Brevet FR2627827A1 — publié le 19890901

L'invention concerne un joint de cardan composé de deux fourches qui peuvent tourner chacune autour d'un axe de rotation et comportent chacune deux branches de fourches opposées qui sont réunies l'une à l'autre à une extrémité et dont les extrémités libres sont munies de perçages dont les axes sont confondus et qui sont desti- nés à recevoir chacun l'un des quatre tourillons du croi- sillon, avec interposition de corps roulants et d'une bague de roulement extérieurement cylindrique dont le diamètre extérieur correspond à celui des perçages, l'ex- trémité libre de chaque branche de fourche étant munie d'une fente située dans la région du perçage mais dans une position décalée vers l'extrémité libre par rapport à l'axe du perçage, et d'un chapeau qui s'ajuste sur cet- te fente, l'extrémité libre et le chapeau étant en prise entre eux. Dans ce type de construction, il est déjà connu par le brevet de la RFA 3 209 658, de prévoir un chapeau qui est engagé par des saillies dans des rainures corres- pondantes prévues sur les surfaces des branches de la fourche qui délimitent la fente. Dans cette construc- tion, les fentes sont des surfaces légèrement coniques qui présentent un axe de génération qui s'étend selon une ligne déportée parallèlement à l'axe du perçage. Le chapeau et la branche de la fourche sont réunis entre eux par des vis associées aux surfaces d'accrochage. Chaque branche de la fourche est munie d'un chapeau et d'une fente correspondante. Naturellement, dans cette construction, la liaison par sûreté de forme ne peut in- téresser qu'une partie de l'épaisseur des branches de la fourche et, pour obtenir un accrochage, on est amené à affaiblir encore cette région en y formant des trous de passage des vis. Dans cette forme de réalisation, un inconvé- nient consiste en ce qu'il est nécessaire de prévoir un assemblage par vis entre le chapeau et la branche de la fourche, de sorte que les deux éléments sont affaiblis en section en raison des perçages nécessaires. Finale- ment, un inconvénient consiste en ce qu'il n'est possi- ble d'obtenir une liaison par sûreté de forme que sur une région partielle de l'épaisseur des branches de la fourche, de sorte que ces branches risquent de se défor- mer inégalement sous l'effet de forts couples, c'est-à- dire que les parties des branches de la fourche qui sont situées radialement à l'intérieur et qui doivent être ap- puyées contre le chapeau risquent de s'éloigner de ce dernier. Ceci entratne l'inconvénient consistant en ce que la bague de roulement mise en place ne bénéficie d'un guidage précis que dans sa région radialement exté- rieure, rapportée 'à l'axe de rotation de la branche du joint, tandis qu'en en présence d'un couple, les parties radialement intérieures de la bague ne sont pas suffisam- ment soutenues. En partant de cette base, l'invention a pour but de perfectionner le joint de cardan de telle manière que la liaison entre le chapeau et la branche de la four- che garantisse un bon guidage de la bague de roulement, même en présence de couples élevés et que, par ailleurs, on puisse se dispenser de vis pour la fixation dans l'état monté. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la surface de joint et les surfaces d'accro- chage correspondantes en appui les unes sur les autres sont réalisées, dans la direction circonférentielie et dans la direction axiale, sous la forme de surfaces par- tielles d'un c8ne imaginaire dont l'axe de génération est déporté par rapport à l'axe de rotation, en restant parallèle à cet axe, et coupe l'axe du perçage, et les diamètres des surfaces de section sont plus grands que l'épaisseur et plus petits que la largeur de la branche de fourche, dans les plans de section correspondants. En variante, ce problème peut être résolu par le fait que la surface de joint et les surfaces d'accro- chage correspondantes en appui les unes contre les au- tres sont réalisées sous la forme d'un guidage à queue d'aronde, et que les perçages des branches de la fourche et la région des chapeaux qui complète ces persages sont munies d'un segment fileté dans lequel la bague de roule- ment correspondante peut se visser par un segment fileté prévu sur sa surface externe. Dans cette configuration, un avantage consiste en ce qu'il n'est pas nécessaire de prévoir de vis pour effectuer l'assemblage entre la bran- che de la fourche et le chapeau correspondant. Dans la première solution, un avantage consiste en ce que l'assemblage est assuré uniquement par la liai- son par sûreté de forme, la bague contribuant à obtenir le blocage. Lorsque la bague de roulement est emmanchée, le chapeau ne peut plus exécuter de mouvements de rota- tion ou de basculement par rapport à la branche de four- che correspondante. Il est bloqué par la forme de la ba- gue de roulement. Un autre avantage réside dans le fait qu'on ob- tient une liaison sur toute l'épaisseur de la branche de fourche, de sorte qu'on obtient au total une solidité ho- mogène. Selon une caractéristique de l'invention, il est prévu qu'il existe un interstice entre les surfaces limites mutuellement opposées de la branche de fourche et du chapeau, dans la direction parallèle à l'axe de génération. Ceci facilite le mouvement de basculement qui place le chapeau dans la position de blocage, et facilite de même le démontage lorsqu'on a à démonter la garniture de croisillon. Le montage devient particulièrement simple lors- que l'extension de la fente sur la largeur de la branche de la fourche est plus grande que le diamètre extérieur des tourillons. Ceci apporte la possibilité d'un montage axial. Si les conditions de dimension ou de solidité ne le permettent pas, on peut dans chaque cas, même dans le cas d'une fente plus étroite, utiliser au moins une par- tie du contour de la fente pour pouvoir engager les tou- rillons ou des parties du corps du croisillon dans la fente, pour permettre ainsi de mettre le croisillon en place en l'inclinant. Finalement, on propose un procédé de montage du joint de cardan selon l'invention qui est caractérisé en ce que, lorsque le chapeau est enlevé, on engage les tou- rillons du croisillon dans les perçages, en utilisant au moins partiellement les fentes des branches de la four- che, en ce que, ensuite, on met le chapeau en place et on le charge dans la direction parallèle à l'axe de rota- tion du joint avec une force de flexion qui agit dans le sens qui s'éloigne du perçage et en ce que, ensuite, on emmanche les corps roulants avec la bague de roulement sur le tourillon, puis qu'on supprime la force de fle- xion. On obtient par ce moyen un emmanchement sim- plifié, c'est-à-dire plus facile, de la bague de roule- ment; par ailleurs, ceci garantit que les bagues de rou- lement peuvent être maintenues avec la pression nécessai- re. Finalement, on propose pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention un dispositif qui comprend un étrier qui prend appui uniquement sur les extrémités du chapeau et qui est muni en son centre d'un perçage dans lequel on peut enfiler un vis gui se visse dans un perçage fileté du chapeau. A l'aide de ce dispositif, on peut appliquer au chapeau la précontrainte ou force de flexion qui permettra d'introduire facilement la bague de roulement. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels ia figure 1 représente un arbre de transmission dans ses grandes lignes; la figure 2 est une coupe selon la ligne A-B de la figure 1, montrant une branche de fourche; la figure 3 est une coupe selon la ligne C-D de la figure 2; la figure 4 est une vue en élévation des de l'extrémité libre d'une branche de fourche d'un joint de cardan à l'état démonté; la figure 5 montre la disposition d'un chapeau par rapport à une branche de fourche d'un joint de car- dan avant la mise en place par rotation; la figure 6 est une représentation correspon- dant à la figure 2, complétée par l'étrier de montage; la figure 7 est une représentation corres- pondant à la figure 2, avec le chapeau monté pour l'usi- nage; la figure 8 est une coupe selon la ligne A-B de la figure 1, montrant une branche de fourche dans une va- riante de réalisation et; la figure 9 est une coupe selon la ligne C-D de la figure 8. L'arbre de transmission représenté sur la figu- re 1 comprend deux joints de cardan 1 et un arbre de transmission 2 qui les réunit. Chaque joint de cardan 1 est composé de deux fourches 3, 4 qui sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire du croisillon 10. Le croi- sillon 10 comprend quatre tourillons 11 disposés à angle droit les uns par rapport aux autres mais qui sont conte- nus dans un même plan, deux tourillons 11 d'une même pai- re, qui présentent un axe commun, étant reçus dans les branches de fourches opposées 5, 6 d'une fourche 3 ou 4 respectivement du joint. Dans cette construction, et comme on peut le voir sur les autres figures du dessin, le montage.de ces tourillons s'effectue avec interposition de corps rou- lants 12 disposés sur la surface externe des tourillons 11, et de bagues de roulement 13 servant à guider ces corps roulants dans des perçages 9 des branches 5, 6 de la fourche. Les branches 5, 6 des fourches 3, 4 d'un joint de cardan 1 sont réunies l'une à l'autre à une ex- trémité. Cette extrémité est désignée par 7. Dans la ré- gion des extrémités libres des branches 5, 6 d'une four- che, sont prévus des perçages 9. Les fourches 3, 4 du joint présentent un axe de rotation X-X. L'axe 14 des perçages 9 s'étend perpendiculairement à cet axe X-X. Sur la figure 2, on a représenté une coupe d'une branche de fourche 5, 6 ou, plus précisément de seulement d'une partie de cette branche, dans un plan dé- porté parallèlement à l'axe de rotation X-X. Ici, on n'a représenté sensiblement que l'extrémité libre 8 d'une branche 5, 6. Les branches 5, 6 sont fendues dans la ré- gion du perçage et, plus précisément, de telle manière qu'il se forme une fente 16 qui présente une largeur A supérieure au diamètre extérieur Dz du tourillon. La fen- te 16 présente des surfaces limites 28, 29. La fente 16 est fermé par un chapeau 15 qui possède un contour par- tiel correspondant au perçage 9, pour recevoir la bague de roulement 13. Les deux bras des branches 5, 6 de la fourche sont réunis l'un à l'autre par le chapeau 15. A cet effet, le chapeau 15 possède un évidement tourné et les branches 5, 6 de la fourche présentent à leurs extré- mités libres 8 une contre-surface correspondante. Les deux surfaces de blocage 18, 19 qui sont en appui l'une contre l'autre dans la région du joint 17 représentent, dans la direction axiale, c'est-à-dire dans la direction parallèle à leur axe de génération 30 et, dans la direc- tion circonférentielle, des parties de la paroi latérale K d'un cône imaginaire. Ces surfaces sont obtenues par usinage par enlèvement de copeaux, exécuté par un outil qui produit une coupe dans un plan ou le long d'une sur- face, ce plan ou cette surface correspondant à la généra- tion d'un cône possédant une surface latérale K autour de l'axe 30. L'axe de génération 30 de la paroi latérale du cône K est déporté parallèlement par rapport à l'axe de rotation X-X. Ce déport parallèle V est calculé de telle manière que, pour une section transversale dans le plan du diamètre minimum DKmin et du diamètre maximum DKmax de la surface conique K, on obtienne à chaque fois un diamètre qui est supérieur à l'épaisseur DG de l'ex- trémité libre des branches 5, 6 mais -inférieur à leur largeur BG. Dans la direction de la largeur, sont pré- vues, à côté des surfaces d'accrochage 18, 19, des surfa- ces limites 20 qui s'étendent jusqu'à l'extrémité des branches de fourche 5, 6 ainsi qu'une surface correspon- dante 21 sur le chapeau 15. Entre ces surfaces, il exis- te un interstice 31 dans la direction parallèle à l'axe de génération 30. Cet interstice 31 facilite le montage du chapeau 15 et son démontage qui supprime la liaison par sûreté de forme, telle qu'elle est représentée sur la figure 2. En rapprochant les surfaces limites 20 et 21 l'une de l'autre, on forme un interstice dans la région du joint 17, c'est-à-dire que les surfaces d'ac- crochage 18, 19 s'éloignent l'une de l'autre de sorte que le chapeau 15 peut pivoter avec jeu dans le joint 17, qui le sépare de la branche de fourche 5 ou 6 corres- pondante. La rotation se produit autour de l'axe de géné- ration 30 du cône K. Ainsi que ceci ressort de la figure 3, la bague de roulement 13 de configuration cylindrique possède un diamètre DL qui correspond au diamètre du perçage 9. Ce- ci est nécessaire pour le montage axial, c'est-à-dire pour permettre de monter la bague de roulement. sur le tourillon 11 correspondant par un mouvement parallèle à l'axe du tourillon 11. Sur la figure 4, on peut voir une vue représen- tant seulement une branche de fourche, par un détail. On peut voir sur cette vue la position de la fente 16 lors- que le chapeau est enlevé. La figure 5 montre la disposition du chapeau 15 avant le montage. Dans ce cas, le chapeau 15 se trouve dans une position basculée par rapport à la position d'accrochage qui est visible sur la figure 2. Pour le montage du chapeau 15, on fait pivoter ce chapeau autour de l'axe 30, de manière que les surfaces d'accrochage 18, 19 viennent se placer en contact. Toutefois, le mon- tage du chapeau 15 ne se produit qu'après que le croi- sillon 10 a été engagé dans le perçage 9 par son touril- lon 11 à travers l'encoche 16. Ensuite, on emmanche la bague de roulement 13 avec les corps roulants 12 montés dans cette bague, dans une direction radiale, rapportée à l'axe de rotation X-X, le long de l'axe 14 du perçage, qui correspond à l'axe du tourillon 11 dans l'état mon- té, pour l'emmancher par un mouvement dirigé radialement vers l'intérieur dans le perçage 9. Pendant l'emman- chement de la bague de roulement 13 dans le perçage 9, et comme on peut le voir sur la figure 6, un étrier de montage 14 est monté sur le chapeau 15. L'étrier de montage 14 est en appui par ses extrémités sur les extrémités 22 du chapeau 15. En son milieu, l'étrier de montage 24 présente un perçage épaulé 23 à travers lequel est enfilée une vis 32. La vis 32 munie d'un filetage peut se visser dans un perçage fileté 25 prévu dans le chapeau 15. L'axe du perçage fileté 25 est confondu avec l'axe de génération 30 du c8ne K. Au moyen de la vis 32, on peut exercer une force de flexion FB sur le chapeau 15. Sous cet effet, la région partielle 9b, qui complète le perçage 9, se déforme. Ceci facilite l'engagement de la bague de roulement 13 dans le perçage 9. Lorsque l'emmanchement de la bague de roulement 13 est terminé, on supprime la force de flexion FB en des- serrant la vis 32 et en enlevant l'étrier de montage 24. Le chapeau est bloqué dans sa position par rapport à l'extrémité libre de la branche de fourche correspondan- te et donne par ailleurs appui au profil extérieur de la bague de roulement 13. Finalement, on a représenté sur la figure 7 les position mutuelles du chapeau 15 et de l'extrémité libre 18 de la branche de fourche 5, 6 pour la phase de forma- tion du perçage de roulement 9, qui intéresse également la région partielle 9b qui fait partie du chapeau 15. Il est visible que le chapeau est muni de deux persages 26 - dans la région des surfaces limites 20, 21, et on peut visser dans les perçages 26 des vis de serrage 27 qui prennent appui sur les surfaces limites 20 portées par l'extrémité libre 8 de la branche de fourche 5, 6. On obtient par ce moyen que les surfaces d'accrochage 18, 19 prévues respectivement sur le çhapeau 15 et sur la branche de fourche 5, 6 sont maintenues en appui les unes contre les autres. De cette façon, il est possible de produire le persage 9 en un seul montage sur machine, qui simule l'état de montage final, c'est-à-dire que l'on peut obtenir les ajustements nécessaires pour la réception de la bague 13. Dans la forme de réalisation selon les figures 8 et 9, le chapeau 15 ainsi que les branches 5, 6 sont munies dans la région du joint 17, non pas de surfaces d'accrochage coniques, mais de surfaces d'accrochage droites 18, 19, qui s'étendent parallèlement à l'axe 14 du perçage, à la façon d'un guidage à queue d'aronde. Le blocage radial du chapeau 15 est ici assuré par la bague de roulement 13 qui prend ici aussi appui sur la branche de fourche 5, 6. La bague de roulement 13 est vissée directement dans la branche de fourche- 5, 6 et, par ailleurs, elle immobilise le chapeau 15 par le filetage. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au procédé, au dispo- sitif et au montage qui viennent d'être décrits sans sor- tir du cadre de l'invention. R EV EN D I C A T I ON S 1 - Joint de cardan, composé de deux fourches de joint qui peuvent tourner chacune autour d'un axe de rotation et comportent chacune deux branches de fourches opposées qui sont réunies l'une à l'autre à une extrémi- té et dont les extrémités libres sont munies de perçages dont les axes sont confondus et qui sont destinés à rece- voir chacun l'un des quatre tourillons du croisillon, avec interposition de corps roulants et d'une bague de roulement extérieurement cylindrique, dont le diamètre extérieur correspond à celui des perçages, l'extrémité libre de chaque branche de fourche étant munie d'une fen- te située dans la région du perçage, mais, dans une posi- tion décalée vers l'extrémité libre, par rapport à l'axe du perçage et d'un chapeau qui s'ajuste sur cette fente l'extrémité libre et le chapeau étant en prise entre eux, caractérisé en ce que la surface de joint (17) et les surfaces d'accrochage correspondantes (18, 19) en appui les unes contre les autres sont réalisées, dans la direction circonférentielle et dans la direction axiale, sous la forme de surfaces partielles d'une surface laté- rale de cône imaginaire (K) dont l'axe de génération est déporté par rapport à l'axe de rotation (X), en restant parallèle à cet axe, et coupe l'axe (14) du perçage, et les diamètres (DKmax, DKmin) des surfaces de section sont plus grands que l'épaisseur (DG) et plus petits que la largeur (DG) de la branche de fourche (5, 6) mesurée dans les plans de section correspondants. 2 - Joint de cardan, composé de deux fourches de joint qui peuvent tourner chacune autour d'un axe de rotation et comportent chacune deux branches de fourches opposées qui sont réunies l'une à l'autre à une extrémi- té et dont les extrémités libre sont munies de perçages dont les axes sont confondus et qui sont destinés à rece- voir chacun l'un des quatre tourillons d'un croisillon, avec interposition de corps roulants, et d'une bague de roulement extérieurment cylindrique dont le diamètre ex- térieur correspond à celui des perçages, l'extrémité libre de chaque branche de fourche étant munie d'une fente située dans la région du perçage, mais dans une position décalée vers l'extrémité libre, et d'un chapeau qui s'ajuste sur cette fente, l'extrémité libre de chaque branche et le chapeau étant en prise entre eux, caractérisé en ce que la surface de joint (17) et les surfaces d'accrochage correspondantes (18, 19) en appui les unes contre les autres sont réalisés sous la forme d'un guidage à queue d'aronde, en ce que les perçages (9) des branches (5, 6) de fourche et la région (9b) des chapeaux (15) qui complète ces persages sont munies d'un segment fileté (34) dans lequel la bague de roulement correspondante (13) peut se visser par un segment fileté (33) prévu sur sa surface externe (35). 3 - Joint de cardan selon une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'il existe un intersti- ce (31) entre les surfaces limites.(20, 21) mutuellement opposées de la branche de fourches (5, 6) et du chapeau (15), selon la direction de l'axe de génération (30). 4 - Joint de cardan selon une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que l'extension (A) de la fente (16) sur la largeur (BG) de la branche'de four- che est plus grande que le diamètre extérieur (DZ) des tourillons (11). - Joint de cardan selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments filetés (33, 34) de la bague de roulement (13) et de la branche de fourche (5, 6) ainsi que des chapeaux (15) sont disposés dans les régions de la bague et de la branche de fourche qui sont dirigées vers le centre du croisillon (10). 6 - Procédé de montage d'un joint de cardan se- lon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, lorsque le chapeau (15) est enlevé, on embotte les tourillons (11) du croisillon (10) dans les perçages (9), en utilisant au moins partiellement les fentes (16) des branches de la fourche (5, 6), en ce que, ensuite, on met le chapeau (15) en place et on le charge dans une direction parallèle à l'axe de rotation (X-X), avec une force de flexion qui agit dans le sens qui s'éloigne du perçage (9) et en ce que, ensuite, on emmanche les corps de roulements (12) avec la bague de roulement (13) sur le tourillon (11), puis qu'on supprime la force de fle- xion (FB). 7 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procé- dé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un étrier (24) qui prend appui uniquement sur les extrémités (22) du chapeau (15), et qui est muni en son centre d'un perçage (23) dans lequel on peut enfiler une vis (32) qui se visse dans un perçage fileté (25) du chapeau (15).