Brevet FR2608701A1 — publié le 19880624

L'invention concerne un joint universel à Vitesse constante du type tripode, et en particulier un joint universel à vitesse constante, du type tripode, et du type qui fait appel à des galets convenant à l'utilisation dans un véhicule automobile. Dans le joint universel A vitesse constante du type tripode de l'art antérieur, la piste d'un premier élément tournant est une surface cylindrique concave et le diamètre d'un galet monté librement sur le touril- lon de l'autre élément tournant et en contact avec la piste est une surface sphérique convexe et, par conséquent, il est connu que, lorsque le joint tourne sous un coupleen formant un angle, une force axiale est appliquée à l'arbre du joint trois fois par rotation complète de ce joint. Cette force axiale augmente ou diminue sous les effets de l'angle du joint, du couple transmis, etc. et, par conséquent, lorsque le joint universel à vitesse constante du type tripode de l'art antérieur est applique à l'essieu d'un véhicule automobi- le, en particulier un véhicule récent à moteur à haute puissance, la force axiale devient importante. Un autre problème est que, lorsque le cycle de génération de cette force axiale coïncide avec la fréquence propre de la caisse du véhicule, de la suspension ou autre et qu'une force axiale assez grande pour provoquer la mise en résonance de la caisse du véhicule est engen- drée, les occupants des sièges du véhicule ressentent des vibrations latérales déplaisantes du véhicule. Il en est résulté l'inconvénient, dans la conception d'un véhicule, de devoir limiter à une valeur relative- ment petite l'angle du joint. En ce qui concerne.ce problème, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 818 721 ne donne aucune description de la fonction ni de l'effet d'une diminution sensible de la force axiale, mais il décrit un joint universel à vitesse constante du type tripode comprenant des surfaces de piste formées avec trois jeux de surfaces planes parallèles, constituant une paire, et trois galets menants montés chacun de façon à tourner et pivoter sur un tourillon, présentant une surface cylin- drique et maintenus à une distance prédéterminée de l'axe de rotation des tourillons. Ce joint a pour avan- tage que le contact entre les galets et les surfaces de la piste a lieu sur des lignes génératrices communes des diamètres extérieurs des galets et qu'aucune force axiale n'est engendrée sur les axes des galets proprement dits. Cependant, dans une telle forme de réalisa- tion du type cylindrique, conforme à l'art antérieur, lorsque le joint tourne d'un certain angle, chaque galet oscille et tourne sur la surface menante et, à ce moment, le galet pivote librement par rapport au tourillon et, par conséquent, la direction du mouve- ment de roulement du galet par rapport à la surface menante n'est pas perpendiculaire à l'axe du tourillon, mais est arbitraire. Dans un tel cas, non seulement une résistance de glissement est produite entre les galets et la surface menante, mais, en outre, une compo- sante de cette force résistante de glissement dans la direction axiale du tourillon agit sur les galets et une force résistante de frottement, produite dans la partie qui supporte cette composante de force, empêche donc une rotation en douceur des galets. Ces forces résistantes de glissement et de frottement sont à l'ori- gine de l'apparition de la force axiale. L'invention a pour objet de résoudre le problème posé par le fait que les galets cylindriques de l'art antérieur pivotent librement sur le tourillon et par le fait que la direction du mouvement de roulement des galets par rapport aux surfaces de la piste n'est pas perpendiculaire à l'axe du tourillon, mais est arbitraire, et que, en outre, une force axiale naît de la résistance apparaissant entre les galets et les surfaces de la piste. L'invention concerne essentielle- ment un joint universel à vitesse constante du type tripode comprenant un élément tournant présentant trois pistes constituées chacune de deux surfaces planes parallèles, et trois ensembles à galets cylindriques enclenchés avec les pistes respectives, le joint univer- sel étant caractérisé par la présence de moyens pivotants permettant à la bague extérieure de chacun des ensembles à galets cylindriques de pivoter autour d'un point sur les axes des tourillons, et des moyens destinés à commander ledit pivot des ensembles à galets cylindri- ques. Le joint universel à vitesse constante du type tripode selon l'invention constitue en particulier une réalisation dans laquelle la direction du mouvement de roulement des ensembles à galets cylindriques es- maîtrisée fermement. Dans la réalisation décrite ci-dessus, le contact entre les pistes et les ensembles à galets cylindriques a lieu sur les génératrices des bagues extérieures des ensembles à galets cylindriques et, de plus, la direction du mouvement de roulement des bagues extérieures est maîtrisée et limitée à une direc- tion perpendiculaire aux axes des tourillons et, par conséquent, la force transmise, produite dans la partie de contact qui agit dans la direction normale de la ligne de contact, agit sur les axes des ensembles à galets cylindriques, c'est-à-dire dans un plan contenant les axes des trois tourillons, et aucune force axiale n'est engendrée dans l'arbre du joint perpendiculairement à ce plan. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle- ment limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale partielle, perpendiculaire à l'arbre tournant, d'une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un croisillon utilisé dans la première forme de réali- sation; - la figure 4 est une vue en perspective d'une bague intérieure utilisée dans la première forme de réalisation; - la figure 5 est une vue de face montrant une étape (c'assemblage dans laquelle les deux par-:Ties i5 planes d'un tourillon de la première forme de réalisation sont réglées en phase avec des découpures ovales de la bague intérieure; - la figure 6 est une vue de face de la bague intérieure de la figure 5, tournée circonférentiel- lement de 90 et sur laquelle deux plaques de guidage sont montées; - la figure 7A est une vue de face d'une plaque de guidage; - la figure 7B est une vue de côté de.a plaque de guidage; - la figure 8 est une coupe transversale partielle d'une deuxième forme de réalisation de l'in- vention; -, la figure 9 est une coupe partielle suivant la ligne B-B de la figure 8; - la figure 10 est une vue de côté, avec coupe partielle, de la seconde forme de réalisation; - la figure 11 est une coupe transversale partielle d'une troisième forme de réalisation de l'in- vention; - la figure 12 est une coupe partielle suivant la ligne C-C de la figure 11; - la figure 13 est une coupe partielle d'une quatrième forme de réalisation de l'invention; - la figure 14 est une coupe partielle suivant la ligne D-D de la figure 13; - la figure 15 est une coupe transversale partielle d'une cinquième forme de réalisation de l'in- vention; et - la figure 16 est une coupe partielle suivant la ligne E-E de la figure 15. Une première forme de réalisation de l'inven- tion, montrée sur les figures 1 à 7, sera à présent décrite en détail. Corme montré sur les figures 1 et 2, un bâti 1, qui constitue un premier élément tournant et qui est relié à une transmission (non représentée), etc., par exemple par l'intermédiaire d'un engrenage différentiel ou analogue, n.n représenté, présente trois pistes 2 circonférentiellement équidistantes qui comprennent deux surfaces planes parallèles à l'axe du bâti, opposées face à face et parallèles entre elles, et un croisillon 3 qui constitue un second élément tournant et qui est relié aux roues, par exemple par l'intermédiaire d'un autre joint universel à vitesse constante, comporte trois axes 4 de tourillon en saillie partant de la partie 24 formant moyeu du croisillon 3 et à égale distance les uns des autres dans la direc- tion circonférentielle. Un ensemble à galet cylindrique enclenché avec chaque piste 2 est monté librement sur chaque tourillon 4. L'ensemble à galet cylindrique est constitué d'une bague extérieure cylindrique 6 roulant sur la piste 2,d'une bague intérieure 7 montée librement sur l'axe 4 de tourillon, et de rouleaux ou aiguilles 8 qui constituent un groupe d'éléments de roulement interposés entre la bague extérieure 6 et la bague intérieure 7. Le mouvement axial de la bague extérieure 6 de l'ensemble à galet cylindrique , ainsi que celui des aiguilles 8, est limité par un anneau élastique 9 et un anneau 10 montés sur le diamètre extérieur de la bague intérieure 7. Par ailleurs, la douceur de la rotation est assurée par le mouvement de roulement des aiguilles 8. En outre, comme montré sur les figures 3 et 4, la surface 11 du diamètre exté- rieur du tourillon 4 est de forme sphérique convexe et est constituée en partie de deux surfaces planes 12 formées parallèlement à un plan contenant les axes des trois tourillons 4. La surface 13 du diamètre inté- rieur de la bague intérieure 7 est de forme sphérique concave qui établit un contact par surface sphérique avec la surface il du diamètre extérieur du tourillon 4, et une découpure ou encoche 14 de forme ovale, montrée sur ia figure 4, s'étend dans une partie du diamètre intérieur de la bague intérieure 7, axialement à cet-e dernière. Des plaques 15 de guidage sont montées sur les extrémités opposées de l'encoche 14 et maintiennent les deux surfaces planes 12 du tourillon 4. Les plaques de guidage sont retenues axialement par un anneau élastique 16 de forme en C monté sur une extrémité du tourillon 4. Dans la construction décrite ci- dessus, la bague extérieure 6 de l'ensemble à galet cylindrique pivote autour d'un point situé sur l'axe du tourillon 4, mais son mouvement est limité de façon à n'avoir lieu que dans un plan parallèle au plan contenant les axes des trois tourillons 4 et, par conséquent, la direction du mouvement de roulement de la bague extérieu- re 6 par rapport à la piste précitée est limité à une direction perpendiculaire aux axes des tourillons 4, ce qui nempche la génération d'une force axiale; de plus, l'inclinaison des tourillons 4 sous l'effet du mouvement excentrique du centre du croisillon 3 dans le plan contenant les axes des trois tourillons 4, qui est propre à un joint universel à vitesse constante du type tripode, est totalement ajustée. Les figures 5 à 7 montrent un procédé d'as- semblage de la présente forme de réalisation de l'inven- tion. La bague intérieure 7 est montée sur le tourillon 4 de manière que les phases des deux surfaces planes 12 du tourillon 4 et des côtés de l'encoche 14 de la bague intérieure 7 soient ajustées entre elles, puis la bague intérieure 7 est tournée circonférentiellement de 90' lorsque les centres des surfaces sphériques intérieure et extérieure coïncident entre eux, de manière que les parties à surface sphérique s'ajustent entre elles. Les plaques de guidage précitées 15 sont introdui- tes dans des espaces 17 en forme de croissant definis par les deux surfaces planes 12 du tourillon 4 et par l'encoche 14 du diamètre intérieur de la bague intérieure, et l'anneau élastique 16 en forme de C est monté sur le tourillon, afin que l'ensemble à galet cylindrique soit positionné également sur le tourillon a et assem- blé. Les plaques de guidage 15 montées sur la bague intérieure 7 ne pivotent avec la bague intérieure 7, par rapport au tourillon 4, que dans un plan parallèle aux deux surfaces planes 12 du tourillon 4 et, pour cette raison, les parties centrales des côtés opposés de la largeur de chaque plaque comportent des portions convexes 19 afin que les plaques de guidage ne viennent pas en contact avec les parties extrêmes 18 des deux surfaces planes au pied du tourillon 4 et avec l'anneau élastique 16 en forme de C monté sur l'extrémité du tourillon 4. Une deuxième forme de réalisation de l'in- vention, montrée sur les figures 8 à 10, sera à présent décrite en détail. Dans la première forme de réalisation, *le diamètre extérieur des tourillons 4 est sphérique, alors que dans la présente forme de réalisation, le diamètre extérieur du tourillon 20 est cylindrique et les ensembles à tourillons comprennent des tourillons et des bagues sphériques 22 montées sur ces tourillons auxquels elles sont fixées axialement par des anneaux élastiques 21, le diamètre extérieur des bagues sphéri- ques 22 présentant une forme sphérique convexe. La surface du diamètre intérieur d'une bague intérieure 23 est de forme concave qui établit un contact par surface sphérique avec la surface du diamètre extérieur des bagues sphériques 22. La combinaison des surfaces sphériques peut être obtenue par l'introduction de la bague sphérique 22 dans une découpure ou encche de la bague intérieure 23 et la rotation de la bague sphérique 22 sur 900 lorsque les centres des surfaces sphériques intérieure et extérieure coïncident entre eux. Les moyens de limitation du pivotement de la présen- te forme de réalisation sont conçus de manière qu'une partie 24 formant moyeu, de laquelle les tourillons font saillie, comporte des bossages 25 qui sont disposés symétriquement par rapport aux axes des touril- lons 20, sur une ligne perpendiculaire à un plan conte- nant les axes des trois tourillons 20 et passant par les axes des tourillons 20, et les bossages 25 portent contre la surface extrême de la bague intérieure 23 pour limiter le pivotement. La bague extérieure 6 d'un ensemble à galet cylindrique 26, de conception similaire à celle de la première forme de réalisation, pivote autour d'un point situé sur l'axe du tourillon 20, mais son mouvement est limité de façon à s'effectuer dans un plan parallèle au plan contenant les axes des trois tourillons 20 et, par conséquent, la direction du mouvement de roulement. de la bague extérieure 6 est limitée à une direction perpendiculaire à l'axe du tourillon 20, et la génération d'une force axiale est ainsi empêchée. Une troisième forme de réalisation, montrée sur les figures 11 et 12, sera à présent décrite en détail. Cette forme de réalisation est analogue à la deuxième forme de réalisation, hormis les moyens de limitation du pivotement, et les éléments similaires à ceux de la deuxième forme de réalisation portent les mêmes références numériques. Ces éléments ne sont pas de nouveau décrits. Les moyens de limitation du pivotement de la présente forme de réalisation sont conçus de façon à comprendre un alésage 28 qui est perpendiculaire à un plan contenant les axes des trois tourillons 27 et passant par les axes des tourillons 27, et qui est formé dans la partie centrale de chaque tourillon 27 et dans usebague sphérique 30, et un plongeu: 29 qui est monté élastiquement dans l'alésage 28 au moyen d'un ressort 31 afin que son extrémité dépasse de la surface du diamètre extérieur de la bague sphérique et qu'elle porte contre une gorge 33 formée dans le diamètre intérieur d'une bague intérieure 32. La bague extérieure 6 d'un ensemble 34 à galet cylindrique ne pivote que dans une direction tournant autour de l'axe du plongeur 29 et, par conséquent, la direction du mouvement de roulement de la bague extérieure 6 est limitée à une direction perpendiculaire aux axes des tourillons 27, ce qui empêche la génération d'une force axiale. Pour faciliter l'assemblage, la bague sphéri- que 30 peut être divisée en deux parties. Une quatrième forme de réalisation, montrée sur les figures 13 et 14, sera à présent décrite en détail. L'ensemble 43 à galet cylindrique de la présente invention est constitué d'une bague extérieure cylindri- que 35 dont la surface du diamètre intérieur est d'une forme sphérique concave, d'une bague intérieure 36 dont la surface du diamètre extérieur est d'une forme sphérique convexe et qui est ajustéesur la bague exté- rieure 35 et en contact par surface sphériques avec elle afin qu'elle la fasse pivoter, de plusieurs rouleaux ou aiguilles 38 interposés entre la bague intérieure 36 et les tourillons 37, et d'un anneau 39 et un anneau élastique 40 montés sur l'extrémité de chaque tourillon 37 pour limiter le mouvement axial des aiguilles 38 et de la bague intérieure 36 par rapport au tourillon 37. Les moyens de limitation du pivotement sont conçus de façon à comprendre une partie 41 formant moyeu, de laquelle font saillie les tourillons 37 et qui comportent des bossages 42 disposés symétriquement par rapport aux axes des tourillons 37, sur une ligne perpendiculaire à un plan contenant les axes des trois tourillons 37 et passant par les axes des tourillons 37, et les saillies 42 portent contre la surface extrême de la bague extérieure 35 pour limiter le pivotement. La bague extérieure 35 de l'ensemble à galet cyl-ndrique 43 pivote autour d'un point situé sur l'axe du tourillon 37, mais son mouvement est limité de façon à s'effectuer dans un plan parallèle au plan contenant les axes des trois tourillons 37 et, par conséquent, la direction du mouvement de roulement de la bague extérieure est limitée à une direction perpendiculaire aux axes des tourillons, ce qui empêche la génération d'une force axiale. Une cinquième forme de réalisation, montrée sur les figures 15 et 16, sera à présent décrite en détail. Cette forme de réalisation est analogue à la quatrième forme de réalisation, hormis les moyens de limitation du pivotement, et les éléments similaires à ceux de la quatrième forme de réalisation portent les mêmes références numériques et ne seront pas de nouveau décrits. Les moyens de limitation de pivotement de la présente forme de réalisation sont d'une conception telle que la partie extrême de chaque tourillon 34 présente un alésage 45 situé sur une ligne perpendiculai- re à un plan contenant les axes des trois tourillons 44 et passant par les axes de ces tourillons 44, et une goupille 46 insérée dans l'alésage 45 et portant, par ses extrémités opposées, contre la surface extrême d'une bague extérieure 47 pour limiter le pivotement. La bague extérieure 47 de l'ensemble à galet cylindrique 48 pivote autour d'un point situé sur l'axe du tourillon 44, mais son mouvement est limité de façon à s'effectuer dans un plan parallèle au plan contenant les axes des trois tourillons 44 et, par conséquent, la direction du mouvement de roulement de la bague extérieure est limitée à une direction perpendiculaire aux axes de" tourillons 44, ce qui empêche la génération d'une force axiale. Comme décrit précédemment, la bague extérieu- re de l'ensemble a galet cylindrique roule en douceur sur la piste du premier élément tournant, tandis que son mouvement de roulement est limité de façon à s'effec- tuer dans une direction perpendiculaire à l'axe du tourillon et, par conséquent, les forces dues à la résistance de glissement et à la résistance de frottement qui apparaissent dans le galet cylindrique classique qui pivote librement dans toutes les directions par rapport au tourillon et qui roule, par rapport à la surface de la piste, également dans des directions autres qu'une direction perpendiculaire à l'axe du tourillon, peuvent être éliminées,et il devient possible d'empêcher la génération de la force axiale, trois fois par rotation complète du joint. L'utilisation d'un tel ensemble, par exemple dans la partie d'articula- tion de l'essieu d'un véhicule automobile, permet de réduire notablement la sensation déplaisante, pour les occupants des sièges du véhicule, due aux vibrations latérales de la caisse du véhicule. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au joint universel décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint universel à vitesse constante du type tripode, comprenant un premier élément tournant (1) qui présente trois jeux de surfaces de piste (2) constituées chacune de deux surfaces planes parallèles, un second élément tournant (3) comportant trois touril- lons (4) qui correspondent aux surfaces de pistes, et des ensembles à galets cylindriques (5) montés de façon libre sur les tourillons et en contact avec les pistes, caractérisé en ce que les ensembles à galets cylindriques peuvent pivoter chacun autour d'un point situé sur les axes des tourillons et comportent des moyens de limitation de pivotement tels que les ensembles à galet ne peuvent pivoter que dans un plan parallèle à un plan contenant les axes des tourillons. 2. Joint universel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ensembles à galetscylindri- ques comprennent chacun une bague extérieure cylindrique (6) roulant sur les surfaces de pistes, une bague inté- rieure (7) montée librement sur un tourillon, et plu- sieurs organes de roulement (8) interposés entre les bagues extérieure et intérieure. 3. Joint universel selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface (11) du diamètreextérieur des tourillons est de forme sphérique convexe, la surface (13) du diamètre intérieur de la bague intérieure est de forme sphérique concave, et les deux surfaces pivotent en étant en contact par surface sphérique l'une avec l'autre. 4. Joint universel selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second élément tournant est un croisillon (3), et les tourillons sont des touril- lons (4) partant, dans trois directions équidistantes, d'une partie (24) formant moyeu du croisillon. 5. Joint universel selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second élément tournant est un croisillon (3) et les tourillons comprennent des tourillons (20) partant, dans trois directions équidistantes, d'une partie (24) formant moyeu du croi- sillon, des bagues sphériques (22) étant montées sur les tourillons auxquels elles sont fixées axialement, la configuration de ces bagues étant d'une forme sphéri- que. 6. Joint universel selon l'une des revendica- tions 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens de limita- tion de pivotement comprennent des portions planes (12) dans lesquelles des parties du diamètre extérieur des tourillons sont formées parallèlement à un plan contenant les axes des tourillons, lesdites parties planes étant maintenues par des plaques (15) de guidage que la bague intérieure empêche de tourner, afin de limiter le pivotement de la bague intérieure. 7.Joint universel selon l'une des revendica- tions 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens de limita- tion du pivotement sont tels que la partie (24) formant moyeu comporte des bossages (25) qui sont agencés symétriquement par rapport aux axes des tourillons (20) sur une ligne perpendiculaire au plan contenant les axes des trois tourillons et passant par les axes desdits tourillons, les saillies portant contre la surface extrême de la bague intérieure (23) pour en limiter ainsi le pivotement. 8. Joint universel selon l'une des reven- dications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens de limitation du pivotement présentent un alésage (28) perpendiculaire à un plan contenant les axes des trois tourillons (27) et passant par les axes desdits touril- lons, dans leur partie centrale, et un plongeur (29) monté élastiquement dans l'alésage afin que son extrémité dépasse de ladite surface du diamètre extérieur, ladite extrémité du plongeur portant contre une gorge (33) formée dans le diamètre intérieur de la bague intérieure (32). 9. Joint universel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ensembles à galetscylindri- ques(43) comprennent chacun une bague extérieure cylin- drique (35) roulant sur les pistes, une bague intérieure (36) montée librement sur la bague extérieure, et plu- sieurs organes (38) de roulement interposés entre la bague intérieure et le tourillon (37). 10. Joint universel selon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface du diamètre extérieur de la bague intérieure est de forme sphérique convexe, la surface du diamètre intérieur de ia bague extérieure est de forme sphérique concave et les deux surfaces pivotent tout en étant en contact par surface sphérique l'une avec l'autre, le mouvement de la bague intérieure étant limité axialement par rapport aux tourillons (37). 11. Joint universel selon la revendication , caractérisé en ce que le second élément tournant est un croisillon et en ce que les moyens de limitation de pivotement comprennent des saillies (42) prévues sur une partie formant moyeu (41) du croisillon et agencées symétriquement par rapport aux axes des touril- lons, sur une ligne perpendiculaire à un plan contenant les axes des trois tourillons et passant par les axes des tourillons, les saillies portant contre les surfaces extrêmes des bagues extérieures (35) afin d'en limiter le pivotement. 12. Joint universel selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de limitation du pivotement comprennent un alésage (45) situé dans la partie extrême de chaque tourillon (44), sur une ligne perpendiculaire à un plan contenant les axes des trois tourillons et passant par lesdits axes, une goupille (46) étant insérée dans l'alésage et portant par ses extrémités opposées contre les surfaces extrêmes de la bague extérieure (47) afin d'en limiter le pivote- ment. 13. Joint universel à vitesse constante du type tripode comprenant un premier élément tournant (1) présentant trois jeux de surfaces de pistes (2) constitués chacun de deux surfaces planes parallèles, u n second élément tournant (3) comportant trois tourillons (4) qui correspondent aux pistes, et des ensembles à galets cylindriques (5) montés librement sur es tourillons et en contact avec les pistes, carac- térisé en ce que chaque ensemble à galet cylindrique est monté de façon à pivoter autour d'un point sur l'axe d'un tourillon, des moyens (12, 15) étant destinés à limiter le pivotement des ensembles à galets. 14. Joint universel selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque ensemble à galet cylin- drique comprend une bague extérieure cylindrique (6) roulant sur les surfaces des pistes, une bague intérieure (7) montée librement sur chaque tourillon et plusieurs organes de roulement (8) interposés entre la bague extérieure et la bague intérieure.