Brevet FR2530753A1 — publié le 19840127

L'invention concerne d'une façon générale les joints universels, et plus particulièrement des fourches de joints universels. Les fourches de joints universels sont générale- ment réalisées en acier forgé en raison de sa solidité. En particulier dans le cas de modèles pour grandes puis- sances, la résistance et la raideur en torsion sont cri- tiques, de même que le poids global L'acier forgé est une matière fiable reconnue qui est malheureusement co C- teuse par-le fait qu'elle exige un traitement thermique coûteux et d'autres opérations coûteuses de traitement. Avec l'accroissement des coûts de l'énergie, on a essayé, dans l'industrie, de réduire le coût des pièces réalisées généralement en acier forgé en substituant une autre matière à ce dernier Certaines matières exoti- ques peuvent constituer des matières de remplacement convenables, mais leur coût est également élevé Certains fabricants ont obtenu un succès limité en substituant la fonte à l'acier forgé Cependant, dans le domaine des joints universels, les succès ont été limités à de petites fourches qui ne sont pas soumises à des efforts importants, à de grandes forces de torsion, etc. Dans le cas de pièces pour grandes puissances, le simple remplacement par de la fonte est inacceptable en raison des caractéristiques-de la fonte, en particulier sa plus faible résistance à la fatigue Les matières mou- lées sont plus sensibles aux concentrations de contraintes qui apparaissent dans des zones critiques d'une pièce. Pour les raisons indiquées ci-dessus, l'industrie se tourne d'une façon générale vers l'utilisation de matières exotiques à la place de l'acier forgé pour la fabrication d'organes de torsion pour grandes puissances. L'invention concerne une fourche pouvant être réalisée dans des matières telles que de la fonte La fabrication de la fourche selon l'invention demande donc moins d'énergie que celle des dispositifs antérieurs La fourche selon l'invention possède une résistance à la torsion et une résistance à la fatigue suffisantes pour être utilisée dans des applications à grandes puissances. La fourche selon l'invention comprend un corps qui présente des cannelures axiales et deux oreilles reliées au corps cannelé par un corps de liaison des oreilles Ce corps de liaison des oreilles comporte des épaulements situés entre les oreilles et le corps cannelé. Dans une forme préférée de réalisation, la surface inté- rieure du corps de liaison des oreilles présente un rayon compris entre 20 et 50 % de la distance séparant les oreilles Dans une forme préférée de fourche coulissante, le corps cannelé est un corps cylindrique et le corps de liaison des oreilles présente une surface annulaire de transition entre les épaulements et le corps cylindri- que, cette surface de transition formant un angle infé- rieur à 45 avec l'axe du corps cylindrique. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue de face d'une fourche cannelée coulissante de l'art antérieur; la figure 2 est une vue de côté de la fourche de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus, avec coupe partielle, de la fourche représentée sur les figures 1 et 2; la figure 4 est une vue de face de la fourche cannelée coulissante selon l'invention la figure 5 est une vue de côté de la fourche cannelée coulissante de la figure 4; et la figure 6 est une vue de dessus, avec coupe partielle, de la fourche cannelée coulissante représentée sur les figures 4 et 5. Pour comprendre et apprécier totalement la pré- sente invention, il est nécessaire de connaître les dis- positifs typiques de l'art antérieur Les figures 1, 2 et 3 représentent une fourche cannelée coulissante 10 en acier forgé, pour grandes puissances, typique de l'art antérieur La fourche comprend un corps cannelé creux ou corps cylindrique indiqué globalement en 12, traversé axialement par un alésage cannelé 14 La fourche 10 possède un axe longitudinal 18 autour duquel elle peut tourner Le corps cylindrique 12 est destiné à loger un arbre tubulaire (non représenté) comportant un tronçon cannelé complémentaire destiné à s'enclencher avec les cannelures 14 d'une façon transmettant les rotations et permettant un coulissement axial Le corps cylindrique 12 possède une première extrémité 17 qui est filetée exté- rieurement afin de recevoir un capot fileté anti-poussière (non représenté) qui s'applique de manière étanche contre l'arbre fileté, ainsi qu'il est bien connu dans la techni- que Le tronçon médian extérieur du corps 12 présente des surfaces cylindriques extérieures 19 qui peuvent ou non être légèrement épaulées par suite d'un usinage exté- rieur simultané du corps à l'aide de deux outils de coupe. Si un tronçon cylindrique 19 présente un plus faible diamètre que l'autre, il forme habituellement l'extrémité filetée 17. A l'extrémité opposée à l'extrémité filetée 17, la fourche comporte deux oreilles 16 espacées symétrique- ment et radialement Chaque oreille présente un alésage transversal 22 destiné à recevoir un tourillon transversal. Ainsi qu'il apparaît plus clairement sur la figure 2, la surface extérieure des oreilles 16 présente des trous taraudés 23 destinés à recevoir des vis à tête qui main- tiennent une bague extérieure de palier. Les oreilles 16 sont reliées au corps 12 par un corps 24 de liaison des oreilles qui comprend deux collets 26 reliés chacun à une oreille 16, deux épaulements 28 reliés chacun à un collet 26, et une surface 48 pour lubrification adjacente aux épaulements 28, et une rampe ou zone 50 de transition reliant la surface de lubrifica- tion au corps cylindrique 12 La zone ou rampe conique 50 de transition forme généralement un angle 52 d'environ avec l'axe 18 de la fourche La surface 48 de lubri- fication présente un trou taraudé 51 destiné à recevoir un graisseur à pression On peut voir sur la figure 2 que les collets 26 ont une largeur 38 inférieure à la largeur 39 des oreilles 16. Chaque oreille 16 présente une surface intérieure qui se trouve immédiatement et directement au-dessous du trou transversal correspondant 22 de palier La distance comprise entre ces surfaces 30, traversant un plan perpen- diculaire à l'axe 18, est désignée par la référence numé- rique 34 sur la figure 1 Le corps 24 de liaison des oreilles présente une surface intérieure qui est constituée de surfaces intérieures 32 de liaison des oreilles s'éten- dant chacune d'une surface intérieure 30 d'une oreille jusqu'à un fond 35 qui relie les deux surfaces 32 de liaison -des oreilles La surface intérieure du corps 24 de liaison présente également des encoches opposées 43 espacées symé- triquement entre les oreilles 16 Les encoches 43 consti- tuent des zones de dégagement permettant au joint universel de former des angles maximaux, ainsi qu'il est bien connu dans la technique Le fond 35 est relativement plat et il présente un trou 40 d'équilibrage qui est percé en un point déterminé de la fourche 10 afin d'en équilibrer la rotation autour de l'axe 18 Le fond 35 présente en outre un contre-alésage 15 destiné à recevoir un capot anti- poussière (non représenté) qui protège les cannelures 14 de la poussière et des fragments de matières. Les surfaces 32 de liaison des oreilles présentent un rayon de courbure relativement petit 36 compris entre les surfaces intérieures 30 des oreilles et le fond 35 Le rayon 36 est généralement'relativement petit pour per- mettre la réalisation d'un fond plat relativement grand 35 facilitant le perçage de trous d'équilibrage tels que le trou 40 Un grand rayon 36 est en général évité en raison de la difficulté de percer des trous d'équilibrage dans une surface incurvée. La surface 48 de lubrification est cylindrique et présente un diamètre relativement grand afin que le raccord de graissage soit espacé des cannelures 14 Cette surface 48 est également réalisée à un grand diamètre car elle constitue une zone de contraintes élevées et les problèmes de contraintes sont compliqués par la présence d'un trou 51 de graissage qui pose des problèmes de fatigue. En outre, la zone de graissage est une zone de contraintes élevées, car la fusée qui lui est habituellement associée aboutit dans cette zone et agit donc comme un levier directe- ment sous la surface de graissage. Une forme préférée de réalisation de l'invention est représentée sur les figures 4, 5 et 6 La figure 4 représente une fourche coulissante 110 qui comporteé un corps cylindrique creux 112 présentant des cannelures 114 et pouvant tourner autour d'un axe longitudinal 118 Le corps présente des surfaces cylindriques extérieures 119 dont l'une est filetée à une extrémité 117. La fourche 110 comporte deux oreilles 116 présentant chacune un trou transversal 122 de palier et des trous 123 destinés à recevoir des vis à tête Les oreilles 116 sont plus épaisses que les oreilles d'une fourche typique en acier forgé pour accroître la résistance à la torsion. Les oreilles sont reliées au corps par un corps 124 de liaison des oreilles qui comprend des collets 126, des épau- lements 128, une surface 148 de lubrification présentant un orifice 151 de lubrification, et une rampe ou zone 150 de transition. La rampe 150 forme un angle 152 de 150 avec l'axe 118 du corps Il est apparu qu'une rampe en pente légère telle que la rampe 150 tend à éliminer les concentrations de contraintes qui se produisent dans la zone de transi- tion Bien qu'une rampe de 15 soit actuellement préférée, des rampes ayant des angles inférieurs à environ 450 peu- vent apporter des avantages analogues dans d'autres appli- cations Un autre avantage de la conception décrite est que la rampe 150 à faible pente constitue une zone idéale pour la coulée de la fourche moulée. Chaque oreille 116 présente une surface intérieure 130 située immédiatement et directement au-dessous du trou transversal 122 de palier de cette oreille La distance comprise entre les surfaces 130, à travers un plan perpen- diculaire à l'axe 118, est désignée par la référence numérique 134 Le corps 124 de liaison des oreilles présente une surface intérieure comprenant des surfaces intérieures 132 de liaison des oreilles s'étendant chacune d'une sur- face intérieure 130 d'oreille jusqu'à un fond 135 qui relie les deux surfaces 132 de liaison des oreilles Le fond 135 ne présente pas de trou d'équilibrage tel que le trou 40, car il est difficile de percer de tels trous dans les sur- faces intérieures incurvées 132 du corps de liaison des oreilles Le fond 135 présente un contre-alésage 115 destiné à recevoir un capot antipoussière (non représenté) La surface intérieure du corps 124 de liaison des oreilles présente en outre des encoches opposées 134 permettant la formation d'angles maximaux entre des fourches opposées. Chacune des surfaces 132 de liaison des oreilles présente un grand rayon 136 entre la surface intérieure correspondante 130 et le fond 135 Le rayon 136 est compris entre 20 et 50 % de-la distance 134 Un grand rayon 136 améliore et renforce la fixation du corps de liaison des oreilles au corps cylindrique Il tend également à accrottre la raideur centrifuge et la résistance à la fatigue Dans une forme préférée de réalisation, le rayon 136 est égal à 24 % de la distance 134 Si le rayon 136 est égal à 50 % de la distance 134, les surfaces 132 forment une surface incurvée unique entre les zones 130 Les rayons 136 supé- rieurs à 50 % de la distance 134 ne sont pas souhaitables, car ils forment des encoches entre les surfaces 130 et 135. Du fait de la présence du grand rayon 136, il est nécessaire de prévoir une zone elliptique relativement plate 141 (figure 6) pour le contre-alésage 115 du capot anti- poussière. On peut voir sur la figure 5 que la largeur 138 du collet 126 est au moins égale à la largeur 139 des oreilles 116 La grande largeur 138, associée à l'épaisseur accrue, ajoute à la raideur radiale et en torsion et donne une oreille 116 qui est davantage capable de résister aux forces de torsion La présente invention permet l'uti- lisation de la fonte pour la fabrication de fourches de très grandes dimensions qui, jusqu'à présent, ne pouvait pas supporter de contraintes. Un trou 140 d'équilibrage est percé dans la surface extérieure 131 de l'une des oreilles 116 La lar- geur supplémentaire 138 du collet 126 offre un espace suffisant pour permettre la réalisation de trous d'équili- brage sans affaiblir exagérément l'oreille Bien que la densité de la fonte ne soit égale qu'à environ 90 % de celle de l'acier forgé, le trou 140 d'équilibrage peut être aussi efficace qu'un trou 40 d'équilibrage ménagé dans le fond de la fourche de l'art antérieur, car le trou 140 est situé à une plus grande distance radiale de l'axe 118 de la fourche. La présente invention permet de remplacer-l'acier forgé par la fonte pour la fourche 110 Bien que la fourche 110 en fonte soit plus massive que les fourches antérieures en acier forgé, son poids n'est pas supérieur à celui de telles fourches en acier, car la densité de la fonte est égale:zà environ 90 % de celle de l'acier forgé La fonte pèse environ 7, 08 g/cm 3, tandis que l'acier forgé pèse environ 7,83 g/cm 3. La fonte utilisée pour la fourche 110 est une fonte perlitique nodulaire (ductile) utilisée brute de fonderie (norme SAE D 7003 / modifiée 17) La fonte possède une résistance à la rupture de 700 M Pa et une limite élas- tique de 490 M Pa Son facteur d'allongement longitudinal à 5,08 cm est de 3-5 % et son module élastique est de 154-168 x 103 M Pa La matière possède une dureté Rockwell de C 20-30 et une dureté Brinell de 229-285 BHN La fonte est suffisamment duré pour être usinée. Bien que la description précédente d'une forme préférée de réalisation porte uniquement sur des mâchoires coulissantes, certains aspects de la présente invention peuvent être utilisés dans d'autres éléments de joints universels tels que des mâchoires d'extrémités dans les- quelles le corps cannelé n'est pas cylindrique. REVENDICATIONS 1 Fourche, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps cannelé ( 112) qui présente des cannelures axiales ( 114) destinées à s'enclencher avec des cannelures complé- mentaires d'un dispositif associé, deux oreilles axiales ( 116) disposées symétriquement par rapport à l'axe ( 118) des cannelures, chaque oreille présentant un trou ( 122) de palier qui la traverse, transversalement audit axe, les trous de palier étant alignés, la fourche comprenant également un corps ( 124) de liaison des oreilles reliant les oreilles au corps cannelé, ce corps de liaison des oreilles comprenant deux collets ( 126) reliés chacun à l'une des oreilles, et deux épaulements -( 128) reliant chacun l'un des collets au corps cannelé, chaque oreille présentant une surface intérieure 130 adjacente à la partie intérieure du trou transversal et le corps de liaison des oreilles présentant une surface intérieure ( 132) qui s'étend d'au moins l'une des surfaces des oreilles jusqu'à une zone adjacente aux cannelures, la surface du-corps de liaison des oreilles étant incurvée et ayant un rayon ( 136) compris entre 20 et 50 % de la distance ( 134) mesurée perpendicu- lairement entre les surfaces intérieures des oreilles. 2 Fourche selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur de chaque collet est au moins aussi grande que la largeur des oreilles. 3 Fourche selon la revendication 2, caractérisée en ce que le corps de liaison des oreilles présente une surface extérieure ( 131) dans laquelle est ménagé au moins un trou ( 140) d'équilibrage. 4 Fourche selon la revendication 3, caractérisée en ce que le trou d'équilibrage est réalisé dans l'un des collets. Fourche selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que la fourche coulissante est réalisée en fonte. 6 Fourche coulissante, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps cylindrique axial ( 112) comportant des cannelures ( 114) destinées à s'enclencher avec des cannelures complémentaires d'un dispositif associé, deux oreilles axiales ( 116) disposées symétriquement autour de l'axe ( 118) du corps cylindrique et présentant chacune un trou transversal ( 122) de palier qui la traverse, trans- versalement à l'axe, les trous de palier étant alignés, la fourche comportant également un corps ( 124) de liaison des oreilles qui relie chaque oreille au corps cylindrique, le corps de liaison comprenant deux collets ( 126) reliés chacun à l'une des oreilles, et deux épaulements ( 128) reliant chacun l'un des collets au corps cylindrique, le corps de liaison présentant en outre une surface annulaire de transition située entre les épaulements et le corps cylindrique et ayant un diamètre supérieur à celui du corps cylindrique, le corps de liaison comprenant en outre une rampe annulaire ( 150) qui relie la surface de transi- tion au corps cylindrique et qui forme, avec l'axe de ce dernier, un angle inférieur à 45 . 7 Fourche coulissante selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en fonte.