Brevet FR2534993A1 — publié le 19840427

L'invention se rapporte à un joint de Cardan des- tiné à la transmission de couples, qui possède une grande plage d'angle de braquage, et est composé de deux élé- ments accouplés l'un à l'autre. on connatt déjà un joint de Cardan qui transmet le couple par l'intermédiaire de billes (brevet des E.U A no 3 564 867) Toutefois, ce joint déjà décrit pré- sente 1 'inconvénient consistant en ce que les branches des fourches subissent de grandes forces d'écartement qui limitent considérablement le couple transmissible. Par ailleurs, un autre inconvénient consiste en ce que les billes ne peuvent pas rouler librement dans les gorges de guidage des branches des fourches de sorte que, lors du braquage du joint, il se manifeste un frotte- ment de glissement de plus en plus grand Ceci est très préjudiciable au rendement du joint décrit et limite sa durée par un grand dégagement de chaleur. L'invention se donne pour but de réaliser un joint peu coûteux approprié pour les grands angles de bra- quage, qui possède un bon rendement et dans lequel il ne soit pas nécessaire de prévoir de portées pour les deux éléments du joint, en dehors des éléments d'assemblage. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que: a) les deux éléments du joint sont constitués par des cylindres creux de dimensions différentes b) le plus petit des éléments du joint est dispo- sé à l'intérieur de l'autre élément, qui est le plus grand; c) les deux éléments du joint sont centrés l'un par rapport à l'autre, sur une bille de centrage disposée au centre du joint, par l'intermédiaire d'autres billes d'appui, disposées en groupes de quatre, et qui prennent appui directement ou indirectement contre les surfaces in- ternes cylindriques de l'élément extérieur et de l'élé- ment intérieur du joint; 253499 k d) l'élément du joint qui est disposé à l'inté- rieur prend appui contre la surface interne cylindrique de l'élément extérieur du joint, par des surfaces partiel- les de forme sphérique prévues à ses deux extrémités lon- gitudinales. La configuration donnée au joint selon l'inven- tion présente l'avantage consistant en ce que l'assembla- ge des deux éléments du joint est assuré par les billes qui roulent les unes sur les autres ou contre les parois cylindriques Grâce aux très bonnes conditions de roule- ment obtenues, le joint présente un très bon rendement. On n'a à respecter des spécifications de haute précision que sur les alésages intérieurs des deux cylindres creux qui coopèrent entre eux, tandis que les billes courantes du commerce possèdent une précision suffisante Un avanta- ge particulier du joint selon l'invention, comparative- ment à un joint de Cardan antérieur, consiste en ce que, à un certain angle de braquage, chacun des deux éléments du joint peut tourner de 3600 autour de l'axe de l'autre élément du joint laissé immobile. Il en résulte un large champ d'application, par exemple pour les bras de manipulateurs ou de robots, alors qu'on ne trouve pas cette caractéristique dans les joints déjà connus. Etant donné que le couple est transmis de la moi- tié des billes d'appui disposées d'un côté en un groupe de quatre, à la moitié des billes d'appui disposées de l'autre côté en un groupe de quatre par l'intermédiaire de la bille centrale, les forces internes du joint pas- sent toujours par le centre du joint, de sorte qu'on ob- tient un auto-centrage parfait du joint dans tous les cas de sollicitations. Selon une autre forme de réalisation de l'inven- tion, les billes d'appui groupées en groupes de quatre sont appuyées dans chaque groupe contre l'élément exté- rieur du joint par l'intermédiaire de billes de guidage qui roulent dans une gorge de guidage circulaire prévue sur la surface interne cylindrique de l'élément extérieur du joint. L'utilisation des billes de guidage supplémentai- res, retenues dans une'gorge de guidage de l'élément exté- rieur du joint assure un blocage axial parfait des deux éléments du joint. Selon une autre caractéristique de l'invention, les billes d'appui circulent dans une gorge de guidage prévue dans la surface interne cylindrique de l'élément extérieur du joint ou dans des gorges de guidage prévues par paires dans cette surface interne cylindrique de l'é- lément extérieur. Cette forme de réalisation donne un couple trans- missible plus grand puisque, contrairement au contact ponctuel qu'on obtient dans les formes de réalisation ac- tuelles, les billes sont tenues en contact linéaire dans les gorges de guidage. Selon une autre forme de réalisation de l'inven- tion, il est prévu une garniture, également cylindrique creuse, placée dans l'élément intérieur du joint et dans l'alésage intérieur de laquelle sont prévues plusieurs billes de centrage disposées en une rangée. Ce type de forme de réalisation est particulière- ment recommandé dans le cas de joints de grandes dimen- sions destinés à la transmission de grands couples parce que, autrement, la bille de centrage prendrait des dimen- sions qui augmenteraient considérablement le coût de l'en- semble du joint. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux éléments du joint sont isolés de l'extérieur par un élément de fermeture Cette forme de réalisation per- met de protéger le joint de la pénétration de corps étran- gers de l'extérieur si cela est nécessaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux comoris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue de dessus d'un joint, en coupe partielle; la figure 2 est une vue de côté d'un joint, en coupe partielle; la figure 3 représente un joint tel que celui de -la figure 2 mais dans une position de braquage; les figures 4 à 9 sont des schémas de principe de différentes variantes de réalisation du joint, repré sentés par des vues en coupe; les figures 10 et 1 ' représentent un joint dans lequel les billes d'appui sont retenues partiellement dans des gorges de guidage; les figures 12 et 13 représentent un joint dans iequel les billes d'appui sont retenues dans des gorges de guidage par l'intermédiaire de billes de guidage; les figures 14 et 15 représentent un joint dans lequel on a prévu une liaison bilatérale entre l'arbre et l'élément intérieur du joint; les figures 16 et 17 représentent un joint muni d'un élément de fermeture; la figure 18 montre l'angle de braquage admissi- ble des deux éléments du joint autour de l'axe de l'élé- ment extérieur. Le joint selon la figure 1 est essentiellement composé de l'élément extérieur 1, présentant la forme d'un cylindre creux, et de l'élément intérieur 2, qui est également formé d'un cylindre creux Pour la transmission du couple, l'élément extérieur 1 du joint est relié soli- dairement à un arbre 3 et l'élément intérieur 2 du joint à un arbre 4 Dans le volume intérieur 10 de l'élément in- térieur 2 du joint est disposée, en position centrale, une bille de centrage 5 qui, ici, présente le même diamè- tre que le cylindre intérieur-de l'élément intérieur 2 du joint Dans les deux côtés ouverts de l'élément intérieur 2 du joint, sont disposées, de chaque côté de la bille de centrage 5, quatre billes d'appui 6 groupées en un groupe de quatre Les billes d'appui 6 s'appuient à la fois con- tre la surface interne cylindrique 9 de l'élément exté- rieur 1 du joint, contre la surface cylindrique interne 11 de l'élément intérieur 2 du joint et contre la bille de centrage 5 Pour le centrage des deux éléments 1, 2 du join, l'un par rapport à l'autre, l'élément intérieur 2 de ce joint prend appui, par des surfaces partielles sphé- riques 7 prévues sur ses extrémités longitudinales, con- tre la surface cylindrique interne 9 de l'élément exté- rieur 1 Le volume intérieur 8 de l'élément extérieur 1 du joint et le volume intérieur 10 de l'élément intérieur 2 de ce joint peuvent être garnis d'un remplissage de graisse, pour assurer une lubrification de longue durée. Sur la figure 2, on a représenté en coupe par- tielle une vue de côté du joint de la figure 1 Sur cette figure, on peut voir que l'arbre 4 qui est relié solidai- rement à l'élément intérieur 2 du joint, est muni d'un coude 12 qui contourne l'élément extérieur 1 du joint La figure 3 montre le joint de la figure 2 dans une position braquée de l'angle La figure 4 est un schéma de principe d'un joint vu en coupe, dans lequel la bille de centrage 5 possède le même diamètre que l'alésage intérieur de l'élément in- térieur 2 du joint et dans lequel les billes d'appui 6 prennent appui contre l'élément intérieur 2 du joint, con- tre l'élément extérieur 1 de ce joint et contre la bille de centrage 5. Sur la figure 5, on a représenté en coupe un joint dans lequel les billes d'appui 6 prennent appui par l'intermédiaire de billes de guidage 13 qui sont dispo- sées dans une gorge circulaire 14 ménagée dans l'élément extérieur 1 du joint. La figure 6 est une vue en coupe formant le sché- ma de principe d'un joint dans lequel les billes d'appui 6 sont maintenues contre la surface interne cylindrique 9 de l'élément extérieur 1 du joint, dans deux gorges circu- laires 14 disposées à un certain écartement mutuel, ce qui améliore la pression par unité de surface. Sur la figure 7, on a représenté en coupe un joint dans lequel il est prévu, à l'intérieur de l'élé- ment intérieur 2, une garniture 15 en forme de cylindre creux à l'intérieur de laquelle sont disposées trois bil- les de centrage 5, disposées en ligne, qui prennent à leur tour appui contre les billes d'appui 6 La disposi- tion décrite dans ce cas est à recommander en particulier pour la fabrication de joints de grandes dimensions parce que, dans ce cas, les coats à envisager pour une bille de centrage unique seraient trop élevés en raison de la gran- de dimension de cette bille. Sur la figure 8, on a représenté par une vue en coupe un schéma de principe dans lequel deux des quatre billes d'appui 6 disposées en groupes de quatre de chaque côté du joint, et qui prennent appui sur une bille de cen- trage 5 unique, sont retenues dans des gorges circulaires 14 de l'élément extérieur 1 du joint Dans ce cas, la dis- position des quatre billes d'appui 6 est décalée de 450 comparativement aux formes de réalisation représentées jusqu'à présent. Sur la figure 9, on a représenté un joint utili- sant le même principe de base que celui de la figure 8 mais avec une garniture rapportée 15 en forme de cylindre creux qui reçoit trois billes de centrage 5. Sur les figures 10 et 11, on a représenté une forme de réalisation d'un joint selon la figure 8, avec cette différence que la bille de centrage possède un dia- mètre inférieur à celui de l'alésage intérieur de l'élé- ment intérieur 2 du joint Deux des quatre billes d'appui 6 disposées de chaque côté sont retenues dans la gorge de guidage 14 de l'élément extérieur du joint. Sur les figures 12 et 13, on a représenté un -34993 joint dans lequel chaque groupe de quatre billes d'appui 6 prend appui par l'intermédiaire de billes de guidage 13 qui, de leur côté, sont retenues dans des gorges de guida- ge 14 de l'élément extérieur 1 du joint. Sur les figures 14 et 15, on a représenté par deux vues un joint dans lequel l'élément intérieur 2 est réuni à l'arbre correspondant 4 par deux coudes 12 Pour le montage de ce joint, il est nécessaire que la fente 18 de la partie de raccordement des deux coudes 12 soit plus large que l'épaisseur de paroi de l'élément extérieur 1 du joint, afin que cet élément puisse être engagé à tra- vers la fente 18. Les figures 16 et 17 représentent un joint proté- gé contre la pénétration des corps étrangers Le volume intérieur 8 de l'élément extérieur 1 du joint est fermé, par exemple, par un élément de fermeture 19 en matière plastique Pour le braquage de l'élément intérieur 2 du joint, il a été ménagé un dégagement 20, l'élément exté- rieur 1 du joint pouvant tourner par rapport à l'élément de fermeture 19. La figure 18 illustre la liberté de rotation, par exemple de l'élément intérieur 2 du joint autour de l'axe du cylindre de l'élément extérieur 1 Comme on peut le voir sur la figure 18, l'élément intérieur 2 du joint peut décrire un angle de rotation de 3600 dans un certain angle de braquage. Si l'élément intérieur 2 du joint était immobili- sé, l'élément extérieur 1 de ce joint, ou bien l'arbre 3 relié solidairement à cet élément, pourrait balayer un an- gle de rotation de 3600 dans un certain angle de braqua- ge, exactement de la même façon. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans pour cela sortir du cadre de l'invention, R E V E N D I C A T I O N S 1 Joint de Cardan destiné à la transmission de couples avec une large plage d'angle de braquage, composé de deux éléments accouplés l'un à l'autre, caractérisé en ce que: a) les deux éléments ( 1, 2) du joint sont consti- tués par des cylindres creux de différentes dimensions; b) le plus petit ( 2) des éléments du joint est disposé à l'intérieur de l'autre élément ( 1) qui est le plus grand; c) les deux éléments ( 1, 2) du joint sont centrés l'un par rapport à l'autre sur une bille de centrage ( 5) dispo- sée au centre du joint, par l'intermédiaire d'autres bil- les d'appui ( 6) disposées en groupes de quatre, et qui prennent appui directement ou indirectement contre les surfaces internes cylindriques de l'élément extérieur ( 1) du joint et de l'élément intérieur ( 2) de ce joint; d) l'élément l'élément extérieur ( 1) du joint par des surfaces partiel- les ( 7) de forme sphérique prévues à ses deux extrémités longitudinales. 2 Joint de Cardan selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que: e) les billes d'appui ( 6) groupées en groupes de quatre, prennent appui contre l'élément ex- térieur ( 1) du joint par l'intermédiaire de billes de gui- dage ( 13) qui roulent dans une gorge de guidage circulai- re ( 14) prévue dans la surface interne cylindrique ( 9) de l'élément extérieur ( 1) du joint. 3 Joint de Cardan selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que: f) les billes d'appui ( 6) circulent au moins partiellement dans une ou plusieurs gorge(s) de guidage ( 14) prévue(s) dans la surface interne cylindri- que ( 9) de l'élément extérieur ( 1) du joint. 4 Joint de Cardan selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que: g) il est prévu dans l'élément inté- rieur ( 2) du joint une garniture ( 15) qui constitue égale- 253499 e ment un cylindre creux et dans l'alésage intérieur de la- quelle sont prévues plusieurs billes de centrage ( 5) dis- posées en une rangée. Joint de Cardan selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que: h) les deux éléments ( 1, 2) du joint -sont isolés de l'extérieur par un élément de fermeture ( 19).