Brevet FR2667661A1 — publié le 19920410

L'invention se rapporte à un joint homocinéti- que fixe comprenant un élément extérieur creux dans la surface interne duquel sont ménagées, dans des plans mé- ridiens par rapport à l'axe longitudinal de l'élément ex- térieur, des premières et deuxièmes gorges de roulement extérieures qui alternent sur la circonférence dans un certain ordre de succession, un élément intérieur dispo- sé dans la cavité de l'élément extérieur et possédant une surface externe sphérique, dans la surface externe duquel sont ménagées, dans des plans méridiens par rap- port à l'axe longitudinal de l'élément intérieur, des premières et deuxièmes gorges de roulement intérieures qui font respectivement face aux premières et deuxièmes gorges de roulement extérieures, les gorges étant sans contre-dépouille, les unes en partant de l'un des deux côtés ouverts ou des deux côtés frontaux et les autres en partant de l'autre, chaque paire de gorges recevant en commun une bille pour la transmission du couple, les billes étant guidées radialement dans des fenêtres d'une cage disposée entre la surface externe de l'élément inté- rieur et la surface externe de l'élément extérieur. On connaît, par le brevet des E U A N O 3 133 431 un joint possédant des pistes de roulement de billes qui sont conformées sans contre-dépouille alternative- ment vers les deux côtés ouverts, pour recevoir les bil- les qui servent à la transmission du couple, ce joint étant construit en joint coulissant. Pour un joint à cage, les pistes sont rectili- gnes et, pour un joint sans cage, elles s'étendent, en supplément de leur profil incliné dans le plan méridien, avec une courbure dans un plan perpendiculaire à celui- ci Ce n'est que dans la configuration à pistes rectili- gnes qu'on obtient l'absence de contre-dépouille du pro- fil des pistes. On connaît, par le brevet britannique N O 847 569, un joint fixe possédant des pistes qui s'étendent dans des plans méridiens pour recevoir les billes qui servent à la transmission du couple, et dans lequel les pistes présentent un arrondi, les rayons d'arrondi du fond des pistes de deux paires de pistes qui s'ouvrent l'une en sens inverse de l'autre étant décalés par rap- port au centre du joint Par ailleurs, il est prévu une cage de guidage des billes formée d'une coquille sphéri- que creuse La cage, l'élément extérieur et l'élément in- térieur du joint sont munis de surfaces sphériques con- centriques pour assurer leur guidage mutuel Les pistes de roulement de billes et la piste de guidage recevant la cage qui est pratiquée dans l'élément extérieur pré- sentent des contre-dépouilles et ne peuvent donc pas être fabriquées d'une façon simple par un procédé de for- mage de précision. Dans les principes de construction cités plus haut, les forces qui agissent sur la cage doivent être compensées par l'alternance des sens d'ouverture des pis- tes recevant les billes Toutefois, ceci ne convient pas pour toutes les conditions de fonctionnement puisque le point de contact des billes dans les pistes varie sur l'étendue de la plage de l'angle de pliage et que, en mê- me temps, il se produit un changement de direction de la charge de la cage La cage est dans une position insta- ble Dans le cas de joints qui présentent un profil de piste rectiligne dans les plans méridiens, on observe un autre inconvénient consistant en ce que la profondeur de la piste, qui est déterminante pour la capacité de trans- mission du couple, décroît fortement vers une extrémité de la piste. L'invention se donne pour but de proposer un joint dans lequel on puisse obtenir des conditions de guidage sur toute la plage de l'angle de pliage et qui puisse être fabriqué par des procédés sans enlèvement de copeaux, par formage de précision, pour l'élément exté- rieur et l'élément intérieur. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que les pistes de contact des billes formées dans les premières et deuxièmes gorges de roulement exté- rieures de l'élément extérieur et dans les premières et deuxièmes gorges de roulement intérieures de l'élément intérieur sont représentées, pour les deux sens de rota- tion, sur la totalité de l'angle de pliage et dans tou- tes les positions angulaires de rotation, par des zones de contact des billes mutuellement opposées dans les gor- ges de roulement extérieures et gorges de roulement inté- rieures correspondantes, aui forment un angle de comman- de de la cage qui est toujours supérieur à l'angle d'au- to-blocage, notamment supérieur à 7 . Selon le principe de l'invention, la cage n'est pas guidée sur l'élément intérieur ni dans l'élément ex- térieur par les gorges de roulement qui s'étendent sans contre-dépouille les unes en sens inverse des autres, puisque, dans toutes les positions angulaires de la cage par rapport à l'élément extérieur et à l'élément inté- rieur, les conditions de commande maintiennent une posi- tion définie et stable Les billes des premières pistes de roulement sollicitent toujours la cage dans un même sens et les billes des deuxièmes pistes de roulement la sollicitent toujours dans le sens opposé La cage est ainsi constamment maintenue positionnée exactement Les forces sont en équilibre Il n'est pas nécessaire de pré- voir un guidage de la cage par rapport à l'élément inté- rieur ni par rapport à l'élément extérieur Ceci exerce aussi une influence avantageuse sur les conditions de frottement. Dans une forme de réalisation Préférée, le pro- fil des pistes de contact et, de ce fait, le profil et la section des gorges de roulement extérieures et des gorges de roulement intérieures dans les plans méridiens correspondants sont calculés pour obtenir les conditions de commande et de fabrication les plus avantageuses. La fabrication de l'élément extérieur du joint sans enlèvement de copeaux peut s'effectuer par les deux côtés ouverts, au moyen d'outils engagés par le côté frontal et, en même temps, la surface interne de l'élé- ment extérieur du joint peut être réalisée également sans opérations de reprise C'est ainsi que, par exem- ple, les segments des pistes dirigés vers les côtés ou- verts, qui sont rectilignes, sont légèrement inclinés sur l'axe longitudinal pour faciliter l'extraction des outils dans le processus de formage de précision, par exemple par forgeage fin. L'application de ce principe à des joints homo- cinétiques dont les pistes de roulement des billes s'ou- vrent tous dans le même sens et dans lesquels la cage est guidée sur l'élément intérieur a déjà été décrite dans le brevet DE 39 04 655 Cl (demande de brevet aux E.U A série n' 07/471 352). Par ailleurs, il est prévu que les pistes de contact composées des zones de contact qui se suivent sur la plage de pliage sont disposées à un certain écar- tement de l'arête formée entre la surface interne de l'élément extérieur et la gorge de roulement extérieure et/ou entre la surface externe de l'élément intérieur et la gorge de roulement intérieure, écartement qui est tou- jours supérieur à la moitié de la longueur du grand axe de l'ellipse de pression admissible pour cet angle de pliage et pour le couple correspondant. Ceci évite efficacement de surcharger le joint. Ceci peut être obtenu Dar le fait que les gor- ges extérieures et les gorges intérieures présentent une forme différente de la forme circulaire en section trans- versale. De cette façon, on peut choisir l'appui des bil- les contre la paroi des gorges de manière à maintenir une distance d'écartement suffisante par rapport à l'arê- te des gorges de roulement dans le joint plié. Par ailleurs, il est proposé que, dans les ré- gions des pistes de contact qui se rapprochent de leurs deux extrémités axiales, le grand axe de l'ellipse de pression soit petit que dans la région centrale des pis- tes de contact. Avec la configuration proposée, on obtient que, avec une profondeur des pistes qui diminue vers les ex- trémités des gorges de roulement intérieures et extérieu- res, il est possible de maîtriser la contribution des différentes billes à la transmission du couple Ceci peut s'effectuer par deux solutions différentes dans la réalisation concrète des pistes Selon une première solu- tion, ceci est obtenu par le fait que la surface d'appui entre la bille et la piste de contact s'agrandit vers les régions d'extrémités axiales Toutefois, il est aus- si possible d'agrandir les pistes de billes en section transversale en direction des régions d'extrémités axia- les On peut donc procéder à une modification de la pis- te de contact dans un sens qui réduit l'angle de contact et qui modifie la surface d'appui. Dans une forme de réalisation préférée, l'élé- ment extérieur est d'une forme annulaire et est muni sur sa surface externe et/ou sur ses surfaces frontales d'évidements répartis sur la circonférence, et il est lo- gé dans une douille ou cloche dont la paroi est assem- blée aux évidements par une liaison par sûreté de forme obtenue par formage sans enlèvement de copeaux. Un exemple préféré de réalisation de l'inven- tion est représenté schématiquement sur le dessin. 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 coupe longitudinale d'un joint homocinétique dans son état droit, prise selopn la ligne A-B de la figure 2; la figure 2 est une vue de côté en demi-coupe de l'objet de la figure 1; la figure 3 est une représentation simplifiée des conditions de commande pour le joint homocinétique pour deux paires de pistes formées par les premières gor- ges de roulement dans l'état plié du joint; la figure 4 est une coupe selon C-D de la figu- re 3; et la figure 5 est une coupe selon E-F de la figu- re 3. Le joint homocinétique 1 représenté sur la figu- re 1 est essentiellement composé de l'élément extérieur 2, de l'élément intérieur 3, de la cage 4 disposée entre l'élément extérieur 2 et l'élément intérieur 3, ainsi que des billes 5 tenues par la cage 4 et qui servent à transmettre le couple entre l'élément extérieur et l'élé- ment intérieur 3 L'axe longitudinal des éléments consti- tutifs du joint est désigné par X Dans la position droi- te du joint homocinétique 1 qui est représentée sur la figure 1, les axes de tous les composants sont confon- dus La transmission du couple entre l'élément extérieur 2 et l'élément intérieur 3 s'effectue par l'intermédiai- re des billes 5 en prise avec les gorges de roulement ex- térieures 6, 7 de l'élément extérieur 2 et les gorges de roulement intérieures 8, 9 de l'élément intérieur 3, qui font face aux premières Il est prévu deux sortes de gor- ges de roulement L'élément extérieur 2 présente des pre- mières gorges de roulement extérieures 6 auxquelles font face des premières gorges de roulement intérieures de l'élément intérieur 3 Les premières gorges de roulement extérieures 6 s'ouvrent vers le premier côté ouvert 10 formé par la surface frontale de l'élément extérieur 2. Les premières gorges de roulement intérieures 8 s'étendent sans contre-dépouille en partant de la premiè- re surface frontale 11 de l'élément intérieur 1 La figu- re 2 montre que les premières gorges de roulement exté- rieures 6 et les gorges de roulement intérieures 8 sont disposées par paires Il en est de même pour les deuxiè- mes gorges de roulement extérieures 7 et pour les deuxiè- mes gorges de roulement intérieures 9 de l'élément inté- rieur 3 qui leur font face Ces gorges sont représentées en trait interrompu sur la figure 1 puisqu'elles sont dé- calées circonférentiellement par rapport aux premières gorges de roulement intérieures et extérieures 6, 8 Les deuxièmes gorges de roulement extérieures 7 sont réali- sées sans contre-dépouille en partant du deuxième côté ouvert 12 de l'élément extérieur 2 Les deuxièmes gorges de roulement intérieures 9 sont réalisées sans contre-dé- pouille en partant du deuxième côté ouvert 13 de l'élé- ment intérieur 3 Les parties pleines qui se trouvent en- tre les gorges de roulement extérieures 6, 7 qui se suc- cèdent dans la direction circonférentielle forment la surface interne 14 qui est cylindrique, ainsi que ceci ressort de la figure 3 La surface externe 15 de l'élé- ment intérieur 3 est sphérique La cage 4 disposée entre la surface interne 14 de l'élément extérieur 2 et la sur- face externe 15 de l'élément intérieur 3 possède une sur- face externe sphérique 16 et une surface interne cylin- drique 17 qui fait face à la surface externe 15 de l'élé- ment intérieur 3 Les gorges de roulement 6, 7, 8, 9 de l'élément extérieur 2 et de l'élément intérieur 3 peu- vent être fabriquées par un procédé sans enlèvement de copeaux C'est ainsi que, par exemple, il est possible de fabriquer l'élément extérieur 2 de la façon suivan- te: dans l'ébauche constituée par un anneau, et qui est contenue dans un support, on peut introduire par les deux côtés ouverts, les deux outils dont l'un présente le profil des premières gorges de roulement extérieures 6 et le deuxième le profil des deuxièmes gorges de roule- ment extérieures 7, profils qui se complètent tous deux pour former le profil de la surface interne 14 La cage 4 est disposée avec jeu par rapport à la surface interne 14 de l'élément extérieur 2 et par rapport à la surface externe 15 de l'élément intérieur 3 Le centrage de la cage 4 est assuré exclusivement par les billes 5 qui sont guidées dans des fenêtres 18 de la cage 4 en res- tant mobiles dans la direction radiale Etant donné que la cage 4 n'exerce pratiquement qu'une fonction de rete- nue, et qu'elle est sensiblement soutraite à l'action de toute force, elle peut être faite d'une pièce de matière plastique, ou encore elle peut être fabriquée à partir d'une bande d'acier cintrée et soudée L'élément exté- rieur 2 est de configuration annulaire et il présente sur sa surface externe 19 des évidements 20 répartis sur la circonférence, dirigés vers le côté ouvert 12 Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, moi- tié inférieure, l'élément extérieur 2 est logé par sa surface externe 19 dans une cloche 21 dont la face fron- tale 22 est déformée après le montage et dont la matière flue dans les évidements 20 de l'élément extérieur 2 pour établir une liaison de solidarisation en rotation. La cloche 20 sert à raccorder le joint à un élément de raccordement moteur ou entraîné, par exemple, aux arbres de la boîte de vitesses d'un véhicule automobile En va- riante, comme ceci est représenté sur la figure 1, moi- tié supérieure, la cloche 21 peut être fixée directement à l'élément extérieur 2 par un procédé de soudage sans déformation, par exemple, un soudage au rayon laser. L'élément intérieur 3 est muni d'un perçage cannelé 23 servant à le raccorder à un arbre moteur, par exemple à un arbre moteur ou équivalent Selon l'amplitude de l'an- gle de pliage nominal S, le montage d'un joint de ce ty- pe peut s'effectuer par pliage excédentaire ou encore en divisant l'élément extérieur 2 en deux demi-anneaux par éclatement après la fabrication finie à la cote finale. Le profilé irrégulier des zones d'éclatement qui est obtenu par le processus d'éclatement a pour ef- fet qu'on obtiendra de nouveau un centrage précis des deux segments de l'élément extérieur dans leur position d'origine Il n'est pas nécessaire de prévoir d'autres moyens de centrage. Les conditions de commande particulières qui permettent de tenir la cage 4 avec faible frottement res- sortent de la description des figures 3 à 5 qui sera don- née ci-après. Sur ces figures, on a représenté en supplément les conditions de contact entre les billes 15 des premiè- res gorges de roulement 6, 8 dans les différentes posi- tions d'angulation autour du centre de pliage O, à l'an- gulation maximale. La position dans l'espace des zones de contact 24, 25 ressort des différentes vues La juxtaposition des zones de contact 24 ou 25 pour les différentes posi- tions angulaires donne naissance aux pistes de contact 36, 27. Sur la figure 4 (détail) on peut aussi voir la position des deux zones de contact 24, 25 par rapport aux arêtes 26, 27 des gorges de roulement A chacune des zones de contact 24, 25, est associée une ellipse de pression 28 qui s'établit par suite des conditions d'ap- pui entre les billes 5 et le flanc 29 des premières gor- ges de roulement 6, 8. La distance d'écartement entre les zones de con- tact 24, 25 et les arêtes 26, 27 doit être calculée de manière à être supérieure à la moitié du grand axe 30 de l'ellipse de pression 28 Ce n'est que lorsque ces condi- tions sont vérifiées qu'on peut éviter une déformation au droit des arêtes 26, 27 des gorges de roulement en présence de grands couples. L'angle ( 3 de commande de la cage est l'angle qui fait en sorte qu'il se produise toujours une sollici- tation de la cage 4 par les billes 5 au droit de la sur- face de fenêtre de cage 31 qui est la plus rapprochée du côté ouvert 10 ou du côté frontal 11 en ce qui concerne les premières gorges de roulement 6, 8 et au droit de la surface de fenêtre de cage 19 la plus rapprochée du côté ouvert 12 ou du côté frontal 13 en ce qui concerne les deuxièmes gorges de roulement 7, 9 A cet effet, l'angle a de commande de la cage doit être supérieur à une cer- taine valeur pour toutes les positions angulaires de pliage et également dans toutes les positions angulaires d'un tour de rotation, pour pouvoir atteindre les condi- tions de guidage correspondant à la présente invention, c'est-à-dire pour permettre de disposer la cage 4 avec jeu par rapport à l'élément extérieur 2 et à l'élément intérieur 3 et de la maintenir de façon stable Selon la principe de l'invention, cet angle doit être toujours su- périeur à l'angle d'auto-blocage, c'est-à-dire supérieur à 7 L'anglef 3 de commande de la cage se présente, com- me ceci ressort de la figure 3, dans un plan qui con- tient les lignes de jonction 32, 33 joignant le centre de la bille aux deux zones de contact 24 et 25, au point d'intersection des perpendiculaires 34, 35 élevées sur les lignes de jonction 32, 33 dans les zones de contact 24, 25 A ce sujet, il convient de remarquer que les zo- nes de contact 24, 25 ne se trouvent pas elles-mêmes dans le plan du dessin La position la plus critique pour le calcul des dimensions est la position que la bille 5 prend sur la figure 3 en haut ou sur la figure 4 Il faut que l'angles 3 soit d'au moins 7 même dans cette position Ces conditions sont garanties dans un joint commandé en décalage lorsque l'angle de décalage de toutes les gorges de roulement par rapport au centre du joint est lui aussi d'au moins 70, mais de préférence calculé plus grand En effet, dans ce cas limite, l'an- gle/p pour la bille 5 représentée en haut sur la figure 3 excéderait également la valeur de 7 dans tous les cas Pour les autres Dositions des billes 5, l'angle/ est plus grand, de sorte qu'on obtient toujours les con- ditions de guidage voulues pour les billes 5 et, par con- il séquent, les conditions de mise en pression oour la cage 4 Pour les deuxièmes gorges de roulement 7, 9, on ob- tient les mêmes conditions avec une configuration symé- trique, l'axe de symétrie étant représenté par le deuxiè- me côté ouvert 12, pour obtenir une représentation cor- respondante pour les deuxième gorges de roulement 7, 9, par rapport à celle des premières gorges de roulement 6, 8 selon la figure 3. Les conditions de contact particulières et, avec elles, les conditions de commande particulières peu- vent être obtenues, non seulement grâce à des pistes de contact 36, 37 conformées selon un arc de cercle, mais également grâce à un profil voulu de ces pistes, cepen- dant que, toutefois, les zones de contact doivent être construites, sur l'étendue du pliage ou du mouvement des billes 5 dans les gorges de roulement extérieures 6, 8 et les gorges de roulement extérieures 7, 9 de telle ma- * nière que, pour les différentes positions, on obtienne l'angle de commande minimum de cage de 7 et la distance voulue entre les zones de contact 24, 25 et les arêtes 26, 27 des gorges de roulement C'est ainsi que, par exemple, la forme de piste composite des gorges de roule- ment 6, 8; 7, 9 de section ogivale ou elliptique peut être calculée en fonction des critères précités On peut envisager de préférence une forme de section transversa- le des pistes qui garantit un appui en deux points et dans laquelle, en présence d'un couple, c'est l'une ou l'autre des pistes de contact du flanc des gorges de rou- lement qui coopère avec la bille 5, selon le sens de la rotation. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'hotmne de l'art à l'exemple de réali- sation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exem- ple sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Joint homocinétiaue fixe comprenant un élé- ment extérieur creux dans la surface interne duauel sont ménagées, dans des plans méridiens par rapport à l'axe longitudinal de l'élément extérieur, des premières et deuxièmes gorges de roulement extérieures qui alternent sur la circonférence dans un certain ordre de succes- sion, un élément intérieur disposé dans la cavité de l'élément extérieur et possédant une surface externe sphérique, dans la surface externe duquel sont ménagées, dans des plans méridiens par rapport à l'axe longitudi- nal de l'élément intérieur, des premières et deuxièmes gorges de roulement intérieures qui font respectivement face aux premières et deuxièmes gorges de roulement exté- rieures, les gorges étant sans contre-dépouille, les unes en partant de l'un des deux côtés ouverts ou des deux côtés frontaux et les autres en partant de l'autre, chaque paire de gorges recevant en commun une bille pour la transmission du couple, les billes étant guidées ra- dialement dans des fenêtres d'une cage disposée entre la surface externe de l'élément intérieur et la surface ex- terne de l'élément extérieur, caractérisé en ce que les pistes de contact ( 36, 37) des billes ( 5) dans les premières et deuxièmes gorges de roulement exté- rieures ( 6, 7) de l'élément extérieur ( 2) et dans les premières et deuxièmes gorges de roulement intérieures ( 8, 9) de l'élément intérieur ( 3) sont représentées, pour les deux sens de rotation, sur la totalité de l'an- gle de pliage et dans toutes les positions angulaires de rotation, par des zones de contact ( 24, 25) des billes ( 5) mutuellement opposées dans les gorges de roulement extérieures ( 6, 7) et gorges de roulement intérieures ( 8, 9) correspondantes, qui forment un angle (y) de com- mande de la cage qui est toujours supérieur à l'angle d'auto-blocage, notamment supérieur à 7 . 2 Joint homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistes de contact ( 36, 37) formées des dif- férentes zones de contact ( 24, 25) réparties sur la pla- ge de pliage sont disposées à un certain écartement de l'arête ( 26, 27) formée entre la surface interne ( 14) de l'élément extérieur et la gorge de roulement extérieure ( 6, 7) et/ou entre la surface externe ( 15) de l'élément intérieur et la gorge de roulement intérieure ( 8, 9), écartement qui est toujours supérieur à la moitié de la longueur du grand axe ( 30) de l'ellipse de pression ( 28) admissible pour cet angle de pliage et pour le couple correspondant. 3 Joint homocinétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans les régions des pistes de contact ( 36, 37) qui se rapprochent de leurs deux extrémités axiales, le grand axe ( 30) de l'ellipse de pression ( 28) est plus petit que dans la région centrale des pistes de contact ( 36, 37). 4 Joint homocinétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface d'appui entre la bille ( 5) et la piste de contact ( 36, 37) s'agrandit vers les régions d'extrémités axiales. 5 Joint homocinétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pistes ( 6, 7, 8, 9) des billes s'élargis- sent en section transversale en allant vers les régions d'extrémités axiales. 6 Joint homocinétique selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les gorges extérieures ( 6, 7) et les gorges in- térieures ( 8, 9) présentent, en section transversale, une forme différente de la forme circulaire. 7 Joint homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément extérieur ( 2) est d'une forme annu- laire et est muni sur sa surface externe ( 19) et/ou sur une surface frontale ( 12), d'évidements ( 20) répartis sur la circonférence et est logé dans une douille ou clo- che ( 21) dont la paroi est assemblée aux évidements ( 20) par une liaison par sûreté de forme obtenue par formage sans enlèvement de copeaux.