Brevet FR2596829A1 — publié le 19871009

JOINT UNIVERSEL HOMOCINETIQUE La présente invention concerne un joint universel homocinétique utilisé principalement pour des véhicules automobiles à traction avant, et en particulier à un joint universel homocinétique de type tripode. Comme joint universel usuel de ce type, on connait celui qui est représenté sur la figure 8 et qui comprend: un anneau extérieur 1, dans la surface intérieure duquel sont ménagées trois gorges de guidage cylindriques 2 s'étendant axialement; une pièce tripode 3 10 montée dans l'anneau extérieur 1 et comportant trois tourillons 4 dirigés radialement; et des galets sphériques montés de façon tournante et axialement coulissante sur les tourillons 4. Chaque galet sphérique 5 est prévu pour être en contact avec des surfaces de guidage 6 pré15 sentées par les deux côtés de la gorge de guidage 2. Sur un joint universel homocinétique de ce type, pendant la transmission de la rotation, lorsque l'anneau extérieur 1 forme un angle de travail par rapport à la pièce tripode 3, chaque galet sphérique 5 coulisse obli20 quement par rapport à la surface de guidage 6 sur la gorge de guidage cylindrique 2, comme représenté sur les figures 8 et 9, de sorte qu'un mouvement de roulement normal du galet sphérique 5 est empêché. Plus précisément, alors que chaque galet sphéri25 que 5 tend à rouler dans la direction indiquée par une flèche (a) sur la figure 8, il est obligé de se déplacer le long de chaque gorge de guidage 2 qui est cylindrique et parallèle à l'axe de l'anneau extérieur 1. Par suite, un glissement peut se produire entre les surfaces de gui30 dage 6 sur les gorges de guidage 2 et les galets sphériques 5, ce qui engendre un échauffement et une poussée axiale qui favorise les vibrations. 2 2596829 La figure 10 est un graphique illustrant la relation entre l'angle de phase du joint et la poussée induite. On décrit ci-après, avec référence aux figures 6 et 7, le mécanisme qui engendre la poussée induite. La figure 7 montre comment les pièces sont placées pendant la transmission de la rotation, lorsque l'anneau extérieur 1 définit un angle de travail par rapport à la pièce tripode 3. Lorsque le joint tourne, les galets sphériques montés sur les tourillons 4 de la pièce tripode 3 se déplacent en va-et-vient dans la direction axiale de l'anneau extérieur 1, le long des surfaces de guidage 6 de l'anneau extérieur 1. Comme représenté sur la figure 7, trois galets sphériques 5 effectuent un mouvement de glissement d'un point P à un point P', Q à Q' et R à R', respectivement, et reviennent ensuite à la position initiale, effectuant un aller-retour sur chaque surface de guidage 6 pour chaque rotation du joint. La force de contact qui agit entre les surfaces de guidage 6 et les galets sphériques 5 induit une poussée axiale. La direction et l'intensité de la poussée produite par chaque galet sphérique 5 varient avec la phase de rotation. Comme illustré sur la figure 7, deux des trois 25 galets sphériques 5 sont tirés vers le c8té gauche de l'anneau extérieur 1 et l'autre galet est tiré vers son côté droit, de sorte qu'une poussée de compression est induite. Comme illustré sur la figure 10, la somme des poussées engendrées par trois galets sphériques 5 change périodiquement d'une valeur positive à une valeur négative et vice-versa, trois fois par tour du joint. L'amplitude est assez grande pour entraÂner divers problèmes 3 2596829 de vibration sur les véhicules. En outre, puisque la région o le galet sphérique 5 est en contact avec la surface de guidage,6 possède la même courbure, une charge de bord peut se produire sur la surface de guidage 6 avec le mouvement des galets sphériques 5 sur les tourillons 4. D'autre part, une augmentation de la poussée induite, résultant de la charge non équilibrée et de la cassure aux épaulements des surfaces de guidage 6, réduit la durée de vie du joint. La présente invention a pour objet un joint universel homocinétique de type tripode qui évite les inconvénients ci-dessus et qui réduit la poussée induite, évitant ainsi les problèmes relatifs aux vibrations. Conformément à la présente invention, on obtient 15 un joint universel dans lequel les surfaces de guidage des galets, formées sur les deux côtés de chaque gorge de guidage ménagée dans l'anneau extérieur, sont prévues de manière à être en contact avec le galet sphérique en deux points. Dans le joint universel homocinétique de la présente invention, la transmission de puissance est effectuée par le contact entre les surfaces de guidage et les galets sphériques, comme dans le joint universel homocinétique usuel. Les galets sphériques roulent le long des surfaces de guidage de galet, pour un coulissement doux. Pendant la transmission de la rotation, lorsque l'axe de l'anneau extérieur est aligné avec l'axe de la pièce tripode (c'est-à-dire lorsque l'angle de travail 30 est de O degré), puisque le point d'intersection des axes des tourillons se trouve sur l'axe de l'anneau extérieur, les rouleaux sphériques restent en contact en deux points avec les surfaces de guidage de galet. Même lorsque la rotation est transmise suivant 35 un angle de travail, chaque galet sphérique est toujours 4 2596829 en contact avec les surfaces de guidage de galet en deux points adjacents au centre de la surface de guidage de galet, bien que l'intensité de la force de contact varie avec la phase de rotation. Cela assure un fonctionnement stable du joint. Les résultats de l'analyse qui prend en considération la force de frottement interne montrent que l'intensité de la poussée induite sur le joint universel homocinétique de la présente invention est inférieure à 10 l'intensité de la poussée sur les joints usuels, de 20 % environ (figure 10). D'autre part, par des essais de laboratoire, on trouve que la poussée induite est inférieure de 30 à 40 % à celle du joint usuel, en partie parce que chaque surface de guidage de galet a une configuration telle que le galet sphérique est en contact avec elle en deux points, et en partie parce qu'un volume ou réservoir d'huile ainsi formé améliore la lubrification. Le joint universel homocinétique conforme à la 20 présente invention procure les effets suivants: (a) Du fait que chaque galet sphérique entre en contact avec la surface de guidage en deux points situés près du centre de la surface de guidage, cela diminue la charge non équilibrée et le moment de pivotement qui agit 25 sur le galet sphérique autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du tourillon. Cela diminue la force de frottement qui est la cause des vibrations. (b) Du fait que le galet sphérique entre en contact avec la surface de guidage en deux points adjacents 30 au centre de la surface de guidage, la zone de contrainte de contact qui se produit sur les bords latéraux du galet sphérique ne passe pas sur la surface de guidage de galet. (c) Du fait qu'un réservoir d'huile est défini dans la partie centrale de la surface de guidage de galet, -2596829 du lubrifiant est toujours fourni entre la surface de guidage de galet et le galet sphérique, ce qui évite non seulement une corrosion par abrasion mais également un frottement anormal et un dégagement de chaleur. (d) Du fait que les surfaces de guidage de galet et le réservoir d'huile peuvent être facilement formés industriellement, aucun usinage spécifique n'est nécessaire comme c'était le cas pour le joint usuel. D'autres objets et avantages de la présente 10 invention apparaîtront à la lumière de la description ci-après, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'un mode de réalisation d' un joint universel homocinétique 15 conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue de face en coupe verticale du même dispositif; la figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une partie du dispositif; les figures 4 et 5 sont des vues à plus grande échelle de la même partie, dans d'autres modes de réalisation; les figures 6 et 7 sont des vues schématiques illustrant le fonctionnement du joint de la présente in25 vention; la figure 8 est une vue de c8té en coupe verticale d'un joint homocinétique usuel; la figure 9 est une vue en perspective illustrant la façon dont le galet sphérique roule dans le joint 30 de la figure 8; et la figure 10 est un graphique illustrant la relation entre l'angle de phase et la poussée induite engendrée sur chaque tourillon, pour le joint usuel et pour le joint suivant la présente invention. 6 2596829 On se reporte maintenant aux figures 1 à 4. Un anneau extérieur 10 est solidaire d'un premier arbre 11, à son extrémité fermée, et il comporte dans sa surface intérieure trois gorges de guidage axiales 12, dis5 posées à intervalles angulaires égaux de 120 , comme dans le joint usuel. Chaque gorge de guidage 12 présente, de chaque côté, une surface 13 de guidage de galet ayant deux centres de courbure, de sorte qu'elle prend la forme d'une arche gothique, un réservoir d'huile 14 qui s'étend 10 axialement étant défini dans sa partie centrale. Les rayons de courbure correspondant aux centres de courbure peuvent être mutuellement différents ou mutuellement égaux. Une pièce tripode 15, montée dans l'anneau extérieur 10, s'engage sur des cannelures 17 formées sur une extrémité d'un deuxième arbre 16 et elle est tenue entre une partie épaulée 18 et un anneau élastique 19 de manière à ne pas glisser hors de l'arbre. La pièce tripode 15 comporte trois tourillons 20 dirigés radialement, 20 sur chacun desquels un galet sphérique 21 est monté en rotation par l'intermédiaire d'une pluralité d'aiguilles de roulement 8. Dans un premier mode de réalisation de la présente invention, représenté sur la figure 3, les points 25 de contact P et P entre le galet sphérique 21 et la 1 2 surface 13 de guidage de galet sont situés, par rapport à la partie centrale de la surface de guidage 13, de sorte que l'angle 0 = 100 à 200 (l'angle de contact e est un angle défini entre la ligne médiane du galet sphéri30 que et une ligne reliant l'un des points de contact avec le centre du galet sphérique). Chaque galet sphérique n'entre pas en contact avec la partie centrale et les bords latéraux de chaque surface de guidage 13. Ainsi, les bords latéraux des galets sphériques 21 ne sont pas en contact avec la surface 13 de guidage de galet, et la ré- gion de contrainte de contact, apparaissant sur les bords latéraux, ne passe pas sur la surface 13 de guidage de galet. Par suite, il n'y a pas de risque de charge non équilibrée sur le galet sphérique 21 provo5 quant une inclinaison des roulements à aiguilles 8, ce qui augmenterait la résistance par frottement. En outre, puisque les points de contact P1 et P2 sont situés à des points proches de la partie centrale de la surface de guidage 13, il y a une dimi10 nution du moment de pivotement qui agit sur le galet sphérique 21 autour de son axe X-X, résultant de la force de frottement dans une direction perpendiculaire au plan de la figure 3, engendrée par la charge agissant sur les points de contact P1 et P2. Le mouvement de cha15 que tourillon 20 dans la direction de la ligne Y-Y par rapport au galet sphérique 21 (du fait que les charges non équilibrées agissent sur Pi et P2) est adouci, ce qui diminue une poussée induite. Le rapport du diamètre de la surface 13 de guidage de galet à celui du galet 20 sphérique 21 doit de préférence être de 1,10 à 1,40. La figure 4 illustre un deuxième mode de réalisation de la présente invention, dans lequel une surface 22 de guidage de galet est définie par deux plans. Un réservoir d'huile 23 est formé entre la zone 25 adjacente aux points o les deux plans se coupent et le galet sphérique 21. La figure 5 illustre un troisième mode de réalisation de la présente invention dans lequel chaque galet 25 roulant sur la surface de guidage cylindrique 30 24 est sphérique à ses deux parties d'extrémité 26 et cylindrique à sa partie centrale 27, le galet étant en contact en deux points avec la surface de guidage 24. Un réservoir d'huile 28 est défini entre la surface de guidage 24 et le galet 25. La figure 6 illustre un quatrième mode de 8 2596829 réalisation de la présente invention, dans lequel chaque surface 29 de guidage de galet est définie par deux plans et les points de contact P1 et P2 avec le galet sphérique 21 sont situés de façon non symétrique par rapport à la ligne centrale X-X du galet sphérique 21. Dans le premier mode de réalisation de la figure 3, les angles de contact formés entre la surface de guidage de galet et le galet sphérique en deux points sont égaux l'un à l'autre, tandis que dans le quatrième mode de réalisation de la figure 6, les angles de contact sont différents l'un de l'autre. 9 2596829 REVENDICATIONS 1. Joint universel homocinétique comprenant: une pièce extérieure 10 dans la surface intérieure de laquelle sont ménagées trois gorges de guidage (12) s'étendant axialement et également espacées an-5 gulairement autour de son axe, chacune de ces gorges de guidage présentant de chaque c8té une surface (13) de guidage de galet qui s'étend dans la direction de l'axe de ladite pièce extérieure; une pièce tripode (15) comportant trois touril10 lons (20) dirigés radialement et également espacés angulairement autour de son axe, la pièce tripode étant montée dans la pièce extérieure de sorte que les tourillons de la pièce tripode se logent dans les gorges de guidage respectives de la pièce extérieure, un galet sphérique (21) monté de façon tournante sur chaque tourillon et dont la périphérie extérieure est guidée par lesdites surfaces de guidage de galet, caractérisé en ce que chaque galet sphérique (21) est en contact avec la surface (13) de guidage de 20 galet, en deux points (P1,P2). 2. Joint universel homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les angles de contact (01, 02) formés entre le galet sphérique (21) et la surface (29) de guidage de galet auxdits deux points (P1,p2) 25 sont différents l'un de l'autre. 3. Joint universel homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les angles de contact (e) formés entre le galet sphérique (21) et la surface (13) de guidage de galet auxdits deux points sont 30 égaux l'un à l'autre. 4. Joint universel homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface de 2596829 guidage de galet possède deux centres de courbure et en ce que les rayons de courbure correspondant à ces centres de courbure sont différents l'un de l'autre. 5. Joint universel homocinétique suivant la re5 vendication 1, caractérisé en ce que chaque surface de guidage de galet possède deux centres de courbure et en ce que les rayons de courbures correspondant à ces centres de courbure sont égaux l'un à l'autre. 6. Joint universel-homocinétique suivant l'une 10 quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un réservoir d'huile (14) est défini, entre le galet (21) et la surface de guidage (13), dans la partie centrale de celle-ci entre les points de contact (P1-P2). 7. Joint universel homocinétique suivant l'une 15 quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que chaque galet sphérique (21) est sphérique à ses deux parties d'extrémité (26) et est cylindrique dans sa partie centrale (27).