Brevet FR2650645A1 — publié le 19910208

Joint homocinétique à vitesse constante " La présente invention concerne un joint homocinétique à vitesse constante utilisé dans les arbres de transmission de puissance pour automobiles et analogues. Plus particulièremen:, l'invention concerne un joint à vitesse conszante permettant d'effectuer un déplacement angulaire e5 un déplacement axial entre un arbre d'entraînement et un arbre entraîné. Ce type de joint à vitesse ccnstante, comme indiqué à la figure 3, comprend un élément extérieur creux 3 comportant une cavité cylindrique 2 munie de rainures et guidage droites 1 paraiiées à l'axe, un élément intérieur 6 comportant une surface extérieure semi-sphérique 5 munie de rainures de guidage droites 4 parallèles à l'axe et coopérant avec les rainures 1 pour former des pistes de billes, des billes de transmission de couple 7 disposées d. ans les rainures 1 et 4, et une cage 11 munie de poches à billes 8 destinées à recevoir les billes 7, cette cage comportant également une surface intérieure semi- sphérique 9 et une surface extérieure semi-sphérique guidées respectivement, dans une liaison de type à contact, par la surface extérieure semi-sphérique 5 de l'élément intérieur 6 et par la cavité cylindrique 2 de l'élément extérieur 3, les centres de courbure des surfaces 9 et 10 étant décalés, dans le sens axial du joint, des deux côtés opposés du plan central des billes. Pour un angle d'intersection donné entre l'élément extérieur 3 et l'élément intérieur 6, et lorsque le joint est soumis à l'action d'un couple tout en glissant axialement, la cage 11 sert à maintenir les billes de transmission de couple 7 dans le plan bis-secteur de l'angle d'intersection. Les 1 lément sont lubrifiés par de la graisse compte tenu du glissement relatif qui se produit entre eux. Un joint homocinétique à vitesse constante de ce type est représenté à la figure 4 dans laquelle la résistance au glissement du joint est réduite pour permettre un déplacement axial doux en présence d'un déplacement anguiaire entre l'élément extérieur 3 et l'élément intér:eur 6 (voir la Publication de Modèle d'Utilité Japonaise n 63-2665). Dans ce -oint homocinétique à vitesse constante, la sur-face intérieure 9 de la cage 11 comprend une surface cylindrique 9a dans une zone axialement médiane, et des surfaces sphériques 9b disposées des deux côtés opposés de cette zone médiane, le raycn de courbure Rc des surfaces sphériques 9b étant apparemment le même que le rayon de courbure Ri de la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6. Le centre de courbure CL de la surface extérieure 10 de la cage 11 est décalé axialement par rapport au plan central P des billes, tandis que le centre axial O. de la surface intérieure 9 est décalé axialement par rapport au plan central P des billes d'une distance égale dans la direction opposée à 04. Les centres de courbure O0 et 02 des surfaces sphériques 9b sont espacés axialement de la même distance par rapport à 03, des deux côtés opposés de ce centre 03, ce qui permet de définir un jeu axial entre la surface intérieure 9 de la cage 11 et la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6. De plus, dans cette figure, le centre de courbure de la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6 est représenté dans une position axiale relative qui coïncide avec 03. En outre, il existe entre la bille de transmission de couple 7 et la poche à bille 8, un léger jeu de la poche (5 à 50 micromètres) qui, lorsqu'on l'associe, dans ce joint homocinétique à vitesse constante, avec la construction permettant d'obtenir une courte course axiale relative de l'élément intérieur 6 et de la cage 1, permet à la bille 7 de rouler doucement en i5 conduisant ainsi à une réduction de 'a résistance de glissement axiale du joint homocinétique. Le joint homocinétique à vitesse constante décrit ci-dessus est supérieur en ce sens qu'il permet d'obtenir un roulement doux des billes et une réduction de la résistance de glissement axiale du joint. Au contraire cependant, il y a encore beaucoup d'améliorations à faire en ce qui concerne la résistance au glissement intérieure entre les éléments. Plus particulièrement, la cage 11 est construite de façon que le rayon de courbure Rc de l'arc 9b de la surface intérieure 9 soit apparemment égal au rayon de courbure Ri de la surface extérieure de l'élément intérieur 6; par suite, lorsque 'la surface intérieure 9 de la cage 11 et la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6 viennent- mutuellement en contact tandis que la cage 11 et l'élément intérieur 6 se déplacent axialement l'un par rapport à l'autre tout en effectuant un déplacement angulaire du fait de la dispersion des tolérances de ' fabrication, il se produit une variation de la résistance de glissement dans la zone de contact du fait du changement de la position de contact, et une variation de la résistance de glissement du fait d'un changement dépendant du temps. Ainsi, on a constaté qu'il y avait encore beaucoup d'améliorations à faire pour réduire la résistance de glissement du joint. Pour résoudre ce problème, la présente invention concerne un joint homocinétique à vitesse constante comprenant un élément extérieur creux comportant une cavité cylindrique munie de rainures de guidage droites parallèles à l'axe, un élément intérieur comportant une surface extérieure semi- sphérique munie de rainures de guidage droites parallèles à l'axe et coopérant avec les premières rainures de guidage droites indiquées cidessus pour définir des pistes de billes, des billes de transmission de couple disposées dans ces rainures, et une cage comportant des cavités à billes destinées à recevoir les billes, cette cage comportant également une surface extérieure semi-sphérique destinée à être guidée, par une liaison de type à contact, par la cavité cylindrique de l'élérient extérieur, et une surface intérieure destinée à être guidée, dans une liaison de type à contact, par la surface extérieure semi-sphériaue de l'élément intérieur dans une position décalée axialement par rapport au centre de la surface sphérique de la surface extérieure, joint homocinétique à vitesse constante caractérisé en-ce - qu'il comporte un jeu de cavité formé entre l'espace occupé par la bille et la bille de transmission de couple, la surface intérieure de la cage comportant, en son milieu, une surface cylindrique parallèle à l'axe et destinée à venir en contact avec la surface extérieure de l'élément intérieur, les surfaces intérieures situées des deux côtés opposés de la surface cylindrique comportant des jeux axiaux permettant à la cage et à l'élément intérieur de se déplacer axialement sur une distar.nce prédéterminée l'un par rapport à l'autre, et présentant une forme telle que la- cage et l'élément intérieur forment un contact angulaire lorsque cet élément intérieur et cette cage se déplacent axialement l'un par rapport à l'autre. L'utilisation d'un léger jeu de la poche entre la bille de transmission de couze et la poche à bille, en combinaison avec la construction permettant d'obtenir un mouvement axial relatf de l'élément intérieur et de-la cage, permet aux billes de rouler doucement. De plus, pendant le déplacement axial, la surface extérieure de l'élément inzrieur vient en contact angulaire avec la surface inférieure de la cage dans une position toujours csnstante sur la surface intérieure, de sorte que a résistance au cglissement intérieure entre les éié-ents est faible, et que la résistance au glissement axiale de l'ensemble du joint est réduite au min-mum. L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté agrandie et en coupe longitudinale représentant une forme de réalisation d'un joint homocinétique à vitesse ccnstante selon la présente invention; - la figure 2 est une vue de côté agrandie et en coupe longitudinale du joint homocinéticue à vitesse constante, représentant un élément intérieur et une cage déplacés axialement l'un par rapport à l'autre, par rapport au cas de la figure 1; - la figure 3 est une vue de côté schématique globale, en coupe, représentant la dispositicn générale de ce type de.joint homocinétique à vitesse constante; et - la figure 4 est une vue de côté, en coupe longitudinale, d'un jcint homocinét:zue à vitesse constante classique. La figure 1 est une vue de côté grandie, en coupe longitudinale, représentant une forme de réalisation d'un joint homocinétique à vitesse constante selon la présente invention, dans laquelle les appellations et les références des éléments sont les mêmes que celles de l'art antérieur, de sorte que leur description se sera pas répétée. Le centre de courbure de la surface extérieure 10 de la cage il est indiqué en 04, et le plan central axial S de la surface intérieure 9, orthogonal à l'axe X-X, est décalé axialement, par rapport au plan central P des billes, de la même distance dans La direction opposée à O.. La surface intérieure 9 de la cage il est définie par deux arcs 9c dont les cenzres de courbure O. et Zc sont décalés axialement des deux côtés opposes du Mlan central S par des distances égales il et 12, et dont les rayons de courbure Rc sont également supérieurs au rayon de courbure Ri de la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6 dont le centre de courbure 03 est placé sur l'axe X-X. Dans l'état représenté à la figure 1, le plan central axial S de la surface intérieure 9 de la cage 11 coïncide avec le plan central axial de l'élément intérieur 6. Les points de contact P, et P2 sur la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6 sont placés dans des positions espacées angulairement par des angles égaux de part et d'autre du plan central axial S. Les centres de courbure O. et 02 des deux arcs 9c sont espacés axialement de part et d'autre du plan central axial S de manière à définir un jeu axial dont l'amplitude est égale à la distance entre les points de contact Pl' et P2' sur la cage 11, et les points de contact P1 et P2 sur l'élément intérieur 6. Par suite, lorsque l'élément intérieur 6 est déplacé axialement par rapport à la cage 11, la surface intérieure 9 de cette cage 11 vient en contact angulaire avec la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6. De plus, une surface - cylindrique 9a parallèle à l'axe est formée entre les deux arcs 9a, comme indiqué à la figure 1. Cette surface cylindrique 9d vient en contact avec la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6, ce qui permet ainsi de la -15 guider. A la figure 1, la surface cylindrique 9d et la surface extérieure 5 sont représentées en contact étroit l'une contre l'autre pour faciliter la description. Cependant, on comprendre qu'il existe en pratique un jeu de guidage radial entre les deux. L'angle de contact a entre la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6 et la surface intérieure 9 de la cage i1 est de préférence déterminé de façon que le contact se fasse dans les positions P,' et P2' qui résultent de la division de la surface intérieure 9 de la cage 11 en quatre longueurs axialement égales, bien que l'invention ne soit pas limitée à ce cas de figure. De plus, la distance 11 des centres de courbure Or et 02 des arcs 9c par rapport -au plan central S, est déterminée géométriquement par le rayon de courbure Rc des arcs 9c et par l'angle de cofitact a. Le rayon de courbure Rc des arcs 9c est supérieur au rayon de courbure Ri de la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6; les arcs 9c peuvent être pratiquement linéaires suivant les conditions requises. La figure 2 représente l'él--ent intérieur 6 et la cage 11 après qu'ils se szient déplacés axialement l'un par rapport à l'autre:usqu'à venir en contact angulaire l'un avec l'autre. Il existe alors un jeu axial 2 A 1 entre la surface in.érieure 9 de la cage 11 et la surface extérieure - de l'élément intérieur 6. D'autre part, un léger jeu g d'environ 5 à x10-6m de la poche est formé entre la bille de transmission de couple 7 et la poche à bille 8 de la cage 11, pour permettre un roulement doux de la bille de transmission de cou;de 7. On décrira maintenant le f:nctionnement du joint homocinétique à vitesse cor.sn-zante selon la présente invention construit de la man.ère décrite ci- dessus. A la figure 2, la cage 11l et l'élément intérieur 6 peuvent se déplacer axiai-'-ent l'un par rapport à 'L'autre d'une distance égale au jeu axial 2 DAL De plus, il existe un -eu de g entre la cavité à bille 8 de la cage 11 e: la bille de transmission de couple 7. Par suite,:orsque l'élément extérieur 3 et l'élément intér:eur 6 tournent librement avec un déplacement angulaire, la bille de transmission de couple 7 roule doucenent dans le sens axial entre la rainure de guidage linéaire 1 de l'élément extérieur 3 et la rainure de guidage linéaire 4 de l'élément intérieur 6. Pendant le déplacement ax:al, la surface extérieure 5 de l'élément intérieur 6 forme un contact angulaire avec la surface intérieure de la cage 11, 265064S ce contact se trouvant toujours dans la même position Pl' ou P2'. Par suite, pendant une transmission de couple associée à un déplacement anguLaire et à un déplacement axial entre l'élément extérieur 3 et l'élément intérieur 6, la résistance de glissement intérieure qui s'exerce entre le surfaces de contact des éléments est réduire et de la graisse est introduire dans les espaces en forme de coin formés sur les côtés opposés de la zone de contact Pl' ou P2' (voir figure 2) pour assurer une lubrification 1c satisfaisante. Par suite, la résistance de glissement axiale dans l'ensemble du joint est réduite au minimum. Le résultat doit être plus efficace si la surface de la cage est parkérisée, puis recouverte de MoS2. Mo2 Selon l'invention, la forrmaion d'un léger jeu, entre la bille de transmission de couple et espace occupé par la bille, en corzinaison avec la construction, permettant d'obtenir un mouvement axial relatif de l'élément intérieur et de a cage, offre aux billes la possibilité de rouler doucement. De plus, pendant un déplacement axial, la surface extérieure de l'élément intérieur fcrme un contact angulaire avec la surface intérieure de la cage dans 2 une position toujours constante sur la surface intérieure, de sorte que la résistance de glissement intérieure entre les éléments est faible, et que la résistance de glissement axiale dans l'ensemble du joint est réduite au minimum. REVENDICATION joint homocinétique à vitesse constante comprenant ur. élément extérieur creux comportant une cavité cylindrique munie de rainures de guidage droites parallèles à l'axe, un élément intérieur comportant une surface extérieure semi-sphérique munie de rainures de guidage droites parallèles à l'axe et coopérant avec les premières rainures de guidage droites indiquées ci-dessus pour définir des pistes de billes, des billes de transmission de couple disposées dans ces rainures, et une cage compcrtant des cavités à billes destinées à recevoir les billes, cette cage comportant également une surface extérieure semi-sphérique destinée à être guidée, par une liaison de type à contact, par la cavité cylindrique de l'élément extérieur, et une surface intérieure destinée à être guidée, dans une liaison de type à contact, par la surface extérieure semi-sphérique de l'élément intérieur dans une cavité décalée axialement par rapport au centre de la surface sphérique de la surface extérieure, joint homocinéticue à vitesse constante caractérisé en ce qu'il comporte un jeu formé entre l'espace occupé par la bille et la bille de transmission de couple, la surface intérieure (9) de la cage (11) comportant, en son milieu, une surface cylindrique parallèle à l'axe et destinée à venir en contact avec la surface extérieure (10) de l'élément intérieur, ies surfaces intérieures situées des deux côtés opposés de la surface cylindrique comportant des jeux axiaux permettant à la cage et à l'élément intérieur de se déplacer axialement sur une distance prédéterminée l'un par rapport à l'autre, et présentant une forme telle que la cage et l'élément intérieur forment un contact angulaire lorsque cet il élément intérieur et cette cage se déplacement axialement l'un par rapport à l'autre.