Brevet FR2621369A1 — publié le 19890407

La présente invention a pour objet un joint homocinétique à fixité axiale et à grande angularité. Elle concerne plus particulièrement un joint homocinétique du type comprenant une pièce en forme de tripode solidaire de 1 un de deux arbres à relier et une tulipe solidaire de 1 autre de ces deux arbres, le tripode comportant trois tourillons sur lesquels sont montés rotatifs et coulissants des galets reçus dans trois chemins de roulement ménagés dans la tulipe, et des moyens de retenue axiale pour maintenir les deux parties du joint l'une par rapport à l'autre. Les joints homocinétiques, dits joints tripodes fixes, sont utilisés depuis de nombreuses années dans l'industrie automobile où ils trouvent leur place du coté des roues dans les transmissions transmettant le mouvement du groupe motopropulseur aux roues motrices des véhicules à traction avant. Le principe de conception des joints homocinétiques de ce type a été décrit et représenté dans le document FR-A-1.272.530. Un encombrement minimum, tant diamétral que longitudinal, et une angularité maximum possible sont les deux exigences principales dûes à l'utilisation de ces joints dans des véhicules automobiles de conception récente. Un joint homocinétique dont les chemins de roulement sont constitués par des pistes de forme sensiblement toroidales dans lesquelles viennent rouler les galets dont la surface extérieure est sphérique possède un encombrement longitudinal réduit et est également légèrement moins encombrant diamétralement qu'un joint dont les chemins de roulement sont des pistes dont les axes sont parallèles à l'axe de la tulipe. De plus la tulipe solidaire de l'un des deux arbres à réunir, et la pièce en forme de bol qui sert à relier le tripode à l'autre des deux arbres, peuvent s' interpénétrer comme le font les machoires d'un joint à cardan à grande angularité. Un tel agencement de principe est connu du document US-A-3.877.251 mais il ne résoud que partiellement le problème d'un joint à très grande angularité et à faible encombrement. Afin de supprimer la liberté de déplacement axial relative des deux arbres. il est nécessaire de prévoir un dispositif convenable qui conserve au joint homocinétique ses capacités de résistance mécanique et de débattement angulaire. C'est ainsi que dans le document FR-A-1.272.530, la solution de principe qui y est adoptée (figures 3 et 8) consiste à donner à la partie centrale du tripode une forme sphérique, qui coopère avec deux surfaces planes opposées, s'étendant dans des plans sensiblement radiaux, prévues dans la tulipe. Cependant, dans un tel agencement les sollicitations axiales sont appliquées pratiquement ponctuellement et l'usure du joint est relativement rapide. Par la suite, de nombreuses solutions ont été proposées pour des joints tripodes ou similaires, à fixité axiale telles que par exemple celles décrites dans le document FR-A-2.398.924, qui utilisent le principe consistant à maintenir axialement le joint grace à la coopération entre des surfaces planes et des calottes sphériques, au voisinage de l'axe de rotation du second arbre. Cependant le document FR-A-2.398.924 décrit et représente, à ses figures 7 à 11, un joint homocinétique dans lequel les chemins de roulement sont des pistes dont l'axe est parallèle à l'axe solidaire de la tulipe, mais dont le moyen de retenue axiale comprend une pièce intermédiaire délimitant une surface externe sphérique convexe reçue dans un logement sphérique concave totalement ménagé dans la pièce en forme de tulipe.Bien qu'elle permette d'améliorer notablement les caractéristiques de fonctionnement joint, cette conception a pour inconvénient principal d'entrainer un grand encombrement du joint tant diamétralement que longitudinalement et, de plus, son angle de braquage maximal est sensiblement égal à 43- La cinématique du joint doit de plus permettre des déplacements du tripode perpendiculairement à son axe, ce qui est impossible dans le cas du joint décrit dans le document US-A-3.877.251 qui ne semble pas permettre une mise sous angle du joint sans coincement , la conception de ce joint étant par ailleurs peu réaliste en vue d'une industrialisation en grande série. Le but de la présente invention est donc de réaliser un joint homocinétique de faible encombrement et d'angularité supérieure à 50-. Dans ce but l'invention propose un joint homocinétique comprenant une pièce en forme de tripode solidaire de l'un de deux arbres à relier et une tulipe solidaire de l'autre de ces deux arbres, le tripode comportant trois tourillons sur lesquels sont montés rotatifs et coulissants des galets reçus dans trois chemins de roulement ménagés dans la tulipe, et des moyens de retenue axiale pour maintenir les deux parties du joint l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce que les moyens de retenue axiale comprennent une pièce intermédiaire reliée à la tulipe et qui coopère avec le tripode par une liaison permettant à ce dernier de se déplacer perpendiculairement à son axe, et en ce que les chemins de roulement sont constitués par des pistes de forme sensiblement toroidale dans lesquelles viennent rouler des galets dont la surface extérieure est sphérique. Grâce à cette conception on obtient donc un joint tripode à fixité axiale à très grande angularité, de faible encombrement radial et longitudinal. Selon une autre caractéristique, la pièce intermédiaire comporte une surface sphérique qui coopère avec une surface sphérique complémentaire ménagée dans la tulipe. Le centre géométrique des pistes toroidales est avantageusement confondu avec le centre géométrique de la surface sphérique complémentaire. L'invention propose également une conception particulièrement simple du joint selon laquelle la pièce intermédiaire délimite une surface sphérique convexe qui est reçue dans un logement sphérique concave ménagé dans les branches axiales de la tulipe. Afin de permettre au tripode de se déplacer dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre auquel il est relié et d'assurer ainsi les mouvements "d'offset" inhérents à ce type de joint homocinétique, la pièce intermédiaire comporte une première surface plane perpendiculaire à l'axe du tripode, qui coopère avec une première zone de contact ménagée en vis à vis sur le tripode. Un guidage amélioré des mouvements de débattement du tripode est obtenu lorsque la pièce intermédiaire comporte une seconde surface plane. paral lèle à la première surface plane, qui coopère avec une seconde zone de contact ménagée sur le tripode. Selon un mode de réalisation de l'invention, la première zone de contact ménagée sur le tripode est une première surface plane perpendiculaire à l'axe du tripodie. La seconde zone de contact ménagée sur le tripode peut également être constituée par une seconde surface plane parallèle à la première surface plane ménagée sur le tripode. En variante, une des deux surfaces planes de la pièce intermédiaire peut coopérer directement avec la surface extérieure sphérique des galets dont les points de contact coplanaires définissent la seconde zone de contact ménagée sur le tripode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique simplifiée, en section axiale, d'un premier mode de réalisation d'un joint tripode selon l'invention, représenté en position alignée - La figure 2 est une vue simplifiée en section selon la ligne 2-2 de la figure I - La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1, dans laquelle le joint est représenté avec son angle de brisure maximal - La figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 dans laquelle le joint est représenté avec un angle de brisure opposé à celui de la figure 3; et - Les figures 5 et 6 sont des vues similaires à celles des figures 1 et 3 d'un second mode de réalisation d'un joint homocinétique selon l'invention. Le joint homocinétique représenté aux figures 1 à 4 comprend un tripode 20 qui est entrainé en rotation par un arbre tubulaire 22 par 1 intermédiaire d'un bol 24. Le tripode est constitué de trois touri lons 26a, 26b et 26c qui sont régulièrement répartis à 120 et reliés entre eux par un moyeu central 28. Le bol 24 comporte trois branches axiales 30a, 30b et 30c auxquelles sont reliés les tourillons, par exemple au moyen de vis (non représentées). L'arbre tubulaire 22 d'arbre X-X entraine en rotation un arbre plein 34, d'axe Y-Y, au moyen de trois galets 36a, 36b et 36c qui sont montés rotatifs et coulissants sur les tourillons 26a, 26b et 26c respectivement. Chacun des galets comporte un alésage cylindrique 38 dans lequel pénètre le tourillon correspondant. Afin d'assurer l'entraînement en rotation de l'arbre 34, chacun des galets est reçu dans un chemin de roulement 40 ménagé dans une tulipe 42 qui prolonge l'arbre plein 34. Conformément à l'invention, les chemins de roulement sont constitués par des paires de pistes de forme sensiblement toroidale dans lesquelles viennent rouler les galets dont la surface extérieure est sphérique. Le centre géométrique C des pistes toroidales est situé sur l'axe Y-Y de l'arbre 34. Dans une application d'un véhicule automobile à traction avant, l'arbre plein 34 forme la fusée qui entraine une roue (non représentée), l'arbre tubulaire creux 22 étant relié à la sortie du différentiel de transmission. Les pistes 40 peuvent être parfaitement toroidales, comme dans le mode de réalisation représenté aux figures, ou sensiblement toroidales c'està-dire par exemple par excentrement du centre des pistes, par rapport à l'axe X-X. Le joint homocinétique comprend des moyens de retenue axiale pour maintenir les deux parties du joint l'une par rapport à l'autre et en permettre la mise sous angle. Conformément à l'invention ces moyens de retenue axiale comprennent une pièce intermédiaire 44 reliée à la tulipe 42 et qui coopère avec le tripode 20 par une liaison permettant à ce dernier de se déplacer perpendiculairement à son axe X-X. Les moyens de retenue axiale comprennent une pièce intermédiaire 44 présentant sensiblement la forme d'une boule, et délimitant une surface externe sphérique convexe 46. La surface externe sphérique 46 est reçue dans un logement sphérique concave 48 ménagé dans trois branches axiales 50 de la tulipe 42. Le centre géométrique du logement sphérique concave 48 est confondu avec le centre géométrique C des pistes toroïdales 40. Dans un but de plus grande clarté, la représentation en section de la figure 2 ne comporte pas la pièce intermédiaire 44, ni les branches 50 de la tulipe 42. Comme on peut le constater aux figures 1, 3 et 4, la pièce intermédiaire 44 possède un axe polaire Z-Z qui reste parallèle à l'axe X-X de l'arbre tubulaire creux 22 quelle que soit la position angulaire de l'axe X-X par rapport à l'axe Y-Y. On appelle plan équatorial de la pièce intermédiaire 44, le plan P perpendiculaire à l'axe polaire Z-Z et passant par le centre géométrique de celle-ci. Le tripode 20 est monté à l'intérieur d'une cavité équatoriale 54 de la pièce intermédiaire i4 à l'intérieur de laquelle-il peut se déplacer et débattre perpendiculairement à son axe X-X, c'est-à-dire parallèlement au plan équatorial P. La cavité équatoriale 54 est délimitée axialement, vers la gauche en considérant la figure 1. par une première surface plane 56 perpendiculaire à l'axe polaire Z-Z qui participe au guidage des déplacements du tripode 20. Cette première surface planes de guidage 56 coopère avec une première surface plane correspondante 58 du tripode, perpendiculaire à l'axe de ce dernier. La zone de contact entre le tripode et la première surface plane 56 de la pièce intermédiaire 44, que constitue la première surface plane 58 pourrait, en variante et à titre d'exemple, être remplacée par trois génératrices externes coplanaires des trois tourillons qui, en coopération avec la surface plane 56 constituerait un guidage plan sur plan équivalent. La cavité équatoriale 54 est délimitée axialement, vers la droite en considérant la figure 1, par une seconde surface plane 72 de guidage des déplacements du tripode 20, parallèle à la première surface plane 56 de la cavité équatoriale 54. La seconde surface plane 72 coopère avec une seconde surface plane correspondante 74 ménagée sur le tripode 20 qui forme une seconde zone de contact ménagée sur le tripode, et qui est parallèle à la première surface plane 58 du tripode. Comme on peut le constater, notamment à la figure 1, les première et seconde surfaces planes 56 et 72 sont avantageusement disposées symétriquement de part et d'autre du plan équatorial P de la pièce intermédiaire 44. Ces deux surfaces planes 56 et 72 sont espacées axialement d'une distance sensiblement égale à l'épaisseur axiale séparant les première et seconde surfaces de guidage 58 et 74 du tripode 20. Afin d'exposer le principe de conception du joint homocinétique selon 1 invention, et non pas des détails de réalisation qui en auraient compliqué l'illustration, il n'a pas été représenté en détail les moyens permettant d'assurer l'assemblage et le montage du tripode 20 à l'intérieur de la cavité équatoriale 54. A cet effet le tripode 20 peut par exemple être réalisé en trois parties, les tourillons étant reliés individuellement à un moyeu central 28 préalablement introduit dans la cavité équatoriale 54. En variante la pièce intermédiaire 44 en forme de boule peut être réalisée conformément aux enseignements du document FR-A-2.398.924, et notamment sous la forme d'une boule encochée permettant l'introduction axiale du tripode dans la cavité équatoriale 54. La conception selon l'invention permet, comme cela est représenté aux figures 3 et 4 d'obtenir un angle de braquage maximal du joint supérieur à 50 ainsi qu'un encombrement longitudinal très réduit de l'ensemble des composants du joint. Le second mode de réalisation d'un joint homocinétique représenté aux figures 5 et 6 ne diffère du premier mode de réalisation qui vient d'être décrit que par le mode de coopération du tripode 20 avec la première surface plane ménagée dans la pièce intermédiaire 44 en vue d assurer le guidage des mouvements de celui-ci. Les éléments identiques ou équivalents à ceux représentés aux figures 1 à 4 sont désignes, aux figures 5 et 6, par les mêmes chiffres de référence augmentés de 100. La première surface plane de guidage 156 ménagée dans la pièce intermédiaire 144 coopère ici avec la surface extérieure sphérique des galets 136, et se prolonge à cet effet radialement vers l'extérieur à partir de la partie centrale de la pièce intermédiaire 144. La zone de contact latérale de gauche, en considurant les figures 5 et 6 du tripode 120 avec la première surface plane 156 est ainsi constituée par trois zones de contact sensiblement ponctuelles et coplanaires réparties à 120 autour de l'axe X-X du tripode 120. A titre de variante, non représentée, la surface extérieure des galets peut coopérer avec la seconde surface plane, et/ou les deux surfaces planes, de la pièce intermédiaire. REVENDICATIONS 1. Joint homocinétique comprenant une pièce en forme de tripode (20,120) solidaire de l'un (22,122) de deux arbres à relier et une tulipe (42,142) solidaire de l'autre (34,134) de ces deux arbres, le tripode comportant trois tourillons (26a-26b-26c, 126a) sur lesquels sont montés rotatifs et coulissants des galets (36a-36b-36c, 136a) reçus dans trois chemins de roulement (40, 140) ménagés dans la tulipe, et des moyens de retenue axiale (44, 144) pour maintenir les deux parties du joint l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce que les moyens de retenue axiale comprennent une pièce intermédiaire (44, 144) reliée à la tulipe (42,142) et qui coopère avec le tripode (20,120) par une liaison permettant à ce dernier de se déplacer perpendiculairement à son axe (X-X), et en ce que les chemins de roulement (40, 140) sont constitués par des pistes de forme sensiblement toroidale dans lesquelles viennent rouler des galets dont la surface extérieure est sphérique. 2. Joint homocinétique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (44, 144) comporte une surface sphérique (46, 146) qui coopère avec une surface sphérique complémentaire (48, 148) ménagée dans la tulipe (42, 142). 3. 3oint homocinétique selon la revendication 2 caractérisé en ce que le centre géométrique (C) des pistes toroidales (40, 140) est confondu avec le centre géométrique de la surface sphérique complémentaire (48, 148). 4. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (44, 144) délimite une surface sphérique convexe (46, 146) qui est reçue dans un logement sphérique concave (48, 148) ménagé dans les branches axiales (50, 150) de la tulipe. 5. Joint homocinétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (44, 144) comporte une première surface plane (56, 156), perpendiculaire à l'axe (X-X) du tripode, qui coopère avec une première zone de contact ménagée en vis-à-vis sur le tripode. 6. Joint homocinétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (44, 144) comporte une seconde surface plane. parallèle à la première surface plane (72, 172), qui coopère avec une seconde zone de contact (74, 174) ménagée sur le tripode. 7. Joint homocinétique selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que la première zone de contact ménagée sur le tripode est une première surface plane (58) perpendiculaire à l'axe du tripode. 8. Joint homocinétique selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde zone de contact ménagée sur le tripode est une seconde surface plane (74, 174) parallèle à la première surface plane ménagée sur le tripode. 9. Joint homocinétique selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que l'une desdites deux surfaces planes (156) de la pièce intermédiaire (144) coopère avec la surface extérieure sphérique des galets (130a).