Brevet FR2545894A1 — publié le 19841116

La présente invention se rapporte à un joint universel et plus particulièrement à un joint universel du type sphérique ou à rotule adapté à connecter deux arbres l'un à l'autre, avec leurs axes en alignement sensible l'un avec l'autre afin de transmettre efficace- ment un mouvement de rotation de l'un des deux arbres à l'autre. Afin de connecter deux arbres l'un à l'autre, des joints universels du type en croix et du type en étrier sont connus et utilisés dans la pratique. Des joints universels du type sphérique ou à rotule sont également connus et largement employés en tant que joints pour transmettre un mouvement entre deux arbres à connecter l'un à l'autre d'une façon plus efficace que les joints universels du type en croix et en étrier Des exemples de joints universels du type sphérique ou à rotule selon l'art antérieur sont indiqués dans les brevets US Ns 2 289 154, 208 050, 788 035, 1 086 375, 2 149 763, 2 503 373, 2 687 024 et 3 196 463 et dans les publications de modèles d'utilité au Japon N O S 51300/75 et 20049/75 Ces joints universels du type à rotule comprennent un logement, une partie de bille reçue dans l'évidement hémisphérique à une extrémité du logement et ayant une fente ou gorge et une broche fixée au logement et traversant la fente ou gorge formée dans la partie de bille. Cependant, dans chacun des joints universels selon l'art antérieur indiqués ci-dessus, la partie de bille est directement reçue dans l'évidement hémisphérique et empèch 6 e de sortir de celui-ci par matage de l'extrémité du logement o est formé l'évidement ou par la broche et ainsi, le mouvement coulissant relatif entre la partie de bille et l'évidement hémisphérique n'est pas régulier et la broche y est directement appliquée de force dans une direction qui sollicite la partie de bille hors de l'évidement hémisphérique avec pour résultat une rupture prématurée de la broche. De plus, les joints universels indiqués dans les brevets US N O S 2 289 154, 208 050, 788 035, 1 086 375 et 2 149 763 indiqués ci-dessus ne sont pas des joints universels multidirection En d'autres termes, les joints universels selon l'art antérieur de ces brevets US ne peuvent basculer que dans une direction particulière. Par ailleurs, les joints universels selon l'art antérieur indiqués cidessus sont relativement compliqués par leur construction et difficiles à assembler De plus, afin d'obtenir un mouvement régulier des composants mobiles du joint universel, les composants doivent être fabriqués à une haute précision avec pour résultat un joint universel coûteux. Par conséquent, la présente invention a pour objet principal un joint universel facile à assembler, présentant une forte efficacité mécanique et éliminant efficacement les inconvénients inhérents aux joints universels selon l'art antérieur indiqués ci-dessus. La présente invention a pour autre objet un joint universel pouvant non seulement transmettre un mouvement de rotation à une vitesse constante d'un arbre à un autre, mais permettant également un basculement multidirectionnel. La présente invention a pour autre objet un joint universel o la broche n'est pas appliquée avec un effort de flexion à part celui en direction de rotation, et est ainsi exempte d'une rupture prématurée. La présente invention a pour autre objet un joint universel nécessitant un nombre relativement petit de composants, pouvant se déplacer régulièrement même s'ils ne sont pas fabriqués à une haute précision, et qui soit ainsi moins coûteux. La présente invention a pour autre objet un joint universel particulièrement adapté à une utilisation avec un mécanisme d'un arbre d'entraînement d'un moteur ou le mécanisme de l'arbre de direction d'un véhicule. Afin d'atteindre les objectifs ci-dessus, selon l'invention, on prévoit un joint universel qui comprend essentiellement un logement adapté à être connecté à l'un des deux arbres à connecter ensemble avec leurs axes en alignement axial l'un avec l'autre, une partie de bille adaptée à être connectée à l'autre des arbres et reçue dans ledit logement, un organe de fermeture fixé audit logement pour supporter ladite partie de bille et une broche attachée audit logement pour une libre rotation et s'étendant à travers une fente dans ladite partie de bille L'organe de fermeture contacte la partie de bille avec une élasticité appropriée Dans un mode de réalisation de la présente invention, une portion sensible de la partie de bille est supportée dans une cavité hémisphérique formée dans le logement et une portion mineure de la partie de bille est supportée par l'organe de fermeture Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, la partie de bille est supportée par un évidement hémisphérique dans le logement et un évidement hémisphérique dans l'organe de fermeture. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, la partie de bille est supportée en l'insérant dans un évidement hémisphérique d'un palier Dans un tel cas, le palier est prévu dans l'évidement hémisphérique du logement et est empêché d'en sortie au moyen de l'organe de fermeture et la broche traverse le logement et la partie de bille sensiblement à angle droit par rapport aux axes des arbres à connecter avec leurs axes en alignement La broche est reçue dans le logement pour une libre rotation et la partie de la broche qui est reçue dans la fente de la partie de bille est de forme carrée, la partie carrée de la broche étant reçue coulis- sante dans la fente de la partie de bille Ainsi, la partie de bille ne peut se déplacer par rapport au logement tandis que les arbres à connecter ensemble tournent autour de leurs axes, mais elle tourne en unisson avec le logement, ainsi un mouvement de rotation peut être transmis de l'un des deux arbres à l'autre. De même, la partie de bille ne peut se déplacer par rapport à la broche tandis qu'elle tourne dans une direction à angle droit avec l'axe de la broche dans une direction, mais tourne en unisson avec la broche autour de l'axe de cette dernière Par ailleurs, la partie de bille peut tourner sur une distance angulaire prédéter- minée indépendamment de la broche, laquelle distance angulaire correspond à la plage de mouvement de la broche dans la fente dans la partie de bille tandis que la partie de bille tourne dans une direction à angle droit avec la première direction ou dans une seconde direction. De cette façon, un mouvement de rotation peut être transmis d'un arbre à l'autre et les conséquences de la rotation dans la première direction et celles dans la seconde direction produisent un mouvement universel. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une application de deux joints universels sensiblement identiques construits selon la présente invention, à un mécanisme d'arbre d'entraînement d'un moteur de petite dimension; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire d'un premier mode de réalisation du joint universel construit selon la présente invention; la figure 3 est une vue fragmentaire et en plan montrant l'agencement de la partie de bille et de la broche dans le joint universel de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire d'un autre mode de réalisation du joint universel construit selon la présente invention; la figure 5 est une vue en perspective de l'organe de fermeture employé dans le mode de réalisation de la figure 4; la figure 6 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire d'un autre mode de réalisation du joint universel construit selon la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire d'un autre mode de réalisation du joint universel construit selon la présente invention; et la figure 8 est un graphique montrant la relation du couple, sur l'axe des ordonnées en fonction du temps sur l'axe des abscisses, dans des essais de durabilité des joints universels selon la présente invention. La figure 1 montre deux joints universels sensiblement identiques construits selon la présente invention, appliqués au mécanisme de l'arbre d'entraîne- ment d'un moteur de petite dimension pour une tondeuse, par exemple Dans l'application représentée sur la figure 1, les deux joints universels sensiblement identiques 10 et 10 ' selon l'invention sont connectés bout à bout par un arbre intermédiaire 11 L'un des deux joints universels 10 ' est connecté à l'arbre d'entraîne- ment 12 d'un moteur de petite dimension (non représenté), par exemple, tandis que l'autre des joints universels 10 est connecté à l'arbre d'une roue d'entraînement (non représentée), par exemple Lorsque les arbres 12, 13 sont connectés l'un à l'autre par les deux joints universels 10, 10 ', comme on l'a mentionné ci-dessus, un mouvement de rotation à une vitesse constante peut être régulièrement transmis de l'arbre 12 à l'arbre 13 même si les extensions des axes longitudinaux X et Y des deux arbres 12, 13 se coupent sur une large plage angulaire comme cela sera mieux décrit ci-après. Conventionnellement, le mécanisme d'arbre d'entraînement d'un tel moteur de petite dimension emploie un joint ou des joints à étrier ou du type en croix Les avantages des joints universels de la présente invention par rapport aux joints selon l'art antérieur deviendront mieux apparents à la lecture de la description qui suit. En se référant maintenant à la figure 2, un premier mode de réalisation du joint universel selon l'invention y est illustré en détail Le joint universel 10 a un logement 20 qui a une cavité hémisphérique 21 formée à une extrémité ou l'extrémité interne et un évidement 22 formé à son autre extrémité ou extrémité externe Dans la cavité hémisphérique 21 est reçue coulissante une partie de bille 23 intégralement formée à l'extrémité adjacente d'un arbre 24 et la partie de bille est de préférence reçue dans la cavité hémisphérique 21 avec interposition d'un lubrifiant approprié L'arbre 24 du joint universel 10 est sensiblement plus court que l'arbre 24 du joint universel 10 ' Les arbres 24 des deux joints universels 10, 10 ' sont connectés par un manchon 25 comme on peut le voir sur la figure 1 pour former l'arbre intermédiaire 11 ci-dessus Dans un tel cas, les arbres 24 des joints 10, 10 ' sont pourvus de cannelures 26 et quand le manchon 25 est fixé sur les deux arbres cannelés 24 et qu'une force est appliquée à leurs extrémités opposées par tout moyen approprié d'application d'une force externe, la surface interne du manchon 25 présente des dentelures complémentaires des cannelures 26 des arbres 24 ainsi les arbres 24 et le manchon 25 sont connectés de façon que les arbres et le manchon ne puissent tourner les uns par rapport aux autres, mais puissent seulement se déplacer les uns par rapport aux autres en direction axiale. L'évidement 22 à l'extrémité externe du joint universel 10 ' reçoit une extrémité de l'arbre 12 et l'évidement 22 à l'autre extrémité du joint universel 10 reçoit une extrémité de l'arbre 13 (voir figure 1) Les arbres 12, 13 sont alors fixés aux logements 20 des joints universels 10, 10 ' par des chevilles (non repré- sentées) qui traversent des trous transversaux 27 dans les logements et alignées à travers des trous dans les arbres 12, 13 Comme cela est plus clairement représenté sur la figure 2, à l'extrémité ouverte de la cavité sphérique 21 dans le joint universel 10 ou 10 ' est disposé un organe de fermeture 30 qui a la forme d'une bague en résine synthétique ou en caoutchouc ayant une élasticité appropriée dans le premier mode de réalisation des figures 1 et 2 La surface interne 31 de l'organe de fermeture 30 est de forme hémisphérique afin d'être en contact régulier avec une portion de la partie de bille associée 23 et l'organe de fermeture 30 est fixée au logement 20 par matage, vers l'intérieur, du bord ouvert a de la cavité hémisphérique 21 en utilisant tout moyen approprié Avec le moyen de fermeture 30 placé en position dans le logement associé 20 de cette façon, une portion de la partie de bille 23 est supportée par l'organe de- fermeture 30 avecuneélasticité appropriée produite par l'organe de fermeture qui est formé en résine synthétique ou en caoutchouc et ne peut ainsi sortir de la cavité hémisphérique 21 Le support de la partie de bille 23 par l'organe de fermeture 30 de forte élasticité permet à la partie de bille de se déplacer assez régulièrement dans toute direction dans la cavité hémisphérique 21. La rotation de la partie de bille 23 autour de son axe Z dans la cavité hémisphérique 21 est empêchée par une broche 40 qui est reçue rotative dans un trou traversant transversal 41 qui est formé dans le logement associé 20 sensiblement à angle droit avec l'axe Z de la partie de bille 23 et qui traverse une fente 42 dans la partie de bille La broche 40 a une tête 43 à une extrémité et une rondelle automatique 44 qui est attachée à l'autre extrémité de façon que la broche 40 ne puisse sortir du logement 20 La broche 40 est montée sur le logement 20 par passage de la broche à travers le trou 41 et la fente 42 en alignement dans le logement 20 et la partie de bille 23 jusqu'à ce que la tête 43 de la broche 40 vienne en aboutement contre le logement puis en fixant la rondelle 44 sur la broche à l'extrémité opposée à la tête. Comme cela est plus clairement représenté sur la figure 3, la fente 42 a la forme d'un encoche rectangulaire de largeur constante et la partie de la broche 40 o elle engage la fente 42 est carrée comme cela est montré en 45 et la partie carrée 45 de la broche s'adapte régulièrement dans la fente 42 Ainsi, il n'y a pas de rotation relative entre la broche et la partie de bille Plus particulièrement, quand la partie de bille 23 est entraînée en rotation autour de son axe Z, le logement 20 tourne à l'unisson avec la partie de bille Quand la partie de bille 23 est entraînée en rotation autour de l'axe de la broche 40 (la rotation sera appelée ci-après "rotation dans la première direction"), la partie de bille peut tourner à l'unisson avec la broche 40 autour de l'axe de la broche sur une distance angulaire prédéterminée Quand la partie de bille 23 est entrainée en rotation dans une direction à angle droit avec la première direction de rotation (la direction à angle droit sera appelée "rotation dans la seconde direction" ci-après), la partie de bille peut tourner sur une distance angulaire prédéterminée au moyen de la fente 42 indépendamment de la broche 40 La distance angulaire parcourue par la rotation de la partie de bille 23 dans la seconde direction de rotation est définie par une rampe 46 qui est formée sur la paroi interne de la fente 42. Comme on l'a décrit ci-dessus, la force de rotation est transmise de la partie de bille 23 au logement et inversement, mais les conséquences des rotations dans les première et seconde directions permettent un mouvement universel Par suite, une rotation à une vitesse angulaire constante est transmise de l'arbre 12 à l'arbre 13 par les deux joints universels 10 10 ' et l'arbre intermé- diaire 11 En vertu des joints universels, la rotation à vitesse angulaire constante n'est pas affectée de façon néfaste même si les axes des arbres 12, 13 ne sont pas en alignement ou qu'ils sont excentriques l'un à l'autre. Comme on peut le voir sur la figure 2, un couvercle 50 chevauche le logement 20 et l'arbre 24 de la partie de bille 23 Le couvercle 50 est formé en caoutchouc ou matériau analogue et il sert principalement à obturer l'ouverture de la cavité hémisphérique 21 dans le logement 20 visà-vis de l'invasion de la poussière et analogues dans l'ouverture de la cavité. En se référant maintenant à la figure 4, on peut y voir un autre mode de réalisation du joint universel construit selon la présente invention Dans ce mode de réalisation, la partie de bille 23 est supportée par un organe modifié de fermeture 60 Comme cela est plus clairement représenté sur la figure 5, l'organe modifié 60 comprend un rebord 61 et une partie hémisphérique annu- laire 62 qui s'étend radialement vers l'intérieur du rebord La partie hémisphérique 62 est en contact régulier avec une portion de la partie de bille 23 et la partie hémisphérique 62 est pourvue, sur son pourtour interne, d'un certain nombre de pièces élastiques et circonféren- tiellement espacées 63 Quand le rebord 61 de l'organe de fermeture 61 est maté contre le bord de l'ouverture dans le logement 20, les pièces élastiques 63 de l'organe de fermeture supportent la partie de bille 23 sous une pression appropriée (figure 4) L'organe de fermeture 60 est de préférence formé en résine synthétique, par exemple Cependant, il est également envisagé que l'organe de fermeture 60 soit formé en métal et que la portion de la partie hémisphérique 62 o la partie hémisphérique contacte la partie de bille 23 soit enduite d'une résine synthétique appropriée. En se référant maintenant à la figure 6, la partie de bille 23 est illustrée comme étant attachée au logement par une broche 70 qui est différente de la broche 40 que l'on peut voir sur la figure 2 La broche 70 est différente de la broche 40 par le fait que la portion carrée de la broche 70 est formée d'un organe séparé. Dans le mode de réalisation de la figure 6, la broche 70 comprend une tige 71 et un manchon 72 fixé sur la tige 71. Le manchon 72 est formé en résine synthétique, par exemple, et le pourtour externe du manchon 72 est carré pour s'adapter régulièrement dans la fente 42 de la partie de bille 23 La broche 70 du mode de réalisation de la figure 6 est traitée d'une façon plus simple que la broche 40 du mode de réalisation de la figure 2. En se référant à la figure 7, on peut y voir un autre mode de réalisation du joint universel selon l'invention Dans le mode de réalisation de cette figure, la partie de bille 23 est supportée par un palier 80 qui est formé en résine synthétique ou caoutchouc, par exemple, et il a un évidement hémisphérique 81 pour entourer une partie sensible du pourtour externe de la partie de bille 23 pour une libre rotation Le palier 80 est reçu dans la cavité complémentaire 82 à l'extrémité adjacente du logement 20 et il y est maintenu en position par un organe de fermeture 83 entourant la partie de bille 23 Comme dans les modes de réalisation qui précèdent, l'organe de fermeture 83 est fixé au logement 20 en courbant vers l'intérieur ou en matant le bord périphé- rique de l'ouverture dans le logement. La partie de bille, le logement et les autres composants dans chacun des modes de réalisation ci-dessus sont formés par laminage à froid d'un matériau d'acier sous forme d'une barre et par conséquent les composants des joints universels peuvent être produits à faible prix et d'une façon simple Pour donner un exemple, la partie de bille a pour diamètre externe 14 mm, le logement a pour diamètre externe 25 mm et la broche a un diamètre de 5 mm. Selon la présente invention, les composants de chacun des modes de réalisation ci-dessus du joint universel sont assemblés comme suit, par exemple: D'abord, la partie de bille est placée dans la cavité hémisphérique du logement, la broche est passée à travers le logement et la partie de bille, la rondelle automatique est fixée à l'extrémité menante de la broche, l'organe de fermeture est disposé autour de la partie de bille en une position prédéterminée dans le logement et le bord périphérique de l'ouverture du logement est maté vers l'intérieur Ainsi, en comparaison aux joints universels conventionnels en croix et en étrier, le joint universel de la présente invention peut être fabriqué d'une façon plus simple De plus-, le joint universel de la présente invention nécessite un nombre relativement faible de composants et il est moins coûtteux. Par ailleurs, selon la présente invention, comme la partie de bille est supportée par un organe de fermeture ayant une élasticité appropriée, le mouvement de la partie de bille dans la cavité hémisphérique dans le logement est régulier. La figure 8 montre les résultats des essais de durabilité accomplis sur les joints universels illustrés et décrits ci-dessus et les conditions employées dans ces essais sont les suivantes: 1 Nombre de tours: 615 t/mn 2 Angle de décalage entre les deux arbres: 90 3 Cycle d'essai: 100 000 cycles ( 4 secondes par cycle) 4 Charge sur le joint: 8,8 N (maximum) pendant 0,2 seconde 0,98-N (minimum)pendant 2,8 secondes Pas de charge pendant 1 seconde. Les résultats d'essai montrent que les joints universels essayés répondent à toutes les conditions d'essai de durabilité choisies pour les joints universels. A la lecture de ce qui précède, il est apparent que la présente invention permet d'éliminer les inconvénients inhérents aux joints universels selon l'art antérieur Bien que la description ait été faite en se référant à l'application de l'invention au mécanisme de l'arbre d'entraînement d'un moteur de petite dimension, l'invention peut également s'appliquer au mécanisme de l'arbre de direction d'un véhicule. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Joint universel pour connecter deux arbres l'un à l'autre pour un basculement autour des axes desdits arbres, caractérisé en ce qu'il comprend un logement ( 20) adapté à être connecté-à l'un desdits arbres, une partie de bille ( 23) reçue dans ledit logement pour rotation multidirectionnelle et pouvant être connectée à l'autre desdits arbres, un organe de fermeture ( 30) attaché audit logement pour supporter au moins une portion de ladite partie de bille et une broche ( 40) disposée sensiblement à angle droit avec les axes desdits arbres s'étendant à travers ledit logement et ladite partie de bille, ladite broche étant insérée dans ledit logement pour une libre rotation et dans ladite partie de bille de façon que ladite partie de bille ne puisse tourner par rapport à la broche, mais puisse basculer dans une direction. 2. Joint universel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une portion sensible de la partie de bille précitée est reçue dans un évidement hémisphérique ( 21) dans le logement précité et une portion mineure de ladite partie de bille est supportée élastiquement par l'organe de fermeture ( 60) précité. 3. Joint universel selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'environ la moitié de la partie de bille précitée est reçue dans la cavité hémisphérique précitée et l'autre moitié de ladite partie de bille est reçue dans une cavité hémisphérique dans l'organe de fermeture précité. 4. Joint universel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de bille précitée est supportée dans la cavité hémisphérique précitée dans un palier ( 80) fixé dans l'évidement du logement précité et ledit palier est maintenu en position afin de l'empêcher de sortir dudit logement par une plaque de fermeture ( 83) attachée audit logement. 5. Joint universel selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de fermeture ( 60) précité comprend un rebord ( 61) pouvant être fixé au logement précité et une surface hémisphérique ( 62) qui s'étend dudit rebord pour être en contact régulier avec une portion de ladite partie de bille. 6. Joint universel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de fermeture précité est fixé au logement précité en matant le bord périphérique de l'ouverture dans ledit logement. 7. Joint universel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie de la surface périphérique de l'organe de fermeture précité o ledit organe de fermeture contacte la partie de bille précitée est enduite d'un lubrifiant. 8. Joint universel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de fermeture précité est formé en une résine élastique synthétique. 9. Joint universel selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de fermeture précité est formé en métal. 10. Joint universel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de bille précitée présente une fente ( 42) pour recevoir une partie carrée de la broche précitée. 11. Joint universel selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie carrée de la broche est intégralement formée autour du pourtour externe de ladite broche. 12. Joint universel selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie carrée précitée a la forme d'un manchon ( 72) fixé sur la broche précitée. 13 Joint universel selon la revendication 12, caractérisé en ce que le manchon précité est formé en résine synthétique. 14. Ensemble formant joint universel pour connecter deux arbres l'un à l'autre pour un mouvement basculant autour des axes desdits arbres, caractérisé en ce qu'il comprend un premier joint universel ( 10) pouvant être connecté à l'un desdits arbres, un second joint universel ( 10 ') pouvant être connecté à l'autre desdits arbres et un arbre intermédiaire ( 11) reliant lesdits premier et second joints universels, chacun desdits joints universels comprenant un logement, une partie de bille reçue dans ledit logement, un organe de fermeture fixé audit logement et une broche traversant ledit logement et ladite partie de bille à angle droit par rapport aux axes desdits arbres à connecter, ladite broche étant reçue dans ledit logement pour une libre rotation et dans une fente de ladite partie de bille contre une rotation, mais pour pouvoir basculer dans une direction.