Brevet FR2580751A1 — publié le 19861024

La présente invention concerne les joints homocinétiques coulissants pouvant être utilisés no- tamment dans des transmissions latérales de véhicules automobiles à traction avant ou à propulsion à roues indépendantes. On sait que les moteurs a explosion sont le siège de vibrations d'amplitudes variables dans une large bande de fréquence de l'ordre de 30 à 300 hertz. Un joint homocinétique coulissant devrait, non seule- 1 ment transmettre le couple sous angle et à élongations variables, mais aussi être infiniment perméable axia- lement, aussi bien pour un angle nul que sous l'angle maximal d'utilisation, de manière à empêcher les com- posantes axiales des vibrations du moteur de cheminer vers la roue motrice et la structure du véhicule. En- fin, il ne devrait pas lorsqu'il fonctionne sous an- gle, introduire lui-même d'excitation axiale pério- dique susceptible d'amorcer des vibrations dans la structure du véhicule. Or, par suite des frottements de fonction- nement dont l'amplitude varie cycliquement, les joints homocinétiques coulissants connus présentent les in- convénients suivants: Les moments perpendiculaires à l'axe de ro- tation, engendrés par les frottements, varient pério- diquement et créent des excitations correspondantes pouvant provoquer des résonances dans la structure du véhicule ou dans l'arbre de transmission lui-meme. Ces variations périodiques de frottement ré- sultent du mode de déplacement des corps roulants, qui, suivant l'angle de phase considéré, roulent ou glissent sous forte charge, amenant ainsi de très for- tes fluctuations dans le moment résultant. Un tel fonctionnement o un même corps roulant (telle une bille) passe du roulement pratiquement pur a un glis- sement total se différencie totalement de celui du roulement à billes dans lequel le taux de glissement est faible et pratiquement constant. On connaît, d'après le document FR- A - 81 10 796, un joint homocinétique coulissant qui vise à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus et qui propose diverses variantes qui présentent toutes la particularité de comporter trois paires de plans de roulement régulièrement espacées angulairement autour d'un premier axe, les plans de chaque paire étant pa- rallèles entre eux et a ce premier axe, ces plans de roulement coopérant avec des éléments de roulement interposés entre les paires de plans et des éléments intermédiaires, par ailleurs en contact par des por- tées sphériques complémentaires avec des tourillons régulièrement espacés angulairement et s'étendant radialement par rapport a l'axe d'un deuxième organe. Comme dans le joint défini succinctement ci- dessus, l'invention se propose de réaliser un joint homocinétique coulissant télescopique, dans lequel les vibrations provenant de l'organe moteur soient fil- trées et qui soit de plus exempt ou pratiquement exempts de frottements internes périodiques. Au contraire, l'objectif recherché est d'obtenir un mo- ment de frottement constant en grandeur et en direc- tion, ainsi qu'un coulissement à très grande liberté quel que soit l'angle sous lequel fonctionne le joint, ce dernier devant de plus ne pas engendrer de sollici- tations axiales périodiques. A cet effet, l'invention a pour objet un joint homocinétique comprenant un premier organe orienté suivant un premier axe et portant trois bras radiaux régulièrement espacés angulairement et déli- mitant des portées sphériques, un deuxième organe ayant un deuxième axe sécant avec le premier et pou- vant former un angle avec lui, ce deuxième organe délimitant trois paires de chemins de roulement, des éléments intermédiaires disposés entre lesdites por- tées sphériques et lesdits chemins de roulement, des éléments de roulement étant interposés entre les éléments intermédiaires et les chemins de roulement adjacents, caractérisé en ce que les chemins de roulement prévus sur le deuxième organe sont des sur- faces cylindriques de section à peu près circulaire et de génératrices parallèles à l'axe du deuxième organe, les éléments de roulement interposés entre les élé- ments intermédiaires et les. chemins de roulement étant des billes. Suivant d'autres caractéristiques: - chaque élément intermédiaire comporte sur sa face dirigée vers le chemin de roulement adjacent un chemin de roulement analogue, c'est-à-dire de forme à peu près cylindrique, ayant une section transversale circulaire et des génératrices parallèles à l'axe du deuxième organe; - les éléments intermédiaires sont des bar- rettes délimitant sur une face une portée sphérique coopérant avec la portée sphérique complémentaire du premier organe et sur une face opposée un chemin de roulement pour les éléments de roulement; - les billes interposées entre un élément intermédiaire et le chemin de roulement adjacent sont maintenues par une cage; - ladite cage comporte des moyens de butée de fin de course coopérant avec des surfaces d'extré- mité des éléments intermédiaires; - chaque cage comporte des moyens de retenue des billes, du côté oppose au chemin de roulement du deuxième organe; - il est prévu des moyens astreignant chaque cage à parcourir la moitié du chemin effectué par le centre d'une surface de portée sphérique du premier organe - ces moyens comprennent un engrenage tou- rillonant sur un pivot porté latéralement par la cage et en prise avec deux crémaillères portées respective- ment par l'élément intermédiaire et par le deuxième organe; - chaque élément intermédiaire délimite un chemin de roulement séparé en deux portions par une paroi intermédiaire; - chaque élément intermédiaire comporte un chemin de roulement divisé en au moins deux segments recevant chacun au moins une bille, chaque segment étant terminé à ses deux extrémités par une paroi à peu près sphérique se raccordant à la surface cylin- drique du segment de chemin de roulement adjacent. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe transver- sale d un premier mode de réalisation d'un joint suivant l'invention, correspondant à une ligne de cou- pe 1-1 sur la Fig. 2; - la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 22 de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue en coupe et suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2; - la Fig. 4 est une vue de détail suivant la flèche F4 de la Fig. 1; - la Fig. 5 est une vue partielle en coupe transversale d'une variante; - la Fig. 6 est une vue de dessous suivant la flèche F6 de la Fig. 5; - la Fig. 7 est une vue de dessus d'une barrette à crémaillère utilisée dans le mode de réalisation des Fig. 5 et 6; - la Fig. 8 est une vue en coupe longitudi- nale d'une autre variante; - la Fig. 9 est une vue partielle en coupe suivant la ligne 9-9 de la Fig. 8; - la Fig. 10 est une vue partielle en coupe représentant une autre variante. Le joint représenté aux Fig. 1 à 4 comprend un tripode 1 rendu solidaire d'un arbre 2 d'axe X-X par des cannelures, par soudure, ou par tout autre moyen. Ce tripode porte trois bras ou tourillons ra- diaux 3, régulièrement espacés angulairement et qui délimitent des surfaces latérales sphériques convexes 4 constituant des surfaces de portée pour des éléments intermédiaires ou barrettes 5 pouvant osciller sur ces surfaces de portée. A cet effet les barrettes délimi- tent des portées sphériques concaves 6 complémentaires des portées sphériques convexes des tourillons. Elles comportent par ailleurs chacune sur leur face opposée une gorge cylindrique longitudinale 7, de section cir- culaire servant de chemin de roulement à un chapelet de billes 8. Chaque série de billes roule par ailleurs sur un chemin de roulement 9 ménagé à l'intérieur d'un fût ou barillet 10 d'axe Y-Y. Les six chemins de-rou- lement ménagés dans ce barillet ont une forme cylin- drique, de section à peu près circulaire, de rayon égal au rayon des billes ou légèrement supérieur à ce rayon, et de génératrices parallèles à l'axe Y-Y. Chaque série de billes disposée entre une barrette 5 et un chemin de roulement 9 du barillet est maintenue, dans cette variante, par une cage 13 qui peut être réalisée par exemple en matière plastique et dont les extrémités longitudinales se terminent par un rebord 14 dirigé à peu près radialement vers l'axe Y-Y et qui servent de butée de fin de course, coopérant avec les extrémités longitudinales 5a des barrettes 5. De plus, les logements de ces cages dans lesquels sont reçues les billes sont conformés, par exemple en forme de tronc de cône en 15, pour assurer la retenue des billes vers l'intérieur lorsque ces dernières ne se trouvent plus en face de la gorge adjacente. Le diamètre de ces billes peut être plus grand, de 10 à 100 microns, pour les deux billes si- tuées à chaque extrémité de la cage afin de réaliser un rappel de centrage des billes, et de mieux répartir la charge sur l'ensemble des billes selon l'enseigne- ment du brevet FR. 83 17 576. De façon connue, le barillet 10 peut être rendu solidaire d'un deuxième arbre 11, et être soudé sur un épanouissement 12 de cet arbre. En fonctionnement, lorsque le joint fonc- tionne sous angle, tout en étant fermement maintenu radialement par rapport au barillet, le tripode 1 et par conséquent l'arbre 2 ont toute liberté de débat- tement angulaire et axial. Les légers déplacements axiaux des trois sphères portées par le tripode, ac- compagnant la rotation sous angle, sont accommodés par une légère oscillation de chaque barrette 5 autour de l'axe du chemin de roulement correspondant. Le mouvement radial des sphères étant trois fois plus important vers l'intérieur que vers l'exté- rieur, on peut, suivant une caractéristique avanta- geuse de l'invention, prévoir une compensation A de l'ordre de 0,3 mm, consistant en un déport du centre O de la sphère 3 au-delà de la ligne joignant les axes des chemins de roulement en vis-à-vis, dans une sec- tion radiale, et par conséquent associés à la même sphère 3. Ainsi la modification du jeu ou du serrage sur les éléments roulants équipant un tourillon, par suite de la modification d'obliquité de la ligne des centres due à la variation de A n'excède pas 0,015 mm. Suivant d'autres avantages: - les éléments roulants (billes) se guident d'eux-mêmes latéralement dans leurs deux chemins de roulement, tant sur le barillet que sur les éléments intermédiaires. Il en résulte qu'il n'y a pas lieu de guider la cage et qu'il ne risque donc pas d'apparai- tre de frottements parasites; - par suite de l'existence du guidage laté- ral, ce type de barillet autorise un plus grand débat- tement angulaire de l'arbre coulissant (voir Fig. 2); - le barillet est de construction très sim- ple et les risques de frottements latéraux sont sup- primés, ce qui réduit encore la traînée axiale de ce joint lors du coulissement sous couple; - enfin, les corps roulants sont plus gros et moins nombreux que dans le cas d'utilisation d'ai- guilles, ce qui tend à améliorer la robustesse. Afin d'accroître la longueur du coulissement en compression lorsque le joint fonctionne sous angle, il est prévu un chanfrein 10a à l'extrémité du baril- let, dans les zones comprises entre deux chemins de roulement adjacents. Ce chanfrein fournit un dégage- ment supplémentaire au débattement de l'arbre 2. Dans la variante représentée aux Fig. 5 à 7, il est prévu des moyens pour astreindre la cage 13a associée à chaque chapelet de billes 8, à parcourir la moitié du chemin effectué par le centre 0 de la sphère du tripode associé. Ces moyens comprennent un petit pignon 16 tourillonnant sur un pivot 17 porté latéra- lement par la cage 13a. Ce pignon est en prise avec deux crémaillères 18, 19 portées respectivement, par la barrette 5 et le barillet 10. La cage peut être réalisée en une matière plastique résistante, tel que le Nylon ou bien en mé- tal. Des excroissances 20 (Fig. 6) venues de moulage ou repoussées après montage retiennent les billes lorsqu'elles se trouvent en dehors des chemins de roulement, comme décrit à propos de la première variante. Un circlips 21 ou tout autre moyen connu permet de retenir le pignon sur son pivot. Dans le mode de réalisation des Fig. 8 et 9, chaque barrette 30 comporte un chemin de roulement di- visé en deux tronçons ou segments 31,32 par une paroi intercalaire 33 comportant deux surfaces concaves sphériques 34 de même rayon que les billes et qui se raccordent à la section cylindrique des chemins de roulement. Dans l'exemple représenté, il est prévu une bille 35 de chaque côté de cette paroi, et les deux billes sont maintenues par une cage 36 qui assure un écartement constant des billes et empêche leur désemparement aux extrémités des chemins de roulement 31,32. A l'extrémité de la course de roulement, dans un sens ou dans l'autre, l'une des billes vient épouser l'une des surfaces concaves 34. Il se produit alors un glissement entre les surfaces sphériques complémentaires grâce au film de lubrifiant emprison- né,. tandis que la bille roule sur le chemin de rou- lement du barillet. Ainsi, lorsqu'un excédent de coulissement est nécessaire, il s'opère sans grande opposition, même sous couple. Dans une autre variante représentée à la Fig. 10, la cage est supprimée. A cet effet, chaque barrette 40 comporte un chemin de roulement divisé en au moins deux segments 41,42 par une paroi 43 délimi- tant des surfaces sphériques 44. Dans chaque chemin de roulement se trouve au moins une bille 45,46. Chaque segment est délimité à ses deux extrémités par une paroi sphérique 47,48 de rayon correspondant à celui des billes et qui se raccorde à la surface cylindrique du chemin de roulement. De tels chemins de roulement peuvent être réalisés économiquement et avec précision par.formage à froid. Dans les deux derniers modes de réalisation décrits ci-dessus, les barrettes sont réalisées de façon à présenter une épaisseur qui décroit progres- sivement vers leurs extrémités, ce qui leur donne une faculté de déformation élastique en flexion. Du fait de cette flexion en fonctionnement sous couple, un recentrage automatique des billes s'effectue de part et d'autre de la paroi intermédiaire 33,34. Suivant une autre variante, les tourillons sphériques peuvent être constitués par des galets mon- tés sur des tourillons cylindriques. REVENDICATIONS 1. Joint homocinétique comprenant un premier organe (1,2) orienté suivant un premier axe (X-X) et portant trois bras radiaux (3) régulièrement espacés angulairement et délimitant des portées sphériques (4), un deuxième organe (10) ayant un deuxième axe (Y-Y) sécant avec le premier et pouvant former un an- gle avec lui, ce deuxième organe délimitant trois pai- res de chemins de roulement (9), des éléments intermé- diaires (5) disposés entre lesdites portées sphériques et lesdits chemins de roulement, des éléments de rou- lement (8) étant interposés entre les éléments inter- médiaires (15) et les chemins de roulement adjacents (9), caractérisé en ce que les chemins de roulement (9) prévus sur le deuxième organe (10) sont des surfa- ces cylindriques de section à peu près circulaire et de génératrices parallèles à l'axe (Y-Y) du deuxième organe, les éléments de roulement interposés entre les éléments intermédiaires et les chemins de roulement étant des billes (8). 2. Joint homocinétique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que chaque élément intermé- diaire (5) comporte sur sa face dirigée vers le chemin de roulement adjacent un chemin de roulement analogue (7), c'est-à-dire de forme à peu près cylindrique, ayant une section transversale circulaire et des géné- ratrices parallèles à l'axe (Y-Y) du deuxième organe (10). 3. Joint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments intermédiaires sont des barrettes (5) délimitant sur une face une portée sphérique (6) coo- pérant avec la portée sphérique complémentaire (4) du premier organe et sur une face opposée un chemin de roulement (7) pour les éléments de roulement (8). 1 1 4. Joint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que les billes (8) interposées entre un élément intermé- diaire (5) et le chemin de roulement (9) adjacent sont maintenues par une cage (131. 5. Joint homocinétique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que ladite cage 113) compor- te des moyens (14) de butée de fin de course coopérant avec des surfaces d'extrémité (5a) des éléments inter- médiaires (5). 6. Joint homocinétique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que chaque cage (13) compor- te des moyens (15) de retenue des billes, du côté op- posé au chemin de roulement (8) du deuxième organe. 7. Joint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (16-19) astreignant chaque cage à parcourir la moitié du chemin effectué par le centre (0) d'une surface de portée sphérique (4) du premier organe. 8. Joint homocinétique selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que lesdits moyens compren- nent un pignon (161 tourillonnant sur un pivot (17) porté latéralement par la cage (13) et en prise avec deux crémaillères (18,19) portées respectivement par l'élément intermédiaire (5) et par le deuxième organe (10). 9. Joint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque élément intermédiaire (30) délimite un chemin de roulement séparé en deux portions (31,32) par une paroi intermédiaire (33). 10. Joint homocinétique selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que la paroi intermédiaire (33) est raccordée au chemin de roulement cylindrique (31,32) par des surfaces sphériques (34) de même rayon que les billes (35). 11. Joint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que chaque élément intermédiaire (40) comporte un chemin de roulement divisé en au moins deux segments (41,42) recevant chacun au moins une bille (35). chaque seg- ment étant terminé à ses deux extrémités par une paroi (47,48) à peu près sphérique se raccordant à la surfa- ce cylindrique du segment de chemin de roulement adja- cent. 12. 3oint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que le centre (0) de chaque portée sphérique (4) est déporté radialement vers l'extérieur par rapport à une ligne joignant les axes des chemins de roulement (9) associés. 13. Joint homocinétique selon l'une quelcon- que des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que les barrettes (5,30,40) ont une épaisseur qui décroit depuis leur partie centrale vers leurs extrémités, de façon à présenter une certaine capacité de déformation élastique.