Brevet FR2537227A1 — publié le 19840608

Transmission à bille entre deux bouts d'arbres. La présente invention concerne la transmission d'un mouvement de rotation ou la modification d'orientation rela- tive entre deux arbres rotatifs non alignés. Elle vise plus particulièrement les transmissions mécaniques à cardan simple et double et les articulations à inclinaison variable. Les joints à cardan classiques comportent générale- ment une rotule centrale ou un arbre coulissant. Un joint de cardan simple comporte deux pivots au minimum et, dans ce cas, la transmission du mouvement n'est pas homocinétique. Pour des utilisations courantes, un joint simple permet cependant de transmettre un mouvement pratiquement homocinétique, du fait des jeux internes, mais limité à des angles de 6 à 7 Pour des décalages angulaires plus importants, on utilise généralement des joints doubles qui nécessitent une égalité d'angles ainsi qu'une orientation des axes de pivots identiques. Ce n'est qu'à cette condition que la transmission est homocinétique entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie. Une transmission est dite homocinétique lorsque les angles décrits par les deux arbres entraînés ont exactement la même valeur par rapport à une origine connue. Les joints à cardan classiques utilisés notamment sur les automobiles et les transmissions de puissance, peuvent être du type"à croisillon" dont un exemple est le joint Spicer-Glaenzer, ou du type "à billes" tel les systèmes Weiss, Rzeppa, qui sont des joints à trois pivots matérialisés par les billes qui circulent sur des chemins de roulement curvilignes et présentent de grandes difficul- tés d'usinage pour de faibles possibilités de coulissement et d'inclinaison. Un autre joint à cardan classique est le joint dit "Tripode" composé essentiellement d'un axe sur lequel sont plantés trois axes perpendiculaires concourants, sur les- quels tournent des galets cylindriques ou sphériques, 2 2537227 l'ensemble coulissant dans un arbre femelle dit "tulipe". Ce joint présente également de grandes difficultés d'usinage et une certaine fragilité. L'invention a pour but une transmission à bille ne présentant pas les inconvénients des joints classiques, d'usinage et d'assemblage faciles, avec de bonnes capacités de coulissement, un grand angle de fonctionnement pouvant atteindre par exemple 200, et se prêtant particulièrement bien à-la réalisation de joints homocinétiques. L'invention a pour objet une transmission mécanique à bille entre-deux bouts d'arbres, caractérisée en ce que l'extrémité frontale d'un premier des bouts d'arbre est creusée d'un embout femelle comportant un logement axial dont la section droite présente au moins un lobe latéral formant un conduit cylindrique de révolution non perpendi- culaire à l'axe de ce premier bout d'arbre, ce lobe ayant une section droite délimitée par un arc outrepassé, en ce que le second des bouts d'arbre 2 est prolongé par au moins un embout mâle, dont la largeur transversalement à l'axe de ce second bout d'arbre est inférieure à celle de l'ouver- ture libre de l'arc outrepassé du lobe de conduit associé à cet embout, et dont la paroi la plus éloignée de l'axe du second bout d'arbre est creusée à proximité de son ex- trémité d'un évidement cylindrique de révolution, de même diamètre que le conduit associé du premier bout d'arbre et d'axe non parallèle à celui du second bout d'arbre, cet évidement ayant une section droite limitée par deux arcs de cercle, diamétralement opposés; et en ce qu'une bille de liaison, de diamètre correspondant au jeu près, est insérée et maintenue librement à la fois dans le con- duit du premier bout d'arbre et dans l'évidement du second bout d'arbre. Dans un mode de réalisation particulièrement avanta- geux, notamment en ce qui concerne l'usinage, l'axe de l'évidement cylindrique de l'embout mâle est perpendiculai- re à l'axe du second bout d'arbre. Pour des transmissions d'une certaine puissance, il est avantageux que le logement femelle du premier bout 3 2537227 d'arbre présente au moins deux conduits cylindriques, paral- lèles, répartis radialement, l'embout mâle du second bout d'arbre présentant autant-d'éléments radiaux correspondants avec autant de billes de liaison que d'ensembles conduit- élément associés. En ce cas, le logement femelle présente, de préfé- rence, un conduit axial cylindrique de révolution avec- trois lobes, régulièrement répartis en étoile, l'embout mâle ayant une section droite en forme de Y à branches sy- métriques décalées entre elles de 1200. L'invention a également pour objet une transmission mécanique homocinétique double, à billes,entre deux bouts d'arbres rotatifs, non alignés, concourants ou non 1 caracté- risée en ce qu'elle comprend un arbre intermédiaire disposé librement entre les deux bouts d'arbres, chacune des extré- mités de l'arbre intermédiaire formant respectivement avec le bout d'arbre associé une transmission à cardan simple. suivant l'invention. Une telle transmission homocinétique peut être réa- lisée avec un arbre intermédiaire portant à chaque extrémité un embout de même type, mâle ou femelle, chacun des embouts d'arbres se terminant par un embout de même type complémen- taires de ceux de l'arbre intermédiaire. Les embouts, aux extrémités de l'arbre intermé- diaire, peuvent présenter un décalage angulaire l'un par rapport à l'autre dans des plans parallèles, ou être- alignés. L'arbre intermédiaire peut être disposé librement entre les deux bouts d'arbre, mais on peut limiter ses dé- placements à l'aide d'au moins une butée élastique - Ainsi, dans une transmission double suivant l'in- vention, on solidarise en rotation les deux bouts d'arbre portant respectivement un embout mâle et un embout femelle par insertion à l'intérieur de l'embout femelle d'au moins un organe de liaison ayant une liberté de coulissement à la fois et seulement parallèlement à l'axe de l'un des arbres et angulairement par rapport à l'axe de l'autre arbre. Dans une application de l'invention à une trans- 4 2537227 mission commandant l'inclinaison relative entre deux arbres, l'extrémité libre de chacun des éléments radiaux de l'em- bout mâle pénétrant dans l'embout femelle est assujettie à un poussoir coulissant parallèlement à l'axe dans un prolon- gement interne de chaque conduit de l'embout femelle et ac- tionnable à volonté pour modifier l'angle formé par les axes des deux bouts d'arbres. Un mode de réalisation d'une telle transmission, particulièrement intéressant pour la réalisation d'un poi- gnet de robot, comprend trois poussoirs parallèles reliés chacun respectivement à une branche de l'embout mâle par une biellette. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'une transmission à bille simplifiée suivant l'invention, la figure 2 est une vue en bout de l'embout femelle de la transmission de la figure 1, la figure 3 est une vue en plan de l'embout mâle de la transmission de la figure 1, la figure 4 est une vue schématique, en coupe axia- le,-d'une transmission mécanique homocinétique double à billes suivant l'invention, la figure 5 est une vue schématique, en coupe, sui- vant la ligne V-V de la figure 4, la figure 6 est une vue par dessus de l'arbre inter- médiaire de la transmission de la figure 4, la figure 7 est une vue schématique, en coupe, suivant la ligne VII-VII de la figure 6, la figure 8 est une vue, en bout, suivant la flèche VIII de l'arbre intermédiaire de la figure 6, la figure 9 est un diagramme montrant schématique- ment, dans le plan suivant la ligne IX-IX de la figure 4, les déplacements du centre des billes dans cette trans- mission, et 2537227 la figure 10 est une vue schématique partiellement en coupe d'une transmission à inclinaison variable suivant l'invention. La transmission à cardan simple représentée sur les figures 1 à 3 assure la liaison, en rotation, entre deux bouts d'arbres i et 2, disposés angulairement. L'extrémité frontale du bout d'arbre 1 est creusée d'un embout femelle comportant un logement axial 3, dont la section droite en trou de serrure présente un lobe latéral formant un conduit 4 cylindrique de révolution parallèle à l'axe X-X du bout d'arbre 1 Le lobe latéral formant le con- duit cylindrique 4 a une section droite en forme d'arc ou- trepassé dont les bords sont définis par un évidement ra- dial 40. Le second bout d'arbre 2 est prolongé par un embout mâle 5 de forme rectangulaire, dont la largeur est inférieu- re à celle de l'évidement radial 40, dans lequel il peut circuler librement. Sur sa tranche extérieure est creusé un évidement 6 cylindrique radial de même diamètre que le conduit 4 de l'arbre 1. Cet évidement 6 a une section droite limitée par deux arcs de cercle diamétralement opposés. Une bille 7 de liaison, de diamètre correspondant au jeu près à celui du conduit 4 et de l'évidement 6, est insérée à la fois dans le conduit 4 et l'évidement 6 assu- rant ainsi la liaison mécanique entre les deux bouts d'arbre. Après rotation d'un demi-tour, les positions respec- tives des deux arbres 1 et 2 sont indiquées en pointillés sur la figure 1 Une telle transmission simplifiée ne per- met pas la transmission de puissance notable, mais peut servir à des indexations, ou encore à la réalisation de transmissions simples, notamment pour des jouets Elle est d'un usinage particulièrement simple et peut être réalisée par moulage sans aucune difficulté. Elle tolère des décalages angulaires entre les axes X-X et Y-Y des arbres 1 et 2 du même ordre au moins 6 2537227 que les transmissions classiques, ainsi qu'un coulissement relativement important de l'un des arbres par rapport à l'autre. La transmission homocinétique représentée sur les figures 4 à 8 est constituée essentiellement par deux transmissions à billes simples, réunies par un arbre inter- médiaire 50 assurant la liaison entre les deux arbres 20, 21, entre lesquels doit être assurée la transmission en rotation. Les arbres 20 et 21 sont l'un et l'autre creusés de logements femelles comprenant trois conduits 10, 11, 12 parallèles, répartis radialement en étoile autour d'un con- duit axial 19 cylindrique, l'ensemble ayant, en coupe axiale, l'aspect d'un trèfle. L'embout mâle est constitué par l'arbre intermédiai- re 50 dont la section droite a la forme d'un Y à branches symétriques 13, 14-, 15, décalées entre elles de 1200. Chacune des branches 13, 14, 15, est creusée, au voisinage de ses extrémités, de deux logements cylindriques 24, 25, 26, 27 et 28, 29, de même diamètre que les conduits , 11, 12, dans lesquels sont logés six billes 16, 17, 18, , 31, qui assurent la liaison entre l'arbre intermédiaire et les deux bouts d'arbres 20, 21 par coulissement dans les conduits 10, 11, 12 de chacun des embouts femelles des arbres 20 et 21. En bout de chaque extrémité de l'arbre intermédiai- re 30 sont creusés deux logements 32, 33 respectivement re- cevant des billes de butée 34, 35, qui-viennent porter res- pectivement contre des plaques d'appui 36, 37 sollicitées élastiquement par un ressort 22 et un bloc de caoutchouc 23. Ainsi, on évite tout débattement intempestif de l'arbre intermédiaire 50 entre les deux bouts d'arbres 20, 21, notamment pour la transmission de rotation d'une cer- taine vitesse. Dans de nombreuses applications pratiques, une seule butée élastique suffit, l'autre butée étant consti- tuée par une face d'appui. Un soufflet 38 réunissant les deux bouts d'arbres -7- , 21 met la transmission à l'abri de la pollution. Une telle transmission homocinétique permet des accouplements d'arbres présentant des décalages an- gulaires ainsi que des déports de parallèlisme relative- ment importants et des transmissions de puissance et de vitesse de rotation relativement élevées La transmission reste homocinétique dans tous les angles d'inclinaison. L'étude cinématique d'une telle transmission double à billes montre, contrairement aux transmissions classiques à cardan, que l'axe de l'arbre intermédiaire n'est jamais concourant avec les axes respectifs des deux bouts d'arbres qu'il relie sauf si les trois axes sont en alignement En effet lorsqu'il est incliné et autour de sa rotation le centre de l'arbre intermédiaire décrit une élipse comme représenté sur la figure 9 ou 39 indique le point ou l'axe de l'arbre 50 rencontre le plan des trois billes 16, 17, 18 La courbe 40 schématise le trajet du point 39 La courbe 41 schématise la trajectoire de l'axe des trois billes 16, 17, 18. A tite indicatif avec des billes 16, 17, 18 dont le centre est écarté radialement d'environ 10 mil- limètres de l'axe 50, les dimensions de l'élipse sont de l'ordre de quelques dixièmesde millimètre suivant l'in- clinaison dans des conduits parallèles 49,51, 52 d'un loge- ment femelle trilobé analogue, à celuides arbres 20 et 21 de l'exemple dela figure 4, creusé dans le second bout d'arbre 48. Dans le prolongement axial de chacun des trois conduits 49, 51, 52 sont creusés des logements 53 pour des poussoirs 54, 8 2537227 reliés chacun par une biellette 56, 57 respectivement à une branche 44, 45 de l'embout mâle 43 Chaque poussoir 54, peut constituer le piston d'un vérin dont le cylindre est formé par le logement 53 associé. L'admission contrôlée d'un fluide hydraulique dans chaque cylindre de vérin permet d'orienter à volonté l'axe de l'arbre 42 par rapport à l'axe de l'arbre 48. En vrariante, on peut actionner chaque poussoir par tout moyen classique tel que vérin à vis, tringlerie, ou autre. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible-de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. 9 2537227 REVENDICATIONS 1 Transmission mécanique à bille entre deux bouts d'arbres ( 1, 2), caractérisée en ce que l'extrémité frontale d'un premier des bouts d'arbre ( 1) est creusée d'un embout femelle comportant un logement 3 axial dont la section droi- te présente au moins un lobe latéral formant un conduit ( 4) cylindrique de révolution non perpendiculaire à l'axe de ce premier bout d'arbre ( 1), ledit lobe ayant une section droite délimitée par un arc outrepassé, en ce que le second des bouts d'arbre ( 2) est prolongé par au moins un embout male ( 5), dont la largeur transversalement à l'axe de ce second bout d'arbre ( 2) est inférieure à celle de l'ouver- ture libre de l'arc outrepassé du lobe du conduit ( 4) asso- cié à cet embout, et dont la paroi la plus éloignée de l'axe du second bout d'arbre ( 2) est creusée à proximité de son extrémité d'un évidement ( 6) cylindrique de révolution, de même diamètre que le conduit ( 4) associé du premier bout d'arbre ( 1) et d'axe non parallèle à celui du second bout d'arbre ( 2), cet évidement ( 6) ayant une section droi- te limitée par deux arcs de cercle ( 8, 9) diamétralement opposés; et en ce qu'une bille ( 7) de liaison, de diamètre correspondant au jeu près, est insérée et maintenue libre- ment à la fois dans le conduit ( 4) du premier bout d'arbre ( 1) et dans l'évidement ( 6) du second bout d'arbre ( 2). 2 Transmission suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que l'axe de l'évidement ( 6) cylindrique de l'embout male ( 5) est perpendiculaire l'axe du second bout d'arbre ( 2). 3 Transmission suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le logement femelle du pre- mier bout d'arbre ( 21) présente au moins deux conduits ( 10, 11, 12) cylindriques, parallèles, répartis radialement, l'embout mâle ( 50) du second bout d'arbre présentant autant d'éléments radiaux ( 13, 14, 15), correspondants, avec au-tant de billes ( 16, 17, 18) de liaison que d'ensembles conduit- élément associés. 4 Transmission suivant la revendication 3, carac- térisée en ce que le logement femelle présente un conduit 2537227 axial ( 19) cylindrique de révolution avec trois lobes ( 10, 11, 12), régulièrement répartis en étoile, l'embout mâle ( 50) ayant une section droite en forme de Y à branches symé- triques décalées entre elles de 1200. 5 Transmission mécanique homocinétique double à billes, entre deux bouts d'arbres rotatifs ( 20, 21), non alignés concourants ou non, caractérisée en ce qu'elle com- prend un arbre intermédiaire ( 50), disposé librement entre les deux bouts d'arbres ( 20, 21), chacune des extrémités de l'arbre intermédiaire ( 50) formant respectivement avec le bout d'arbre associé une transmission àbille suivant l'une des revendications 1 à 4. 6 Transmission suivant la revendication 5, carac- térisée en -ce que l'arbre intermédiaire porte à chaque ex- trémité un embout de même type, mâle ou femelle, chacun des bouts d'arbre se terminant également par un embout de même type, complémentaire de ceux de l'arbre intermédiaire. 7 Transmission suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les embouts aux extrémités de l'arbre intermédiaire présentent un décalage angulaire dans des plans 'parallèles l'un par rapport à l'autre. 8 Transmission-suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une butée élastique ( 22, 23) limitant les déplacements axiaux de l'arbre intermédiaire. 9 Transmission suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l'extrémité libre de chacun des éléments radiaux ( 44, 45) de l'embout mâle ( 43) péné- trant dans l'embout femelle est assujettie à un poussoir ( 54, 55) coulissant parallèlement à l'axe dans un prolonge- ment interne de chaque conduit ( 49, 51, 52) de l'embout femelle et actionnable à volonté pour modifier l'angle for- mé par les axes des deux bouts d'arbres. Transmission suivant la revendication 4 et la revendication 9, notamment pour poignet de robot, caracté- risée en ce qu'elle comprend trois poussoirs ( 54,-55) pa- rallèles reliés chacun respectivement à une branche ( 44, ) de l'embout mâle ( 43) par une biellette ( 56, 57).