Brevet FR2622264A1 — publié le 19890428

La présente invention a pour objet un joint de transmission homocinétique du type comportant un tripode, solidaire d'un arbre menant, muni ae trois bras radiaux angulairement répartis à 120-, chaque bras radial étant pourvu de deux éléments de roulement, disposés sur des côtés opposés du bras1 dont chacun coopère avec un chemin de roulement distinct ménagé dans un bol solidaire d'un arbre mené. Le document FR-B-2 525 306 décrit et représente un joint homocinétique du type mentionné cidessus, utilisé notamment pour l'entraînement des roues motrices et directrices d'un véhicule automobile, qui est particulièrement compact et léger. La conception de ce type de joint tripode qui est prévu pour fonctionner en rotation sous angle, c'est-à-dire lorsque l'axe de l'arbre mené forme un angle par rapport à l'axe de l'arbre menant, nécessite de permettre un phénomène "d'offset", c'est-à-dire de décalage de l'axe de l'arbre menant portant le tripode. Ce phénomène impose de prévoir un jeu relativement important entre les éléments de roulement et les chemins de roulement ainsi qu'un degré de liberté d'inclinaison de ces éléments de roulement dans le lit de leur chemin de roulement correspondant. Ces deux caractéristiques combinées ont pour inconvénients de rendre incertaine la retenue axiale en position fixe d'un arbre par rapport à l'autre lorsque le joint est sous angle, et de créer des phénomènes de percussion, des bruits et des détériora tions difficilement admissibles en fonctionnement normal du joint. Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un joint de transmission du type mentionné plus haut, caractérisé en ce que - chaque chemin de roulement est constitué par deux surfaces concourantes, une première surface sphérique formée dans la paroi interne du bol et dont le centre est situé sur l'axe de l'arbre mené, et une première surface de profil conique, formée sur un voile interne du bol s'étendant dans un plan contenant l'axe de l'arbre mené, qui est une portion de la surface d'un cône dont le sommet est confondu avec le centre de ladite surface sphérique, dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de l'arbre,mené et au plan radial contenant l'axe radial dudit bras, et dont le demi-angle est sensiblement égal à 30-;; - chaque élément de roulement comporte une portion de surface cylindrique concave qui coopère avec ledit bras pour lui permettre de coulisser axialement par rapport à l'axe radial de ce dernier, une seconde surface sphérique dont le centre est situé sur l'axe de ladite surface cylindrique concave et dont le rayon est égal à celui de ladite première surface sphérique du chemin de roulement correspondant, et une seconde surface de profil conique qui est une portion de la surface d'un cône dont le centre est confondu avec celui de la seconde surface sphérique, dont l'axe est confondu avec l'axe de ladite surface cylindrique concave, et dont le demi-angle est sensiblement égal à 60g; - et en ce que chaque élément de roulement est monté pivotant par rapport audit bras par des moyens formant articulation à la Cardan. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, et afin de constituer lesdits moyens formant articulation à la Cardan, chaque bras du tripode comporte deux portions de surface cylindrique convexes opposées dont l'axe commun est perpendiculaire au plan du tripode, et en vis-à--vis de chacune desquelles est disposé un élément de roulement avec interposition d'un demi-coussinet comportant une portion de surface cylindrique interne concave complémentaire de la surface cylindrique convexe en vis-à-vis dudit bras, et une portion de surface cylindrique externe convexe complémentaire de la portion de surface cylindrique concave en vis-à-vis de l'élément de roulement, les axes respectifs desdites surfaces cylindriques interne concave et externe convexe du demi-coussinet étant perpendiculaires entre eux. Afin d'assurer son maintien axial par rapport au tripode, chaque demi-coussinet comporte deux surfaces planes de guidage parallèles entre elles, réparties symetriquement par rapport à l'axe de ladite portion de surface cylindrique externe convexe, et perpendiculaires à l'axe de ladite surface cylindrique interne concave, lesdites surface planes de guidage coopérant avec deux surfaces planes radiales et opposées du tripode perpendiculaires à l'axe de l'arbre menant. Grâce a ces diverses caractéristiques, le joint homocinétique selon l'invention est de conception compacte et assure une retenue axiale précise de l'arbre menant par rapport au centre géométrique du bol. Les jeux y sont réduits au minimum nécessaire pour permettre les divers déplacements relatifs des composants du joint. L'entraînement d'une roue de véhicule à l'aide d'un tel joint s'effectue sans bruits ni à-coups lors des inversions de couple. Cette conception permet également de se dispenser de dispositifs élastiques de rattrapage des jeux, tels que ceux décrits et représentés dans le document FR-B-2 525 306. De plus, ce joint permet un fonctionnement sous un angle de travail accru, tout en conservant la même capacité de transmission de couple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un joint réalisé conformément aux enseignements de l'invention et représenté sous angle; - la Fig. 2 est une vue en coupe par un plan radial, du joint de la Fig. 1 lorsqu'il est dans sa position alignée, et plus précisément est une vue selon la ligne 2-2 de la Fig. 3; - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2; - la Fig. 4 est une vue de face d'un demicoussinet équipant le joint représenté aux Fig. I à 3; - la Fig. 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la Fig. 4; - la Fig. 6 est une vue de dessus du demicoussinet de la Fig. 4;; - la Fig. 7 est une vue de face du tripode du joint représenté aux Fig. 1 à 3; - la Fig. 8 est une vue latérale de gauche de la Fig. 7; - la Fig. 9 est une vue en perspective d'un élément de roulement équipant le joint représenté aux Fig. 1 à 3; et - la Fig. 10 est une vue similaire à celle de la Fig. 9 d'un élément de roulement que l'on a retourné à 180* afin d'en représenter la face conique. Le joint homocinétique 12 représenté à la Fig. 1 comprend un tripode 14 monté à l'extrémité d'un arbre menant 16 d'axe DD'. L'arbre menant 16 entraîne en rotation un arbre mené 18 au moyen du tripode 14 qui coopère avec un bol sensiblement sphérique 20 centré sur l'axe ZZ' de l'arbre mené 18. Le tripode 14 est constitué essentiellement d'une plaque épaisse en acier détouré selon le profil représenté aux Fig. 7 et 8. Le tripode 14 comprend trois bras d'entraînement 22 angulairement répartis à 120- autour de l'axe D-D' commun au tripode et à l'arbre menant 16. De façon générale dans sa position alignée, c'est-à-dire lorsque les axes DD' et ZZ' sont confondus, le joint 12 présente une symétrie ternaire autour de son axe de rotation. On ne décrira par conséquent dans la suite que la partie du joint associée à un bras 22 déterminé, situé à la partie supérieure des figures. Le bras d'entraînement 22 considéré possède un axe radial général CC' perpendiculaire à l'axe DD' du tripode. Le bras 22 est pourvu de deux éléments de roulement 24 identiques disposés sur des côtés opposés du bras 22, c'est-à-dire à gauche et à droite du bras en considérant les figures 2, 3 et 7. On décrira maintenant l'élément de roulement 24 de gauche et le chemin de roulement correspondant formé dans le bol sphérique 20. Comme on peut le voir aux figures 2, 3, 9 et 10, l'élément de roulement 24 est constitué par une portion angulaire d'un élément en forme générale de segment annulaire. Il comporte une portion de surface cylindrique concave d'axe LM qui coopère avec le bras 22 pour permettre à l'élément.de roulement de coulisser axialement par rapport à l'axe CC' de ce dernier d'une manière qui sera expliquée plus avant. La surface cylindrique concave 26 est délimitée axialement par deux méplats en vis-à-vis 28 et 30 perpendiculaires à l'axe LM. L'élement de roulement 24 comporte deux surfaces de roulement concourantes 32 et 34. La surface de roulement 32 est une portion de surface sphérique dont le centre M est situé sur l'axe LM de la surface cylindrique concave 26 et dont le rayon est R. La seconde surface de roulement 34 est une surface de profil conique qui est une portion de la surface d'un cône dont le sommet M est confondu avec le centre de la surface sphérique 32, dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe LM de la surface cylindrique concave 26 et dont le demi-angle au sommet a est légèrement inférieur à 60-. Les surfaces concourantes 32 et 34 peuvent être reliés par une portion arrondie ou par un chanfrein. La section radiale d'un élément de roulement 24 présente donc un profil sensiblement triangulaire possédant deux côtés rectilignes et un côté arrondi circulaire. L'élément de roulement 24 coopère avec un chemin de roulement formé en vis-à-vis dans le bol 20. Chaque chemin de roulement est constitué par deux surfaces concourantes 38 et 40. Comme on peut le constater à la Fig. 2, les deux surfaces 38 et 40 se rejoignent de préférence par une zone arrondie 36. La surface 38 est constituée par la surface sphérique interne du bol 20 dont le centre 0 est situé sur l'axe ZZ' commun au bol 20 et à l'arbre mené 18 et dont le rayon R' est sensiblement égal au rayon R de la surface sphérique 32. L'alésage sphérique du bol 20 comporte trois voiles 42 angulairement répartis à 120' autour de l'axe ZZ'. Chaque voile 42 s'étend dans un plan axial EOB contenant l'axe ZZ'. La seconde surface 40 du chemin de roulement de l'élément 24 est formée sur la face en vis-à-vis du voile 42 et est, conformément à l'invention, constituée par une surface de profil conique qui est une portion de la surface d'un cône dont le sommet 0 est confondu avec le centre géométrique de la surface sphérique interne 38 du bol 20, dont l'axe XX' est perpendiculaire à l'axe ZZ' de l'arbre mené ainsi qu'au plan axial contenant l'axe YY' confondu avec l'axe CC' du bras 22 du tripode 16 lorsque le joint est dans sa position alignée.Le demi-angle au sommet KOX' du cône est légèrement supérieur à l'angle de 30-, EOX' formé par le plan EOB du voile 42 et par l'axe XX' perpendiculaire à l'axe YY'. Comme on peut le constater à la Fig. 3, chaque voile 42 comporte bien entendu deux surfaces de roulement coniques du type de la surface 40, l'axe du cône définissant la seconde surface 40 du voile 42 qui vient d'être décrit étant l'axe UU' bisecteur de l'angle EOY. La hauteur des voiles 42 est limitée, par exemple par un alésage cylindrique 44. La longueur des voiles 42 est limitée soit par l'intersection 46 des surfaces coniques opposées 40 du voile 42, soit par un chanfrein 48 tourné vers l'ouverture du bol 20. Le fond de la partie en forme de gouttière formée par les surfaces 40 des voiles 42 et l'alésage sphérique 38 du bol est interrompu par des dentures transversales 50 utilisées pour réaliser un indexage angulaire des éléments de roulement 24 en appui sur les flancs des gouttières et qui coopèrent avec des indentations correspondantes 52 formées sur la surface de roulement conique 34 de chaque élément de roulement 24. Comme on peut le constater à la Fig. 2, la portée cylindrique intérieure définie par la surface cylindrique concave 26 de chaque élément 24 s'étend sur un angle b sensiblement égal à 120-. La zone de roulement périphérique qui comporte les indentations profilées 52 s'étend quant à elle sur un angle c compris entre environ 50" et 60*. On décrira maintenant les moyens 54 qui permettent d'une part aux éléments de roulement 24 de coulisser axialement par rapport au bras 22 ainsi que de pivoter par rapport à ces derniers au moyen d'une articulation à la Cardan. Ces moyens sont constitués par deux demicoussinets symétriques 54. Chaque demi-coussinet 54 est interposé entre un élément de roulement 24 et un des côtés du bras 22. Le demi-coussinet 54 comporte une portion de surface cylindrique interne concave 56 d'axe SS' qui est complémentaire d'une portion de surface cylindrique convexe 58 formée sur le côté en vis-à-vis du bras 22 du tripode avec laquelle elle coopère pour permettre un mouvement de rotation du coussinet 54 par rapport au bras du tripode 22 autour de l'axe PP' de celui-ci. Le demi-coussinet comporte une portion de surface cylindrique externe convexe 58, complémentaire de la surface cylindrique interne concave en vis-à-vis de l'élément de roulement 24, dont l'axe VV' est perpendiculaire et concourant à l'axe SS' de la surface cylindrique interne concave 56, de façon à permettre ladite articulation à la Cardan. La surface cylindrique interne concave 56 est délimitée par deux surfaces planes de guidage 60 et 62 parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe SS'. Les surfaces planes 60 et 62 sont réparties symétriquement de part et d'autre de l'axe VV' de la surface cylindrique externe convexe 58. Les deux surfaces planes de guidage 60 et 62 sont prévues pour coopérer avec les deux surfaces planes radiales et opposées 64 et 66 formées sur le tripode et qui sont perpendiculaires à l'axe DD' commun à ce dernier et à l'arbre menant 16. Le demi-coussinet représenté aux Fig. 4 à 6 peut être obtenu par cambrage et matriçage à froid d'une plaquette d'acier recuit. La distance radiale e séparant la surface cylindrique convexe externe 58 d'une surface cylindrique interne de dégagement coaxiale 68 est sensiblement égale à l'épaisseur inchangée de la plaquette ébauche à l'issue de l'opération de matriçage. La zone centrale obtenue par matriçage, qui peut comporter un manque de matière 70, comme représenté en trait mixte à la Fig. 4, permet une lubrification améliorée du joint ainsi qu'une meilleure adaptabilité en flexion de la portée convexe de tourillonnement 58 avec la portée cylindrique concave interne 26 de l'élément de roulement 24. Une ou plusieurs rainures axiales du type de la rainure 72 représentée aux Fig. 5 et 6 facilite l'alimentation interne en agents lubrifiants. L'arbre menant 26 sur lequel est fixé le tripode 14, par exemple par soudage par friction, comporte des méplats 74 décalés angulairement de 60- par rapport aux axes des bras 22 du tripode. Ces méplats permettent d'obtenir un grand angle de brisure du joint sans provoquer d'interférence avec les extrémités des voiles 42. Conformément à l'invention, lors de la rotation du joint et quel que soit son angle de brisure, le seul mouvement possible pour chacun des segments 24 est un mouvement de roulement dans sa gouttière, l'axe LM de son alésage cylidnrique concave 26 étant astreint, par conception géométrique, à passer en permanence par le centre géométrique 0 du bol 20. Tout mouvement d'oscillation latéral de l'élément de roulement 24 autour d'axes parallèles à l'axe PP' de la portion cylindrique convexe 58 du bras 22 correspondant est totalement impossible-par suite du contact continu et quasi-total entre les surfaces sphériques complémentaires en vis-à-vis 32 et 38 et, d'autre part, de la tangence continuelle des génératrices des surfaces coniques 32 et 40 en contact linéaire réciproque. Lorsque le joint homocinétique est dans sa position représentée à la Fig. 1, l'axe DD' de l'arbre menant 16 formant un angle d par rapport à l'axe ZZ' du bol de l'arbre menant 18, par exemple relié à la fusée d'un véhicule automobile, le centre géométrique T du tripode 14, defini comme étant le point de concours de son axe DD' et des axes CC' de ses trois bras, est excentré radialement d'une distance J par rapport à l'axe ZZ' du bol sphérique 20. On constate que dans cette position, les éléments de roulement 24 équipant le bras supérieur 22 on coulissé vers l'extérieur par rapport à ce dernier parallèlement à l'axe CC' et par rapport à l'axe PP' d'oscillation des demi-coussinets. On remarque toutefois que le plan de symétrie du tripode passant par les axes CC' "contient" toujours le centre O de la surface sphérique interne 38 du bol 20. En effet, les portées sphériques 32 des éléments de roulement 24 sont en permanence en contact glissant avec la surface interne sphérique 38 complémentaire du bol 20, et dans ces conditions l'axe LM de l'alésage cylindrique interne 26 de ces éléments de roulement est astreint à passer continuellement par le centre général 0. il en est de même pour l'axe VV' des surfaces cylindriques externes convexes de portée 58 des demi-coussinets sur lesquels tourillonnent les éléments de roulement 24. Or, l'axe d'oscillation PP' des demi-coussinets 54 sur le bras 22 du tripode étant perpendiculaire au plan de symétrie passant par les axes CC', ce plan de symétrie contient toujours l'axe W' des portées cylindriques convexes externes 58 des coussinets. En conclusion, le plan de symétrie du tripode contient toujours le centre O du bol sphérique, quelle que soit la direction et l'intensité du mouvement d'orbitage du tripode par rapport au bol. Grâce à la conception d'un joint selon l'invention qui vient d'être décrite, on constate que - on obtient une position axiale de l'arbre menant par rapport au bol 20 qui est très exactement définie géométriquement et sans avoir recours à aucun dispositif annexe de retenue axiale qui est souvent peu fiable, coûteux et générateur de bruits; - le joint fonctionne sans jeu autre que le minimum requis pour permettre le glissement lubrifié des surfaces actives en vis-à-vis et il ne présente donc aucun risque de génération de bruits dû au phénomène de rattrapage des jeux axiaux et circonférentiels; - en fonctionnement sous angle, le mouvement orbital n'induit aucun mouvement axial concomitant de 1 'arbre; ; - l'angularité de conduite de chaque élément de roulement sur son chemin de roulement correspondant est sensiblement accru par rapport à la solution de l'art antérieur; et - les pièces constitutives du joint sont de petites dimensions et peuvent notamment être obtenues par des opérations de formage à froid sans nécessiter de finition ultérieure complémentaire. Sans sortir du cadre de la présente invention, il est notamment possible de modifier les valeurs des demi-angles au sommet des surfaces coniques, notamment en augmentant l'épaisseur des voiles 42. Toutefois les valeurs indiquées en référence au mode de réalisation préféré de l'invention qui vient d'être décrit sont celles qui permettent d'obtenir la plus grande dimension des éléments de roulement ainsi que le plus grand angle de braquage du joint. REVENDICATIONS 1.- Joint de transmission homocinétique (12) du type comportant un tripode (14), solidaire d'un arbre menant (16), muni de trois bras radiaux (22) angulairement répartis à 120", chaque bras radial (22) étant pourvu de deux éléments de roulement (24), disposés sur des côtés opposés du bras, dont chacun coopère avec un chemin de roulement (38, 40) distinct ménagé dans un bol (20) solidaire d'un arbre mené (18), caractérisé en ce que - chaque chemin de roulement est constitué par deux surfaces concourantes (38, 40), une première surface sphérique (38) formée dans la paroi interne du bol (20) et dont le centre (0) est situé sur l'axe (22') de l'arbre mené, et une première surface de profil conique (40), formée sur un voile interne (42) du bol s' étendant dans un plan (EOB) contenant l'axe (ZZ') de l'arbre mené, qui est une portion de la surface d'un cône dont le sommet est confondu avec le centre (O) de ladite surface sphérique (38), dont l'axe (X'X) est perpendiculaire à l'axe de l'arbre mené et au plan axial (YY) contenant l'axe radial (CC') dudit bras (22), et dont le demi-angle (XOE) est sensiblement égal à 30" - chaque élément de roulement (24) comporte une portion de surface cylindrique concave (2S) qui coopère avec ledit bras (22) pour lui permettre de coulisser axialement par rapport à l'axe radial (CC') de ce dernier, et deux surfaces de roulement concourantes (32,34), une seconde surface sphérique (32) dont le centre (M) est situé sur l'axe (LM) de ladite surface cylindrique concave (26) et dont le rayon (R) est égal à celui (R') de ladite première surface sphérique (38) du chemin de roulement correspondant, et une seconde surface de profil conique (34) qui est une portion de la surface d'un cône dont le sommet (M) est confondu avec le centre de la seconde surface sphérique (34), dont l'axe (LM) est confondu avec l'axe de ladite surface cylindrique concave (26) et dont le demi-angle (KLM) est sensiblement égal à 60" - et en ce que chaque élément de roulement (24) est monté pivotant par rapport audit bras (22) par des moyens (54) formant articulation à la Cardan. 2.- Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras du tripode comporte deux portions de surfaces cylindriques convexes opposées (58) dont l'axe commun (PP') est perpendiculaire au plan (CC') du tripode, et en vis-à-vis de chacune desquelles est disposé un élément de roulement (24) avec interposition d'un demi-coussinet (54) comportant une portion de surface cylindrique interne concave (56) complémentaire de la surface cylindrique convexe (58) en vis-à-vis dudit bras, et une portion de surface cylindrique externe convexe (58) complémentaire de la portion de surface cylindrique concave (26) en vis-à-vis de l'élément de roulement (24), les axes respectifs (SS', VV') desdites surfaces cylindriques interne concave (56) et externe convexe (58) du demi-coussinet (54) étant concourants et perpendiculaires entre eux. 3.- Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque demi-coussinet (54) comporte deux surfaces planes de guidage (60,62) parallèles entre elles, réparties symétriquement par rapport à l'axe (VV') de ladite portion de surface cylindrique externe convexe (58), et perpendiculaires à l'axe (SS') de ladite surface cylindrique interne concave (56), lesdites surfaces planes de guidage (60, 62) coopérant avec deux surfaces planes radiales et opposées (64, 66) du tripode (14) perpendiculaires à l'axe (DD') de l'arbre menant.