Brevet FR2616495A1 — publié le 19881216

2.616495 La présente invention concerne un joint universel et plus précisément un tel joint comprenant deux demi-arbres et un organe sphérique placé entre les deux demi-arbres et destiné à les raccorder de manière que l'un d'eux au moins soit mobile. Un joint universel comporte habituellement un pre- mier demi-arbre, un second demi-arbre et un croisillon ou un organe sphérique reliant les demi-arbres par l'intermé- diaire d'étriers appartenant à ceux-ci. Cependant, ces joints universels classiques sont constitués invariablement par un nombre très important d'éléments et en conséquence la fabrication ou le montage sont peu commodes. En particu- lier, lors de la réalisation d'un joint universel de quali- té élevée, chaque organe doit être réalisé avec une préci- sion élevée et le montage des organes ainsi réalisés est difficile. En conséquence, un tel joint universel de quali- té élevée a tendance à être coûteux. - Compte tenu de la technique antérieure, l'inventeur a déjà suggéré un joint universel perfectionné, dans la demande publiée de modèle d'utilité japonais n 51-59744. Dans le cas de ce joint universel cependant, comme les faces sphériques de logement des parties formant les étriers sont délimitées sous forme concave, le long d'une face sphérique de l'organe sphérique, les parties d'étriers doivent être écartées afin qu'elles logent l'organe sphé- rique. En conséquence, lorsque les étriers et les demi- arbres sont formés en une seule pièce, ils doivent être constitués d'un matériau ayant une élasticité suffisante. Cependant, lors de l'utilisation d'une matière plastique ou analogue comme matériau élastique par exemple, le joint universel formé peut être utilisé pour la transmission de faibles couples mais non pour la transmission de couples élevés. En conséquence, comme représenté par exemple sur la figure 4 du document précité, les parties formant les étriers et les demi-arbres sont réalisés en un matériau métallique, indépendamment les uns des autres, et, après disposition de l'organe sphérique dans les parties d'étriers, celles-ci et les demi-arbres sont raccordés de manière fixe par des dispositifs de fixation tels que des vis. Cependant, la construction et le procédé précités peuvent être perfectionnés afin que le montage soit simpli- fié et que le coût soit réduit. En conséquence, l'invention a pour objet un joint universel perfectionné ne présentant pas les inconvénients de la technique antérieure et qui peut être fabriqué et monté avec un faible coût. A cet effet, un joint universel selon l'invention comporte un premier et un second demi-arbre comprenant deux parties en forme d'étriers et un organe sphérique destiné à être placé entre le premier et le second demiarbre afin qu'ils soient raccordés l'un à l'autre en étant mobile l'un par rapport à l'autre. Plus précisément, ce joint universel se caractérise de la manière suivante. Le premier et le second demi-arbre- sont constitués chacun par deux- demi- éléments séparés formant ensemble la paire de parties d'étrier. Des sièges sont formés dans des faces en regard des parties d'étrier et ont une forme tronconique afin que chaque cône ait un sommet virtuel d'angle sensiblement égal à 90 , les sommets virtuels des cônes étant pratiquement en contact ou confondus. En outre, des faces incurvées sont formées dans les surfaces en regard des sièges. Chacune des ces faces incurvées a un axe central de direction transver- sale aux demi-arbres et est une partie périphérique d'un cylindre virtuel ayant le même diamètre que l'organe sphé- rique qui est supporté par les faces incurvées afin qu'il puisse tourner. On décrit maintenant le fonctionnement et les résul- tats donnés par une telle construction. Dans cette construction, il n'est pas nécessaire qu'un dispositif de raccordement, par exemple par poinçon- nage, par matage, par vis ou analogue soit utilisé pour la liaison des parties respectives d'étriers du premier et du second demi-arbre à l'organe sphérique, puisque le premier et le second demi-arbre peuvent être facilement raccordés et montés par détermination convenable de leur angle de coopération. En outre, comme le premier et le second demi- arbre et l'organe sphérique ont tous une configuration ou construction relativement simple, ces organes peuvent être réalisés d'une manière peu coûteuse. De plus, comme l'or- gane sphérique et l'un au moins des demi-arbres sont sup- portés par les faces incurvées afin qu'ils puissent tourner, par contact linéaire au niveau de quatre faces périphé- riques externes disposées sur deux axes transversaux se recoupant perpendiculairement au centre de l'organe sphé- rique, la transmission des couples entre les deux demi- arbres peut être réalisée régulièrement, même avec des tolérances relativement importantes, et ce joint universel convient suffisamment bien aux applications mettant en oeuvre des forces importantes, en présence de couples éle- vés, puisqu'il n'existe aucun raccordement par poinçonnage, matage ou montage d'une autre sorte de I'organe sphérique et de l'étrier. En outre, les demi-arbres sont constitués par la combinaison de deux demiéléments séparés, les demi-arbres pouvant être facilement fabriqués en série de toute manière - classique, par exemple par moulage, par travail à la presse (forgeage) ou analogue. En outre, dans une variante de l'invention, dans le joint universel décrit précédemment, l'un des premier et second demi-arbres est solidaire d'un organe sphérique, remplaçant l'organe sphérique indépendant décrit précédem- ment, et l'autre demi-arbre forme de siège, dans des faces en regard des deux parties d'étriers, ces faces ayant une forme tronconique afin que chaque cône ait un sommet vir- tuel d'angle sensiblement égal à 90 , les sommets virtuels des cônes étant pratiquement en contact ou confondus. En outre, des faces incurvées sont formées dans les surfaces en regard des sièges. Chacune de ces faces incurvées a un axe central de direction transversale aux demi-arbres et est formée par une partie périphérique d'un cylindre vir- tuel ayant le même diamètre que l'organe sphérique qui est supporté entre les faces incurvées afin qu'il puisse tourner. La construction précédente présente les avantages suivants. D'abord, comme l'un des demi-arbres est solidaire de l'organe sphérique qui remplace l'organe sphérique indé- pendant de la construction décrite précédemment, cette construction forme une structure plus robuste de raccorde- ment, convenant bien à la transmission de couples élevés, étant donné le plus petit nombre d'éléments de raccor- dement. Ensuite, cette construction permet une réduction supplémentaire de coût et une plus grande efficacité par réduction des opérations de fabrication et de montage du joint universel. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur: lesquels: la figure 1 est une coupe par un plan transversal représentant un joint universel selon un mode de réalisa- tion préféré de l'invention; la figure 2 est une coupe suivant.la ligne II-II de la figure 1; la figure 3-est une élévation latérale d'un premier demi-arbre du joint universel de la figure 1; la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; la figure 5 est une vue en plan. suivant les flèches V de la figure 3; la figure 6 est une vue en plan illustrant les opérations de montage du joint universel selon l'invention; la figure 7 est une élévation latérale éclatée en coupe partielle représentant le premier demi-arbre (ou le second demi-arbre); les figures 8, 9 et 10 sont des coupes représentant divers dispositifs de raccordement des demi-éléments; les figures 11 à 16 sont respectivement une coupe longitudinale et des coupes transversales représentant divers dispositifs de raccordement des demi-éléments formés à la presse et représentés sur la figure 11; la figure 17 est une coupe longitudinale d'un joint universel selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention; la figure 18 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 17; la figure 19 est une coupe représentant un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 20 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 19; et la figure 21 est une coupe représentant le raccorde- ment d'un demi-arbre comprenant un organe sphérique qui lui est solidaire et d'un autre demi-arbre. On se réfère d'abord à la figure 1; un joint uni- versel A selon l'invention comporte un premier demi-arbre 2a et un second demi-arbre 2b, ayant chacun une paire de parties d'étrier 1, des sièges 3 ayant une forme tronco- nique et réalisés dans les faces en regard des parties 1 d'étrier, des faces incurvées 4 formées dans les faces en regard des sièges 3, et un organe sphérique 5 supporté entre les faces incurvées 4 afin qu'il puisse tourner. Les sièges 3 de forme tronconique, comme représenté sur la figure 3, sont réalisés de manière que chaque cône ait un sommet virtuel a ayant un angle de 90 sensiblement, les sommets virtuels a des cônes étant pratiquement en contact, c'est-à-dire confondus. En outre, les deux faces incurvées 4 formées à la face supérieure des sièges 3 ont un axe central en direc- tion sensiblement perpendiculaire aux arbres 2a, 2b et ces faces sont formées le long d'une partie de face périphé- rique d'un cylindre virtuel b de même diamètre que l'organe sphérique 5. On décrit le montage du joint universel A ayant la construction précitée, en référence à la figure 6. Après que l'organe sphérique 5 a été introduit entre les faces incurvées 4 des parties d'étrier du premier demi-arbre 2a, le second demi-arbre 2b est glissé latéralement, son axe étant perpendiculaire au premier demi-arbre 2a, les faces incurvées 4 du second demi-arbre 2b étant alors glissées sur l'organe sphérique 5. Ensuite, les demi-arbres 2a, 2b sont écartés afin qu'ils soient alignés. En conséquence, l'organe sphérique 5 est supporté par les faces incurvées 4 du premier organe 2a et du second organe 2b de manière qu'il puisse tourner en étant en contact linéaire avec les quatre faces périphériques externes, suivant deux axes recoupant perpendiculairement le centre de l'organe sphé- rique 5. En outre, étant donné que l'organe sphérique 5 est placé entre eux, les deux demi-arbres 2a, 2b ne peuvent pas se séparer l'un de l'autre. Lorsque ces demi-arbres 2a, 2b sont raccordés en étant alignés comme représenté sur la figure 2, comme les faces latérales inclinées des sièges tronconiques 3 des demi-arbres 2a, 2b sont en contact linéaire mutuellement, les demi-arbres 2a, 2b ne peuvent pas se déplacer en direction perpendiculaire à leurs axes, si bien qu'un couple peut être transmis de manière fiable. On se réfère maintenant à la figure 7 (qui ne repré- sente qu'un seul des demi-arbres); -les demi-arbres 2a, 2b sont constitués par deux demi-éléments séparés 2al et 2a2, formant les parties respectives d'étrier 1. Les demi- éléments respectifs 2al et 2a2 peuvent être rendus soli- daires par soudage comme représenté sur la figure 8, ou par un dispositif de fixation tel que des boulons 6 représentés sur la figure 9, ou ils peuvent être raccordés l'un à l'autre par disposition autour d'eux d'un collier externe 16 comme représenté sur la figure 10. La référence 15 de la figure 8 désigne des parties débordantes formées par soudage. Les demi-arbres 2a, 2b, constitués par la combinai- son des demi-éléments 2al et 2a2, peuvent être facilement fabriqués par moulage ou analogue. En outre, comme les demi-arbres 2a, 2b sont identiques, leur production en 2.616495 grande série est encore facilitée. Si les demi-arbres doi- vent être utilisés dans des applications à faible couple, les éléments peuvent être fabriqués en grande série à un. coût extrêmement faible, par exemple par travail à la presse d'une feuille métallique. Dans ce cas, une plus grande variété de dispositifs peut être utilisée pour l'in- terconnexion des demi-éléments 2al et 2a2. Par exemple, comme représenté sur la figure 12, des parties en saillie 7 peuvent être formées aux bords des demi-éléments 2al et 2a2, et ces éléments peuvent être raccordés au niveau de ces parties en saillie par soudage. Comme représenté sur la figure 13, les éléments peuvent être raccordés au niveau de parties en saillie 8 à l'aide de boulons 9. De plus, comme indiqué sur la figure 14, un bord des éléments peut être raccordé par matage et l'autre bord peut être raccordé par un boulon 12. Evidemment, les deux bords peuvent être raccordés par matage. Sur la figure 15, les demi-éléments 2al et 2a2 sont raccordés par disposition d'un collier externe 13 autour d'eux. De plus, dans l'arrangement repré- senté sur la figure 16, les demi-éléments sont disposés l'un au-dessus de l'autre sur une face périphérique externe d'un collier interne 14 qui, à sa face périphérique in- terne, a des gorges ou cannelures 14a, les différents éléments étant raccordés par soudage. La disposition de la figure 16 est commode car les demi-éléments-peuvent être raccordés par des cannelures 14a à un arbre cannelé externe (non représenté). Les faces incurvées 4 sont formées le long d'une partie de la face périphérique du cylindre virtuel b, ayant le même diamètre que l'organe sphérique 5. Dans ce cas, deux parties en saillie par exemple peuvent être formées aux extrémités inférieures du cylindre virtuel b afin qu'elles supportent l'organe sphérique 5 en son centre et empêchent le passage de l'organe sphérique par-dessus les parties en saillie. Cette disposition est avantageuse car le positionnement de l'organe sphérique 5 pendant son in- troduction est facilité, si bien que le montage du joint est facilité et le rendement de fabrication est accru. En outre, comme représenté sur les figures 17 à 20, divers organes de renforcement peuvent être formés sur les demi-arbres 2a, 2b. Ainsi, dans les réalisations représentées sur les figures 17 et 18, des nervures 17 sont formées axialement sur les demi-arbres 2a, 2b, aux faces externes des parties respectives d'étrier 1 des demi-arbres 2a, 2b. Ces nervures 17 sont formées à partir des bords antérieurs des parties respectives d'étrier 1 jusqu'au voisinage de leur base. Ces nervures 17 renforcent les parties des cols des bases des parties d'étrier 1 et contribuent ainsi au renforcement global du joint universel. Dans ce cas, la configuration des nervures 17 peut être avantageusement modifiée suivant l'utilisation prévue du joint universel A. Par exemple, à la place des nervures précédentes qui partent. des bords antérieurs des étriers 1 vers la proximité des cols, les nervures peuvent être formées uniquement aux-faces externes des cols des étriers 1. En outre, dans les réalisations des figures 19 et , des bagues de renforcement 10 sont montées sur les minces surfaces externes des parties des cols des parties d'étrier 1 des demi-arbres respectifs 2a, 2b, les bagues de renforcement 10 recouvrant les parties minces, si bien que les parties minces recouvertes par ces bagues 10 ont prati- quement la même épaisseur que les parties cylindriques des demi-arbres respectifs. Cet arrangement, malgré sa simpli- cité, donne une résistance mécanique suffisante au joint. Il est possible, pour la fixation de la bague 10 de renforcement sur le demi-arbre, de former sur la bague, sur le demi-arbre ou sur les deux, une gorge de clavetage destinée à coopérer avec une clavette fixée au demi-arbre, à la bague ou aux deux, ou avec une clavette indépendante destinée à être introduite depuis l'extérieur du joint. Il est aussi possible de fixer par soudage des parties de contact de la bague et du demi-arbre. La bague 10 de renforcement doit avoir une épaisseur 26 1 6 495 telle que la partie mince 21 puisse avoir au moins prati- quement la même épaisseur que la partie cylindrique 20 du demi-arbre lorsque la bague 10 est montée sur la partie mince 21. En outre, la bague 10 de renforcement doit avoir une longueur suffisante pour qu'elle recouvre la surface externe de la partie mince, mais il n'est pas nécessaire qu'elle rejoigne l'extrémité de la partie cylindrique du demiarbre (extrémité opposée à celle à laquelle l'organe sphérique 5 est introduit). En outre, si les demi-arbres (demi-éléments) ou les organes de renforcement sont formés d'une résine moulée par injection, le joint universel peut encore être fabriquée à un coût plus faible grâce au rendement élevé de fabrication donné par le procédé de moulage par injection. En outre, les demi-arbres (demi-éléments) ou les organes de renforcement peuvent être formés d'un matériau produit par un procédé de moulage par injection d'un maté- - riau en poudre ou d'une poudre métallique. Ce procédé de moulage par injection d'une poudre métallique est décrit brièvement dans la suite. Initialement, une poudre métallique, par exemple d'acier inoxydable, est bien mélangée à un liant convenable afin que les particules de poudre soient couvertes du liant. Ensuite, le mélange est traité dans un dispositif de granulation afin qu'il forme des granulés qui peuvent être facilement introduits dans un dispositif de moulage par injection. Ce matériau sous forme de granulés est chauffé puis fondu par injection dans un moule ayant une forme prédéterminée. Après que ce matériau moulé a été chauffé à nouveau afin que le liant qu'il contient soit éliminé, le matériau est soumis à une opération de frittage. Dans ce frittage, le matériau présente un retrait physique de 30 à %. Ensuite, ce matériau présentant un retrait est mis sous forme d'un produit terminé. Ce matériau ayant subi le retrait a une résistance mécanique élevée car il a une structure très compacte et convient à la formation d'un demi-arbre ou d'un organe de renforcement très robuste, avec un rendement plus élevé que celui des organes fabri- qués par d'autres procédés tels que le moulage ou le tra- vail à la presse. Par ailleurs, le matériau en poudre utilisé dans le procédé précédent peut être, à la place d'une poudre d'acier inoxydable, une poudre céramique, une poudre de matière plastique ou analogue, suivant l'application prévue du joint universel. Dans ces cas aussi, il est possible de fabriquer les organes avec un rendement élevé sans perte de matériau, si bien que le joint universel peut être fabriqué à un coût encore plus faible. Dans la construction représentée sur la figure 21, l'un des demi-arbres 2a est réalisé solidairement avec un organe sphérique 5' sur lequel l'autre demi-arbre 2b est monté, si bien qu'un joint universel A est formé. Dans ce cas, comme la face incurvée 4 de l'autre demi-arbre 2b est au contact de l'organe sphérique 5' du demi-arbre 2a, le demi-arbre 2b peut tourner par rapport à l'organe sphérique '. La construction précédente présente des avantages car le joint universel est plus robuste et convient mieux aux applications nécessitant des couples élevées, étant donné le nombre réduit de connexions.. Cette construction est aussi avantageuse car l'opé- ration de montage peut être encore facilitée, le joint pouvant être assemblé par une seule opération de montage. En conséquence, le rendement de fabrication du joint uni- versel peut encore être amélioré. Ce demi-arbre, solidaire de l'organe de forme sphé- rique dans la construction représentée sur la figure 21j peut être facilement réalisé par le procédé précité de moulage par injection (surtout dans le cas de l'utilisation d'un matériau à base d'une résine) ou par le procédé de moulage par injection d'une poudre métallique (surtout dans le cas de l'utilisation d'un matériau métallique). Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux joints universels qui il viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Joint universel, du type qui comprend: un premier et un second demiarbre (2a, 2b), ayant chacun une paire de parties d'étrier (1), et un organe sphérique (5) disposé entre le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) afin qu'il raccorde les demi- arbres en permettant le déplacement de l'un d'eux au moins, caractérisé en ce que le premier et le second demi- arbre (2a, 2b) sont constitués par deux demi-éléments sépa- rés (2al, 2a2) formant ensemble la paire de parties d'étrier (1), en ce que des sièges (3) ayant une forme tronconique sont disposés dans des faces en regard des parties d'étrier (1), chaque cône ayant un sommet virtuel (a) faisant un angle de 90 pratiquement, les sommets virtuels (a) des cônes des sièges en regard (3) étant pratiquement en contact, en ce que les sièges (3) délimi- tent des faces incurvées (4) disposées en regard, et en ce que- les sièges (3) ont un axe central de direction trans- versale aux demi-arbres et sont formés par une partie d'une surface périphérique d'un cylindre virtuel (b) ayant le même diamètre que l'organe sphérique (5) qui est supporté de manière qu'il puisse tourner entre les faces incurvées (4). 2. Joint universel selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les demi-éléments (2al, 2a2) constituant le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) sont formés par un dispositif de forgeage. 3. Joint universel selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les demi-éléments (2a1, 2a2) constituant le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) sont formés par une feuille métallique emboutie. 4. Joint universel selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les demi-éléments (2al, 2a2) constituant le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) sont formés par un procédé de moulage par injection d'une résine. 5. Joint universel selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les demi-éléments (2al, 2a2) constituant le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) sont formés d'un matériau métallique mis en forme par un procédé de moulage par injection d'un matériau en poudre. 6. Joint universel comprenant: un premier et un second demi-arbre (2a, 2b) ayant chacun une paire de parties d'étrier (1), et un organe sphérique (5') placé entre le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) et les raccordant afin que l'un au moins des premier et second demi-arbres (2a, 2b) soit mobile, caractérisé en ce que l'un des premier et second demiarbres (2a, 2b) est formé en une seule pièce avec l'organe sphérique (5'), l'autre demi-arbre (2a, 2b) for- mant, dans des faces en regard d'une paire de parties d'étrier (1), des sièges (3) ayant une forme tronconique telle que chaque cône a un sommet virtuel (a) faisant un angle de 90 sensiblement, les sommets virtuels (a) des cônes -étant sensiblement en contact, en ce que les sièges (3) délimitent des faces incurvées (4) dans les faces en regard, et en ce que les sièges (3) ont un axe central de direction transversale aux demiarbres et sont formés par une partie d'une face périphérique d'un cylindre virtuel (b) ayant le même diamètre que l'organe sphérique (5') qui est supporté de manière qu'il puisse tourner entre les faces incurvées (4). 7. Joint universel selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) sont formés par un procédé de moulage par injection. 8. Joint universel selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le premier et le second demi-arbre (2a, 2b) sont constitués d'un matériau métallique mis en forme par un procédé de moulage par injection d'un matériau en poudre. 9. Joint universel selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un organe de renfor- cement (10) est fixé à une surface périphérique externe d'une partie mince (21) du premier demi-arbre (2a) et du second demi-arbre (2b), l'organe de renforcement (10) re- couvrant une partie au moins de la surface périphérique externe. 10. Joint universel selon la revendication 9, carac- térisé en ce que l'organe de renforcement (10) comporte une bague de renforcement ayant une épaisseur telle que la partie mince (21) peut avoir pratiquement au moins la même épaisseur que la partie de forme cylindrique (20) des demi- arbres respectifs (2a, 2b) lorsque la bague (10) est dispo- sée sur la partie mince (21). 11. Joint universel selon la revendication 9, carac- térisé en ce que l'organe de renforcement (10) est une nervure formée axialement sur le premier et le second demi- arbre (2a, 2b), à une surface externe. 12. Joint universel selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce que la nervure part des bords antérieurs du premier et du second demi-arbre (2a, 2b) et rejoint le voisinage de la partie mince (21). - -