Brevet FR2560948A1 — publié le 19850913

La présente invention concerne un procédé de fabrication de chemins de roulement de billes dans des organes, ainsi que les organes ayant de tels chemins de roulement. Plus précisément, elle concerne la fabrication de chemins de roulement très précis formés dans les bagues internes ou externes des joints universels. Il existe de nombreux éléments mécaniques ayant des chemins de roulement de billes destinés à coopérer avec des billes assurant un support. Ces chemins de rou- lement peuvent être réalisés de nombreuses manières, notamment par formation d'un chemin de roulement de billes directement dans l'organe lorsque celui-ci est forgé ou moulé, par usinage, rectification ou formage à froid d'un chemin de roulement dans une pièce brute, ou par forgeage ou formage à froid d'un chemin de roulement initialement formé à des dimensions grossières dans une opération antérieure de fabrication de l'organe, le chemin de roulement étant ainsi rectifié ou usiné à la configura- tion précise nécessaire. Ce dernier procédé est le plus courant lorsque le chemin de roulement de billes doit avoir une configuration prédéterminée puisque les dimen- sions précises sont obtenues sans perte notable du matériau. En outre, ce procédé provoque une moindre usure de l'outil d'usinage ou de rectification que dans le cas o le chemin de roulement est rectifié ou usiné dans une pièce dans laquelle le chemin de roulement n'a pas été formé initia- lement. Par exemple, des chemins de roulement de billes très précis sont nécessaires par exemple dans les organes formant les bagues interneset externes des joints universeis dans lesquels un couple est transmis entre. des éléments tels que des billes placées dans les chemins de roulement formes dans lesdits organes. Dans un mode de réalisation de joint universel, appelé joint Rzeppa, décrit d'abord dans les brevets des EtatsUnis d'Amérique n 2 046 584 et 1 665 280, les chemins de roulement sont disposés dans des méridiens formés dans les surfaces sphériques opposées des bagues interneset externes. Un tel joint a la propriété de présenter un rapport constant de vitesses (caractère homocinétique), c'est-à-dire que, lorsque le joint est articulé, il n'introduit pas de variations cycliques de la vitesse de rotation des organes du joint. Pour cette raison, de tels joints universels sont utilisés sou- vent dans les véhicules à moteur à traction avant. Un joint de Rzeppa nécessite en général six chemins de roulement très précis, régulièrement espacés en direction circonférentielle, dans chacun des organes du joint. Les chemins de roulement sont formés initialement dans les bagues internes et externes lorsque les organes sont forgés ou moulés, et ils sont ensuite usinés ou rectifiés à la forme précise nécessaire à chacun des chemins de roulement. Pendant l'opération de rectifica- tion ou d'usinage, l'outil utilisé présente une usure et doit être remplacé périodiquement afin que l'opération reste précise, le remplacement étant coûteux parce que l'outil est coûteux et parce que le temps de travail est perdu pendant le remplacement. Lorsque le chemin de roulement est mis à la forme initiale dans un tel organe par une opération de forgeage ou de mise en forme, par exemple à froid, le métal de l'organe est déplacé en proportion importante, surtout dans la région de la base du chemin de roulement. La résistance à la formation du chemin de roulement y est la plus grande. Ainsi, un certain dégagement dans la région de base du chemin de roulement présenterait des avantages car l'opération de mise en forme serait faci- lité. En outre, iorsqu'un chemin de roulement doit être ensuite rectifié à la configuration finale, l'outil de rectification est habituellement entraîné en rotation autour d'un axe qui dépasse de la base du chemin de rou- lement. Ainsi, la partie de l'outil qui se trouve dans la région de la base de chemin de roulement se déplace d'une manière relativement lente et subit la plus grande résistance. Ceci provoque une détérioration rapide de cette partie de l'outil de rectification, nécessitant un remplacement fréquent et un important temps d'arrêt. Le frottement dégage aussi de la chaleur qui crée des fissures microscopiques dans l'organe et nécessite une inspection soignée. La détection des fissures conduit à des rebuts importants, augmentant les coûts de fabrication par organe, et des fissures risquent toujours de ne pas être détectées. L'invention concerne la réduction ou la suppres- sion des inconvénients précédents. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un chemin de roulement de billes très précis dans un organe, comprenant succesivement: la formation de l'organe avec un chemin de roulement et une gorge de dégagement disposée le long du chemin de roulement, et la rectification ou l'usinage du chemin de roulement ainsi formé à une configuration prédéterminée afin que le chemin de roulement très précis soit formé. De préférence, la gorge de dégagement est disposée le long de la base du chemin de roulement de billes. Le procédé selon l'invention réduit l'usure de l'outil utilisé pour la rectification ou l'usinage du chemin de roulement, par rapport aux procédés connus. Une opération telle qu'une opération de formage à froid destinée à la réalisation du chemin initial de roulement à la configuration dans l'organe, est facilitée, et les fissures microscopiques risquent moins de se former dans l'organe. La disposition de la gorge de dégagement réduit l'usure de l'outil de rectification ou d'usinage par réduction de la surface au contact de l'outil dans la région de plus grande résistance à l'usinage ou à la rectification. En outre, la gorge de dégagement améliore le fluage à la base du chemin de roulement pendant l'opéra- tion de mise en forme. L'organe est de préférence un organe formant une bague interne ou externe d'un joint universel, ayant plusieurs chemins de-roulement de billes dont l'un au moins et de préférence tous sont formés par le procédé de l'in- vention. Les chemins de roulement peuvent être disposés suivant des méridiens de. la bague du joint universel. L'invention concerne aussi un organe, par exemple une bague interne ou externe de joint universel, réalisé par mise en oeuvre du procédé selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe d'un joint homocinétique réalisé par mise en oeuvre de l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; et la figure 3 est une coupe agrandie d'une partie du joint homocinétique. On se réfère au dessin et notamment aux figures 1 et 2 qui représentent un joint homocinétique 10 du type Rzeppa. Le principe de fonctionnement de ces joints est bien connu. Le joint 10 a un organe externe 12 formant une bague ayant un arbre 14 qui lui est solidaire et qui en dépasse dans un premier sens. Une cavité sphérique 16 est formée dans l'organe externe 12. Cette cavité sphérique 16 débouche en sens opposé au premier sens. Comme l'indiquent les figures 1 et 2, des premiers chemins de roulement 18, espacés circonférentiellement, sont formés à l'intérieur de l'organe externe 12 afin qu'ils logent une série de billes 20. Les chemins 18 sont disposés suivant les méridiens dans l'organe 12. Un organe interne 22 en forme de bague est placé dans la cavité sphérique 16 de l'organe externe 12. Cet organe interne 22 est monté sur un arbre 24 avec lequel il coopère par l'intermédiaire de cannelures 26. L'organe interne 22 a une surface sphérique externe 28 dont le diamètre est nettement inférieur à celui de la cavité sphérique 16 de l'organe externe 12. Des seconds chemins de roulement 30, espacés circonférentiellement, sont formés suivant des méridiens, à la surface sphérique externe 28 de l'organe interne 22. Chacun des premiers chemins de roulement 18 est aligné sur l'un des seconds chemins de roulement 30 et ils logent entre eux l'une des billes 20 afin que l'arbre 24 raccordé à l'organe interne 22 puisse présenter un déplacement angulaire par rapport à l'arbre 14 solidaire de l'organe externe 12. Les billes 20 de support transmet- tent le couple de rotation entre les organes du joint. Une cage 42 ayant des surfaces interne et externe partiel- lement sphériques est placée entre la surface sphérique externe 28 de l'organe interne 22 et la cavité sphérique 16 de l'organe externe 12, et elle a des ouvertures des- tinées à loger les billes 20, de manière connue. Selon les procédés connus, les organes interne et externe 22 et 12 sont formés par coulée ou forgeage, par exemple par formage à froid, et le premier et le second chemin de roulement 18 et 30 sont formés par des opérations ultérieures de rectification ou d'usinage à l'aide d'outils correspondants. Ces opérations provoquent une usure considérable de ces outils, nécessitant un remplacement fréquent. Ainsi, les machines de production utilisées pour la fabrication des organes interne et externe nécessitent un temps important d'arrêt si bien que le débit de fabrication est faible. Cependant, selon l'invention, les organes interne et externe 22 et 12 sont modifies afin que l'usure de l'outil d'usinage soit réduite, si bien que le débit de production est accru et le temps d'arrêt des machines de fabrication est réduit. Chacun des premiers chemins de roulement 18 a une cavité 32 sur sa longueur. De même chacun des seconds chemins de roulement 30 a une cavité 34 sur sa longueur. Les cavités 32 et 34, réalisées pendant l'opération ini- tiale de coulée ou de forgeage des organes en forme de bagues, forment des gorges de dégagement destinées à réduire l'usure de l'outil de rectification ou d'usinage utilisé pour la rectification ou l'usinage des premiers et seconds chemins de roulement 18 et 19, à des configura- tions précises prédéterminées. Plus précisément, comme représenté sur la figure 3 pour un premier chemin de roulement 18a, la cavité 32 est formée à la base du chemin de roulement puisque la force de résistance à l'usinage ou à la rectification est la plus grande à la base du chemin de roulement. Ainsi, l'outil de rectification ou d'usinage utilisé dans l'opération de finition du chemin de roulement 18a subit beaucoup moins d'usure que dans le cas o la cavité 32 est supprimée. La cavité 32 a de préférence une largeur w net- tement supérieure à sa profondeur d, par rapport au chemin de roulement 18a, si bien qu'elle réduit notablement l'usure de l'outil d'usinage ou de rectification qui est utilisé sans affaiblissement important de l'organe externe 12. Ainsi, la largeur w de la cavité 32 peut être de deux à quatre fois la profondeur d. En outre, la cavité 32 est placée circonférentiellement autour d'une partie du chemin de roulement 18a de manière qu'elle délimite un angle 8 au centre de courbure du chemin de rou- lement, comme l'indique la coupe transversale. Cet angle e est choisi de manière que l'usure de l'outil d'usinage ou de rectification soit minimale mais permette l'utilisa- tion d'une surface restante suffisante de contact entre le chemin 18a et la bille 20 placée à l'intérieur. Dans l'exemple représenté, l'angle 8 est à peu près égal à 20 , bien qu'il puisse être compris entre environ 10 et 30 . - Selon le procédé de l'invention, le chemin de roulement 18a est initialement formé dans l'organe externe 12 avec une surface 36 de rayon r1. L'opération ultérieure de rectification ou d'usinage forme une surface qui peut être comprise, compte tenu des tolérances prédé- terminées, entre une surface 38 ayant un rayon minimal r2 et un surface 40 ayant un rayon maximal r3. La profondeur d de la cavité 32 est choisie de manière qu'elle dépasse la différence entre le rayon maximal r3 et le rayon initial r1, si bien que l'outil d'usinage ou de rectification ne rencontre jamais le fond 44 de la cavité 32. Les premiers et seconds chemins de roulement restant sur les organes interne et externe sont formés de manière analogue. L'opération d'usinage ou de rectifi- cation peut être réalisée en un seul passage ou en plu- sieurs passages de l'outil convenable. Il faut noter que le procédé selon l'invention est plus avantageux pour l'organe externe 12 que pour l'organe interne 22. Les premiers chemins de roulement 18 de l'organe externe 12 ont, par rapport aux billes 20, des proportions telles que les billes sont au contact d'une surface du chemin de roulement qui ne comprend pas en général la base de celui-ci. L'opération est réalisée afin que l'importance de la surface de contact entre les billes 20 et l'organe externe 12 soit maximale. Ainsi, l'enlèvement d'une partie des premiers chemins de roulement 18 par réalisation d'une cavité 32 dans chacun des chemins supprime une partie de chemin de roulement qui ne subit pas de force. Le procédé selon l'invention, lorsqu'il est appliqué à la fabrication d'un organe externe 12 d'un joint homocinétique 10, augmente ainsi la durée efficace de l'outil de rectification ou d'usinage par enlèvement de la partie de la surface 36 des premiers chemins de roulement 18 qui présente la plus grande résis- tance à l'outil d'usinage ou de rectification, sans réduc- tion du contact fonctionnel entre la bille 20 et le premier chemin de roulement 18 qui lui est associé. Au contraire, les seconds chemins de roulement de l'organe interne 22 ont habituellement des propor- tions telles que le contact des surfaces est important près de la base des chemins de roulement. En conséquence, lorsque l'organe interne 22 est formé selon le procédé de l'invention comme décrit précédemment, la région de plus grand contact entre la bille 20 et le second chemin de roulement 30 qui lui est associé se trouve de part et d'autre de la cavité 34. En conséquence, dans certaines applications, seul l'organe externe 12 est réalisé selon le procédé de l'invention, l'organe interne 22 étant formé selon les procédés classiques. Dans une variante, la cavité 34 peut être formé ailleurs qu'à la base du second chemin de roulement. Par exemple, deux cavités qui ne sont pas représentées sur le dessin, peuvent être formées dans chacun des seconds chemins de roulement 30, les deux cavités étant à une distance angulaire prédéterminée de la base du chemin de roulement, de part et d'autre de la base. Dans l'exemple décrit précédemment, les chemins de roulement des billes formés dans les organes du joint ont une section de forme circulaire. En pratique, les chemins de roulement des joints universels ont souvent une forme en "arc gothique" en coupe transversale, le chemin de roulement ayant un sommet nettement délimité qui n'est pas au contact de la bille placée à l'intérieur. L'invention s'applique aussi à la fabrication d'organes ayant des chemins de roulement de cette forme. En outre, elle s'applique aux organes des joints dans lesquels les chemins de roulement des billes ont des formes autres que des courbes de méridiens comme décrit, par exemple à des chemins de roulement rectilignes parallèles aux axes de rotation des organes respectifs, inclinés en hélice les uns par rapport aux autres. En outre, une bague d'un joint homocinétique n'est qu'un exemple d'organe ayant un chemin de roulement de billes qui peut être réalisé par mise en oeuvre du procédé de l'invention. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un organe ayant un chemin de roulement de billes réalisé avec précision, caractérisé en ce qu'il comprend successivement: la formation de l'organe avec un chemin de roulement (18) de billes et avec une gorge de dégagement (32) placée le long du chemin de roulement, et l'usinage ou la rectification du chemin de roulement ainsi formé (18) à une configuration prédéterminée afin que le chemin de roulement précis soit formé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge de dégagement (32) est placée le long de la base du chemin de roulement (18). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit organe est un organe interne (221 d'un joint universel ayant plusieurs chemins de roulement (30) destinés à être au contact des billes et dont l'un au moins est réalisé par mise en oeuvre du procédé. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit organe est un organe externe (12) d'un joint universel ayant plusieurs chemins de roulement (18) destinés à être au contact de billes et dont l'un au moins est réalisé par mise en oeuvre du procédé. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les chemins de roulement constituent des méridiens dans ledit organe. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la- gorge de dégagement (32, 34) ou chaque gorge a une largeur nettement supérieure à sa profondeur, par rapport au chemin de rou- lement formé. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la gorge ou chaque gorge de dégagement (32, 34.) a une profondeur nettement supérieure à la profondeur d'usinage ou de rectification pendant l'opération d'usinage ou de rectifi- cation. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la gorge ou chaque gorge de dégagement (32, 34) a une largeur corres- pondant à un angle de 10 à 300 mesuré à partir du centre de courbure du chemin de roulement formé, en coupe trans- versale. 9. Organe, caractérisé en ce qu'il est réalisé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.