Brevet FR2577636A1 — publié le 19860822

La présente invention concerne un capuchon étanche destiné à un joint universel destiné à transmettre un couple. Elle a été mise au point dans le cas d'un capuchon protecteur d'un joint homocinétique, couramment utilisé dans le train d'entraînement d'un véhicule à moteur à traction avant. Les joints homocinétiques sont très utilisés dans l'industrie automobile pour la transmission d'énergie aux roues avant des véhicules à moteur à traction avant. Chaque roue menée doit comporter au moins un tel joint. Chaque joint doit être protégé afin que le lubrifiant reste dans le joint et afin que ce dernier ne soit pas contaminé parla saleté et les autres matières étrangères. Jusqu'à présent, cette fonction d'étanchéité a été remplie par montage, sur chaque joint, d'un dispositif habituellement appelé "capuchon protecteur", de construction souple et constitué habituellement d'un matériau élastomère ayant une configuration comportant des plis ou des ondula- tions. Le capuchon peut alors se déformer afin qu'il permette l'articulation du joint, c'est-à-dire le dépla- cement angulaire des arbres d'entrée et de sortie du joint par rapport à la position alignée dans laquelle les arbres ne sont pas inclinés l'un par rapport à l'autre. Une telle articulation est due au fonctionnement de la suspension et aux virages du véhicule. De tels capuchons protecteurs souples ont été beaucoup utilisés mais ils présentent certains inconvé- nients. Ils sont relativement peu coûteux et, du fait de leur souplesse même, ils doivent être montés à la main, l'utilisation de techniques de montage mécaniques qui sont moins coûteuses étant empêchée car elles nécessitent des éléments de dimensions précises. Les capuchons protec- teurs qui sont formés de matériaux élastomères sont vulné- rables aux perforations lors de l'utilisation, à la suite de chocs dus aux conditions de conduite, et se dégradent lorsqu'ils sont exposés basses températures ou hautes températures, par exemple pendant l'utilisation normale d'une automobile. De plus, la configuration plissée ou ondulée des capuchons protecteurs souples nécessite un volume interne relativement grand qui contient une quantité de lubrifiant (de la graisse habituellement) relativement grande nécessaire à la lubrification du joint universel. En outre, de nombreux matériaux élastomères sont soumis à une dégradation lorsqu'ils sont exposés à de tels lubri- fiants si bien que la durée d'utilisation de ces capuchons souples est encore réduite. L'invention concerne un capuchon protecteur qui ne présente pas un ou plusieurs de ces inconvénients ou en réduit au moins l'acuité. L'invention concerne plus précisément un capuchon de protection étanche d'un joint universel destiné à trans- mettre un couple, le joint ayant un arbre d'entrée, un arbre de sortie, un organe externe raccordé à l'un des arbres, un organe interne raccordé à l'autre des arbres, et un dispositif destiné à transmettre un couple entre les organes du joint tout en permettant leur articulation mutuelle, l'organe externe ayant une surface externe partiellement sphérique, le capuchon protecteur comprenant: une première partie d'un matériau qui n'est #pratiquement pas souple (semi-rigide), destiné à s'ajuster autour de l'organe externe du joint, une surface interne partiellement sphérique de cette partie de capuchon coopé- rant de façon étanche avec la surface externe sous forme partiellement sphérique de l'organe externe du joint et permettant une articulation relative, et une seconde partie dépassant de la première partie et destinée à coopérer de façon étanche avec l'arbre associé à l'organe interne du joint, la première et la seconde partie du capuchon formant ensemble un joint de retenue de lubrifiant et d'exclusion de la saleté pour le joint. Dans un capuchon protecteur selon l'invention, la réalisation de la première partie qui est formée d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple (qui peut être par exemple un matériau polymère semi-rigide, éventuellement un matériau thermodurcissable) donne une résistance à la perforation supérieure à celle d'un capuchon élastomère souple. De tels matériaux semi-rigides résistent mieux aux températures élevées et faibles, et sont moins sujets à la dégradation par le contact avec la graisse que les matériaux élastomères couramment utilisés pour la fabrica- tion des capuchons souples. La coopération étanche par contact entre les surfaces de la surface interne de la première partie du capuchon et de la surface externe de l'organe externe du joint, suivant des parties de sphère, permet une certaine articulation du capuchon et de l'organe externe du joint, sans que la coopération étanche soit supprimée. Les dimen- sions de la première partie du capuchon et de l'organe externe du joint peuvent être telles que leur ajustement est de type élastique ou réalisé à force, c'est-à-dire que la première partie du capuchon a une extrémité ouverte de diamètre légèrement inférieur au diamètre de la surface en partie de sphère de l'organe du joint. Cette disposition relative peut être renforcée par utilisation d'un disposi- tif annulaire de retenue, tel qu'un joint à lèvre ou un joint torique, coopérant avec l'extrémité ouverte de la première partie du capuchon afin qu'il assure la coopéra- tion étanche avec la surface de l'organe du joint. Le matériau semirigide ou qui n'est pratiquement pas souple, dans la première partie du capuchon, est évidemment suf- fisamment souple pour qu'il permette le montage sur l'organe externe du joint. La première et la seconde partie du capuchon peuvent être des éléments séparés, coopérant circonféren- tiellement d'une manière étanche. La seconde partie du capuchon peut avoir une configuration sans pli et peut être formée d'un matériau semi- rigide, comme la première partie du capuchon. Les parties du capuchon peuvent pré- senter un déplacement articulé l'une par rapport à l'autre, la première partie ayant par exemple une gorge de configura- tion partiellement sphérique, dans laquelle se loge de manière étanche une portion de la seconde partie de capu- chon. Dans une variante, la seconde partie de capuchon peut être formée d'un matériau souple, par exemple un élastomère, et peut avoir une configuration plissée donnant une souplesse maximale, raccordée à la première partie sans articulation. Une pince annulaire de serrage peut être placée dans une gorge annulaire tournée vers l'extérieur, formée dans la seconde partie du capuchon à l'endroit destiné à coopérer avec l'arbre associé à l'organe interne du joint afin que la coopération soit serrée. Dans un autre mode de réalisation, la première et la seconde partie de capuchon peuvent être solidaires et formées d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple ou semi-rigide dans la première partie et souple dans la seconde partie. Dans tous les modes de réalisation de capuchon, l'articulation du joint universel, avec des angles impor- tants, est permis d'abord par déformation de la seconde partie du capuchon lorsqu'elle est souple ou par articula- tion relative de la première et de la seconde partie du capuchon, et ensuite par articulation relative entre la première partie du capuchon et l'organe externe du joint. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale, en coupe- partielle, d'un joint homocinétique ayant un mode de réalisation de capuchon protecteur selon l'invention; la figure 2 est analogue à la figure 1 mais représente un autre mode de réalisation de capuchon protec- teur selon l'invention; et la figure 3 est analogue à la figure 1 mais représente un autre mode de réalisation de capuchon protec- teur selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 des dessins qui représente un joint universel 11 présentant un rapport constant des vitesses, c'est-à-dire un joint homocinétique. Ce joint assure la transmission du couple et permet une articulation relative entre un arbre 13 d'entrée partant d'une extrémité 12 d'entrée du joint et un arbre 14 de sortie partant d'une extrémité 15 de sortie du joint. Le joint comporte un organe interne 17 claveté ou fixé d'une autre manière à l'arbre 13 d'entrée et un organe externe- 22 solidaire de l'arbre de sortie 14. Les organes interne et externe du joint ont des surfaces partiellement sphé- riques tournées l'une vers l'autre, et un couple est transmis entre elles par plusieurs billes 16 espacées cir- conférentiellement et logées chacune dans une paire de gorges 18, 21 placées en regard, espacées circonférentiel- lement dans les organes interne et externe. Les billes occupent des fenêtres formées dans une cage annulaire 17 placée entre les organes du joint. L'organe externe peut être fabriqué par une opération de forgeage dans laquelle une ébauche est déformée à la configuration terminée ou partiellement terminée de l'organe du joint. De tels joints universels qui sont bien connus sont couramment utilisés dans les véhicules à moteur à traction avant 'et, dans cette application, ils peuvent devoir permettre une articulation de l'ordre de 45 par rapport à-la position représentée sans articulation. L'arti- culation est due au fonctionnement de la suspension et de la direction du véhicule. Le joint permet de telles arti- culations par roulement des billes 16 dans les gorges 18, 21 des organes interne et externe. Le joint représenté ne permet pas un déplacement axial relatif des organes interne et externe, c'est-à-dire qu'il est du type fixe ou non plongeant. Les éléments du joint qui sont usinés avec préci- sion doivent rester bien lubrifiés et sans contamination due à de la saleté ou d'autres matières étrangères qui peuvent être rencontrées pendant l'utilisation dans une automobile. A cet effet, un capuchon protecteur portant la référence générale 23 est destiné à fermer de manière étanche l'intérieur du joint par rapport à l'atmosphère externe et à retenir le lubrifiant tout en chassant les impuretés. Le capuchon doit permettre l'articulation du joint. Le capuchon 23 comporte une première partie 25 et une seconde partie 28. La première partie est formée d'un matériau semi-rigide et a une surface interne partiel- lement sphérique qui coopère avec une surface externe partiellement sphérique 24 de l'organe externe du joint. Cette coopération est de type étanche et permet une articu- lation relative de l'organe externe du joint et de la première partie du capuchon. L'extrémité de la première partie 25 du capuchon qui est la plus proche de l'arbre 13 d'entrée a un organe décalé 26 qui lui est fixé afin qu'une gorge 27 de configu- ration partiellement sphérique soit délimitée. La seconde partie 28 de capuchon est formée d'un matériau semi-rigide comme la première partie 25 et a une région partiellement sphérique qui se loge dans la gorge 27 si bien qu'une connexion étanche est assurée entre les parties de capuchon et permet un déplacement articulé de ces deux parties l'une par rapport à l'autre. La seconde partie 28 a en outre une région qui entoure une partie 29 de l'arbre 13 d'entrée et qui coopère de manière étanche avec cette {partie 29. Le capuchon permet ainsi une articulation du joint universel d'abord par articulation de la première partie 25 de capuchon par rapport à l'organe externe du joint et ensuite par articulation des deux parties de capuchon l'une par rapport à l'autre. La coopération de la seconde partie 28 de capuchon avec la gorge 27 permet une articulation pouvant atteindre 20 environ dans chaque sens par rapport à la position alignée, cet angle suffisant de préférence pour la compensation de tous les déplacements angulaires observés pendant la conduite normale. La dimension de la seconde partie 28 et de la gorge 27 est telle que la partie 28 vient s'appuyer contre le fond de la gorge lorsque cet angle a été atteint, et l'articulation du joint est ensuite permise par dépla- cement de la première partie 25 autour de la surface externe partiellement sphérique 24 de l'organe externe 22 du joint. Cette articulation est permise sur un angle supplémentaire d'environ 25 dans chaque sens, cette articulation supplémentaire donnant au total un angle d'environ 45 qui, dans le cas d'un joint d'entraînement d'une roue d'un véhicule à traction avant, n'est nécessaire que dans des cas très rares, lors d'une conduite très serrée et/ou en présence de rebond ou de cahot important de la suspension. La surface externe partiellement sphérique 24 de l'organe externe 22 du joint peut rester à l'état de finition obtenu par fabrication de l'organe externe par une opération de forgeage, c'est-à-dire sans usinage ultérieur. Le coût est alors réduit. Lorsque l'organe externe du joint n'est pas réalisé avec une partie externe partiellement sphérique, unorgane peut être monté à l'extérieur de l'organe externe afin qu'il délimite une surface externe partiellement sphérique qui peut coopérer avec la première partie de capuchon, d'une manière étanche et qui permet - l'articulation comme décrit précédemment. Un organe ainsi ajouté peut être formé d'une matière plastique. La première et la seconde partie 25, 28 du capuchon peuvent être fabriquées avec un matériau polymère non élastomère semi-rigide, résistant à la perforation et convenablement tenace. Un matériau à base de "Nylon" (poly- amide) imprégné de fibres de verre convient pour de tels éléments. Lorsqu'il est ainsi fabriqué, le capuchon est bien plus résistant à la perforation que les capuchons élastomères souples connus utilisés jusqu'à présent, et ils ont des dimensions qui peuvent respecter des tolérances précises, se prêtant ainsi aux techniques de manutention mécanique lors du montage et ainsi à une réduction des coûts de main d'oeuvre. De plus, le capuchon résiste mieux aux températures faibles et élevées rencon- trées pendant l'utilisation d'une automobile, et à la dégradation due au contact avec la graisse de lubrification du joint. Il faut noter que le coulissement entre les deux parties du capuchon et entre la première partie du capuchon et l'organe externe du joint, lors de l'arti- culation du joint, est facilité par le lubrifiant placé à l'intérieur du capuchon. Lors de l'utilisation, la force centrifuge a tendance à maintenir le lubrifiant au contact des faces internes du capuchon, pendant les périodes dans lesquelles le joint est articulé le plus fréquemment. La première partie 25 de capuchon a des dimensions telles qu'elle peut être enclenchée élastiquement sur la surface externe 24 partiellement sphérique de l'organe externe du joint, et elle peut être retenue en place sans qu'une pince ou bague annulaire facilite cette retenue. Les matériaux utilisés pour la partie de capuchon ont une souplesse suffisante pour ce montage, et, dans le présent mémoire, les expressions "pratiquement pas souple" ou "semi-rigide" indiquent que la partie de capuchon ne se déforme pas de manière appréciable lors de l'utilisation, tout en permettant un montage de la manière indiquée. La seconde partie 28 du capuchon peut avoir des nervures 38 destinées à coopérer avec des gorges formées sur l'arbre interne 13 afin que la partie de capuchon soit retenue de manière étanche sans qu'une pince ou un organe analogue soit nécessaire. Les coûts de fabrication et de montage des différents éléments sont ainsi réduits. On se réfère maintenant à la figure 2 qui repré- sente un joint universel identique à celui de la figure 1. Le joint 111 reçoit de l'énergie par une extrémité 112 d'entrée à partir d'un arbre 113 d'entrée et la transmet à un arbre de sortie 114 partant de l'extrémité 115 du joint. Celui-ci a un organe externe 122 solidaire de l'arbre 114, un organe interne 118 fixé à l'arbre 113, des billes 116 logées dans des gorges 118, 121 formées dans les organes interne et externe, et une cage 117. Le joint est muni d'un capuchon protecteur 123 qui a une première partie 125 et une seconde partie 128. L'organe externe 122 du joint a une surface externe partiel- lement sphérique 124 qui n'est pas non plus usinée de préférence, et la partie 125, ayant une extrémité ouverte 131, a une surface interne partiellement sphérique 132 qui coopère avec la surface 123 de coopération étanche et d'articulation relative, comme dans le mode de réalisa- tion de la figure 1. 25 d'articulation relative environ peuvent être obtenus sans que la coopération étanche soit perdue. L'extrémité externe 131 de la première partie du capuchon peut comporter un dispositif 134 de retenue tel qu'un joint torique qui facilite la coopération étanche. La partie 125 de capuchon a des dimensions telles qu'elle s'enclenche élastiquement sur l'organe externe du joint. La seconde partie 128 est souple, par exemple formée d'un matériau élastomère, et elle a une configura- tion plissée ou ondulée permettant sa déformation. Elle a une première extrémité 136 raccordée de manière étanche à une saillie circonférentielle de l'extrémité 137 de la première partie 125. La seconde partie a son autre extrémité 138 qui est ajustée sur une partie 139 de l'arbre d'entrée 113 afin qu'un joint étanche soit formé, cette étanchéité pouvant être accrue par utilisation d'une bande annulaire 141 de retenue logée dans une gorge annu- laire 142 tournée vers l'extérieur, formée dans la partie 128 de capuchon. Le capuchon permet ainsi une articulation du joint d'abord par déformation de la seconde partie souple 128 du capuchon et ensuite par articulation de la première partie 125 du capuchon par rapport à l'organe externe du joint. Les angles relativement faibles d'articulation sup- portés en utilisation normale peuvent être permis par déformation de la seconde partie 128 du capuchon sans que la première partie se déplace sur l'organe externe du joint, cette dernière articulation n'ayant lieu que pour des angles importants rencontrés peu fréquemment. La partie souple du capuchon se déforme jusqu'à ce qu'elle transmette une force suffisante de traction qui transmet le couple d'articulation à la première partie 125 du capuchon. Bien que le capuchon de la figure 2 comprenne une partie souple, il résiste mieux aux perforations acciden- telles de capuchons protecteurs connus qui sont entièrement souples, car il est protégé dans une certaine mesure par la partie semi-rigide 125. La partie souple 128 a une 'dimension axiale inférieure à celle des capuchons souples connus si bien que le capuchon peut mieux résister à la perforation accidentelle. On se réfère maintenant à la figure 3 des dessins qui représente un joint universel 211 de type homocinétique, analogue à celui de la figure 2 et on ne le décrit donc pas en détail. Un capuchon protecteur 223 a une première partie 224 solidaire d'une seconde partie 235. La première partie 224 s'ajuste autour d'une surface externe partiel- lement sphérique 233 formée sur l'organe externe 222 du joint, à un emplacement 224a, afin qu'elle assure l'étanchéité et l'articulation relatives comme dans le cas de la première partie de capuchon des modes de réalisa- tion des figures 1 et 2. La première partie 224 a une surface interne 224b de forme partiellement sphérique, et l'extrémité libre peut avoir un élément 229 de retenue analogue au dispositif 134 du mode de réalisation de la figure 2. La partie 224 du capuchon a une dureté relativement élevée, si bien qu'elle est semi-rigide. La seconde partie 235 du capuchon a une dureté plus faible (telle que déter- minée au "duromètre") que la partie 224. Certains types de matériaux à base d'uréthanne peuvent être fabriqués avec de telles caractéristiques différentes de dureté dans un même élément. La seconde partie 235 du capuchon a une configura- tion plissée ou ondulée analogue à celle de la seconde partie 128 du mode de réalisation de la figure 2. Elle a une partie d'extrémité 238 qui coopère avec une partie 239 d'un arbre d'entrée 213, et est fixée de manière étanche sur celui-ci par une bande annulaire 241 de retenue qui se loge dans une gorge circonférentielle 242 débouchant vers l'extérieur de la partie d'extrémité 238 du capuchon. Les faibles articulations du joint universel, jusqu'à une valeur limite, sont permises par déformation de la seconde partie 235 du capuchon. Les plus grands angles d'articulation sont permis par articulation de la première partie 224 par rapport à l'organe externe 222 du joint. On a décrit des modes de réalisation précédents de capuchon protecteur dans le cas d'un joint homocinétique destiné à l'industrie automobile. Cependant, l'invention a d'autre applications, par exemple dans le cas des joints homocinétiques de type tripode ou autre, ou même dans le cas des joints de cardans non homocinétiques, ces joints ayant un organe externe avec lequel la première partie du capuchon peut coopérer de manière étanche lors de l'articulation. En outre, l'invention n'est évidemment pas limitée auxjointspour l'industrie automobile. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Capuchon de protection étanche d'un joint universel destiné à transmettre un couple, le joint compre- nant un arbre d'entrée (13), un arbre de sortie (14), un organe externe (22) raccordé à l'un des arbres, un organe interne (19) raccordé à l'autre des arbres, et un dispo- sitif (16) de transmission d'un couple entre les organes du joint tout en permettant leur articulation relative, l'organe externe ayant une surface externe partiellement sphérique, le capuchon protecteur étant caractérisé en ce qu'il comprend: une première partie (25) formée d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple et destinée à s'ajuster autour de l'organe externe du joint, une surface partiel- lement sphérique interne de la partie du capuchon coopérant de façon étanche avec la surface externe partiellement sphérique de l'organe externe du joint et permettant une articulation relative, et une seconde partie (28) de capuchon partant de la première partie et destinée à coopérer de façon étanche avec l'arbre associé. à l'organe interne du joint, la première et la seconde partie du capuchon formant ensemble un joint retenant le lubrifiant et empêchant la pénétration de saletés dans le joint. 2. Capuchon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la seconde partie (25, 28) du capuchon sont des éléments séparés, qui coopèrent circonfé- rentiellement de manière étanche l'un avec l'autre. 3. Capuchon selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première partie (25) du capuchon a une gorge (27) de configuration partiellement sphérique dans laquelle se loge de manière étanche une portion de la seconde partie (22) de capuchon, afin que les parties de capuchon puissent présenter une articulation relative. 4. Capuchon selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde partie (28) du capuchon a une configu- ration non plissée. 5. Capuchon selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde partie (128) a une configuration plissée. 6. Capuchon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la seconde partie (224, 235) du capuchon sont solidaires l'une de l'autre et sont formées d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple dans la première partie et qui est souple dans la seconde partie. 7. Capuchon selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde partie (235) du capuchon a une configu- ration plissée. 8. Capuchon selon l'une des revendications 5 et 7, caractérisé en ce que la seconde partie (235) de capuchon a une - gorge annulaire tournée vers l'extérieur destinée à coopérer avec l'arbre, et un dispositif annulaire (241) de retenue placé dans la gorge annulaire. 9. Capuchon selon l'une quelconque des revendica- tions 5, 7 et 8, caractérisé en ce que la seconde partie (235) du capuchon peut se déformer afin qu'elle permette une articulation d'au moins 20 environ par rapport à l'état aligné. 10. Capuchon selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la seconde partie (235) de capuchon peut présenter, par rapport à la première partie (224) de capuchon, une articulation d'au moins 20 environ par rapport à l'état aligné. 11. Joint universel, du type qui comprend un arbre d'entrée (13), un arbre de sortie (14), un organe externe (22) raccordé à l'un des arbres, un organe interne (19) raccordé à l'autre des arbres et un dispositif (16) destiné à transmettre un couple entre les organes du joints tout en permettant une articulation relative entre eux, caractérisé en ce qu'il comporte un capuchon (23) selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'organe externe (22) du joint ayant une surface externe partiellement sphérique et la surface interne partiellement sphérique de la première partie de capuchon coopérant de façon étanche avec cette surface en permettant une articulation relative, la seconde partie de capuchon coopérant avec l'arbre associé à l'organe interne du joint. 12. Joint selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un joint homocinétique. 13. Joint selon la revendication 12, caractérisé en ce que le joint est destiné à être incorporé au train moteur d'une automobile à traction avant. 14. Joint selon la revendication 13, caractérisé en ce que les arbres d'entrée et de sortie (13, 14) pré- sentent une articulation, par rapport à l'état aligné, d'au moins 20 environ lors du fonctionnement normal. 15. Joint selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'articulation, lors de l'utilisation, atteint au moins 45 environ. 16. Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 11 à 15, caractérisé en ce que la première partie (25) du capuchon peut présenter une certaine articulation par rapport à l'organe externe (22) du joint suivant un angle d'au moins 25 environ par rapport à l'état aligné. 17. Joint selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que l'organe externe (22) du joint est solidaire du premier arbre. 18. Joint selon la revendication 17, caractérisé en ce que le premier arbre est l'arbre de sortie (14). 19. Joint selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, caractérisé ence que l'organe externe (22) du joint est fabriqué par forgeage, et la surface externe partiellement sphérique de cet organe n'est pas usinée.