Brevet FR2655103A1 — publié le 19910531

L'invention concerne un joint homocinétique fixe, cyest-à-dire dont les éléments sont axialement fixes l'un par rapport à l'autre, comprenant un élément de joint extérieur, dans lequel sont formées un certain nombre de gorges s'étendant suivant des méridiens, réparties circonférentiellement et formant des pistes de roulement, un élément de joint intérieur, dans lequel sont formées un nombre égal de gorges s'étendant suivant des méridiens et formant également des pistes de roulement, les gorges étant mutuellement coordonnées par paires, chaque paire de gorges recevant entre elles une bille pour la transmission d'un couple, ainsi qu'une cage disposée entre les éléments extérieur et intérieur du joint et maintenant les billes dans des fenêtres de cage réparties circonférentiellement dans un plan, joint dans lequel les lignes médianes d'au moins une partie des gorges, mutuellement coordonnées par paires, pré- sentent au moins deux courbures différentes, avec des centres de courbure qui, à la position tendue ou posi- tion droite du joint, sont situés symétriquement les uns par rapport aux autres sur des côtés opposés du plan médian des billes. Des joints fixes (non télescopiques ou cou- lissants) de ce type sont nécessaires, par exemple, pour des véhicules automobiles à roues avant motrices, auquel cas les joints doivent permettre un grand angle de flexion et être capables de transmettre en même temps des couples élevés. Par le brevet GB 810 289, on connaît un joint homocinétique fixe dans lequel les gorges mutuellement coordonnées ont des lignes médianes en arc de cercle dont les centres de courbure sont décalés de quantités égales par rapport au plan médian des billes, en vue de la création d'un angle de direction Il s'agit d'un angle formé entre des tangentes aux billes dans les points de contact des billes avec la piste formée par la gorge considérée Le décalage des centres de courbure par rapport au plan médian de la bille, peut être désigné par ce que l'on appelle l'angle de décalage ("offset angle") qui est l'angle compris entre le plan médian de la bille et le rayon de courbure de la piste, passant par le centre de la bille, alors que le joint est tendu (en position tendue ou droite). Un défaut sérieux de ce joint connu est que la profondeur des gorges diminue aux extrémités de celles- ci, ce gui limite le couple transmissible quand la flexion est maximale Le grand angle de direction produit d'importantes forces axiales résultantes sur la cage à flexion maximale Ceci peut conduire à une sollicitation excessive lorsque le joint est fortement chargé, en particulier au démarrage en côte ou lors d'une tentative de dégager un véhicule bloqué alors que la direction n'est pas orientée droite, ce qui pourrait provoquer le coincement ou même la rupture du joint. Par le document DE 37 O O 868, on connaît un joint homocinétique fixe dans lequel la moitié seulement des paires de gorges sont réalisées avec l'angle de direction précité, obtenu par un décalage axial des centres des lignes médianes circulaires, par rapport au plan médian des billes, tandis que les pistes de l'autre e 2 moitié ont des lignes médianes avec un centre de cour- bure de position centrée et sont capables, du fait que leur profondeur reste la même, d'encaisser des couples essentiellement inchangés, même en cas de flexion. Cependant, la réalisation de deux types différents de gorges est trop coûteuse pour la fabrication en masse de joints destinés à des véhicules automobiles. Une autre insuffisance de ces joints connus est l'important mouvement radial dans les fenêtres de la cage des billes guidées dans les pistes à centres de courbure décalés, ce qui demande une cage relative- ment épaisse, avec le résultat que la profondeur utile des gorges est diminuée plus encore et que le couple transmissible est réduit davantage Une autre consé- quence est que, lors de la mise en place des billes à l'assemblage des joints, les fenêtres des cages sont souvent ébréchées aux bords. Le document DE 22 52 827 C 3 propose notamment, pour un joint connu du type mentionné au début, des gorges avec des lignes médianes qui se composent d'arcs de cercle et de droites qui s'y raccordement tangen- tiellement Les centres de courbure des arcs de cercle sont là encore décalés de quantités égales et en sens contraire au plan médian de la bille, lorsque le joint est tendu, et ces centres sont situés en dehors de l'axe; cependant, lorsque la flexion du joint est maximale, les inconvénients précités dus à la diminution de la profondeur des gorges, se manifestent plus forte- ment encore Dans cette construction, les grands angles de direction, formés lors d'une importante flexion dans les gorges situées dans le plan de flexion, ne sont pas nécessaires à la fonction de direction, laquelle est déjà assurée par les gorges qui se croisent à ce moment dans le plan perpendiculaire au plan de flexion Toute- fois, les forces axiales exercées sur la cage ont l'inconvénient, avec cette disposition, d'occasionner un frottement accru, une charge plus importante des billes et un plus grand risque de rupture du joint. Le but de la présente invention est de perfec- tionner un joint du type mentionné au début, de manière que la profondeur utile des gorges soit augmentée, même lorsque l'angle de flexion est grand, et avec lequel les forces agissant sur la cage, lorsque l'angle de flexion est important, soient considérablement réduites A cet effet, selon l'invention, les lignes médianes des gorges comportent chacune un segment de courbure plus étroite sur le côté du plan médian E K de la bille vers lequel est dirigé le rayon de décalage OA, OB de l'élément considéré du joint, et un segment de courbure plus large sur le côté du plan médian EK de la bille situé à l'opposé du rayon de décalage de l'élément considéré du joint. Selon une autre caractéristique, le centre de courbure du segment de courbure plus étroite de chaque ligne médiane, se trouve du côté de l'axe du Joint dirigé vers la gorge, et le centre de courbure du segment de courbure plus large se trouve du côté de l'axe du joint situé à l'opposé de la gorge. Selon d'autres caractéristiques particulière- ment avantageuses, les différents centres de courbure Mag Mak; Mig Mik des lignes médianes de chacune des gorges mutuellement coordonnées, sont situés chaque fois ensemble sur le rayon de décalage de l'élément considéré du joint, rayon qui est défini par l'angle de direction a, en position tendue du joint, que les rayons de cour- bure maximal et minimal, décrivant les extrémités des gorges, ont leurs centres à des points situés en dehors de l'axe du joint, que le plus grand rayon de courbure Rw est chaque fois plus grand que la moitié du diamètre du cercle de roulement RK(cercle primitif) des billes, sa valeur pouvant aller en particulier jusqu'à trois fois le rayon de ce cercle, que le rayon de courbure R e le plus petit est inférieur à la moitié du diamètre du cercle de roulement R, des billes, en particulier inférieur ou égal à 2/3 du rayon du cercle de roulement des billes, et que l'angle de direction a possède sa plus grande valeur lorsque le joint est tendu et diminue à mesure que l'angle de flexion B augmente Grâce à la configuration ainsi définie des gorges, on obtient à la fois un plus faible mouvement radial des billes, ce qui permet une profondeur accrue des gorges dans toute la plage de flexion du joint, et une nette diminution des forces axiales agissant sur la cage, du fait que l'angle de direction est diminué lorsque la flexion est plus grande La course radiale des billes ne devrait corres- pondre qu'à environ 4 % du diamètre du cercle de roule- ment, jusqu'à l'angle d'assemblage possible de 800 De cette manière, on crée donc un joint capable de trans- mettre des couples plus importants sur toute la plage de flexion, sans que cela entraîne des coûts supplémen- taires notables dans la fabrication, comparativement aux joints de type connu Les forces de frottement sur la cage, dans la phase de sollicitation critique quand la flexion est importante, sont réduites et les ébrèche- ments des bords des fenêtres de la cage lors de l'as- semblage du joint sont évités Les formes des gorges avec des rayons de courbure différents sont réalisables sans problèmes avec les possibilités actuelles de commande dans la fabrication. L'angle de commande a dans le plan de flexion peut avoir une allure symétrique dans les deux direc- tions sur l'étendue de l'angle de flexion B, mais on peut également prévoir une allure dissymétrique. Il convient que la profondeur des gorges de l'élément intérieur et de l'élément extérieur du joint soit sensiblement la même et reste constante sur l'angle de flexion La section des gorges est à conformer dans ce cas de manière que la distance entre les points de contact des billes et le bord de la gorge correspon- dante, en section droite, reste également sensiblement constante sur toute l'étendue de l'angle de flexion, de sorte que l'ellipse de charge maximale en pression ne vient pas se placer à proximité immédiate des bords, ce qui pourrait entraîner des ébrèchements. Une autre caractéristique de l'invention prévoit que le rapport de l'épaisseur de paroi de la cage au diamètre du cercle de roulement des billes est inférieur ou égal à 1: 18. Il est avantageux que les centres de courbure soient disposés de manière que pour une courbure moyenne dans la plage de l'angle de flexion B de O à 100, l'angle de direction a, avec le joint tendu, soit de 70 à 90, et que le centre du rayon de courbure moyen pour une ligne médiane à plus de deux segments soit situé sur l'axe de rotation du joint, tandis que, pour les extrémités des pistes, les centres de courbure sont situés en dehors de l'axe de rotation du joint, l'angle de direction diminuant jusqu'à 0 à mesure que l'angle de flexion augmente. Selon un mode de réalisation préféré, le centre Mig, M g du plus grand rayon de courbure R de la ligne médiane d'une gorge, se trouve de l'autre côté de l'axe médian et le centre Mik, Mak du plus petit rayon de courbure Re d'une gorge se trouve en deça de l'axe Ag du joint, par rapport à la position de la gorge elle- même De cette manière, on obtient la profondeur de gorge essentiellement constante Selon un autre mode de réalisation préféré, le rayon de courbure Rm des lignes médianes des gorges dans le plan médian de la bille B possède son centre Mam sur l'axe Ag du joint. Il est avantageux que l'angle de direction a. dans le plan de flexion devient nul lorsque l'angle de flexion B du joint devient supérieur à 200 On obtient ainsi l'avantage que les forces axiales sur la cage sont supprimées complètement au-dessus de cet angle de flexion. L'angle de direction a peut avoir une allure symétrique, dans le deux directions, sur l'étendue de l'angle de flexion B, mais il peut également avoir une allure disssymétrique, le cas échéant, si cela est plus avantageux pour la profondeur des pistes et les forces axiales appliquées à la cage. Il est préféré que l'angle de direction a passe à O dans la plage de l'angle de flexion B allant de 30 à 600 Il n'est pas nécessaire, pour obtenir une telle transition, que les angles des pistes soient symétriques par rapport au plan médian du joint. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation préférés mais nullement limitatifs, ainsi que des dessins an- nexés, sur lesquels: la figure 1 est une demi-coupe axiale d'un joint selon l'invention, en position étendue, avec des pistes ayant une ligne médiane composée de deux arcs de cercle; la figure 2 est une coupe du joint selon la figure 1 en position fléchie; la figure 3 montre l'allure d'une piste composée de deux arcs de cercle; la figure 4 montre l'allure d'une piste composée de trois arcs de cercle; et la figure 5 représente l'allure symétrique de l'angle de direction a, en fonction de la flexion B du joint pour des pistes composées de deux et de trois arcs de cercle, ainsi que l'enveloppe correspondante à variation continue de la courbure. Sur la figure 1, on voit un élément de joint extérieur 1 et un élément de joint intérieur 2; le premier est d'un seul tenant avec un bout d'arbre 3, tandis que l'élément intérieur est solidarisé en rota- tion avec un bout d'arbre 4 par une cannelure 5 et relié axialement à lui par un jonc 6 On voit également une piste 7 ménagée dans l'élément extérieur 1 L'élément intérieur 2 du joint présente une piste 8 et une bille 9 est maintenue entre les deux éléments dans les pistes formées par des gorges L'élément extérieur 1 et l'élé- ment intérieur 2 du joint forment des surfaces 10, 11 de guidage d'une cage, entre lesquelles est guidée une cage 13 qui reçoit la bille 9 Les surfaces de guidage de la cage ont leur centre de courbure au centre M du joint, a de sorte que la cage 13 présente une épaisseur de paroi 12 constante Aux points A et B, la bille 9 est en contact avec les pistes, représentées en coupe, et les tangentes TA et TB à ces points de contact renferment entre elles l'angle de direction a, correspondant au double angle de décalage 2 a Les droites O A' O 3 Z lesquelles sont perpendiculaires aux tangentes TA, TB aux points de contact A, B, forment ce que l'on appelle les droites ou rayons de décalage, délimitant chaque fois l'angle de décalage a,, avec le plan médian E de la bille et sur lesquels sont situés les centres de cour- bure Mag et Mak de la piste extérieure de la bille, ou les centres Mig et Mik de la piste intérieure de la bille Les centres de courbure des plus petits rayons de courbure Rei' Rea sont situés, par rapport aux centres de courbure des rayons de courbure plus grands, Rwat Rwi, sur différents côtés de l'axe A du joint; selon la construction représentée, les droites ou rayons de décalage O A et O forment chaque fois l'angle a o avec le plan médian EK de la bille Les centres de courbure des plus grandes courbures, M ig' Mage et des plus petites courbures, Mik, Mak I se trouvent de préférence à la même distance de l'axe A du joint Les rayons de courbure représentés se rapportent chaque fois au fond de la piste; il en va de même pour la ligne géométriquement médiane des pistes, laquelle est décrite par le centre My de la bille et est parallèle au fond de la piste. Sur la figure 2, les éléments sensiblement identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références Le joint est représenté ici à l'état fléchi sous l'angle 13 La bille s'est déplacée de sa position d'origine de l'angle 1/2 Le centre de courbure Mik se trouve sur la droite reliant le centre de cour- bure Mig au point de contact A', de sorte que la tan- gente TA au point de contact A' et la tangente TB au point de contact B' sont parallèles, ce qui revient à dire qu'elles forment un angle de direction nul De même, le centre de courbure Mig s'est déplacé sur la droite reliant le centre de courbure Mag et le point de contact A'' de la bille située à l'opposé, si bien que les tangentes TA" et T '' aux points de contact A" et BI' sont également parallèles et que l'angle de direc- tion sur la deuxième bille devient nul aussi. La figure 3 montre que la ligne médiane M de la piste présente les mêmes centres de courbure Mag et Mak que le fond de piste décrit précédemment. La figure 4 montre de quelle manière la ligne médiane M d'une piste se compose de trois arcs de cercle de courbures différentes et ayant des centres de cour- bure différents. Rw désigne le plus grand rayon de courbure à partir de Mag; Re désigne le plus petit rayon de cour- bure à partir de Mak et Rm est le rayon de courbure moyen à partir de M am Le centre de courbure Mam se trouve toujours sur l'axe de rotation du joint et sur le rayon de décalage, sous un angle a L de 70 à 90 La ligne médiane représentée d'une piste, est conçue pour un angle de direction a de O avec un angle de flexion B de vers les deux côtés Toutefois, comme, pour obtenir un joint fonctionnant convenablement, en évitant l'auto- blocage, l'angle de direction a ne doit pas descendre au-dessous d'une valeur comprise entre 70 et 90 jusqu'à un angle de flexion 1 de 100, on choisit en tant qu'angle de décalage ao, pour R une valeur de 8 et, pour Rw et Rel un angle de décalage a,, de 100 De cette manière, les milieux de piste Mag et Mak se trouvent chaque fois sur le point d'intersection d'un rayon partant du centre pour des angles de flexion B = 250 et le rayon de l'angle de décalage a O = 10 La forme brisée de la piste, constituée de trois arcs de cercle, peut être remplacée par une enveloppe ayant une variation continue de la courbure La figure 5 montre l'allure de son angle de direction sous forme d'une ligne en trait plein. Sur la figure 5, les allures des angles de direction a (en ordonnées) sont représentées de façon simplifiée en fonction de la flexion du joint (en abscisse) dans un diagramme La partie hachurée montre la région, entre l'angle de flexion B = 100 et l'angle de direction a de 140 à 180, dans laquelle il y a risque d'autoblocage en cas de flexion du joint. no L'allure de l'angle de direction a pour un joint ayant des pistes composées de deux arcs de cercle comme représenté en traits mixtes demande, au cas o l'allure de la piste est symétrique vers les deux côtés et atteint l'angle de direction a, = O pour un angle de flexion 3 de 400, un angle de décalage ad, d'au moins 90, ce qui correspond à un angle de direction a de 180, afin d'éviter la région d'autoblocage. L'allure de l'angle de direction pour la piste illustrée sur la figure 3, comportant trois arcs de cercle, est représentée en tireté Avec son centre de courbure Mam sur le rayon de décalage de l'angle de décalage a O = 80 et les centres de courbure Mag et Mak sur le rayon de décalage de l'angle de décalage a, = , la distance de sécurité, par rapport à la région d'autoblocage, est plus grande, malgré le fait que l'angle de décalage ac O soit plus petit L'allure de piste en pointillé a des avantages considérables pour le joint comparativement à l'allure en traits mixtes Un deuxième perfectionnement est obtenu par l'allure de piste à courbure continue sous forme d'une enveloppe du tracé en pointillé Elle est représentée en trait plein, mais seulement sur le côté droit du diagramme pour plus de clarté. il REVENDICATIONS 1 Joint homocinétique fixe, c'est-à-dire dont les éléments sont axialement fixes l'un par rapport à l'autre, comprenant un élément de joint extérieur ( 1), dans lequel sont formées un certain nombre de gorges ( 7) s'étendant suivant des méridiens, réparties circonféren- tiellement et formant des pistes de roulement, un élément de joint intérieur ( 2), dans lequel sont formées un nombre égal de gorges ( 8) s'étendant suivant des méridiens, et formant également des pistes de roulement, les gorges ( 7, 8) étant mutuellement coordonnées par paires, chaque paire de gorges recevant entre elles une bille ( 9) pour la transmission d'un couple, ainsi qu'une cage ( 13) disposée entre les éléments extérieur et intérieur ( 1, 2) du joint et maintenant les billes ( 9) dans des fenêtres de cage réparties circonférentiel- lement dans un plan EK, joint dans lequel les lignes médianes M d'au moins une partie des gorges ( 7, 8), mutuellement coordonnées par paires, présentent au moins deux courbures Red Rw différentes, avec des centres de courbure Mag e Mak; Mig, Mik qui, à la position tendue ou position droite du joint, sont situés symétriquement les uns par rapport aux autres sur des côtés opposés du plan médian des billes EX, et dans lequel les tangentes aux lignes médianes de gorges mutuellement coordonnées par paires des deux éléments ( 1, 2) du joint forment chaque fois entre elles, lorsque le joint est tendu, un angle de direction a au centre MK de la bille, et les perpen- diculaires à ces tangentes, perpendiculaires qui sont dirigées vers l'axe A 9 du joint, forment chaque fois des rayons de décalage O A, OB des deux éléments ( 1, 2) du joint, rayons qui renferment un angle de décalage a avec le plan médian de la bille B, caractérisé en ce que les lignes médianes de gorges comportent chacune un segment de courbure plus étroite sur le côté du plan médian EK de la bille vers lequel est dirigé le rayon de décalage O A, OB de l'élément considéré du joint, et un segment de courbure plus large sur le côté du plan médian E K de la bille situé à l'opposé du rayon de décalage de l'élément considéré du joint. 2 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de courbure du segment de courbure plus étroite de chaque ligne médiane, se trouve du côté de l'axe du joint dirigé vers la gorge, et le centre de courbure du segment de courbure plus large se trouve du côté de l'axe du joint situé à l'opposé de la gorge. 3 Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure Re du segment de courbure plus étroite, est plus petit que le rayon R K du cercle de roulement (cercle primitif des billes), en particu- lier inférieur ou égal à 2/3 du rayon RK du cercle de roulement, alors que le joint est tendu, c'est-à-dire inférieur ou égal à la distance des centre des billes par rapport à l'axe du joint. 4 Joint selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rayon de courbure Rw du segment de plus grande courbure est plus grand, en particulier 2 à 3 fois plus grand que le rayon RK du cercle de roulement des billes, lorsque le joint est tendu, c'est-à-dire 2 à 3 fois plus grand que la distance des centres des billes par rapport à l'axe du joint. Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les différents centres de courbure des lignes médianes de chacune des gorges sont situés chaque fois ensemble sur le rayon de décalage, déterminé par l'angle de décalage c L, de l'élément considéré du joint. 6 Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'angle de direction a, c'est-à-dire l'angle des tangentes aux lignes mé- dianes des gorges dans le plan de flexion, possède sa plus grande valeur lorsque le joint est tendu et diminue à mesure que l'angle de flexion B entre les éléments du joint augmente. 7 Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que l'angle de direction a possède, dans le plan de flexion, une allure symé- trique dans les deux directions sur l'étendue de l'angle de flexion B. 8 Joint selon l'une quelconque des revendica- 1 O tions 1 à 6, caractérisé en ce que l'angle de direction a possède, dans le plan de flexion, une allure dissymé- trique dans les deux sens sur l'étendue de l'angle de flexion B. 9 Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que l'angle de direction a devient nul, dans le plan de flexion, lorsque l'angle de flexion B devient supérieur à 200. Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que la profondeur des gorges ( 7, 8) des éléments intérieur et extérieur du joint est essentiellement d'égale grandeur et reste constante sur l'angle de flexion B. 11 Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que la distance entre les points de contact de la bille et le bord de la gorge, en section droite de la gorge, reste essentiellement constante sur l'angle de flexion B. 12 Joint selon l'une quelconque des revenications 1 à 11, caractérisé en ce que le rapport de l'épaisseur de paroi de la cage au diamètre de roulement 13 Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que les lignes médianes des pistes formées par les gorges ( 7, 8) sont consti- tuées chacune de deux segments de cercle. 14 Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que les lignes médianes des pistes formées par les gorges ( 7, 8) sont consti- tuées chacune de trois ou davantage de segments de cercle. Joint selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que, au cas o les lignes médianes des pistes formées par les gorges ( 7, 8) sont constituées chacune de plus de deux segments de cercle, le rayon de courbure moyen, dans la plage d'angle de flexion B allant jusqu'à environ 100, a son centre sur l'axe du joint.