Brevet FR2600135A1 — publié le 19871218

- 1 3SOUFFLET DE PROTECTION, NOTAMMENT POUR TRANSMISSION AVANT DE VEHICULE AUTOMOBILE. La présente invention concerne un nouveau soufflet de protection pour joints articulés, notamment pour transmission de roues avant de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un élément protecteur en matériau thermoplastique pour joints de cardan à tripode ou à billes dont le profil autorise de grands débattements angulaires et dont la mise en oeuvre est aisée suivant les moyens de transformations conventionnels tels que 15 extrusion-soufflage et injection-soufflage. Ces soufflets doivent assurer une protection dynamique du joint de cardan vis-à-vis des agressions extérieures et contenir la graisse de lubrification du joint. Ces pièces ont donc une fonction d' étanchéité dynamique du joint de cardan qui est déterminante pour la longévité de la transmission du véhicule. La récente utilisation des matériaux thermoplastiques pour la réalisation de tels éléments protecteurs s' est traduite par l'apparition de profils de soufflets généralement dérivés des formes utilisées pour le caoutchouc. La transposition des profils de soufflets en caoutchouc aux profils de 30 soufflets réalisés en thermoplastique par une opération de soufflage n'est pas dépourvue d'inconvénients. En effet, ces profils dérivés des formes injectées en caoutchouc ne tiennent aucunement compte des contraintes de transformation liées aux techniques d' extrusion-soufflage ou d' injection-soufflage. 49398 11676 -2600135 -2 De surcroît ces profils sont inadaptés aux caractéristiques intrinsèques du matériau thermoplastique qui sont totalement différentes de celles propres au caoutchouc. A cela se superposent des contraintes d'ordre fonctionnel qui imposent une cinématique particulière du soufflet lors des débattements angulaires du joint, cinématique que 1' on ne peut correctement obtenir à partie de profils dérivés des produits antérieurs réalisés en caoutchouc. Une telle 10 conception de soufflet conduit généralement à des profils volumineux comportant des spires d'angles aigus qui suivent une génératrice conique. Cette configuration de soufflet entraîne une grande variation des épaisseurs de matière entre crêtes et creux de spires susceptible d'induire 15 des points de fragilité en fatigue en mode de flexion alternée correspondant aux débattements angulaires du joint de cardan. De surcroît, ces profils volumineux confèrent au soufflet une stabilité dynamique médiocre à hautes vitesses de rotation du joint de cardan et ont pour effet, également, d'accroître les contraintes mécaniques appliquées aux 20 spires sous forts débattements angulaires. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en définissant un profil particulier d' un soufflet de volume réduit particulièrement adapté aux techniques conventionnelles de soufflage qui 25 garantit une protection dynamique du joint de cardan tout en assurant un état de contraintes minimal et une meilleure stabilité dynamique en rotation. L'invention sera décrite au regard des figures I à 4 ci-jointes, données à 30 titre d' exemples non limitatifs, et qui se rapportent respectivement - la figure 1, à une vue en demi-coupe longitudinale et en demi-vue extérieure d'un soufflet conforme à l'invention; - les figures 2 et 3, à une coupe longitudinale, respectivement sans et avec braquage des roues, d'un soufflet conforme à l'invention; 49398 t 16 -3 - la figure 4, à une vue de détail en demi-coupe des spires composant le soufflet conforme à l'invention. Le soufflet, selon l'invention, illustré aux figures I et suivantes, repose sur une conception de profil présentant une génératrice conique supportant plusieurs spires spécifiques dont chacune a une fonction précise. La figure I montre 1' état du soufflet, selon l'invention, suivant sa 10 configuration d' obtention. La géométrie du soufflet est définie de manière à assurer les points suivants: - à chacune de ses extrémités, sa forme est adaptée de manière à ce que les profils 6 et 7 puissent être fixés respectivement sur le bol 10l et sur l'arbre ou le tube du joint de transmission 30. - le profil de protection dynamique du soufflet qui relie le tube.30 au 20 bol 10 est composé des spires 1, 2, 3, 4 et 5 et de la jupe cylindrique 8 suivant une génératrice conique et de telle manière que le plus grand diamètre de spire 5 n'excède pas le diamètre de fixation du bol 10 correspondant au profil 6. -La figure 2 montre l'état du soufflet selon l'invention, mis en place sur l' élément de transmission 30 à revêtir et dont 1' angle de braquage est nul. On constate, suivant cette figure, que le soufflet est monté précontraint, 30 c'est-à-dire que la côte de longueur du soufflet.mis en place sur l' élément de transmission est inférieure à sa longueur d'obtention à 1' état libre. Cette précontrainte de montage confère au soufflet une cinématique de 35 fonctionnement originale, ainsi qu'il apparaît sur la figure 3 montrant le soufflet selon l'invention soumis à un angle important de braquage de l' élément de transmission 30, et dont le fonctionnement repose sur les particularités suivantes: 49398 1 l- 2 60.0135 -4, - la précontrainte de montage est telle que le soufflet monté sur l' élément de transmission a une longueur de 70 à 85 % de la longueur d' obtention. Suivant cette condition de montage, les spires prennent 5 chacune une position particulière prédéterminée par leur profil' de conception. Ainsi qu'il apparaît sur la figure 2, lorsque le soufflet est en place, les spires ont les positions suivantes - la spire 1, précontrainte, bascule légèrement vers ie cône d'articulation 9, par un effet de roulage qui -lui confère son profil arrondi. Cette spire se comporte comme une rotule d' articulation, elle est déterminante pour la cinématique optimum du soufflet ainsi qu'il sera 15 détaillé ciaprès. - la spire 2, grace à son profil à pentes asymétriques, se referme et bascule complètement sur la spire I. Cette spire aura pour r8ôle principal d'absorber les élongations maximales de la partie en extension 20 du protecteur lors du braquage maximal du joint de transmission. - la jupe 8, rigide fait office d'entretoise entre les spires 2 et 3; elle maintient ces dernières à une distance optimale de fonctionnement. Elle a pour rôle principal, déviter tout frottement relatif entre ces deux 25 spires 2, 3 pour des angles de braquage très importants. - la spire 3, du fait de sa faible hauteur, n'est que très légèrement comprimée. Par sa relative rigidité cette spire 3 permet d'interdire tout effet rentrant de la spire 2 vers l'intérieur du bol 20 dont les 30 arêtes vives du tripode pourraient agresser les pieds de ladite spire 3. - les spires 4 et 5 se referment et constituent ainsi une réserve de surface développée indispensable lors des angles de braquage maximaux. 49398 1' - 5 Le soufflet, ainsi précontraint, peut absorber les angles extrêmes de braquage de roue qu'il ne saurait absorber non-précontraint compte-tenu de la faible élasticité propre de la matière thermoplastique le constituant, à la différence du caoutchouc. La figure 3 détaille la cinématique particulière du soufflet selon l'invention pour un angle de braquage maximal du joint de transmission. Suivant cette conception, on constate que la forme de développement maximale du soufflet correspondant à la partie tendue est assurée grâce à Il' ouverture des spires 2, 3, 4 et 5 de la valeur exacte de la précontrainte de montage. On remarquera que suivant cette conception le profil du soufflet ne travaille jamais en élongation propre; ceci a pour effet de minimiser les contraintes qu'il supporte et donc d'accroître sa longévité. Lors des braquages du joint - de transmission 30, la spire I possède une cinématique particulière du type rotulaire qui permet d'absorber la 20 combinaison des contraintes de traction et de rotation, maximales au point le plus éloigné du centre instantané de rotation du joint de transmission 30, c'est-à-dire au niveau de cette même spire 1. Dans la zone d'angle fermé du joint de transmission 30, l' arrangement des spires se fait suivant le mécanisme suivant 25 - les spires 3, 4 et 5 se referment et se couchent sur le profil 10 qui interdit tout mouvement rentrant entre le bol 20 et 1' arbre ou tube de transmission 30. - la spire 2 se referme et bascule suivant sa cinématique particulière sur la rotule 1. - la jupe 8 maintient à distance les spires 2 et 3 interdisant tout 35 frottement relatif entre-elles, donc tout risque d'abrasion. 49398 * Ir 6 2 6 02600135 -la spire I constitue un point souple qui absorbe les contraintes de compression de 1' ensemble des spires ainsi contenues dans 1' angle fermé constitué par 1' arbre 30 et le bol 20. Le mécanisme de fonctionnement de ce soufflet est obtenu par Il' agencement particulier des spires décrit ci-dessus, mais également grâce aux charnières qui constituent les pieds de spires 11, 12, 13 et 14 (figure 1) et dont le profil a été optimisé. 10 La-- figure 4 montre en détail les deux première spires 1 et 2 du soufflet selon l'invention dans l' état d'obtention du profil. On retrouve la spire 1 dont le profil arrondi permet d'obtenir une cinématique de type rotulaire. La conception de cette spire 1 est telle que sa surface externe correspond à celle d'un tore de section elliptique; cette géométrie lui confère d'une part son fonctionnement particulier et permet d'autre part d'optimiser la répartition des épaisseurs de matière suivant la technique de soufflage mentionnée ci-après. Sur cette même figure 4, on retrouve également la spire 2 dont la section est composée, comme on l'a vu plus haut, de deux parties opposées et asymétriques, raccordées par un profil arrondi; cette asymétrie de conception permet d'obtenir l effet de basculement dans la 25 position précontrainte de montage, bien visible à la figure' 2. Ces deux spires sont raccordées par une charnière ou pied de spire 12 dont le profil est particulier. Notons que tous les pieds de spires 11 à 15 du soufflet de l'invention sont conformes à la définition ci-dessous. Le pied de spire ou charnière 12 est détaillé à la figure 4; cette charnière 12 est composée d'une gorge droite dont le fond est à section circulaire. Cette gorge possède une profondeur totale qui peut varier de 1 à 2 mm, pour une largeur comprise entre 1 et 1, 7 mm. Ce profil particulier permet, d'une part d' étirer correctement la matière qui le 49398 1 16 -7- constitue lors de la mise en oeuvre par soufflage en évitant sa concentration, et d'autre part, sa base à section circulaire minimise les contraintes mécaniques en mode de flexion alternée et permet d'augmenter très sensiblement la longévitié du soufflet notamment en comportement dynamique à froid. La conception particulière du profil des spires composant le soufflet selon l'invention permet de pallier certains inconvénients liés aux techniques de 10 soufflage. Les techniques de soufflage, très utilisées, pour la fabrication des corps creux en matières plastiques, consistent à souffler un tube ou une préforme à 1' état préalablement placé dans un moule composé de deux demicoquilles dont les empreintes sont aux formes externes du corps creux à obtenir. Suivant cette technique, le tube ou la préforme est soufflée de façon interne par de l air sous pression; le tube ou la préforme se gonfle alors et se plaque progressivement contre les faces internes des empreintes du moule o elle se solidifie, la température de 20 ce dernier étant inférieure à la température de ramollissement de la matière traitée. Chaque spire composant le soufflet, selon l'invention, est conçue géométriquement de la façon suivante 25 - Le rapport de la surface AB1 développée de la spire I sur la surface AB2 de la portion de cylindre correspondante suivant l'axe de symétrie du soufflet, délimitée par les deux pieds A-B de la spire 1 est compris entre 1,4 et 2. Suivant le détail de la figure 4, ceci revient à dire que AB1 1,4 AB2 4939e 1'6 -8- Ce rapport détermine la variation optimale d' épaisseur de la matière le long du profil du soufflet ci-dessus. Le soufflet de l'invention présente un rapport ABl identique d' une AB2 d' épaisseur homogène et spire à 1' autre, ce qui lui améliore ainsi sa qualité et assure une répartition sa longévité. 15 20 25 30 35 49398 1 16'- 9 2 6 02600135 --9 REVENDICATIONS 1I. Soufflet de protection, notamment pour transmission avant de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il est en matériau thermoplastique et dont la forme, adaptée à ce matériau, présente une génératrice conique supportant plusieurs spires spécifiques (I à 5) dont chacune, possédant une fonction précise, autorise de grands débattements angulaires 10 du loint de transmission (30) sans entraTner d'usure prématurée du soufflet. 2. Soufflet de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monté précontraint suivant son axe de symétrie, sa longueur de 15 montage devenant de l'ordre de 70 % à 85 % de sa longueur à l' état libre. 3. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une spire (l) de type rotulaire, possédant un profil arrondi, dont la surface externe est analogue à celle d'un tore de section éliptique. 20 4. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il possède au moins une spire (2) dont le profil est composé de deux pentes assymétriques raccordées par une forme arrondie, le côté le plus grand 25 dirigé vers la spire (1) voisine, sur laquelle il bascule sous l'action d'une précontrainte. 5. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une spire (3) de faible hauteur, voisine de la spire (2) qu'elle empêche de rentrer à l'intérieur du bol (20) de transmission. 30 6. Soufflet selon la revendication (l), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une spire (4-5) voisine de la spire (3), constituant une réserve de surface développée par les angles de braquage maximaux. 35 49398 1 16'o - 10 7. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque spire (1 à 5) ainsi que les éléments (9-10) qui les bordent, sont séparées des charnières (11 à 15) constituées d'une gorge droite dont le fond est à section circulaire, la profondeur et la longueur étant de l' ordre du millimètre. 8. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses extrémités sont constitués par des profils de fixation (6-7) respectivement sur le bol (20) et sur l' arbre de transmission (30), le profil (7) étant séparé de la 10 spire (1) par un cône d'articulation (9). 9. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce que les spires (2) et (3) sont séparées par une jupe (8) rigide faisant office d'entretoise. 15 10. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la surface développée AB, de chaque spire sur la surface AB2 d'un cylindre dont 1' axe de symétrie est celui du soufflet et qui est délimité par les extrémités A-B de la spire, est compris entre 1, 4 et 2. 20 Il. Soufflet selon la revendication 1, caractérisé en ce que sont plus grand diamètre n'excède pas celui du bol (20) du joint de transmission. 49398 1 16'