Brevet FR2657929A1 — publié le 19910809

La présente invention concerne les joints homocinétiques du type tripode, utilisés notamment dans des transmissions de véhicules automobiles. On connait de tels joints destinés à être interposés entre un élément menant et un élément mené, et comprenant un premier organe ou tripode comportant trois tourillons radiaux espacés angulairement de ', sur lesquels sont montés rotatifs et coulissants avec interposition d'éléments de roulement, des galets de forme extérieure sphérique, et un deuxième organe appelé tulipe, délimitant trois chemins de roulement qui sont eux aussi espacés angulairement de 120, pré- sentent en section par un plan perpendiculaire à leur ligne moyenne, une forme circulaire, et coopèrent avec les galets précités. Dans un tel joint connu les éléments de rou- lement sont des aiguilles interposées entre la surface interne cylindrique des galets et la surface adjacente des tourillons. On sait également que lorsque le joint fonc- tionne sous angle, des réactions axiales cycliques sinusoidales sont engendrées, dont la fréquence est égale à trois fois la fréquence correspondant à la rotation du joint, et dont l'amplitude est propor- tionnelle au couple transmis par le joi nt et sensi- blement proportionnelle à l'angle de travail de ce joint. En effet, lors de ce fonctionnement sous angle, les galets se déplacent axialement le long des tourillons du tripode, ce déplacement s'effectuant également suivant une loi sinusoïdale Au cours de ce mouvement axial, chaque galet glisse sur ses aiguilles avec un certain frottement et l'effort transmis aux pistes des chemins de roulement de la tulipe engendre une réaction dont une composante est dirigée selon l'axe de la tulipe. D'une façon générale, lorsqu'un mouvement angulaire statique ou dynamique est imprimé au joint, les galets se déplacent axialement le long des bras du tripode et il en résulte un couple résistant propor- tionnel au couple transmis par le joint, au rayon de base de ce joint et au coefficient de frottement entre le galet et les aiguilles. Le but de l'invention est de diminuer les réactions axiales et les résistances aux mouvements axiaux et d'oscillation inhérents à ce type de joint, de façon à améliorer le confort du véhicule auquel il est intégré. A cet effet, l'invention a pour objet un joint à tripode du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est prévu entre chaque galet et le tou- rillon sur lequel il est monté, au moins deux séries d'éléments de roulement de diamètres différents, ve- nant successivement en contact avec les parois en regard de chaque galet et du tourillon associé. Suivant d'autres caractéristiques: les éléments de roulement d'au moins l'une des séries sont des corps roulants sphériques; les éléments de roulement d'au moins une des séries sont des corps roulants cylindriques de section circulaire, dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre des corps roulants sphériques; il est prévu une série de corps roulants cylindriques disposée axialement entre deux séries de corps roulants sphériques; les corps roulants sphériques et les corps roulants cylindriques sont alternés circonférentiel- lement; L'i nvention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: La Fig 1 est une vue en coupe longitudinale d'un joint selon l'invention; La Fig 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig 1; Les Fig 3 et 4 sont des vues de détail dé- veloppées montrant deux agencements différents de corps roulants; La Fig 5 est un graphique illustrant l'avantage procuré par un joint selon l'invention. On voit aux Fig 1 et 2 un joint homociné- tique de type tripode, interposé entre deux arbres 10 et 20 L'arbre 10 porte un moyeu 11 à partir duquel s'étendent trois bras radiaux 12 délimitant des tourillons 13 dont les axes sont espacés à 120 '. Chaque tourillon est relié au moyeu par un congé 14 A son extrémité libre, le tourillon comporte une gorge annulaire 15 destinée à recevoir une rondelle de retenue 16. Le deuxième arbre porte à son extrémité une tulipe 21 comportant trois branches 22 qui délimitent trois chemins de roulement 23 ayant dans un plan perpendiculaire à leur ligne moyenne une section circulaire Les lignes moyennes de ces chemins de roulement peuvent être rectilignes comme représenté au dessin ou incurvées. Entre les tourillons 13 et les chemins de roulement 23 sont interposés des galets 31 délimitant d'une part une surface interne cylindrique 32 coaxiale à la surface des tourillons et d'autre part une sur- face externe sphérique 33 coopérant avec le chemin de roulement associé Des surfaces de raccordement tron- coniques 33 peuvent être prévues aux deux extrémités axiales des galets Entre la surface interne de chaque galet et la surface adjacente du tourillon associé, sont disposés des éléments de roulement sur lesquels porte plus précisément l'invention En effet comme représenté aux Fig 1 à 3, les éléments de roulement comprennent d'une part des corps roulants sphériques 34 ou billes disposés suivant deux rangées annulaires situées respectivement au voisinage de la base et au voisinage de la partie d'extrémité de chaque touril- lon, et d'autre part une série de corps roulants cylindriques 35 d'axes parallèles à l'axe du tourillon et disposés entre les deux rangées de billes. Cette disposition est représentée plus en détail sur la vue développée de la Fig 3. Les corps roulants sphériques ont un dia- mètre légèrement supérieur à celui des corps roulants cylindriques, la différence de diamètre étant de préférence comprise entre 3 et 15 micromètres. Le fonctionnement d'un tel joint est le suivant: Tout d'abord si le joint fonctionne sous un couple relativement faible, du fait de la différence de diamètre entre les corps roulants sphériques et les corps roulants cylindriques, seuls les premiers sont sollicités de sorte que l'effort nécessaire au dépla- cement axial des galets 31 le long des tourillons 13 est pratiquement nul puisque ce déplacement s'effectue sans frottement. Le couple augmentant, les corps roulants sphériques sont soumis à une charge progressivement croissante qui provoque un léger écrasement, répondant aux formules bien connues de Hertz Au-delà d'une va- leur déterminée Cby l'écrasement des corps roulants sphériques est suffisant pour que les corps roulants cylindriques 35 viennent en appui sur les deux sur- faces en regard 13, 32 Les charges correspondant à l'excédent de couple par rapport à Cb se répartissent entre les corps roulants sphériques et cylindriques, il s'ensuit au-delà du couple Cb un effort nécessaire au mouvement axial des galets sensiblement égal à la charge appliquée aux corps roulants cylindriques, multiplié par le coefficient de frottement entre ces derniers et les galets, la charge supportée par les corps roulants sphériques engendrant un effort pra- tiquement nul. Ce type de fonctionnement est illustré sur le schéma de la Fig 5 qui représente la valeur de l'effort axial en fonction du couple transmis par le joint Sur ce graphique, la droite en trait mixte représente l'effort axial en fonction du couple pour un joint de construction classique, tandis que la courbe en trait plein représente cet effort dans le cas d'un joint selon l'invention. La partie horizontale du second tracé de O à Cb correspond à la charge des seuls organes roulants sphériques tandis que la seconde partie correspond à la mise en charge des corps roulants cylindriques Le gain procuré par la disposition très simple de l'in- vention est clairement visible sur ce graphique. On a indiqué précédemment une plage préfé- rentielle comprise entre 3 et 15 micromètres pour la différence de diamètre entre les corps roulants sphériques et les corps roulants cylindriques Cette plage se justifie de la façon suivante: Au-dessous d'une valeur de 3 micromètres, le gain produit par l'effet de roulement sous faible couple serait trop faible pour justifier le surcot résultant de la présence de deux séries d'éléments différents Au-dessus de la valeur de 15 micromètres, les contraintes hertziennes sur les corps roulants sphériques risqueraient de devenir prohibitives Cette plage peut cependant varier selon la nature du maté- riau constituant les billes. On notera également que les moyens de ré- tention axiale des galets sont ici particulièrement simples: les corps roulants sphériques sont de préférence montés avec une légère précharge dans l'intervalle entre les tourillons et les galets, le degré d'interférence pouvant être de l'ordre de quelques micromètres La rondelle de butée 16 in- trodu ite dans la gorge 15 du tourillon assure la retenue des billes 34 Lorsqu'on tente d'extraire le galet, les corps roulants sphériques roulent jusqu'à ventr en butée contre cette rondelle 16 Dès lors que ces corps roulants sphériques sont en contact avec cette butée, ils ne peuvent plus rouler et le galet ne peut être extrait qu'en lui appliquant un effort axial important égal à l'effort de serrage résultant de la précharge des corps roulants dans l'intervalle de tourillonnement, multiplié par le coefficient de frottement entre les corps roulants et l'alésage du galet. Dans la variante représentée à la Fig 4, les corps roulants sont disposés d'une façon diffé- rente: les corps roulants cylindriques 45 ont une longueur plus importante que dans l'exemple de la figure 3 et s'étendent sur pratiquement toute la longueur de l'intervalle de tourillonnement entre le galet et son tourillon Les corps roulants sphériques 44 et les corps roulants cylindriques sont alors disposés de façon alternée suivant une direction cir- conférentielle dans l'intervalle de tourillonnement, trois corps roulants sphériques 44 alignés axialement étant dans l'exemple choisi disposés entre deux corps roulants cylindriques successifs. Bien entendu d'autres dispositions de corps roulants sphériques et cylindriques peuvent être uti- lisées sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1 Joint homocinétique, destiné à être interposé entre un élément menant et un élément mené, comprenant un premier organe ou tripode ( 11, 12) com- portant trois tourillons radiaux ( 13) espacés angu- lairement de 120 , sur lesquels sont montés rotatifs et coulissants avec interposition d'éléments de rou- lement, des galets ( 31) de forme extérieure sphérique, et un deuxième organe ( 21) appelé tulipe, délimitant trois chemins de roulement ( 23) qui sont eux aussi espacés augulairement de 120 ', présentent en section par un plan perpendiculaire à leur ligne moyenne, une forme circulaire, et coopèrent avec les galets pré- cités, caractérisé en ce qu'il est prévu entre chaque galet ( 31) et le tourillon ( 13) sur lequel il est monté, au moins deux séries d'éléments ( 34, 35; 44,45) de roulement de diamètres différents, venant succes- sivement en contact avec les parois en regard de chaque galet et du tourillon associé; 2 Joint homocinétique suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les éléments de rou- lement d'au moins une des séries sont des corps roulants sphériques ( 34, 44); 3 Joint homocinétique suivant la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les éléments de roulement d'au moins une des séries sont des corps roulants cylindriques ( 35; 45) de section circulaire dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre des corps roulants sphériques; 4 Joint homocinétique suivant la reven- dication 3, caractérisé en ce que la différence de diamètre entre corps roulants sphériques et cylin- driques est comprise entre 3 et 15 micromètres; Joint homocinétique suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu une série de corps roulants cylin- driques ( 35) disposée axialement entre deux séries de corps roulants sphériques ( 34); 6 Joint homocinétique suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les corps roulants sphériques ( 44) et les corps rou- lants cylindriques ( 45) sont alternés circonférentiel- lement; 7 Joint homocinétique suivant l'une quel- conque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les éléments de roulement sphériques sont introduits avec une précharge dans l'intervalle de tourillon- nement entre les galets et les tourillons et il est prévu un organe de butée ( 16) au voisinage de l'extré- mité libre du tourillon pour retenir ces organes de routement.