Brevet FR2561727A1 — publié le 19850927

Cette invention concerne les joints universels. Elle a plus particulièrement pour objet un croisillon de joint universel réalisé par assemblage de deux tiges de forme générale cylindrique par application de chaleur et de pression. Dans la fabrication de joints universels, on prévoit couramment une pièce en forme de croix appelée croisillon pour supporter des roulements à aiguilles qui permettent la rotation relative de fourches du joint. Une fourche est généralement montée sur deux branches opposées ou tourillons du croisillon, tandis que l'autre fourche est montée sur les deux tourillons restants. Un procédé couramment appliqué pour fabriquer des croisillons de joints universels consiste à forger ou à mouler une pièce en forme de croix puis d'usiner et de rectifier les branches en tourillons formant des portées pour les roulements à aiguilles à monter sur eux. Ce procédé pose des problèmes dans l'usinage, le maintien de tolérances adéquateset l'obtention de la rationalité désirée dans le processus de fabrication. Ces différents problèmes se tradui- sent par une pièce relativement coûteuse. Un autre procédé couramment appliqué pour fabriquer des croisillons de joints universels consiste à produire et à rectifier une longue tige et deux courtes tiges, lesquelles sont ensuite assem- blées en un moyeu central. Les deux courtes tiges ont habituellement une extrémité fourchue qui vient se placer à cheval sur le milieu de la longue tige lors de l'assemblage. La conformation convenable des extrémités fourchues des petites tiges demande un équipement coûteux. La fabrication de croisillons à partir d'une longue et de deux courtes tiges devient ainsi relativement onéreuse. Encore un autre procédé pour fabriquer un croisillon de joint universel est décrit dans le brevet des EUA n 3 110 166 délivré le 12 novembre 1963 au nom de William Shutt et intitulé "Universal Joint Spider". Selon ce brevet, le croisillon est formé par soudage par résistance sous pression de deux pièces de forme générale cylindrique, qui ont été préusinées. Cependant, les extrémités des tiges, constituant les portées ou tourillons qui doivent recevoir les roulements à aiguilles, doivent encore être rectifiées et polies après la formation du croisillon. Ceci demande de l'équipement, des montages et du temps supplémentaires qui ne seraient pas nécessaires si les étapes de rectification et de polissage des portées des tiges après leur soudage ensemble pouvaient être éliminées. L'invention apporte un croisillon de joint universel, de même qu'un procédé pour le fabriquer, qui sont basés sur l'assem- blage de deux tiges par application de la chaleur et d'une pression. Le croisillon est complet et prît à être utilisé après l'assemblage en croix des deux tiges. Aucune opération finale de rectification ou de polissage ni aucun autre traitement des extrémités des tiges devant recevoir les roulements n'est nécessaire. Un croisillon selon l'invention est constitué de deux tiges de forme générale cylindrique, qui sont trempées et rectifiées. Après l'assemblage, les tiges sont disposées transversalement l'une par rapport à l'autre et avec leurs axes dans un plan commun. L'assemblage s'effectue par une opération de soudage-compression des deux tiges, avec écrasement partiel de leurs portions centrales et avec limitation des longueurs des soudures sur les tiges, de manière que les parties extrêmes des tiges, devant former les tourillons, possèdent une strucutre métallurgique non perturbée par l'opération de soudage. Un recouvrement ou enrobage en plastique est moulé autour de la partie centrale soudée du croisillon pour créer des surfaces de butée pour les roulements. Le procédé selon l'invention pour fabriquer un croisillon de joint universel comprend la trempe et la rectification de deux tiges. Les tiges trempées et rectifiées sont placées l'une sur l'autre, avec leurs axes orientés transversalement. Les tiges - sont assemblées par leurs portions centrales par l'application précise de chaleur et de pression, avec contr8le de la distance entre les axes des tiges pendant l'assemblage. Le croisillon ainsi obtenu possède quatre tourillons trempés disposés à angle droit l'un par rapport à l'autre et dont les axes sont situés dans le même plan. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de c8té d'un croisillon selon un exemple de réalisation préféré de l'invention; - la figure 2 est une vue frontale de ce croisil- lon, prise suivant la ligne et les flèches 2--2 de figure 1; - la figure 3 est une vue arrière du croisillon, prise suivant la ligne et les flèches 3--3 de figure 1; - la figure 4 est une vue en élévation latérale partiellement en coupe d'un mode de réalisation préféré d'un montage de matriçage-soudage utilisé dans une machine pour fabri- quer des croisillons selon l'invention; - la figure 5 est une vue prise suivant la ligne et dans le sens des flèches 5--5 de figure 4; et - la figure 6 est une vue frontale d'un croisillon fini avec son enrobage central en plastique. Un croisillon de joint universel selon l'invention, voir en particulier les figures 1 à 3, est constitué d'une première tige 10, de forme générale cyclindrique et qui a été trempée et rectifiée, et d'une deuxième tige 12, également de forme générale cylindrique et qui a été trempée et rectifiée. Les tiges sont re- présentées après leur assemblage en un croisillon par l'application dosée de courant électrique et d'une haute pression. Les extrémités 14 et 16 de la tige 10 et les extrémités 18 et 20 de la tige 12 cons- tituent les tourillons du croisillon et servent de portées pour une couronne d'aiguilles d'un roulement à aiguilles non représenté, qui est normalement mis en place sur chacune des extrémités de chacune des deux tiges 10 et 12. L'élargissement central 22 est constitué de matière des deux tiges qui a été refoulée pendant l'opération de soudage. Avant leur assemblage pour former le croisillon, les tiges 10 et 12, préalablement trempées et rectifiées, pos- sèdent le même diamètre sur toute leur longueur. Il s'est avéré que si les portions centrales sont réduites, le croisillon obtenu est trop faible pour pouvoir être utilisé sous des charges élevées. Pour leur réunion, ies tiges sont placées l'une sur l'autre par leurs portions centrales et avec leurs axes orientés transversalement. Elles sont ensuite assemblées par leurs portions centrales par l'application précise de chaleur et de pression et avec contr8le de la distance entre les axes des tiges pendant qu'elles sont chauffées et pressées l'une contre l'autre. Le croisillon de joint universel ainsi obtenu possède la forme re- présentée sur les figures 1 à 3. Les figures 4 et 5 représentent une partie du montage de matriçage ou de compression et de soudage utilisé pour réaliser l'assemblage. Ce montage ou outillage comporte un ensemble inférieur avec une électrode de cuivre 24 présentant au centre une partie travaillante surélevée ou portée 26. Cette dernière présente une rainure centrale 28 pour supporter l'une des tiges. Les rainures semi-circulaires 30 et 32 de part et d'autre de la rainure porte-tige 28 sont ménagées dans la portée 26 de l'électrode de cuivre pour recevoir le métal fondu refoulé provenant de l'écrasement partiel des deux tiges, avant que ce métal ne solidifie pour former l'élargissement 22 visible sur les figures 1 à 3. Un disque d'acier annulaire 34 (voir figure 5) est disposé sur l'épaulement annulaire 38 de l'électrode de cuivre 24. La portée 26 de l'électrode pénètre dans l'ouverture centrale 36 du disque 34. Comme le diamètre de cette ouverture est plus grand que le diamètre de la portée 26, un intervalle annulaire 40 subsiste entre elles. Quatre rainures semi-circulaires orthogonales 42, 44, 46 et 48 (voir figure 5) s'étendent depuis l'ouverture centrale 36 du disque 34 jusqu'au pourtour de celui-ci. Les rainures 42 et 46 sont alignées avec la rainure porte-tige 28 de la portée centrale 26; les rainures 44 et 48 sont perpendiculaires à la rainure porte-tige 28. La portée centrale 26 de l'électrode de cuivre présente en outre un court tronçon de rainure semi-circulaire 50 en alignement avec la rainure 44 du disque annulaire 34, de même qu'un court tronçon de rainure semicirculaire 52 en alignement avec la rainure 48 du disque 34. L'ensemble supérieur du montage de matriçage-soudage pour souder les tiges ensembles en un croisillon de joint universel comporte, voir la figure 4, une électrode de cuivre supérieure 60 256 1727 avec une portée centrale 62. Autour de cette dernière est placé un disque d'acier annulaire 64. Le diamètre de l'ouverture centrale 66 de ce disque étant plus grand que le diamètre de la portée 62, un intervalle annulaire 68 est formé entre elles. Des rainures semi-circulaires 70 et 72 ménagées dans le disque 64 sont alignées avec les rainures semi-circulaires 44 et 48 du disque 34. Le disque annulaire 64 présente en outre des rainures (non représentées) situées en face des rainures 42 et 46 (voir figure 5) du disque 34. La portée 62 de l'électrode supérieure 60 est pourvue en outre d'un support de tige courbe et de deux rainures semi-circulaires voisines, s'étendant tous perpendiculairement à la rainure porte-tige 28 et des deux rainures 30, 32 situées de part et d'autre d'elle dans la portée 26 de l'électrode infé- rieure 24. De plus, la portée 62 de l'électrode supérieure pré- sente de courtstronçonsde rainure semi-circulaire (non représentés) qui sont alignés avec les rainures semi-circulaires (non repré- sentées) s'étendant de l'ouverture 66 du disque d'acier 64 du haut jusqu'au pourtour de ce disque et situées en regard des rainures 42 et 46 du disque d'acier 34 du bas. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on commence par tremper et rectifier deux tiges comme les tiges 10 et 12. L'une d'elles est placée dans la rainure 28 de la portée 26 au centre de l'électrode de cuivre 24 du bas. L'autre tige est placée dans la rainure centrale (non représentée et perpendiculaire à la rainure 28) de la portée 62 de l'électrode 60, de sorte que les axes des deux tiges sont transversaux. La figure 4 fait ressortir que la tige 12 est posi- tionnée de manière que ses extrémités formant tourillons 18 et 20 soient situées à l'extérieur des portées 26 et 62 et dans les rai- nures semi-circulaires des disques annulaires 38 et 64. De façon analogue, les extrémités trempées et rectifiées 14 et 16 de la tige 10 sont situées à l'extérieur des portées 26 et 62 et dans les rainures correspondantes des disques 38 et 64. L'ensemble supérieur et l'ensemble inférieur sont ensuite pressés l'un contre l'autre, de manière que les tiges soient assemblées par leurs portions centrales grâce à l'application dosée avec précision 256172.7 de chaleur et de pression. La chaleur est appliquée par l'envoi périodique d'impulsions de courant continu à travers les électrodes de cuivre du haut et du bas. Le dosage convenable des impulsions électriques appli- quées aux électrodes et la disposition des tiges de manière que leurs tourillons trempés soient situés dans les rainures des disques annulaires 38, 64 permettent de limiter la longueur de la soudure à partir du centre. La longueur sur laquelle les tiges 10, 11 sont chauffées est réglée de manière que seule la partie centrale diri- gée vers l'autre tige soit fondue et écrasée pour former l'élar- gissement. L'intensité et la durée des impulsions électriques et le positionnement des tiges sont tels que leurs extrémités trempées, formant les tourillons 18, 20 sur la tige 12 et les tourillons 14, 16 sur la tige 10, ne soient pas chauffées pendant l'opération. Les tourillons restent ainsi à l'état trempé, si bien que la structure métallurgique des tiges trempées et rectifiées n'est pas pertur- bée à ces points. Ceci est très important parce que les tourillons doivent supporter ensuite les roulements à aiguilles. Lorsque le croisillon de joint universel a ainsi été assemblé, sa partie centrale soudée est enrobée d'un recouvre- ment plastique 80 par un surmoulage, de manière à créer des sur- faces de butée pour les roulements à aiguilles à monter sur les tourillons. L'enrobage en plastique 80 est constitué d'une partie centrale 82 ayant à peu près la forme d'un cube et de protubérances annulaires ou tubulures 84, 86, 88 et 90 qui font saillie de quatre c8tés de la partie centrale cubique 82 et à travers lesquelles s'étendent les tiges 10 et 12. Les tubulures 88 et 84 s'étendent sur une partie de la longueur de la tige 10. Les tubulures 86 et s'étendent sur une partie de la longueur de la tige 12. La longueur de chacune des tubulures 84, 86, 88 et 90 est telle que la partie centrale soudée du croisillon est couverte par l'enro- bage en plastique 80 et que seuls les tourillons trempés 14, 16, 18 et 20 restent nus. Les aiguilles des roulements à aiguilles (non représentés) montés sur les tourillons des tiges 10, 12 sont donc en contact avec des parties trempées de celles-ci, ce qui est nécessaire pour le fonctionnement convenable du joint universel. Les faces annulaires extrêmes 92 et 94 des tubu- lures 88 et 84 sont perpendiculaires à l'axe de la tige 10 et forment des surfaces de butée pour les roulements à aiguilles mon- tés ensuite sur les tourillons 14 et 16. De façon analogue, les faces annulaires extrêmes 96 et 98 des tubulures 86 et 90 de l'enrobage 80 sont orientées perpendiculairement à l'axe de la tige 12 et servent de surfaces de butée pour les roulements à aiguilles montés ultérieurement sur les tourillons 18 et 20. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Croisillon pour joint universel, constitué de deux tiges trempées et rectifiées de forme générale cylindrique et destinées à former des tourillons, qui sont disposées transversa- lement l'une par rapport à l'autre et avec leurs axes dans un plan commun, caractérisé en ce que les tiges (10, 12) d'oh est formé le croisillon sont soudées l'une à l'autre sous pression, avec limitation des longueurs de soudure des portions centrales des tiges (10, 12), de manière que les portées devant être cons- tituées par les parties extrêmes ou tourillons. (14, 16; 18, 20) des tiges (10, 12) présentent une structure métallurgique non perturbée. 2. Procédé pour fabriquer un croisillon de joint uni- versel, comprenant la trempe et la rectification de deux tiges (10, 12) et la disposition d'une tige sur l'autre par leurs parties centrales et avec leurs axes disposes transversalement l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que les tiges (10, 12) sont assemblées par leurs parties centrales par l'application dosée avec précision de chaleur et de pression, avec limitation des longueurs des parties chauffées, à partir du milieu des tiges (10, 12), pour produire un croisillon de joint universel constitué de deux tiges (10, 12) disposées transversalement l'une par rapport à l'autre, avec leurs axes dans un plan commun et de manière que leurs extrémités forment des tourillons (14, 16; 18, 20) trempés.