présentant un joint universel homocînétique selon une autre forme de réalisation de l'invention La Figure 16 est une coupe selon la ligne 16-16 de la Figure 15 ;; La Figure 17 est une coupe selon la ligne 17-17 de la Figure 15 ; La Figure 18 est une coupe axiale présentant une modification de la forme de réalisation présentée sur la Figure 15 La Figure 19 est une coupe selon la ligne 19-19 de la Figure 18 La Figure 20 est une coupe selon la ligne 20-20 de la Figure 18 La Figure 21 est une coupe axiale présentant un joint universel homocinétique selon une autre forme de réalisa- tion de l'invention ; La Figure 22 est une coupe selon la ligne 22-22 de la Figure 21 La Figure 23 est une coupe selon la ligne 23-23 de la Figure 21 La Figure 24 est une vue analogue à la Figure 21, mais présentant une modification de la forme de réalisation présentée sur la Figure 21 La Figure 25 est une coupe selon la ligne 25-25 de la Figure 24 ;; La Figure 26 est une coupe selon la ligne 26-26 de la Figure 24 La Figure 27 est une vue analogue à la Figure 21, mais présentant une autre modification de la forme de réalisation présentée sur la Figure 21 ; La Figure 28 est une coupe selon la ligne 28-28 de la Figure 27 ; La Figure 29 est une coupe selon la ligne 29-29 de la Figure 27 Les Figures 3Q et 31 -correspondent respectivement aux Figures 1 et 2, mais présentant un joint universel i double articulation classique. Par référence aux Figures 1 i 4, les repères 1QA et 10B correspondent aux arbres destinés être reliés l'un à l'autre, l'un des arbres lOA ayant une rotule 11 formée en son extrémité frontale, rotule ajustée dans un alésage cylindrique 12 formé dans l'extrémité frontale de l'autre arbre lOB.Des saillies ou tourillons 13 de transmission de puissance, saillant radialement à partir des arbres lOA et lOB en des points symetriques contigus à leurs extrémités frontales, possèdent chacun un rouleau 14, monté de façon à pouvoir tourner en leurs extrémitésfrontales, les rouleaux 14 étant logés dans des chemins de roulement axiaux 15a définis dans un organe de manchon 15 formé d'un tube à mince paroi ou assimilé, et permettant, dans une certaine mesure, une déformation élastique de l'organe de manchon. Bien que ces rouleaux 14 soient présentés directement ajustés sur les tourillons 13, on peut interposer un roulement, par exemple un roulement i aiguilles, entre le tourillon 13 et le rouleau 14 pour faciliter la rotation du rouleau 14. Des trous centraux 16, s'étendant perpendiculairement aux-axes des tourillons 13, sont aménagés dans les arbres 10A et lOB, en des points correspondants contigus à leurs extrémités frontales. Chaque trou central possède une partie moyenne 16a, rectiligne, et des parties terminales opposees 16b en forme d'entonnoir. Des goupilles 17, chacune possédant une saillie sphérique 17a dans leur partie centrale, passent dans les trous centraux 16 des arbres 10A et lOB de telle sorte que la saillie sphérique 16a soit en contact avec la partie centrale 16a.L'assemblage des goupilles 17 à l'organe de manchon 15 est réalisé par l'une de leurs extrémités 17b qui y est fixée, les autres extrémités 17c y étant serties. Au cours du montage, on peut régler le jeu entre les chemins de roulement lSa se trouvant sur l'organe de manchon 15 et les rouleaux 14 se trouvant sur les arbres 10A et lOB, en ajustant le sertissage de la partie sertie 17c. Des manchons protecteurs dilatables 18 sont installés, par des courroies 19, sur l'organe de manchon 15 et sur les arbres 10A et lOB, ce qui empêche les poussières, etc, de pénétrer dans le joint. La transmission de puissance est réalisée entre les arbres 10A et lOB par les rouleaux 14, qui roulent et oscillent entre l'organe de manchon 15. et les tourillons 13, selon les déplacements angulaires du joint. Quand le joint prend un certain angle de travail, comme il est présente sur la Figure 4, les arbres 1QA et lOB font entre eux un certain angle quand ils tournent autour des saillies sphériques 17a prévues sur les parties centrales des goupilles 17. Comme les extrémités opposées des goupilles 17 qui passent à travers les trous centraux 16 des arbres 10A et lOB, lesquels sont perpendiculaires aux axes des tourillons 13, sont fixées à l'organe de manchon 15, il est possible de réduire le jeu entre les chemins de roulement 15a se trouvant sur l'organe de manchon 15 et les rouleaux 14 se trouvant sur les tourillons 13 jusqu'à une valeur minimum pendant le montage, sans qu'il soit nécessaire d'avoir une grande précision d'usinage. En outre, comme les saillies sphériques 17a se trouvant sur les parties centrales des goupilles 17 sont en aboutement avec les parties centrales 16a des trous centraux 16, on peut limiter d'une manière positive le déplacement axial des arbres lOA et lOB, ce qui élimine les jeux périphériques et axiaux du joint.En outre, la manière dont les goupilles 17 sont fixées en position n'est pas limitée au sertissage, comme en 17c ; on peut utiliser des combinaisons de boulons et écrous (27c, Figure 6) ou des ressorts (37c, Figure 11). Les Figures 5 à 9 présentent une variante de la forme de réalisation de la Figure. 1. Cette variante est caractérisée par une construction en deux parties, dans laquelle l'organe de manchon 25 se présente sous la forme d'une paire d'organes en forme de U 25' et 25" adaptés de façon à être assemblés. Ainsi, les organes en forme de U 25' et 25" sont assemblés et une bague 20 est serrée sur eux. Selon cette variante, il est possible d'ajuster facilement le jeu entre les chemins de roulement 25a se trouvant sur l'organe de manchon 25 et les rouleaux 24 se trouvant sur les arbres 20A et 20B, en ajustant simplement le degré de serrage des goupilles 27 ou, dans l'exemple illustré, la force de serrage agissant sur les écrous 27c. Les Figures 10 à 14 présentent une autre variante de la forme de réalisation de la Figure 1. Cette variante est caractérisée en ce que la section transversale de l'organe de manchon 35 est cruciforme, en créant des rainures de dégagement axiales 35b, situées à 900 des chemins de roulement 35a, de façon à replier l'angle pour lequel il y a interférence entre le manchon 35 et les arbres 30A et 30B. Sur les Figures 15 à 17, qui présentent une autre forme de rélisation de I'invention, le dispositif dans lequel les rouleaux sont montés de façon à pouvoir tourner sur les tourillons, si nécessaire par l'intermédiaire de roulements à aiguilles ou assimilé, est remplacé par un dispositif dans lequel des saillies de transmission de puissance 43, chacune ayant la forme d'une surface cylindrique 44, sont formées sur les arbres 40A et 40B de façon à en être solidaires, par exemple par forgeage, ce qui réduit le nombre de pièces, simplifie la construction et facilite le montage. Dans ce cas, la perte du rendement de transmission et l'usure par contact ne créent aucun problème, car le joint est utilisé sous des charges légères. Les Figures 18 à 20 présentent une variante de la forme de réalisation de la Figure 15, dans laquelle la construction est analogue à celle de la forme de réalisation ci-dessus, sauf pour ce qui est du manchon, et c'est la raison pour laquelle sa description n'est pas donnee plus en détail. L'organe de manchon 55 n'a pas une section transversale profilée, comme c'est le cas dans les formes de réalisation décrites ci-dessus ; bien au contraire, il est fait en un matériau cylindrique, lequel est formé avec des rainures placees symétriquement en ses extrémités opposées ouvertes, de façon à former des rainures de roulement 55a dans lesquelles sont logées les surfaces cylindriques 54 formées sur les saillies de transmission de puissance 53 se trouvant sur les arbres 50A et 50B. En outre, comme on le voit sur la Figure 19, on peut avoir localement les surfaces cylindriques 54 des saillies de transmission de puissance 53. Les Figures 21 à 23 présentent une autre forme de réalisation de l'invention, le repère 61 correspondant à des plaques de roulement placées entre le côté intérieur d'un organe de manchon 65 et les sur-faces périphériques des rouleaux 64, ces plaques de roulement étant traitées à chaud pour présenter une résistance vis-à-vis du contact des rouleaux 64. L'épaisseur des plaques de roulement 61 est choisie de façon à réduire le jeu entre le côte inte- rieur du manchon 65 et les surfaces périphériques des rouleaux 64. Selon cette forme de réalisation, comme l'organe de manchon 65 et les rouleaux 64 ne sont pas directement en contact les uns avec les autres, on peut se passer d'un traitement thermique de l'organe de manchon 65 de section transversale profilée, susceptible de se déformer sous l'effet d'un traitement thermique, en faisant subir un traitement thermique aux plaques plates de roulement 61, qui ne se déforment pas sous l'effet du traitement thermique. En conséquence, on peut éviter les problèmes dus à la déformation provoquée par le traitement thermique, et on peut ainsi utiliser pour l'organe de manchon 65 des matériaux convenablement usinables, comme l'aluminium.En outre, comme le jeu entre les rouleaux 64 et l'organe de manchon 65 peut être réglé pendant le montage grâce à une sélection convenable de l'épaisseur des plaques de roulement 65, on peut réduire ce jeu à un minimum sans qu'il soit nécessaire d'avoir une grande précision mécanique. Les Figures 24 à 26 présentent une variante de la forme de réalisation de la Figure 21, dans laquelle des éléments élastiques 62, par exemple des ressorts en caoutchouc ou en lamelles, sont maintenus entre l'organe de manchon 65 et les plaques de roulement 61 en des positions opposées aux rouleaux 64, de façon à appliquer une pression entre les plaques de roulement 61 et les tourillons 63, ce qui a pour conséquence une élimination du jeu. Les éléments élastiques 62 absorbent les vibrations, ce qui a pour effet d'éviter la production de bruit. Les éléments élastiques 61, même s'ils sont soumis à un couple élevé, se déforment facilement, et les plaques de roulement 61 et le manchon 65 sont alors directement en contact les uns avec les autres, le couple élevé agissant sur les plaques de roulement 61 étant supporté par l'organe de manchon 65. Les différentes formes de réalisation décrites ci- dessus se rapportent i un cas dans lequel les roulements 64 sont ajustés d'une manière rotative sur les tourillons 63 se trouvant sur les arbres 60A et 60B, mais, par exemple dans le cas d'un joint universel homocinétique utilisé pour une direction, ce joint est habituellement utilisé sous des charges légères, de sorte que la perte de rendement de transmission et d'usure de contact ne créent aucun problème même si les rouleaux 64 ne sont pas montés d'une manière rotative ; ainsi, comme on le voit sur les Figures 27 à 29, la transmission de puissance peut être réalisée entre les arbres 60A et 60B grâce a l'utilisation d'organes de transmission de puissance 64' dans lesquels on a un tourillon et un rouleau solidaires l'un de l'autre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Joint universel homocinétique, caractérisé en ce qu'il comprend deux arbres de transmission de puissance formés avec des saillies de transmission de puissance s'étendant d'une manière diamétralement opposée sur les arbres, au voisinage immédiat des extrémités frontales de ces derniers, les saillies de transmission de puissance ayant, sur elles, des surfaces cylindriques qui sont logées dans des rainures de roulement axiales formées dans un organe de manchon, les deux arbres possédant des trous centraux perpendiculaires aux axes des saillies de transmission de puissance, des goupilles étant fixées en leurs extrémités opposées à l'organe de manchon et passant à travers les trous centraux avec une saillie sphérique placée sur chaque goupille et entrant en contact avec la région centrale du trou central associé, les extrémités opposées des deux arbres étant assemblées l'une à l'autre. 2. Joint universel homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces cylindriques sont formées de façon à être solidaires des saillies de transmission de puissance. 3. Joint universel homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces cylindriques sont réalisées par des rouleaux portés sur les saillies de transmission de puissance. 4. Joint universel homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des plaques de roulement trempées par un traitement thermique sont interposées entre l'organe de manchon et les organes de transmission de puissance. 5. Joint universel homocinétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que des éléments élastiques sont placés entre l'organe de manchon et les plaques de roulement.