Brevet FR2674301A1 — publié le 19920925

La présente invention est du domaine de la mécanique et elle a pour objet un élément de cardan pour arbre articulé, du genre delément disposé, en vue de transmettre un couple de rotation, entre un arbre, entraînnant ou entraîné, et une partie centrale oscillante du cardan, la partie centrale oscillante étant mobile autour d'un axe de l'élément, axe, dit de tourillonnement, per- pendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre, au moyen d'au moins un tourillon s'étendant le long du dit axe de touril- lonnement. On connait par le Brevet DE-OS 2734048, un cardan d'arbre articulé de ce genre. Cette articulation établit l'assemblage fixe en rotation pour la transmission d'un couple entre une partie de l'arbre articulé mobile dans le sens de la longueur et un arbre actionné La construction de l'articulation représentée est propre aux arbres articulés qui, en service, ne pré- sentent qu'un faible écart angulaire L'inégalité du fonc- tionnement en rotation provoquée par l'écart angulaire des axes de l'élément de cardan est, dans ce cas, le plus souvent sans incidence Un avantage consiste en ce que l'articulation pour la transmission d'un couple de rotation donné peut avoir un diamètre de rotation plus petit, ou encore une articulation ayant un diamètre donné peut trans- mettre un couple de rotation plus élevé. Mais un inconvénient réside dans le fait que toute l'articulation doit avoir une plus grande dimension de construction axiale Cela se rencontre en particulier quand l'assemblage entre les éléments de cardan et l'élément les soutenant doit être robuste Cela peut à nouveau poser des problèmes d'encombrement, ou de limitation aux grands angles de renvoi. L'objectif de base de l'in- vention consiste à améliorer une telle articulation de façon à n'avoir besoin dans la construction que d'un es- pacement axial le plus réduit possible. Cet objectif est atteint par un élément de cardan du type précité, principalement carac- térisé en ce que l'élément de cardan est relié, pour sa fixation en bout de l'arbre, à une bride par une partie centrale formée autour et le long de l'axe de rotation de l'arbre, et en ce qu'en outre, deux tourillons, dont l'axe de tourillonnement commun est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre, forment avec la bride, la partie centrale et les tourillons un élément monobloc. Ainsi, non seulement, la bride de la partie centrale mais encore les tourillons sont dis- posés si près les uns des autres qu'on obtient un élément d'une rigidité admissible et n'ayant que de faibles di- mensions axiales L'encombrement en longueur d'un cardan peut être ainsi compensé au moins en partie par l'écartement des axes de l'élément de cardan. Des formes de réalisation inté- ressantes de l'invention mettent en oeuvre des dispositions caractéristiques secondaires Celles-ci se rapportent à l'accouplement de la bride sur l'arbre au moyen d'un tenon transversal conformé de façon monobloc avec l'élément, dans lequel la bride et l'arbre sont assemblés par vissage. Ainsi de manière avantageuse la bride a un diamètre supérieur à celui de la partie cen- trale et comporte, pour la transmission du couple de rota- tion, un tenon transversal conformé de façon monobloc avec l'élément et situé du côté en regard de l'arbre. Avantageusement encore une mortaise est ménagée en bout de l'arbre avec une forme correspondante à celle du tenon transversal, tandis que l'assemblage de la bride et de l'arbre est réalisée par vissage en bout d'arbre. De préférence l'axe des touril- lons, vu dans le sens de l'axe de rotation, est perpen- diculaire à l'axe longitudinal du tenon transversal. De préférence la bride comporte des trous pour l'assemblage par vis, trous qui, vus dans le sens de l'axe de rotation, sont disposés sur la péri- phérie respectivement entre l'axe longitudinal du tenon transversal et l'axe de tourillonnement. Avantageusement, la bride présente une denture frontale sur le côté en regard de l'arbre, et il est prévu pour l'assemblage axial plusieurs trous de fixation répartis symétriquement sur la périphérie de la bride. De préférence la bride présente, sur deux côtés opposés, des surfaces planes symétriques destinées à prendre appui sur des surfaces antagonistes de forme correspondante, de l'arbre, les surfaces d'appui planes étant perpendiculaires à un plan contenantl'axe de tourillonnement, et à un plan contenant l'axe de ro- tation. Suivant une première variante, les surfaces d'appui planes sont des surfaces parallèles à l'axe de rotation. Suivant une seconde variante, les surfaces d'appui planes convergent sur l'axe de rotation à l'intérieur de l'arbre; dans ce cas les surfaces d'appui planes respectives présentent un angle de convergence (a) compris avantageusement entre 4 et 80. De préférence des trous ta- raudés sont ménagés dans le fond de la mortaise pour l'as- semblage par vis à travers les alésages de la bride, ces parties étant en prise par leurs surfaces planes. Suivant une autre disposition avantageuse, la partie centrale comporte une échancrure entre les tourillons le long de l'axe de rotation, échan- crure qui s'étend sensiblement jusqu'à l'axe de tourillon- nement. Avantageusement encore, le contour extérieur de la partie centrale est, dans la zone comprise entre l'axe des tourillons et la bride, enveloppé par une paire de couples de surfaces opposées deux à deux respectivement, à savoir: -deux surfaces frontales sub- stantiellement planes et parallèles aux côtés frontaux des tourillons, c'est à dire perpendiculaires à l'axe de tourillonnement, et -deux surfaces extérieures qui sont respectivement des parties bombées de surfaces côniques, dont les axes de cône coupent l'axe de rotation de l'arbre, avec lequel ils forment un angle (b), et sont perpendiculaires à l'axe de tourillonnement, le sommet du cône se trouvant à l'extérieur de la surface de la bride en regard de l'arbre; le contour présente en outre des surfaces de raccordement entre les parties de surface conique et le dit contour extérieur de la zone des touril- lons. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une forme particulière de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles: la fig l est une perspective d'ensemble de l'élément de cardan, la fig 2 en est une vue de dessous dans suivant l'axe de rotation, la fig 3 en est une vue selon III de la fig 2, la fig 4 est une vue de des- sous de la réalisation avec denture frontale, la fig 5 est la même vue de côté, la fig 6 illustre une ré- alisation de la bride avec des surfaces parallèles planes, la fig 7 est une vue de côté de la même, la fig 8 est une perspective d'une réalisation de la bride avec des surfaces planes convergentes, la f ig 9 est une perspective de l'extrémité de l'arbre avec des surfaces planes conver- gentes, la fig 10 est une vue de coté dans le sens de l'axe de tourillonnement, avec re- présentation du contour extérieur de la partie centrale. La fig l illustre un élément de cardan 1 qui conformément à l'invention est particu- lièrement court, avec une partie centrale 2, à laquelle est relièe sur le côté frontal une bride 6 de diamètre plus grand De l'autre côté de la partie centrale 2, sont situés deux tourillons 3 qui s'étendent de manière radiale vers l'extérieur le long d'un axe de tourillonnement commun 4, perpendiculaire à l'axe de rotation 5 de l'arbre articulé 14 L'axe de tourillonnement 4 est perpendiculaire à l'axe de rotation 5 La bride 6 sert à la fixation del'élément sur le côté frontal, ou bout, de l'arbre et comporte un tenon transversal 8 faisant saillie dans le sens axial. Un tenon semblable est disposé, non visible, de l'autre côté de la bride Le côté frontal de l'arbre (non repré- senté) comporte une mortaise de forme correspondante pour les tenons transversaux 8, de sorte que leur emboîtement permet la transmission du couple de rotation La bride 6 comporte une surface de contact 7 avec l'extrémité fron- tale de l'arbre, et la fixation a lieu par assemblage par vis à travers les alésages 9 de fixation. Les fig 2 et 3 montrent en vue de dessous et de côté un élément de cardan conforme à la fig l, et on remarque que les tenons transversaux 8 présentent un axe longitudinal commun 8 a qui se trouve perpendiculaire à l'axe de tourillonnement 4, vu dans le sens de l'axe de rotation 5 Les alésages 9 de fixation sont situés à la périphérie de la bride entre les tenons transversaux 8 et l'axe de tourillonnement 3 La fig 3 montre une vue de côté des tenons transversaux 8 dans la direction de visée III de la fig 2 On y remarque aussi la situation des tenons transversaux 8, et de la bride 6 par rapport à la partie centrale 2. Les fig 4 et 5 montrent une autre forme d'assemblage avec un emboîtement par denture frontale 10, connu en lui-même, de la bride 6 et de l'arbre, non représenté La fixation de la bride 6 sur le côté fron- tal de l'arbre à lieu à nouveau au moyen d'assemblages par vis à travers les alésages 9 de fixation. Les fig 6 et 7 montrent un autre exemple de réalisation de la bride 6 pour la trans- mission du couple de rotation avec un emboîtement au moyen de deux surfaces d'appui planes parallèles 11 Celles-ci sont en prise sur le côté frontal de l'arbre par des sur- faces parallèles correspondantes L'assemblage se fait à nouveau au moyen de vis à travers des alésages 9 de f i- xation Il est utile de disposer les surfaces planes 11 perpendiculaires à 1 'axe de l'élément de cardan 4, pour la bonne accessibilité aux vis de fixation. La fig 8 montre, en perspective, un élément de cardan semblable à l'exemple de réalisation conforme aux fig 6 et 7, pour lequel toutefois les surfaces planes 13 sont cunéiformes, c'est-à-dire convergentes vers l'arbre Les deux surfaces planes 13 ont un angle de conver- gence "â, dirigé respectivement vers l'arbre Cet angle de convergence peut être compris entre 40 et 80, de pré- férence de 5 à 6 Ainsi, la bride 6 a la même fonction que les tenons transversaux La fixation a lieu à nouveau au moyen de vis à travers des alésages 9 de fixation. Comme il ressort de la fig 9, les surfaces convergentes 13 a de l'arbre 14 correspondent aux surfaces convergentes 13 de l'élément de cardan Cet arbre comporte une mortaise 15, de préférence suffisamment profonde, pour que le côté frontal 7 de la bride 6 ne soit pas en contact avec le fond de la mortaise Les vis, qui sont en prise avec la mortaise 15, exercent une force axiale, suffisante pour que, sous l'effet de la pression entre les surfaces 13 et 13 a de l'élément de cardan et de l'arbre lors de la transmission du couple de rotation, il ne survienne aucun retrait des surfaces planes en contact Ainsi, on évite la formation de corrosion à l'ajustement Cet emboîtement est en outre assuré, en service, contre la formation d'un jeu. Comme cela ressort des fig l et 8, l'élément de cardan présente, sur son côté qui fait face à l'intérieur de l'articulation, entre les tourillons 3, une échancrure 12 en forme d'auge Cette situation de l'échancrure en ce point est possible en raison du peu d'effort auquel il est soumis, cela résultant du fait que la transmission des efforts s'opère depuis les tourillons en direction de l'intérieur de la partie centrale 2. L'échancrure 12 est avantageuse, pour permettre le rap- prochement de deux éléments de cardan associés dans une même articulation (non représentée). Ainsi, on peut prévoir les axes de tourillonnement 4 de deux éléments de cardan associés, plus rapprochés l'un de l'autre Cette mesure contribue de ce fait à une réduction de la dimension de construction de l'articulation. La fig 10 montre une vue dans la direction de l'axe 4 de tourillonnement La surface extérieure 17, à gauche sur le dessin, de la partie centrale 2 comprise entre la bride 6 et les tourillons 3, est re- présentée comme une partie d'une enveloppe conique L'axe de cône 16 forme avec l'axe de rotation 5 un angle b et se trouve perpendiculaire à l'axe de tourillonnement 4. L'axe de rotation 5 et l'axe de cône 16 définissent ensemble un plan perpendiculaire à l'axe de tourillonnement 4 Le sommet du cône se trouve au-delà du côté frontal 7 de la bride 6 Les tourillons 3 comportent un contour cylindrique 19, et une surface de raccordement 18 se trouve entre la partie 17 de la surface conique et le contour extérieur 19, surface 18 qui peut être substantiellement plane et qui est également représentée dans les fig l et 8. La surface extérieure de l'élé- ment, située à droite sur le dessin, est le symétrique de la surface 17,18 par rapport au plan défini par les axes 4 et 5 Des surfaces latérales 20 faisant partie de la surface de la partie centrale 2, sont des surfaces planes perpendiculaires à l'axe 4; ces surfaces sont également visibles sur les fig l et 8. R E V E N D I C A T I O N S 1. Elément de cardan d'un arbre articulé, lequel est dis- posé, en vue de transmettre un couple de rotation, entre un arbre, entraînnant ou entraîné, et une partie centrale oscillante du cardan, la partie centrale oscil- lante étant mobile autour d'un axe de l'élément, axe, dit de tourillonnement, perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre, au moyen d'au moins un tourillon s'étendant le long du dit axe de tourillonnement, carac- térisé en ce que l'élément de cardan est relié, pour sa fixation en bout de l'arbre( 14), à une bride ( 6) par une partie centrale ( 2) formée autour et le long de l'axe de rotation ( 5) de l'arbre, et en ce qu'en outre, deux touril- lons ( 3), dont l'axe de tourillonnement commun ( 4) est perpendiculaire à l'axe de rotation ( 5) de l'arbre, forment avec la bride ( 6) et la partie centrale ( 2) un élément monobloc ( 1) (fig 1,8); 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bride ( 6) a un diamètre supérieur à celui de la partie centrale ( 2) et comporte, pour la transmission du couple de rotation, un tenon transversal ( 8) conformé de façon monobloc avec l'élément et situé du côté en regard de l'arbre ( 14) (fig l); 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une mortaise ( 15) est ménagée en bout de l'arbre ( 14) avec une forme correspondante à celle du tenon transversal ( 8), et en ce que l'assemblage de la bride ( 6) et de l'arbre ( 14) est réalisée par vissage en bout d'arbre (fig 9); 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé: en ce que l'axe ( 4) des touril- lons ( 3), vu dans le sens de l'axe de rotation ( 5), est perpendiculaire à l'axe longitudinal ( 8 a) du tenon transversal ( 8) (fig 2,3); 5 Elément selon la revendication 4, caractérisé: en ce que la bride ( 6) comporte des trous ( 9) pour l'assemblage par vis, trous qui, vus dans le sens de l'axe de rotation 5, sont disposés sur la périphérie respectivement entre l'axe longitu- dinal ( 8 a) du tenon transversal ( 8) et l'axe de touril- lonnement ( 4) (fig 2,3); 6. Elément selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la bride ( 6) présente une denture frontale ( 10) sur le côté en regard de l'arbre ( 14), et en ce qu'il est prévu pour l'assemblage axial plusieurs trous de fixation ( 9) répartis symétriquement sur la périphérie de la bride (fig 4); 7. Elément selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la bride ( 6) présente sur deux côtés opposés, des surfaces planes symétriques ( 11,13) destinées à prendre appui sur des surfaces antagonistes ( 13 a) de forme correspondante de l'arbre ( 14), les surfaces d'appui planes étant perpendiculaires à un plan contenant l'axe ( 4) de tourillonnement, et à un plan contenant l'axe ( 5) de rotation (fig l,2,3,6,- 7,8,9); 8. Elément selon la revendication 7, caractérisé: en ce que les surfaces d'appui planes ( 11) sont des surfaces parallèles à l'axe de rotation ( 5) (fig 6 et 7); 9. Elément selon la revendication 7, caractérisé: en ce que les surfaces d'appui planes ( 13) convergent sur l'axe de rotation ( 5) à l'intérieur de l'arbre ( 14); 10. Elément selon la revendication 9, caractérisé: en ce que les surfaces d'appui planes respectives ( 13) présentent un angle de conver- gence (a) compris entre 4 et 8 ; 11. Elément selon l'une des revendications 3,7,8,9 et , caractérisé: en ce que des trous taraudés ( 9 ') sont ménagés dans le fond de la mortaise ( 15) pour l'assemblage par vis à travers les alésages ( 9) de la bride ( 6), ces parties étant en prise par leurs surfaces planes ( 13,13 a); 12. Elément selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la partie centrale ( 2) comporte une échancrure ( 12) entre les tourillons ( 3) le long de l'axe de rotation ( 5), échancrure qui s'étend sensiblement jusqu'à l'axe ( 4) de tourillon- nement; 13. Elément selon l'une des revendications 1 à 12, carac- térisé: en ce que le contour extérieur ( 19) de la partie centrale ( 2) est, dans la zone com- prise entre l'axe des tourillons ( 3) et la bride ( 6), enveloppé par une paire de couples de surfaces opposées deux à deux respectivement, à savoir: -deux surfaces frontales ( 20) substantiellement planes et parallèles aux côtés fron- taux des tourillons ( 3), c'est à dire perpendiculaires à l'axe de tourillonnement ( 4), et -deux surfaces extérieures ( 17) qui sont respectivement des parties bombées de surfaces côniques, dont les axes de cône ( 16) coupent l'axe de rotation ( 5) de l'arbre, avec lequel ils forment un angle (b), et sont perpendiculaires à l'axe de tourillonnement ( 4), le sommet du cône se trouvant à l'extérieur de la surface de la bride ( 7) en regard de l'arbre, et en ce qu'il présente en outre des surfaces de raccordement ( 18) entre les parties ( 17) de surface conique et le dit contour extérieur ( 19) de la zone des tourillons ( 3) (fig l,8).