Brevet FR2535804A1 — publié le 19840511

La présente invention est relative aux problèmes que pose en mécanique la liaison ro{adve des arbres de transmission concourant disposés successivement les uns à la suite des autres et présen- tant entre eux une incidence fixe ou mobile Les mécanismes qui réE lisent de telles jonctions sont particulièrement répandus et connue sous le nom de Joint Universel ou Joint de Cardan. L'objet de la présente invention porte sur un genre de joint aqui convient particulièrement lorsque de déport angulaire des ar- bres à reliér est important (plus de 450) ou que le régime de ro- I O tation prévu est élevé. Le modèle de joint présenté par le présent brevet peut cons- tituer le point de départ de multiples variantes dans les genres homocinétiques ou semi homocinétiques de type industriel ou agri- cole, ce modble étant essentiellement caracterisé par des possibi- lit 6 S de débattement angulaire supérieures aux joints classiques et pouvant atteindre 90 sur certains modbles. Notation: On désigne par. M Elément moteur ou rataché à. N Noyau intermédiaire- R Elément récepteur ou rataché à. Les déplacements angulaires, vitesse angulaire instantannée et accéîlration angulaire sont notés respectivement par 9, V, e avec les indices correspondants. Les axes sont désignés par des minuscules séparées par un ti- ret Les plans par la lettre P L'angle incident entre les axes a-a et b-b des fourches M et R est désigné par $ 2 2535804 Constitution d'ensemble: Ce joint se présente sous un aspect extérieur et un volume pratiquement identique à celui du joint simple classique Comme celui-ci il est constitué de 3 parties principales: 2 fourches sy- métriques décalées de 90 et d'un élément intermédiaire (noyau) inscrit dans un volume sphérique, et réalisant une jonction articu- lée de type triaxiale entre les deux fouehes précitées Le joint comporte 4 pivots principaux opposes 2 à 2 et, par une conforma- tion appropriée du noyau qui intègre un organe de guidageil ins- IO taure les conditions d'un entrainement homocinétique de la partie réceptrice du joint. Principe: Sur ce genre de joint la transmission du couple moteur de la : partie M vers la partie R s'effectue à travers un mobile intermé- I 5 diaire (élément n 2 fig 2) conformé et orienté d'une façon telle qu'en constituant simultanémént une liaison quadrant tant envers la partie située en amont (M) que vers la partie située en aval(R) il réalise les conditions géométriquement nécessaires pour que lea variations cycliques résultant de la liaison primaire M N soient compensées par les variations inverses de la liaison secondaire N R Ce résultat étant obtenu par une conception particulière du noyau interposé entre les fourches M et R du joint. Constitution du noyau: Sur ce genre db Joint le noyau est constitué uen deux parties distintes disposées concentriquement: Partie centrale: (n 3 fig 2) De conformation sphérique celle-ci est eomplétement solidaire de la fourche R par l'interposition d'un axe goujoné n 4 disposé transversalement entre les branches et passant diaméeralement par le centre O de la sphère, le tout formant un ensemble rigide centré sur l'axe b-b de l'arbre récep- teur. 3 2535804 Par cette disposition la partie sphérique n 3 se trouve intégrée par solidarition totale, à la partie R du Joint. La sphère est dotée de deux galets diamétralement opposés n I 3 et I 31 ' libres en rotation autour d'un axe polaire (y'-y') en formant deux saillies opposées sur le galbe de la partie sphérique. (L'axe y'-y' est simultanément perpendiculaire h y y et b b). Partie annulaire: (n 92 fig 2) Disposée à l'extérieur de la partie sphérique dans le sens longitudinal, cet élément constitue l'unique partie mobile intermédiaire entre les parties M et R du joint Son I O, int correspond à celui de la sphère et son O ext à celui de l'es- pace disponible entre les branches de la fourche n I Elle est so- lidaire de cette dernière en rotation par deux pivots opposés n I 6 et I 6 ' qui tourillonnent à l'intérieur des cousinets correspondants supportés par les branches. I 5 La face intérieure de l'anneau comporte un chemin de roulement (n O 20) circulaire et continu ( 360 ) de profil concave correspondant au profil convexe constitué par la saillie des galets sur la sur- face de la sphère. La face extérieure comporte, outre les deux pivots I 6 et I 6 ' un axe intermédiaire n I 8 perpandiculaire aux précédents servant de support au levier n 8 et utilisé pour le guidage directionnel de la partie annulaire. Fonctionnement: L'obtention d'un mouvement résultant parfaitement homocinéti- que implique trais conditions: I Les axes de rotation des fourches M et R doivent être concou- rants en un point donné. 2 Les axes des articulations des fourches M et R doivent être constamment situés sur un même plan. 5 Les angles incidents propres à chacun des cardans élémentaires doivent demeurer égaux en valeur absolue en toutes positions. 4 2535804 Sur le joint qui nous concerne, la verification de la condi- tion n I résulte de la disposition concentrique des deux parties costitutives du noyau La vérification de la condition n 2 est ob- tenue par la conformation de la partie annulaire qui maintient les axes x x dés pivots et y'-y' des galets sur un même plan La vé- rification de la condition n 3 résulte de l'inclinaison de la par- tie annulaire par rapport aux axes a-a et b-b des parties M et R genre du joint (Sur un tel type de joint, les relations de l'anneau avec la fourche M d'une part et avec la sphère n O 3, donc R, d'au- IO tre part sont de type dit "liaison quadrant" et chacune d'elles sous cet aspect peut être assimilée à un cardan élémentaire: Dans de telles conditions pour obtenir un mouvement résultant parfaite- ment homocinétique il faut et il suffit que l'inclinaison de l'an- neau intermédiaire n 2 réalise en permanence l'égalité des angles incidents propres à chacun des "cardas élémentaires" précités). Cette égalité réciproque résulte du positionnement donné par l'or- gane de guidage à l'anneau intermédiaire, celui-ci étant maintenu selon une orientation définie pour que le plan directeur (Pd fig I) du joint considéré occupe en permanence et sous chacune des valeurs de et vc une position médiane déterminée par les axes a-a et b-b, étant admis que chacun d'eux est convergent au centre O de l'édifice ainsi constitué. Constitution de l'organe de guidage: Cet organe peut recevoir de multiples variantes selon les modèles de joint, mais toutes ont en commun de réaliser une rela- tion simultannée de l'anneau intermédiaire avec les pares M et R du joint, cette relation s'opérant d'une façon plus ou moins évo- luée selon que le joint est de genre homocinétique ou semi homoci- nétique. Jointssemi-homocinétiques: (Variantes agricoles ou industrilles" Sur les joints de ce genre l'organe de guidage est simplifié et ré- duit à deux éléments: -Un levier diviseur n 8 est axé en son milieu sur le pivot auxilliai n I 8 de l'anneau; par l'une de ses extrémités (n I 4) il est assujet ti à la glissière n 34 par glissement ou galet interposé Par l'au- tre,(n I 5), il est identiquement en relation avec la glissière de la couronne directrice (homologue de 26 fig 2) qui occupe à l'inté- rieur de la fourche n I une position opposée et symétrique à la I O précédente. -Une couronne directrice (non représentée) constituant relai entre l'axe y -y et l'extrémité n I 5 du levier, celle ci ne pouvant pren dre appui directement sur la fouche n 5 De conformation circulaire elle est interposée transversalement à l'axe principal du joint en- Is 5 tre la face extérieure de l'anneau et la face intérieure des four- ches, elle est axée diamétralement selon x x en prenant appui sur la base N 9 17 des pivotse les faces latérales (parties comprises entre les bases de pivotement) reçoivent deux ouvertures oblongues servant de glissières à l'intérieur desquelles l'axe y y (n 4) peut osciller La glissière d'extrèmité (homologue de 26 fig 2) est incorporée à la couronne au voisinage de sa base inférieure Par cette disposition lorsque la f Ourcbe N 05 pivote autour de y'-y' l'axe y y entraine la couronne autour de x x qui sert de cen- tre de pivotement commun à la glissière supérieure n 34 et infé- rieure n 26 en réalisant les conditions de positionnement,symétrie et équilibrage nécessaire è l'ensemble. (Ce genre de joint n'est pas parfaitement homocinétique, l'é- cart angulaire entre M et R est de l'ordre de I sous D = 450 en choisissant un rapport de bras de levier approprié). 2.535804 toin:t h co'iuét ipue;: Le faible écart angulaire qui subsiste sue les modèles de genre précité peut être éliminé par une conformation appropriée de l'orga- ne de guidage; dans ce cas la base géométrique de l'organe doit éta- blir au plus prés la coincidence du plan directeur réel et effectif du joint considéré avec le plan directeur théorique tel qu'il résul- te du sch ma fig I, sur la totalité du cercle de révolution ( com- pris de O àVft) et ceci quel que soit l'angle incident ( O ( de O à sur la reprcsentation fig 2) Cette double condition implique que IO le guidage directiennel de l'anneau intermédaire n 2 s'éffectue se- deux Ion coordonnées complémentaires dont les bases sont de situation or- thogonale$ D"o l'apparition au niveau de l'organe réel d'un sys- tème de guidage basé sur deux plans perpandiculaires appottéspar les fourches M et R et agissant en conjonction. I 5 Dans ce cas, le relai entre la fourche N 05 et le levier n 8 peut être constitué par un secteur (représenté N 6 fig 2) disposé identiquement à la couronne du genre précité,mais selon une orien- tation longitudinale; lapartie médiane du secteur étant constituée par un chemin de roulement n 25, de centre 0, réparti sur 900 à l'intérieur duquel peut se dérlacer un galet n 32 porté par une bride n 7 Cette dernière étant axée sur y y,elle réalise une jonction mobile entre le secteur n 6 et l'axe N 04 La bride n 7 qui est d'axe commun avec la fourche N 05, reçoit un débattement angulaire lié à celui de la fo)urche n 5 selon un rapport de 1/2 d'o la présence d'un second levier diviseur nu 9 disposé perpandi- culairement au premier par interposition entre la fourche N 05 et le relai auxilliaire n I O en prenant appui sur les glissières oppo- s Ses no 28 et 29 ' Par cette dispotion le mouvement imprimé au ga- let est du rapport nécessaire, l'oscillation du relai nu IO (axe 0 Yy-y) par rapport au secteur n 6 (axe x-x) reste possible par cou- lissement à l'int 4 rieur dea branches 27 et 27 ', et la symétrie de 2535 C 04 àonstitution est restituée (Evidemment d'autres variantes cinéma tiquement équival entes et mécaniquement mieux adpatées sont poss bles; la représentation de la fig 2 étant essentiellement destiné à permettre la compréhension du mécanisme de base, demeuran, sous une'fôrm 'assez schématique). Caractéristiques de fonctionnement: De la c 6 njonction de ce type de noyau avec ce syst me de guidage il résulte un joint qui présente plusieurs particularités I Le fonctionnement sous une incidence de 900 devient possible. JO Le déplacement du galet no 32 ayant pour effet supplémentaire de supprimer la zone d'indétermination qui sous cet angle résulte de l'alignement des axes. 2 L'organe de guidage réalise au plus prés-les conditions géomé- triques de l'homocinétie parfaite, et cet avantage est maintenu sur la totalité des angularités incidentes. 3 La conception particulière du noyau élimine plusieurs réactions secondaires qui sur les joints classiques limitent les possiblité. d'utilisation (Vitesse et incidence notamment) 4 Ces joints (homocinétiques et semi-homocinétiques) présentent la particularité de transmettre une partie du flux énergétique à travers l'organe de guidage; ce caractère permet, sous une inciden E ce donnée, de maintenir le couple transmis à un niveau plus proch du couple nominal. Par des adaptations appropriées de l'organe de guidage, sur le plan équilibrage notamment, ce type devient apte aux régimes de rotation supèrieurs autrement que sous faible incidence. Particularités de conception du noyau: -Sur ce genre de joint, la sphère et l'anneau sont constitués en éléments fermés de façon à former ensemble un édifice qui pré- sente le maximum de rigidité structurelle. 8 2535804 -Les pivots des axes x x et y'-y' sont situés les uns en face des autres, d'o le minimum de déformation de l'élément intermé- diaire n 2 Il résulte le maximum de rigidité par disposition. -Ce joint prévoit une répartition de la matière contititive (notamment au niveau ae m ae de l'anneau intermédiaire) qui permet de réduire au maximum la masse inertielle des parties qui restent soumisses à variation. -Le noyau peut recevoir divers types de galets (ou coulisses) adaptés à l'effort; ceux-ci servant à la fois à la transmission du I O couple et au centrage de leanneau sur la sphère Dans le cas o le doit joint supporter un effort axial appréciable, l'espace compris entre l'anneau et la sphère reçoit un couple de plots intercalaires; la sphère devient rotàle de poussée. -Le noyau étant constitué d'une sphère oscillant au centre I 5 d 'un anneau de ' correspondant, une étanchéité efficace peut être obtenue en toute position par deux joints circulaires disposés. entre ces éléments. REVENDICATIONS I Joint de cardan utilisable pour l'entrainement des arbres de transmission présentant entre eux un point de convergence sous une incidence fixe ou mobile limitée à la perpandicularité Ledit joint étant constitué en trois parties essentielles: deux fourcbes symétriques décalées de 90 et d'un noyau intermédiaire de contour sph&rique comaportant quatre pivots principaux et un organe de gui- dage. 2 Joint de cardan suivant la revendication n I caractàrisé par un noyau de jonction constitué en deux parties distinctes de disposi- IO tion concentrique, la partie centrale étant de conformation sphè- rique et la partie périphérique de conformation annulaire; les deux parties étant oscillantes l'une sur l'autre selon deux axes orthogonaux constitués par un couple de àalets opposés. 3 Joint suivant la revendication n 2 caract&risé en ce que la par- I 5 tie sphàrique comporte deux galets diamétralement opposés formant saillie à l'extérieur. 4 Joint suivant larevendication n 2 caract sisé en ce que la face intérieure de l'anneau située en regard de la sphère comporte un chemin de roulement circulaire et continu autorisant un double dé- 2 o battement. Joint suivant la revendication n 2 caractérisé en ce que la par- tie centrale du noyau est maintenue en solidarité totale avec la lffxe P. fouche porteuse, celle ci étant dotée d'une liaison sur son axe transversal. 6 Joint suivant les revendications n 4 et 5 caractérisé en ce que l'orientation def l'axe des galets à l'intérieur de l'anneau péri- phérique résulte directement, de par la constitution même de l'or- gane, dela position de la fourche porteuse située à l'extérieur. Io 2535804 7 Joint de cardan suivant les revendications n I ET 2 caractéri- sé' en ce que les axes réels des fourches mdrice et réceptrice quoique décalés de 90 , demeurent constamment situés sur un même plan. 8 Joint conforme aux revendications n T et 2 caractérisé en ce que les parties contitutives du noyau, sphère et anneau, sont for- mées d'éléments fermés. 9 Joint de cardan suivant revendication i et 2 caractérisé en ce que les axes x-x et y'-y' des fourches motrice et réceptrice sont Io situés en voisinage immédiat:'une en face de lutre. IO Joint de cardan suivant les revendication I et 2 caraetérisé en ce que la partie sphérique du noyau peut servir, outre sa fone- d'appui au tion normale, de rotule de poussée et de joint d'étanchéité. -o-o-o-O-o-o-o-