Brevet FR2578012A1 — publié le 19860829

La présente invention concerne un joint universel destiné à assurer la transmission d'un couple entre des organes menant et mené. Plus précisément, l'invention con- cerne un joint universel capable de former une transmission homocinétique lorsque les organes menant et mené travaillent à grande vitesse et sont décalés -ou présentent un défaut d'alignement mutuel. De nombreux types de joints universels, comprenant des organes interne et externe, sont connus dans la tech- nique. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 156 354 décrit un joint dans lequel un couple est transmis par des corps roulants, éventuellement sous forme de sphères tronquées, placés entre les organes interne et externe du joint, les corps roulants occupant des cavi- tés planes formées dans l'organe interne afin qu'ils puis- sent coulisser radialement par rapport à cet organe. Cette construction augmente la complexité et la taille du joint, et elle nécessite le respect de tolérances serrées sur la finition de la surface et la fabrication afin que le fonctionnement soit satisfaisant. Une augmentation du frot- tement est due au coulissement des corps roulants dans les cavités formées dans l'organe interne, si bien que la régularité de fonctionnement du joint est réduite et le joint est en outre de fabrication relativement cofûteuse. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 910 845 décrit un joint universel homocinétique mettant en oeuvre des organes sphériques menants obligés de tourner autour de tourillons formés sur l'organe interne du joint. Cette retenue des organes menants augmente le frottement dans le joint, d'une manière indésirable. La présente invention a pour objet un joint uni- versel homocinétique perfectionné qui peut être utilisé en cas de défaut d'alignement angulaire et axial d'un organe menant et d'un organe mené, assurant une très bonne régu- larité de fonctionnement et qui peut être fabriqué à des coQts relativement faibles grâce à l'élargissement des tolérances mécaniques sur la finition de surfaces. Un.joint universel selon l'invention destiné à transmettre un couple comporte un organe interne ayant un dispositif formant une ouverture à l'intérieur, plusieurs billes logées dans le dispositif formant une ouverture et pouvant y tourner sans retenue, les billes étant placées dans le dispositif formant une ouverture de manière que chaque bille ait une partie en butée contre une partie d'une autre bille au moins afin que les billes se supportent mutuellement, un organe externe ayant plusieurs gorges rectilignes espacées, chacune des billes étant logée dans l'une des gorges, l'organe interne pouvant présenter une articulation relative par rapport à l'organe externe du joint, les billes assurant la transmission du couple entre les organes du joint lorsqu'ils ne sont pas alignés l'un sur l'autre. Dans un joint selon l'invention, la combinaison de la rotation libre des billes dans l'organe interne, du support mutuel des billes, et de la possibilité des billes à se déplacer dans les gorges de l'organe externe permet une transmission homocinétique du couple avec un effort et des vibrations minimaux. Le joint reste homo- cinétique jusqu'à ce qu'il présente une articulation supé- rieure à huit degrés environ, si bien qu'il convient à un grand nombre d'applications de l'invention. Le joint peut être utilisé sous forme de plusieurs joints analogues, permettant un décalage ou défaut d'ali- gnement relativement important entre les organes menant et mené raccordés par ces joints. En outre, l'invention concerne un type de joint qui peut être rapidement déconnecté. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective schématique d'un joint universel selon l'invention utilisé dans un disposi- tif d'entraînement à clé; la figure 2 est une perspective schématique repré- sentant un joint universel selon l'invention incorporé à une clé classique à cliquet; la figure 3 est une élévation schématique d'un joint universel selon l'invention utilisé en présence d'un décalage entre des arbres adjacents de transmission d'un couple; la figure 4 est une vue schématique en plan montrant comment un joint universel selon l'invention peut être utilisé lorsqu'un défaut d'alignement angulaire et/ou un décalage est souhaitable entre des arbres; la figure 5 est une vue schématique en plan repré- sentant une construction comprenant plusieurs joints uni- versets selon l'invention, montés en série ou en cascade; la figure 6 est une élévation schématique repré- sentant l'incorporation d'un joint universel selon l'inven- tion dans une prise de force; la figure 7 est une vue de bout d'un joint univer- sel selon l'invention; la figure 8 est une coupe suivant les flèches 8- 8 de la figure 7; la figure 9 est une coupe suivant les flèches 9- 9 de la figure B; la figure 10 est une coupe transversale, ayant une certaine analogie avec la figure 7 mais représentant un mode de réalisation de l'invention comprenant quatre billes au lieu de trois; la figure Il est une élévation latérale schématique en coupe partielle d'un joint universel unique selon l'in- vention, présentant une certaine articulation; la figure 12 est une élévation latérale suivant les flèches 12-12 de la figure 11, représentant le joint universel au repos; la figure 13 est analogue à la figure 12 mais repré- sente le joint universel dans des conditions de fonctionne- ment, un couple étant appliqué à l'organe interne dansle sens de la flèche; la figure 14 est une élévation en coupe- partielle d'un joint universel double selon l'invention; la figure 15 est une élévation en coupe partielle d'un joint universel unique comprenant un dispositif de déconnexion rapide selon l'invention; et la figure 16 est analogue à la figure 15 mais repré- sente le fonctionnement du dispositif de déconnexion rapide. On se réfère d'abord aux figures 1 à 6 qui illus- trent plusieurs applications de l'invention. La figure 1 représente une clé à cliquet 23 ayant un joint universel portant la référence générale 20, incorporé à la clé. Le joint homocinétique 20 peut être considéré comme étant du type à déconnexion rapide tel que décrit précédemment, le dispositif de déconnexion étant manoeuvré par le bouton- poussoir 23a qui est rappelé par un ressort. Le joint 20 lui-même comporte un organe externe 22 et un organe interne ou broche 21. La clé 23, ayant l'organe interne 21 qui est solidaire de celle-ci, peut faire partie d'un ensemble comprenant plusieurs douilles de dimensions différentes pouvant être montées chacune de façon interchangeable sur l'organe interne 21 afin qu'elles constituent un organe externe. Il est évidemment aussi possible que d'autres outils, par exemple du type des tournevis, des clés pneuma- tiques ou d'autres outils, ainsi que des clés électriques et d'autres outils électriques puissent être réalisés avec un tel joint universel incorporé. La figure 2 représente une clé classique à cliquet 27 à carré d'entraînement, l'entraînement étant assuré par 'un prolongement 28 de section carrée d'une' manière connue dans la technique. Le prolongement 28 s'ajuste dans un logement 29 formé dans un organe externe 26 d'un joint universel 24. Ce dernier n'est pas du type à déconnexion rapide tel que décrit dans la suite et a un organe interne ou broche 25. Le Joint universel 24 peut aussi être utilisé avec d'autres types d'outils menés tels que des tournevis, des clés et des tournevis pneumatiques, des clés et des tournevis électriques. La figure 3 représente une application dans laquelle l'arbre d'un moteur 30 et l'arbre d'une transmission 31 peuvent présenter un décalage et- une variation possible d'espacement axial. Le moteur et la transmission sont représentés reliés par un joint universel double 32 ayant la construction selon l'invention. La figure 4 représente le même moteur et la même transmission que sur la figure 3, mais lorsqu'un décalage et/ou un défaut d'alignement angulaire sont souhaitables. En outre, l'arbre du moteur 30 et l'arbre d'entraînement de la transmission 31 sont reliés par un joint universel double portant la référence générale 32. La figure 5 représente une application dans laquelle il existe un décalage important entre l'arbre du moteur et l'arbre d'entraînement de la transmission 31. Le moteur et la transmission sont reliés par une série de joints universels 32 ayant la construction selon l'invention. La figure 6 représente un cas dans lequel un joint universel selon l'invention est utilisé comme prise de force. Une source d'énergie telle qu'un tracteur agricole ou un autre véhicule, est repéré par la référence 33 et remorque un accessoire 34 qui consomme de l'énergie. Le véhicule 33 transmet une force motrice permettant le fonc- tionnement de l'accessoire 34. Dans ce cas, un joint uni- versel unique 37 à déconnexion rapide est utilisé pour la transmission de la force motrice. On se réfère maintenant aux figures 7 et 8; un joint universel selon l'invention comporte un organe externe 26 délimitant un logement 29 A une première extrémité, pour la coopération avec la clé 27 représentée sur la figure 2 ou tout autre dispositif mené. Une partie élargie 38 ayant trois gorges internes rectilignes 39, espacées circon- férentiellement, est adjacente au logement 29. Les gorges 39 peuvent être régulièrement espacées à la circonférence et elles ont une forme en partie de cylindre, c'est-à- dire une section en arc de cercle dans un plan transversal à l'organe externe 26 afin qu'elles logent trois billes sphé- riques 40. La partie élargie 38 de l'organe externe 26 loge un organe interne portant la référence générale 25. Avant montage, les trois billes 40 sont introduites dans des ouvertures 41 formées dans une tête 42 de forme générale cylindrique de l'organe interne 25. Ce dernier dans lequel les billes 40 ont été introduites, est alors introduit à son tour dans la partie élargie 38 de l'organe externe 26 jusqu'à ce que la tête 42 de l'organe interne 25 soit au contact d'un élément 44 de positionnement. Une faible force supplémentaire est alors appliquée et les parties espacées circonférentiellement 45 de l'organe externe sont déformées, par déformation par chocs ou autrement, sur une distance suffisante pour que l'organe interne 25 ne puisse pas être retiré. Plusieurs considérations sont importantes en ce qui concerne les dimensions du joint universel. Les ouver- tures 41 formées dans la tête 42 de l'organe interne 25 doivent être telles qu'elles permettent une rotation libre des billes 40 et un contact mutuel des billes adjacentes. La distance séparant les gorges 39 de l'organe externe 26 doit être telle que, lorsque l'organe interne 25 est aligné axialement sur l'organe externe 26, les billes 40 et les gorges rectilignes 39 sont ajustées et peuvent rouler avec plongée. L'élément 44 de positionnement est de préférence formé d'un matériau dur, par exemple un caoutchouc nitrile "Duro" ou analogue, et sa disposition relative par rapport aux déformations 45 doit être telle que l'élément 44 exerce une pression suffisante contre la tête 42 de l'organe inter- ne 25 pour que l'organe, lorsqu'il est articulé, puisse garder l'inclinaison qui lui est donnée, malgré son propre poids. Cette caractéristique correspond à une norme de Society of Automotive Engineers. Le caoutchouc nitrile "Duro" utilisé pour la fabrication de l'élément de position- nement est disponible auprès de Goshen Rubber Company. Le cas échéant, une ouverture 46 peut être formée dans l'élément 44 de positionnement. En outre, les déformations 45 doivent être telles qu'elles retiennent toutes les billes 40 dans les gorges rectilignes 39 lorsque l'organe interne 25 est à son angle maximal d'articulation. Les zones déformées sont destinées à empêcher un déplacement axial libre et elles ne doivent pas empêcher la rotation de l'organe interne lorsqu'il fait un angle pouvant atteindre trente degrés par rapport à l'organe externe 26. On peut voir que, avec cette construction, il existe un contact mutuel des billes adjacentes 40, et que le couple est transmis entre les organes du joint par les billes 40. Une version du joint selon l'invention comprenant quatre billes peut être réalisée comme représenté sur la figure 10 et peut être utilisée lorsqu'un couple important doit être transmis. Comme indiqué précédemment, plusieurs gorges rectilignes 39 (quatre dans ce cas) sont régulière- ment espacées à la circonférence interne de la partie élar- gie 38 de l'organe externe 26. Les ouvertures 41 formées dans l'organe interne 25 doivent satisfaire aux critères indiqués précédemment et les quatre ouvertures 41 sont placées à angles droits. Dans ce cas, la section de l'organe interne 25 est réduite si bien qu'il reste une certaine quantité de matière qui augmente la résistance mécanique de l'organe interne au centre comme indiqué par la référence A, et les billes adjacentes 40 restent toujours en contact mutuel. On note facilement que des versions de 1' invention ayant plus de quatre billes peuvent être utilisées. Comme l'indique la figure 8, l'organe interne 25 a un cliquet classique à billes comprenant une bille 50 et un ressort 51 permettant une fixation facile de l'organe interne ou broche 25 par une douille non représentée ou à un autre dispositif destiné à recevoir un couple du joint universel. On se réfère maintenant à la figure Il qui représen- te un mode de réalisation de joint universel ayant une configuration différente d'organe externe. Le logement 29 n'est pas représenté par raison de simplification. Comme indiqué précédemment, l'organe externe 26 a une partie élargie 38 ayant plusieurs gorges rectilignes 39 espacées les unes par rapport aux autres et dans lesquelles les billes 40 sont logées. Les gorges 39 sont de préférence cylindriques de section circulaire en coupe comme dans le cas du joint universel des figures 7 et 8. Les billes 40 se logent dans des ouvertures formées dans la tête 42 de l'organe interne 25. On peut noter que, lorsque l'organe interne présente une articulation, le plan de transmission du couple n'est plus perpendiculaire à l'axe de l'organe externe. Les billes 40 sont tirées hors des gorges 39. Ceci est possible à cause de la rotation et la translation libre des billes 40 dans les ouvertures de l'organe interne. Comme l'indique la figure 12, lorsque le joint universel homocinétique est au repos, l'une des billes sort pratiquement de la gorge 39 alors que les autres billes 40 sont maintenues dans les gorges sous l'action de la pesanteur. Cependant, comme l'indique la figure 13, dés que le joint commence à tourner, étant donné les forces circonférentielles, les billes 40 prennent toutes des posi- tions sensiblement équidistantes de l'axe de rotation de l'organe interne 25 et elles sont toutes légèrement sorties des gorges 39. On note ainsi que toutes les billes sont au contact des gorges respectives à peu près dans la même position T que les autres billes et les autres gorges. On pense que le bras de levier compris entre le centre de rotation et le point T selon l'invention, est inférieur à celui des dispositifs connus décrits précédemment si bien que la transmission du couple est efficace et régulière. Cette caractéristique, couplée à la rotation libre des billes lors de la rotation du joint, réduit les forces de frottement si bien que le joint constitue un progrès important par rapport à la technique antérieure. L'invention peut être réalisée sous forme d'un joint universel double tel que représenté sur la figure 14. Le joint comporte un arbre menant portant la référence générale 55, une cage cylindrique formant l'organe externe des deux joints constituant le joint double, portant la référence générale 56, et un organe d'entraînement portant la référence générale 57. L'arbre 55 et l'organe 57 consti- tuent les organes internes des deux joints. L'arbre 55 d'entraînement a un prolongement 54 de section carrée permettant une fixation facile à d'autres dispositifs et il a une bille classique 58 de cliquet repoussée élastiquement comme décrit précédemment. Evidem- ment, le prolongement 54 peut aussi être arrondi, et ceci constitue la configuration préférée dans le cas d'un joint universel destiné à être raccordé à l'arbre d'entraînement d'un moteur par exemple. De toute manière, une tête 63 de l'arbre d'entraînement est analogue à celle de l'organe interne d'un joint unique tel que décrit précédemment car elle a plusieurs ouvertures 67 espacées régulièrement autour de la tête pour le logement de plusieurs billes 65. Comme décrit précédemment, les billes adjacentes 65 sont en con- tact mutuel comme dans le joint simple. Une tête 64 de l'organe 57 d'entraînement a la même configuration. Lors du montage du joint double, l'arbre 55 d'entraînement est introduit dans la cage cylindrique 56 et l'un de deux capu- chons identiques 61 d'extrémité, qui a été placé sur la partie 63 de tête de l'arbre 55 avant introduction des billes 65, est emmanché à force à la surface externe 53 du corps 56. Un patin 62 de positionnement est alors intro- duit et un second capuchon identique d'extrémité est placé sur la tête 64 de l'organe 57 d'entraînement, d'autres billes 65 sont placées dans les ouvertures identiques 67, et le capuchon 61 est emmanché à force sur le corps 56. Dans le mode de réalisation représenté, trois billes 65 sont placées dans l'arbre d'entraînement et dans l'organe - d'entraînement et en conséquence trois gorges rectilignes également espacées 66 sont formées dans la cage ou dans le corps 56. Comme indiqué précédemment, les dimensions mesurées transversalement aux gorges sont importantes. Lorsque l'axe de l'arbre d'entraînement et/ou de l'organe d'entraînement est aligné sur l'axe du corps, les dimensions mesurées de part et d'autre des billes 65 et des gorges rectilignes 66 doivent être telles que l'ajustement permet un roulement avec plongée. De même la dimension du patin 62 de positionnement est importante. Comme indiqué précédemment, ce patin est de préférence formé d'un matériau élastique, tel qu'un caoutchouc nitrile "Duro", et il doit avoir une dimension suffisante pour que, lorsque les capuchons 61 sont en place, ils exercent une force suffisante contre la tête 63 de l'arbre d'entraînement et la tête 64 de l'organe 57 d'entraî- nement pour que l'organe et l'arbre gardent un angle quel- conque qu'on peut leur donner, malgré leur propre poids. Le cas échéant, un trou 70 peut être formé dans le patin 62. Une douille 59 ayant un cliquet 60 est forméedans l'or- gane 57 d'entraînement et complète la construction. Dans les modes de réalisation qui nécessitent un joint homocinétique à déconnexion rapide, le mode de réa- lisation des figures 15 et 16 peut être utilisé. Par raison de commodité de représentation, on a représenté un mode de réalisation de joint universel selon l'invention compre- nant deux billes, mais il faut noter que des modes deréa- lisation à trois ou quatre billes, tels que décrits précé- demment, ou en nombre quelconque en pratique peuvent être aussi réalisés de cette manière. Dans le joint universel à déconnexion rapide repré- senté sur les figures 15 et 16, un organe externe 75 du joint a plusieurs gorges rectilignes 79 sous forme de par- ties de cylindre, logeant des billes 83 qui occupent des ouvertures formées dans l'organe interne 77 du joint. Des déformations 76 sont formées afin qu'elles retiennent l'organe interne comme décrit précédemment, mais, dans ce cas, l'organe interne 77, étant donné sa construction, permet un déplacement des billes 83 vers l'intérieur, vers le centre du Joint, sur une distance suffisante pour qu'elles passent au-delà des déformations 76. L'opération est effec- = - 11 tuée par réalisation de l'organe interne sous forme creuse et par montage d'un plongeur 81 ayant une surface inclinée 81a contre laquelle les billes 83 sont en appui. Le plongeur 81 se loge dans la partie interne creuse de l'organe interne 77 et est retenu en position en retrait par un ressort 82 de compression qui est représenté dans sa position normalement allongée sur la figure 15. Le ressort 82 est retenu entre une position 85 d'appui à l'intérieur de l'or- gane interne et une portée 87 formée sur le plongeur 81 de manière que, lorsque le plongeur est repoussé vers l'or- gane externe 75, le ressort 82 se comprime et permette un déplacement axial du plongeur vers l'organe externe, les billes 83 se déplaçant vers l'axe du plongeur. Etant donné les dimensions du plongeur, les billes 83 se déplacent suffisamment vers l'intérieur pour qu'elles puissent passer au niveau des déformations 76, et elles permettent ainsi le démontage de l'organe interne 77 qui peut être sorti de l'organe externe 75 comme représenté sur la figure 16. Ainsi, l'abandon des techniques connues qui néces- sitent une restriction de la rotation des billes, permet la réalisation d'un joint universel homocinétique nouveau. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux joints universels qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint universel destiné à transmettre un couple, caractérisé en ce qu'il comprend: - un organe interne (25; 77); - un dispositif (41) formant une ouverture dans cet organe interne; - plusieurs billes (40; 83) logées dans le dispositif formant une ouverture et susceptibles d'un déplacement libre et, - un organe externe (26; 75) ayant plusieurs gorges (39, 79) destinées au logement des billes. 2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes (40) sont susceptibles de tourner librement dans le dispositif formant une ouverture, et sont placées dans l'ouverture de manière que chaque bille ait une partie en butée contre une partie d'au moins une autre bille, les billes se supportant ainsi mutuellement, cependant que les gorges (39) sont rectilignes et espacées à l'intérieur de l'organe externe, chacune des billes étant reçue dans l'une des gorgeset que l'organe interne (25) est susceptible de présenter une articulation par rapport à l'organe externe (26), les billes (40) assurant la transmission du couple entre les organes du joint lorsqu'ils ne sont pas alignés l'un avec l'autre. 3. Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (45) destiné à maintenir l'organe interne (25) et l'organe externe (26) de manière qu'ils s'entraînent l'un l'autre. 4. Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif destiné à assurer la cooperation des organes interne et externe (25, 26) a une partie déformée (45) de l'organe externe (26). 5. Joint selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs déformations (45) espacées circonféren- tiellement autour de l 'organe externe (26). 6. Joint selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif à friction (44) destiné à établir une résistance de frottement s'opposant à l'articuLation des organes du joint (25, 26). 7. Joint selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de friction comporte un élément de positionnement (44) placé dans l'organe externe et en butée contre l'organe interne. 8. Joint selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de positionnement (43) est formé d'un matériau élastique. 9. Joint selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les billes (40) sont régulièrement espacées circonférentiellement autour du joint. 10. Joint selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que chacune des gorges (39) a une confi- guration de partie de cylindre. 11. Joint selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les billes (40) sont au nombre de trois. 12. Joint selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les billes (40) sont au-nombre de quatre. 13. Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif destiné à maintenir la coopération des organes interne et externe (63, 64, 56) comporte un capuchon d'extrémité (61) monté sur l'organe externe. 14. Joint universel double, caractérisé en ce qu'il comprend deux joints selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, les joints ayant un organe externe commun (56) et des organes internes respectifs (53, 54) placés aux extrémités de l'or- gane externe. 15. Joint universel double selon l'un quelconque groupe de deux revendications 7 et 14 et 8 et 14, caractérisé en ce qu'il comprend un seul élément de positionnement (62) qui est en butée contre les deux organes internes. 16. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est destiné à être déconnecté rapidement et en ce qu'à cet effet il comporte un plongeur (81) qui est monté sur un ressort (82) à L'intérieur de l'organe interne creux (77) et qui supporte lesdites billes (83). 17. Joint selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (76) destiné à maintenir la coopération de l'organe interne et de l'organe externe afin qu'ils s'entraînent mutuellement. 18. Joint selon la revendication 17, caractérisé en ce que, lorsque le plongeur (81) monté dans l'organe interne est manoeuvré, les billes (83) peuvent se déplacer vers l'intérieur les unes vers les autres et peuvent se séparer du dispositif destiné à maintenir la coopération des organes interne et externe. 19. Joint selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif destiné à maintenir la coopération des organes interne et externe comprend plusieurs déformations (76) formées à la circonférence de l'organe externe (75). 20. Joint selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que les billes (83) sont espacées régulière- ment en direction circonférentielle autour du joint. 21. Joint selon l'une quelconque des revendications 16 à , caractérisé en ce que les gorges sont sous forme de plusieurs gorges rectilignes (79) espacées circonférentiellement. 22. Accouplement d'entrainement d'outil, caractérisé en ce qu'il comporte un joint universel selon l'une quelconque des reven- dications précédentes. 23. Accouplement de prise de force, caractérisé en ce qu'il comprend un joint universel selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes.