Brevet FR2636387A1 — publié le 19900316

La présente invention se rapporte à des roule- ments à contact roulant pour éléments de machines ou uni- tés, qui sont construits pour décrire un mouvement droit et avec une certaine inclinaison. L'invention a plus pré- cisément pour objet un roulement à rouleaux utilisable, entre autres, dans une transmission à roues avant motri- ces à joints universels pour véhicules automobiles. Dans un grand nombre des véhicules privés à en- tratnement par les roues motrices (à traction avant), le moteur transmet sa force motrice à un arbre d'entraîne- ment par l'intermédiaire d'une botte de vitesses. Le cou- ple est transmis à des arbres menés par l'intermédiaire de joints universels de transmission du couple à vitesse constante ou homocinétiques. Le joint universel comprend un bottier relié à l'arbre menant, le bottier présentant trois paires de voies de roulement parallèles qui sont circonférentiellement espacées. L'arbre mené comprend trois roulements espacés uniformément sur la circonféren- ce, qui portent chacun un galet en contact avec une voie de roulement du bottier du joint universel. Les roule- ments sont construits pour permettre un déplacement li- néaire de l'arbre mené par rapport au bottier et pour permettre aussi à l'arbre de s'incliner par rapport au bottier. Dans d'autres applications, l'arbre muni des roulements sera l'arbre menant et l'arbre muni du bot- tier sera l'arbre mené. Les bottiers des joints universels utilisés par les véhicules à traction avant sont réalisés sous diver- ses formes. De nombreux bottiers de ce type sont munis de voies de roulements circonférentiellement espacées qui sont à profil courbe dans la direction radiale par rapport l'axe du bottier. Des exemples de tels bot- tiers de joints universels sont représentés dans le bre- vet des E.U.A. 4 484 900, en date de 27 Novembre 1984, au nom de Michel A. Orain et intitulé "Articulated Trans- mission Joint Including Rollers", et dans le document de 2. 2636387 publication allemand DE 3 716-962-A déposé le 20 Mai 1987. D'autres bottiers de joints universels fabriqués actuellement et destinés à être utilisés dans des véhicu- les à traction avant comprennent des voies de roulement circonférentiellement espacées qui suivent un trajet cur- viligne le long duquel circule le galet unique d'un rou- lement. Un exemple est le bottier de joint universel dé- crit dans le brevet des E.U.A. 4 338 796 daté du 13 Juil- let 1982, au nom de Michel A. Orain et intitulé NSlida- ble Homokinetic Tripod Joint and A Corresponding Trans- mission Having a Floating Shaft". Le brevet des E.U.A. 4 729 670, en date du 8 Mars 1988 et délivré au nom de Murphy et al, intitulé "Roller Bearing", décrit un bottier de joint universel destiné à être utilisé dans des véhicules à traction avant, qui comprend des voies de roulement planes paral- lèles et circonférentiellement espacées. Ainsi qu'on le décrit dans le brevet de E.U.A. 4 729 670, les roule- ments de l'arbre mené sont de forme rectangulaire parce qu'on a constaté que cette forme était nécessaire pour établir le bon contact et les contraintes appropriées le long de la ligne de contact entre le roulement et les voies de roulement du bottier. Toutefois, les roulements de forme rectangulaire et leurs éléments sont très co- teux. Si l'on souhaite réaliser un joint universel moins coûteux, il est donc souhaitable de disposer d'un joint universel pour véhicules à traction avant et qui comprenne un bottier du type décrit dans le brevet des E.U.A. 4 729 670 mais qui n'exige pas nécessairement le roulement de forme rectangulaire décrit dans ce brevet. L'invention apporte à la technique un roulement qui est différent par son type et sa forme de celui qui est dé- crit dans le brevet des E.U.A. 4 729 670, et qui peut ce- pendant être utilisé avec le bottier de joint universel décrit dans ce brevet. 3 2636387 En bref, l'invention a pour objet un roulement qui est utilisé avec un joint universel ayant un bottier équipé d'une pluralité de paires de voies de roulement planes et parallèles, circonférentiellement espacées. Les roulements sont montés sur des supports de roulements qui partent radialement d'un arbre rotatif et s'engagent entre des voies de roulement disposées en paires de voies de roulement espacées circonférentiellement. Cha- que roulement comprend une pluralité de rouleaux dispo- sés autour du support de roulement et un galet unique de grande dimension à surface courbe qui est en contact avec une seule voie de roulement à la fois, en restant espacé de l'autre voie de roulement par un petit jeu. Un manchon cylindrique est monté autour de la pluralité de rouleaux. La surface intérieure du manchon forme la ba- gue de roulement extérieure pour les rouleaux. Le galet unique de grande dimension présente une surface intérieu- re cylindrique qui est montée mobile en coulissement sur le manchon. La pluralité de rouleaux et le manchon peu- vent tourner autour du support de roulement mais sont en position fixe sur le support de roulement dans la direc- tion axiale. Le galet unique de grande dimension peut tourner autour du support de roulement et coulisser axia- lement sur le manchon. 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: la figure 1 est une vue éclatée d'un joint uni- versel homocinétique et elle montre une façon dont le roulement selon l'invention peut être utilisé; la figure 2 est une vue en partie en coupe mon- trant les roulements de la figure 1 logés dans le bot- tier; la figure 3 est une vue partielle agrandie, en partie en coupe, des roulements des figures 1 et 2; et 4 2636387 la figure 4 est une vue en coupe d'une deuxième forme de réalisation d'un roulement. Sur les différentes figures, les éléments analo- gues sont désignés par des numéros de référence analo- gues. Sur les dessins et, plus particulièrement, sur les figures 1 et 2, le joint universel à vitesse constan- te comprend un bottier 10 entraîné en rotation par l'ar- bre menant 12. L'arbre menant 12 peut être, par exemple, entraîné en rotation par la transmission ou botte de vi- tesses d'un véhicule à traction avant. Le bottier 10 com- prend trois lobes 14, 16 et 18, uniformément espacés sur la circonférence, et qui servent de chemins de roule- ment. Les chemins de roulement 14, 16 et 18 présentent des voies de roulement planes parallèles 20 et 22, 24 et 26 ainsi que 28 et 30 respectivement, qui sont espacées circonférentiellement. L'arbre menant 12 fait tourner le bottier 10 qui fait tourner le croisillon ou tri-axe 37 monté sur l'arbre mené 32. Trois roulements 34 uniformément espa- cés dans la direction circonférentielle sont montés cha- cun sur l'un de trois supports de roulements ou touril- lons 36 espacés circonférentiellement, qui font saillie radialement sur le tri-axe 37 solidaire de l'arbre mené 32. L'arbre mené 32 peut être accouplé, par exemple, à un joint universel homocinétique pour entraîner une roue avant d'une voiture automobile. Ainsi qu'on peut le voir en se reportant aux flèches sur la figure 1, l'arbre menant 12 entraîne l'ar- bre mené 32 dans le même sens que les flèches curvili- gnes tout en permettant en même temps à l'arbre mené 32 de se déplacer linéairement dans l'un ou l'autre sens le long des voies de roulement espacées présentes dans les chemins de roulement extérieurs 14, 16 et 18. En outre, l'agencement permet à l'arbre mené 32 de décrire un mou- vement angulaire ou d'inclinaison dans le bottier 10. Sur la figure 3, chaque support de roulement 36 part radialement de l'arbre mené 32 pour s'engager entre deux voies de roulement espacées. Chaque roulement com- prend une pluralité de rouleaux, tels que les aiguilles 40, disposés en une couronne autour du support de roule- ment 36. Un manchon cylindrique 42 est monté autour de la pluralité de rouleaux 40. La surface intérieure 44 du manchon 42 forme la cage extérieure pour les aiguilles 40. Un unique galet 46 de grande dimension est mon- té sur le manchon 42. Le galet 46 possède un alésage cy- lindrique et peut coulisser axialement sur le manchon 42. Le galet 46 circule entre deux voies de roulement planes parallèles espacées formées dans le bottier, tel- les que les voies 20 et 22. Le tri-axe 37 est muni d'épaulements 48 dirigés vers l'extérieur et chaque sup- port de roulement 36 présente une gorge annulaire 50 es- pacée axialement de l'épaulement 48. Une rondelle 52 est montée -sur 'épaulement 48 du tri-axe 37 qui regarde vers le haut et autour du support de roulement 36. Une deuxième rondelle 54 est montée autour du support de rou- lement et est espacée axialement de la rondelle 52. Un anneau d'arrêt 55 monté dans la gorge 50 du support de roulement 36 maintient les rondelles 52 et 54, les ai- guilles 40 et le manchon 42 dans une position axiale fixe sur le support de roulement 36. Bien que les aiguil- les 40 et le manchon 42 soient arrêtés axialement sur le support de roulement, ces éléments peuvent tourner au- tour du support de roulement. Des ressorts de centrage annulaires 56 et 57, qui sont arrêtés en position axiale par des gorges pré- vues sur le manchon 42, exercent une sollicitation élas- tique contre les surfaces d'extrémités 58 et 52 respecti- vement du galet unique 46. Les ressorts servent à mainte- nir le galet unique 46 dans une position centrée dans la direction axiale sur le manchon 42 lorsqu'aucun couple 6 2636387 n'est transmis par le joint universel. Des saillies annu- laires 70 et 72 prévues sur les ressorts 56 et 57 respec- tivement sont engagées dans des gorges du manchon 42. Le manchon 42 et le galet 46 tournent autour du support de roulement 36 à peu près à la même vitesse de rotation. Toutefois, étant donné que le galet 46 est mon- té libre en coulissement axial le long du manchon 42, ce galet 46 peut coulisser axialement par rapport au man- chon 42 en réponse aux exigences cinématiques du joint. Etant donné que le mouvement de coulissement du galet unique 46 s'effectue par rapport au manchon 42 et non pas directement le long des aiguilles 40, il n'est pas nécessaire de prévoir des aiguilles plus longues que le manchon 42. Dans les joints universels homocinétiques utili- sés actuellement, la contrainte de contact exercée sur les aiguilles est très élevée et la contrainte de con- tact exercée sur la voie de roulement de galet unique prévu dans le bottier est relativement basse. Par exem- ple, la contrainte de contact exercée sur les aiguilles peut être 2, 3 ou 4 fois supérieure à la contrainte de contact exercée sur la voie de roulement du galet unique dans le bottier. Les joints universels de la technique antérieure ne sont donc pas de la meilleure conception du point de vue de la longévité. La figure 4 montre une forme de réalisation de roulements qui est spécialement construite pour rendre la contrainte de contact exercée sur les aiguilles égale à la contrainte de contact exercée sur la voie de roule- ment du galet unique dans le bottier. Ceci donne la ré- sistance optimale à la contrainte lorsque cela est néces- saire. La périphérie extérieure 64 du galet unique 46 est courbe. La périphérie 66 de chacune des aiguilles 40 possède elle aussi une surface courbe dans la direction longitudinale ainsi que dans la direction circonféren- tielle des aiguilles. La surface cylindrique 48 et l'alé- 7 2636387 sage cylindrique du galet unique 46 présentent la con- trainte de contact la plus basse et représentent donc le meilleur emplacement pour supporter le coulissement axial. Le contact entre la surface courbe 64 et la voie de roulement du bottier et le contact entre la surface courbe 66 des aiguilles et la bague intérieure 42 consti- tuée par le manchon sont conçus pour optimiser les ni- veaux de contrainte au droit des contacts des aiguilles et du contact entre le galet unique et la voie de roule- ment pour un jeu donné de conditions de travail du joint. C'est-à-dire que les niveaux de contrainte au con- tact entre le galet extérieur 46 et la voie de roule- ment, comparés aux niveaux de contrainte au contact en- tre les aiguilles et la bague 42, sont rendus sensible- ment égaux et optimisés. Un chapeau de retenue annulaire 60 peut être utilisé pour retenir l'anneau d'arrêt 55 dans la gorge , comme ceci est représenté dans la forme de réalisa- tion de la figure 4. En outre, bien que ceci ne soit pas représenté, un chapeau de retenue peut être utilisé dans la forme de réalisation de la figure 3 pour retenir l'an- neau d'arrêt. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. 8 2636387 REVENDICATIONS 1. Joint universel comprenant un bottier (10) possédant une pluralité de paires espacées cironféren- tiellement de voies de roulement planes parallèles (20 et 22, 24 et 26, 28 et 30), un arbre rotatif (32); des supports de roulements (36) espacés circonférentielle- ment sur l'arbre (32), chaque support de roulement fai- sant saillie radialement sur l'arbre pour s'engager en- tre les deux voies de roulement de l'une des paires de voies espacées circonférentiellement qui sont portées par ledit bottier, un roulement (34) monté sur chaque support de roulement (36), caractérisé en ce que chaque roulement possède une pluralité de rouleaux (40) qui en- tourent le support de roulement (36), et un galet unique (46) de plus grande dimension, possédant une surface courbe (64) qui circule entre deux voies de roulement (20 et 22, 24 et 26, 28 et 30) de l'une des paires de voies de roulement espacées du bottier (10), et peut en- trer en contact avec l'une ou l'autre de ces voies. 2. Joint universel selon la revendication 1, ca- ractérisé en outre en ce que chacun des rouleaux (40) qui entoure le support de roulement (36) présente une surface périphérique courbe. 3. Joint universel comprenant un bottier (10) possédant une pluralité de paires espacées circonféren- tiellement de voies de roulement planes parallèles (20 et 22, 24 et 26, 28 et 30), un arbre rotatif (32); des supports de roulements (36) espacés circonférentielle- ment sur l'arbre (32), chaque support de roulement fai- sant saillie radialement sur l'arbre pour s'engager en- tre les deux voies de roulement de l'une des paires de voies espacées circonférentiellement qui sont portées par ledit bottier, un roulement (34) monté sur chaque support de roulement (36), caractérisé en ce que chaque roulement possède une pluralité de rouleaux (40) qui en- 39 2636387 tourent le supDort de roulement (36), et un galet unique (46) de plus grande dimension, possédant une surface courbe (64) qui circule entre deux voies de roulement (20 et 22, 24 et 26, 28 et 30) de l'une des paires de voies de roulement espacées du bottier (10>, et peut en- trer en contact avec l'une ou l'autre de ces voies, un manchon cylindrique (42) monté autour de la pluralité de rouleaux (40), la surface intérieure (44) du manchon for- mant la voie de roulement extérieure pour lesdits rou- leaux; un galet unique (46) possédant une surface inté- rieure cylindrique qui est monté libre en coulissement sur le manchon et qui circule entre les voies de roule- ment (20 et 22, 24 et 26, 28 et 30) de l'une des paires espacées de voies de roulement dudit bottier (10), ladi- te pluralité de rouleaux et le manchon pouvant tourner autour du support de roulement (36) et étant arrêtés dans la direction axiale sur le support de roulement, le- dit galet unique pouvant tourner autour du support de roulement et coulisser axialement sur le manchon. 4. Joint universel selon la revendication 3, ca- ractérisé en outre en ce que le manchon (42) et le galet unique (46) tournent autour du support de roulement (36) à peu près à la même vitesse de rotation. 5. Joint universel selon la revendication 4, ca- ractérisé en outre en ce qu'il comprend un ressort de centrage (56, 57) adjacent à chacune des extrémités axia- les du galet unique (36) pour maintenir ce galet unique dans une position centrée dans la direction axiale sur le manchon (42) lorsqu'aucun couple n'est transmis par le joint universel. 6. Joint universel selon la revendication 5, ca- ractérisé en outre en ce que le galet unique (46) possè- de une surface courbe qui circule entre les voies de rou- lement (20 et 22, 24 et 25, 28 et 30) de l'une des pai- res espacées de voies de roulement du bottier (10). 7. Joint universel selon la revendication 6, ca- 2636387 ractérisé en outre en ce que la pluralité de rouleaux (40) qui entourent le support de roulement (36) ont cha- cun une périphérie courbe.