Brevet FR2608703A1 — publié le 19880624

La présente invention est du domaine de la mécanique et elle a pour objet un Joint universel d'articulation, dit encore Joint à la cardan ou cardan, capable de permettre la transmission de couples de rotation élevés, par un arbre articulé. Un joint universel du type con- cerné pan l'invention a été divulgué par le brevet DE.PS 26 25 960 (GB-PS 1 539 497). Lors de l'utilisation de tels arbres articulés dans la grande mécanique, les Joints sont, selon l'utilisation, non seulement exposés à des grands couples de rotation, mais aussi, dans une mesure considéra- ble, à des forces transversales. Les Joints universels sont donc non seulement équipés de paliers, qui doivent en premier lieu transmettre des forces périphériques, mais en plus équipés de butées pour recevoir les forces périphéri- ques et pour le réglage du Jeu transversal à l'intérieur du joint. La transmission des forces transversales à partir de la croix de tourillons sur la fourche du Joint, ou l'inver- se, s'effectue par l'intermédiaire des bagues correspondan- tes des paliers à roulement, qui doivent être bloquées de façon axiale dans l'alésage de positionnement dans la fourche du Joint; dans ce cas, ce blocage doit être complètement assujetti à la force transversale. Dans le brevet DE-PS 26 25 960, il a été divulgué la façon dont on introduit les forces transversales agissant sur l'axe longitudinal du tourillon directement dans le couvercle de palier, à partir du côté frontal du tourillon. Dans ce cas, il existe la possibilité d'introduire la force transversale dans la fourche du joint soit au moyen de vis, soit à l'aide d'un anneau de blocage logé dans des rainures à l'intérieur de l'alésage du palier. Les anneaux de blocage ne sont pourtant souvent pas à la hauteur des charges qui se produisent dans la grande mécanique; il sautent en dehors de la rainure, ce qui conduit à une destruction du palier. C'est pour cette raison qu'on a essayé d'introduire la force transversale dans la fourche du joint à partir de la zone d'embase du tourillon, donc de la zone de transition entre deux tourillons voisins, sur une bague extérieure d'un palier munie d'un collet (DE-GM 18 58 494). Pour cela, soit la bague extérieure doit être insérée avant le montage de la croix de tourillons, soit l'alésage du palier doit être réalisé en deux parties dans la fourche du joint. Cette dernière mesure conduit à un affaiblissement considérable du joint ainsi que de la croix de tourillons, dans la zone de l'embase du tourillon, puis- qu'avec cette disposition du palier dans la zone de l'embase du tourillon, cette seule partie de la construction est usée, qui est nécessaire pour une réalisation solide de la croix de tourillons. Dans tous les cas de solutions décrites jusque là, la fourche du joint concernée est chargée de la force transversale complète en plus de la force périphérique. La demie-fourche du joint se déforme dans ce cas vers l'extérieur, de façon radiale en s'éloi- gnant de l'axe du joint. Par cette déformation, le palier opposé est déchargé, et il se produit un jeu correspondant. Le jeu dans l'arbre articulé ne diminue pas seulement la fiabilité de l'arbre et la durée de tous les paliers du joint, mais nuit aussi à-la qualité du matériau laminé, en cas d'utilisation de l'arbre dans les laminoirs. L'invention a pour objet de per- fectionner le joint universel connu de telle manière que tous les paliers soient chargés uniformément, avec l'objec- tif d'une fiabilité plus élevée, et d'éviter la formation d'un jeu dans le joint, du fait de l'influence des forces transversales. Selon l'invention, qui résoud le problème sus-visé, un joint à croisillon pour arbre articulé capable de transmettre des couples de rotation importants, ledit joint comportant deux fourches, dont chacune est reliée à deux tourillons d'une croix de tourillons, compor- tant les caractéristiques suivantes: chaque fourche est une pièce monobloc comportant un couple d'alésages alignés, chaque tourillon de la croix de tourillons est logé dans l'alésage de la fourche correspondant, muni d'un couvercle de palier, par l'intermédiaire d'un palier et d'une butée séparée de celui-ci, la butée se trouve entre le côté frontal du tourillon et le couvercle de palier qui (indirec- tement ou directement) repose sur une surface de support de l'alésage de la fourche, opposée à l'axe de rotation de l'arbre articulé, est caractérisé d'une manière générale en ce que et pour coopérer, le long des axes des tourillons, un alésage longitudinal central s'étend à travers la croix de tourillons, à travers l'alésage longitudinal central, s'étend un tirant qui relie deux couvercles de paliers opposés l'un par rapport à l'autre, à chaque palier est attribuée une bague extérieure, et chaque couvercle de palier est supporté sur l'alésage de la fourche correspon- dant à l'aide de la bague extérieure en direction de l'axe de rotation de l'arbre articulé, le couvercle de palier est fixe à l'encontre d'une torsion par rapport à la fourche du Joint, et est mobile de façon radiale. Les inventeurs ont découvert que la rigidité de tout le joint est responsable de la capacité de charge des paliers à roulement, et en premier lieu la rigidité dans la zone des alésages fermés du palier dans les moitiés des joints en plusieurs parties ainsi que dans le palier luimême. Pour cette raison on tend à préserver les paliers de la déformation des autres parties du joint. Ceci est réglé, selon l'invention, par les mesures suivantes. La croix de tourillons comporte un alésage longitudinal le long de l'axe de tourillons à l'intérieur des tourillons, alésage dans lequel se trouve un tirant en forme de barre. Sur ce tirant, on a fixé les couvercles de paliers des deux logements de paliers opposés. Les couvercles des paliers comportent sur leur face inté- rieure le chemin de roulement extérieur radial des butées et s'appuient sur les côtés frontaux de la fourche du joint dans la zone des alésages des paliers. Un joint universel, dont la croix de tourillons est muni d'alésages longitudinaux et à travers lesquels s'étend un tirant, a été rendu public dans le brevet GB-PS 1.033.628. Les tourillons sont, dans ce cas, disposés dans des coussinets avec des roulements à aiguilles sans bagues intérieure et extérieure. Dans ce cas, ces coussinets eux-mêmes forment les moitiés de la fourche du joint et sont vissés sur le côté frontal d'une collerette. Le tirant a d'abord la fonction de recevoir en entier les forces centrifuges des deux coussinets. Dans ce cas il faut tenir compte du fait que le joint est conçu pour supporter une vitesse de rotation élevée. Cependant, en raison de sa construction en plusieurs parties, il se prête mal à la transmission de couples de rotation élevés. Cependant, avec la solution se- lon l'invention, on obtient le résultat suivant: la force transversale est transmise de la croix de tourillons sur la fourche du joint, laquelle force, en cas de position angulaire correspondante de l'arbre articulé, se comporte comme une force axiale dans la direction de l'axe du tourillon, en s'éloignant de l'axe du Joint; la force est transmise à partir du côté frontal du tourillon, en passant par le chemin intérieur de roulement de la butée, et les roulements de la butée, sur l'autre chemin de roulement qui se trouve sur le couvercle de palier. Dans ce cas, la force n'est cependant pas transmise à la fourche du Joint, comme c'est le cas pour les Joints universels connus, avec une transmission par la voie la plus rapide en passant par le couvercle du palier ou le coussinet au moyen de vis, ou bien en passant par la tige de la bague extérieure de palier reliée au couvercle du palier, au moyen d'anneaux de blocage. Selon l'invention, la force transversale est trans- mise à partir de l'un des couvercles de palier qui n'est pas relié de façon fixe avec la moitié de la fourche du Joint, dans le tirant relié avec ce dernier; le tirant s'étend Jusqu'au couvercle du logement opposé et y est fixé de la même manière. A cet endroit, la force est reçue sur cette moitié de la fourche du joint, avec une direction d'action vers l'axe du joint. Une forme de réalisation préfé- rée de l'invention consiste dans le fait, que le palier présente une bague extérieure, qui peut être insérée de l'extérieur dans l'alésage du palier jusqu'à un arrêt. Le chapeau du-palier, peut, dans ce cas, s'appuyer directement sur le côté frontal de la bague extérieure ou sur le côté frontal de la fourche du Joint, afin qu'il assure le blocage axial de la bague extérieure. L'avantage de cette disposition consiste dans le fait que les deux couvercles du palier de la fourche du Joint sont rapprochés à l'aide du tirant guidé à travers la croix de tourillons, et poussent en même temps les bagues extérieures du palier contre leur position de calage. Une force transversale travaillant contre l'un des couvercles du palier n'est ainsi pas reçue par cette moitié de la fourche du Joint contre laquelle la force transversale de l'axe du Joint est dirigée, mais par la moitié opposée de la fourche du Joint. Ainsi, il ne s'en suit pas une déformation de cette moitié de la fourche du Joint, dans laquelle la butée est chargée d'une force transversale, puisque la force transversale est reçue par l'autre moitié de la fourche du Joint, dont la butée n'est pas chargée. La force transversale, qui doit être reçue par la fourche du joint est, dans le cas de la solution de l'invention, toujours dirigée vers l'axe du Joint, afin que des disposi- tifs pour bloquer les bagues du palier contre un affaisse- ment radial vers l'extérieur ne soient pas nécessaires. Le blocage axial pour le palier sur l'un des côtés du tirant est pris en charge par le chapeau du palier sur la bague extérieure du palier du logement opposé. De ce fait, il est important de remarquer qu'avec cette disposition, le palier chargé est dégagé des déformations dans la zone de l'alésage du palier. Ainsi on assure un comportement optimal à la charge, aussi bien dans le palier que dans la butée sans perte de place dans la construction et avec une durée de vie optimale. Suivant une première caracté- ristique secondaire, la longueur du tirant est dimensionnée de telle manière que les butées (et éventuellement les bagues extérieures des paliers) des logements opposés sont dans un état de pré-contrainte axiale, en direction de l'axe du joint après la fixation des couvercles sur le tirant. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, le palier comporte une bague intérieure avec une surface de bague tournée vers le côté frontal du tourillon comme chemin de roulement pour la butée. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, l'extrémité du tourillon, par rapport à la tige de celuici, est effilée de façon graduée, et la bague intérieure du palier a été munie d'un collet, s'enfonçant dans cet endroit de rétrecissement, dirigé vers l'axe du tourillon, un chemin de roulement de la butée étant situé sur le collet. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, une des bagues extérieures ou intérieures du palier est munie d'un collet dirigé vers l'autre bague, en vue de pouvoir les enlever en même temps hors de l'alésage du palier pendant le démontage. Suivant une autre caractéristi- que secondaire de l'invention, le collet d'enlèvement est disposé sur la bague intérieure du palier et s'étend en s'éloignant de l'axe du tourillon, Jusqu'à l'intérieur de la zone du diamètre de la bague extérieure. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, un étoupage est disposé entre la bague intérieure et la bague extérieure du palier, dans la zone tournée vers l'embase du tourillon. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, le couvercle de palier, dans la zone de l'autre chemin de roulement de la butée est réalisé de façon rigide tandis qu'il est réalisé de façon flexible dans la zone de la surface d'appui sur la bague extérieure du palier. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, les rouleaux de la butée sont guidés soit dans le couvercle de palier, soit dans la bague intérieure du palier. Suivant une autre caractéristi- que secondaire, les alésages de palier sont disposés sur un côté frontal d'un arbre se terminant de façon tubulaire. Suivant une dernière caractéris- tique secondaire de l'invention, la croix de tourillons comporte deux paires de tourillons disposés sur deux niveaux parallèles et échelonnés le long de l'axe du Joint d'articu- lation. La longueur du tirant reliant les deux couvercles du palier peut être prévue de telle manière que les deux butées soient sous une précontrainte définissable et que le tirant exerce une contrainte de traction. Les forces transversales décrites se présentent toujours en même temps que les forces radiales dirigées dans le Joint, résultant de la transmission du couple de rota- tion. Pour cette raison, la croix de tourillons et aussi la fourche du Joint se trouvent sous l'effet d'une déformation qui provient de la transmission du couple de rotation. Pour charger la butée sur le côté intérieur du couvercle du palier le plus régulièrement possible, on a prévu de disposer un des chemins de roulement de la butée le plus proche possible de l'axe de tourillon dans la zone du côté frontal de la bague intérieure du palier. Le couvercle du palier qui, selon l'invention, n'est lui-même relié directe- ment ni à la bague extérieure du palier, ni à la moitié du joint, peut être doté d'une possibilité de mouvement radial grâce à un étoupage contre l'intérieur du palier, afin que le couvercle du palier fixé sur l'extrémité du tirant puisse s'adapter aux déformations, sans se soulever de la bague extérieure du palier. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas o le couvercle de palier est réalisé de façon flexible dans la zone de son diamètre extérieur et de façon ridige pour les rouleaux de la butée dans la zone du chemin du roulement. Entre les deux bagues du palier, l'étoupage évitant la fuite de lubrifiants ou l'entrée de déchets peut être disposé dans la zone de l'embase du tourillon. En outre, il est possible, sans perte de place dans la construction, de prévoir dans le sens opposé à l'axe du tourillon,- sur la bague intérieure du palier, un collet qui va Jusqu'au diamètre extérieur de la bague extérieure du palier et qui peut être retiré avec la bague extérieure en même temps que la bague intérieure de l'alésage du palier. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va être faite de formes particulières de réalisation, en relation avec les figures de la planche unique annexée dans laquelle: - la fig.1 est une représenta- tion en coupe partielle d'un Joint universel par un plan situé dans un axe de tourillon et perpendiculaire à l'axe du joint, - la fig.2 illustre de façon analogue une autre forme de réalisation, dans la zone du contact du couvercle de palier avec la fourche du Joint. Sur la fig.1, le Joint universel comprend une fourche 1 qui se compose de deux moitiés avec des alésages de palier 2, dans lequel une croix de touril- lons 3 est logée de façon rotative au moyen d'un montage sur paliers à roulements. Le montage sur paliers à roulements se compose d'un palier 5 avec une bague extérieure 6, de rouleaux 7, d'une bague intérieure 8, ainsi que d'une butée 9. Les rouleaux de butée 9 roulent sur un chemin de roulement 11 intérieur, qui se touve sur le côté frontal de la bague intérieure du palier 5, aussi bien que sur un chemin de roulement 12 extérieur, qui a été ménagé sur le côté intérieur d'un couvercle de palier 14. Le guidage radial des rouleaux 10 peut être assuré par un collet 13 disposé sur la bague intérieure 8. La croix des tourillons 3 com- porte un alésage longitudinal 16 qui se dirige de façon centrale le long de l'axe du tourillon 15 à travers le tourillon, qui va de l'un des côtés frontaux jusqu'au côté frontal opposé de la croix de tourillons 3. L'alésage longitudinal 16 contient un tirant allongé 17, sur lequel sont fixés les couvercles de palier 14 des deux logements disposés dans l'axe du tourillon 15, par exemple avec des vis 18. Le couvercle de palier 14 s'appuie en outre sur le côté frontal de la bague extérieure 6 du palier 5, mais n'est pourtant pas relié avec celui-ci. La bague extérieure 6 peut être introduite le long de l'axe du tourillon 15 radialement de l'extérieur en direction de l'axe du joint 19 jusqu'à une butée. Cette butée peut, comme représenté ici, être un collet 20 dirigé en sens opposé à l'axe de tourillon 15 sur la bague extérieure 6, qui s'appuie sur la fourche du joint 1. Au lieu de cela, on peut aussi prévoir un collet en direction de l'axe du tourillon 15 dans l'alésage 2 de la fourche du Joint 1. Le couvercle du palier 14 présente à l'opposé du côté frontal de la bague extérieure 6 ou de la fourche 1, une possibilité de mouvement radial et est en outre muni d'un étoupage 21 contre les fuites de lubrifiants du logement. En outre le couvercle 14 est protégé contre une torsion par rapport à la bague extérieure 6 ou la fourche du joint 1 (non représenté). Un autre étoupage 22 se trouve entre la bague extérieure 6 et la bague intérieure 8. La bague intérieure 8 présente en outre un collet 24, dirigé en sens opposé de l'axe du tourillon 15, dans la zone de l'embase du tourillon 4 tourné vers l'axe du Joint 19. Ce collet va Jusqu'à l'intérieur de la zone du diamètre de la bague extérieure 6. Avec ce collet, la bague extérieure 6 peut être retirée de l'alésage 2 en cas de démontage, en même temps que la bague intérieure 8. Le joint connu présente des ni- veaux en gradins sur le côté frontal des tourillons. Ainsi la croix de tourillons peut glisser de l'intérieur dans les alésages du palier. Ce niveau en gradins peut être utilisé dans l'invention par le fait, que la bague intérieure 8 est munie d'un collet 25 qui sert d'arrêt pendant le montage ainsi que de chemin de roulement intérieur 11 pour les rouleaux 10 de la butée 9. Dans le cas du joint universel connu, il n'est pas possible de précontraindre les butées de façon contrôlable. Les anneaux de blocage pour la bague extérieure, qui doivent introduire la force transversale dans la fourche du joint, ne peuvent être installés dans la rainure que si l'anneau du palier correspondant n'est pas pré-contrainte. Dans le cas de l'invention par contre, le tirant 15 est en mesure de mettre les butées sous une pré-contrainte définissable par une mesure exacte de la longueur. Par le fait que les butées 9 sont disposées sur les côtés frontaux des tourillons 4, ceux-ci ne subissent pas la déformation du tourillon 4 à son embase 23. La déformation de l'alésage 2 dans la fourche du Joint et du logement sous l'effet de la force périphérique peut être reçue par le couvercle du palier 14 de façon élastique et peut être répercutée au tirant 15. Dans ce cas, il est avan- tageux, de réaliser la zone extérieure du diamètre du couvercle de palier 14 de façon assez flexible pour ne produire aucun soulèvement du côté frontal de la bague extérieure 6. Il s'est révélé avantageux que, lors de la transmission de la force transversale d'une moitié du Joint sur l'autre, celles-ci se trouvent sous une pré-contrainte de traction exercée par le tirant 17 de façon élastique. Ainsi les couvercles des paliers 14 peuvent subir les déformations inévitables sans qu'un jeu se forme dans les paliers (à la suite d'un élargissement radial en cas de forces transversales) ainsi que dans le joint. Le tirant 17, qui presse les couvercles de palier 14 et les butées les uns vers les autres, contribue ainsi à une augmentation considé- rable de la rigidité du joint ainsi que de la durée de vie de tous les paliers. Un joint universel réalisé selon l'invention est particulièrement avantageux dans l'utilisa- tion avec des arbres articulés par cardan, dont les touril- lons sont disposés à deux niveaux décalés le long de l'axe du Joint, et mieux encore avec des arbres articulés dont les côtés frontaux se terminent de façon tubulaire, par exemple les arbres décrits dans la demande de brevet allemande pendante P 34 46 495.6-12. - Sur la fig.2, on a représenté une autre disposition du couvercle de palier 14 dans la zone de la fourche du joint. La bague extérieure du Joint 6 a été exécutée sur le côté frontal sans collet et jouxte de façon lisse l'alésage du palier. La butée non représentée de la bague extérieure se situe sur le côté intérieur de l'alésage du palier 2. Le couvercle de palier 14 s'appuie directement sur une surface usinée de l'extrémité extérieure de la fourche, avec une possibilité de mobilité radiale permise par l'étoupage 21, et il comporte en outre un moyen de blocage en rotation (non représenté). Bien que l'on ait décrit et représenté des formes particulières et préférées de réalisa- tion d'un Joint conforme à l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle s'étend à tout Joint pour arbre articulé comportant les caractéristiques principale ou secondaires définies plus haut. R E V E N D I C A T IONS 1.- Joint à croisillon pour arbre articulé capable de trans- mettre des couples de rotation importants, ledit Joint comportant deux fourches, dont chacune est reliée à deux tourillons d'une croix de tourillons, comportant les caractéristiques suivantes: a) chaque fourche est une pièce monobloc comportant un couple d'alésages alignés; b) chaque tourillon de la croix de tourillons est logé dans l'alésage de la fourche correspondant, muni d'un O10 couvercle de palier, par l'intermédiaire d'un palier et d'une butée séparée de celui-ci; c) la butée se trouve entre le c6té frontal du tourillon et le couvercle de palier qui (indirectement ou directe- ment) repose sur une surface de support de l'alésage de la fourche, opposée à l'axe de rotation de l'arbre arti- culé, caractérisé: en ce que et pour coopérer: d) le long des axes des tourillons (4), un alésage longitudinal central (16) s'étend à travers la croix de tourillons (3), e) à travers l'alésage longitudinal central (16), s'étend un tirant (17) qui relie deux couvercles de paliers (14) opposés l'un par rapport à l'autre, f) à chaque palier (5) est attribuée une bague extérieu- re (6), et chaque couvercle de palier (14) est supporté sur l'alésage de la fourche correspondant à l'aide de la bague extérieure (6) en direction de l'axe de rotation de l'arbre articulé, g) le couvercle de palier (14) est fixe à l'encontre d'une torsion par rapport à la fourche du joint, et est mobile de façon radiale; 2.- Joint selon la revendication 1, caractérisé: par le fait que la longueur du tirant (1) est dimensionnée de telle manière que les butées (9) (et éventuellement les bagues extérieures (6) des paliers (5)) des logements opposes sont dans un état de pré-contrainte axiale, en direction de l'axe du joint (19) après la fixation des couvercles (14) sur le tirant (17); 3.- Joint selon l'une des revendications i ou 2, caractéri- sé: par le fait que la palier (5) comporte une bague intérieure (8) avec une surface de bague (11) tournée vers le c6té frontal du tourillon comme chemin de roulement pour la butée (9); 4.- Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé: par le fait que l'extrémité du tourillon (4), par rapport à la tige de celui-ci, est effilée de façon graduée, et que la bague intérieure (8) du palier (5) a été munie d'un collet (25), s'enfonçant dans cet endroit de rétrecissement, dirigé vers l'axe du tourillon, un chemin de roulement (11) de la butée (9) étant situé sur le collet; 5.- Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé: par le fait qu'une des bagues extérieures ou intérieures (6, 8) du palier (5) est munie d'un collet (24) dirigé vers l'autre bague, en vue de pouvoir les enlevers en même temps hors de l'alésage du palier pendant le démontage; 6.- Joint selon la revendication 5, caractérisé: par le fait que le collet d'en- lèvement (24) est disposé sur la bague intérieure (8) du palier (5) et s'étend en s'éloignant de l'axe de tourillon, jusqu'à l'intérieur de la zone du diamètre de la bague extérieure (6); 7.- Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé: par le fait qu'un étoupage (22) est disposé entre la bague intérieure (8) et la bague extérieure (6) du palier (5), dans la zone tournée vers l'embase (23) du tourillon; 8.- Joint selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, O10 caractérisé: par le fait que le couvercle de palier (14), dans la zone de l'autre chemin de roulement de la butée (9) est réalisé de façon rigide tandis qu'il est réalisé de façon flexible dans la zone de la surface d'appui sur la bague extérieure (6) du palier (5); 9.- Joint selon une des revendications 1 à 8, caractérisé: par le fait que les rouleaux (10) de la butée (9) sont guidés soit dans le couvercle de palier (14), soit dans la bague intérieure (8) du palier (5); 1O.-Joint selon une des revendications 1 à 9, caractérisé: par le fait que les alésages (2) de palier sont disposés sur un c6té frontal d'un arbre se terminant de façon tubulaire; 11.-Joint selon l'une des revendications 1 à 10, caractéri- sé par le fait que la croix de tourillons (3) comporte deux paires de tourillons (4) disposés sur deux niveaux parallèles et échelonnés le long de l'axe du joint d'articulation (19).