Brevet FR2676517A1 — publié le 19921120

JOINT UNIVERSEL HOMOCINETIQUE La présente invention concerne un joint uni- versel homocinétique utilisable dans une automobile, et plus particulièrement un joint universel homocinéti- que de type tripode comprenant un anneau extérieur, dans lequel sont formées des gorges de guidage,et un tripode relié à l'anneau extérieur par l'intermédiaire de roule- ments à aiguilles et de galets de guidage engagés dans les gorges de guidage. Comme joint universel homocinétique de type tri- pode utilisable dans un véhicule à traction avant, on connaît celui qui est représenté sur les figures 1 et 2 et qui comprend un anneau extérieur 1, dans la surface périphérique intérieure duquel sont formées trois gorges de guidage cylindriques axiales 2, un tripode 3 monté dans l'anneau extérieur 1 et comportant trois tourillons radiaux 4 insérés dans les gorges de guidage respectives 2, et des galets de guidage 5 montés chacun de façon tour- nante sur les tourillons 4 par l'intermédiaire de roule- ments à aiguilles 8 La périphérie extérieure sphérique a de chaque galet de guidage 5 est maintenue en contact avec des surfaces cylindriques 2 a de guidage de galet, des deux côtés de la gorge de guidage 2, pour permettre une transmission de couple entre l'anneau extérieur 1 et le tripode 3. Comme autre joint universel homocinétique de ty- pe tripode ayant la même structure de base que ci-dessus, on connaît celui qui est représenté sur les figures 3 et 4 et qui comprend des galets de guidage 5 comportant cha- cun un galet extérieur 6 à périphérie extérieure sphéri- que et un galet intérieur 7 ajusté dans l'anneau exté- rieur 6 La périphérie extérieure sphérique des galets extérieurs 6 est en contact avec la gorge de guidage 2. Les roulements à aiguilles 8 et les galets de guidage 5 des joints universels homocinétiques décrits ci-dessus présentent une surface finie par polissage. Dans le cas du joint universel homocinétique représenté sur les figures 1 et 2, lorsque les galets de guidage 5 sont soumis à une charge pendant leur rou- lement sur les gorges de guidage 2 formées dans l'anneau extérieur 1, la charge doit être supportée par les ai- guilles 8 Toutefois, si la lubrification est insuffi- sante entre les aiguilles 8 et les tourillons 4 et/ou entre les aiguilles 8 et les galets de guidage 5, les galets de guidage 5 ne peuvent pas rouler régulièrement. Cela peut provoquer un glissement des galets de guidage sur les surfaces de guidage 2 a des gorges 2. De façon similaire, dans l'exemple illustré sur les figures 3 et 4, si la lubrification devient in- suffisante du fait de la disparition du film d'huile entre les galets intérieurs 7 et les galets extérieurs 6, entre les galets intérieurs 7 et les aiguilles 8, ou en- tre les galets extérieurs 6 et les gorges de guidage 2 de l'anneau extérieur 1, le mouvement de glissement résul- tant a une influence nuisible sur la poussée induite dans le joint universel homocinétique En outre, cela engen- dre un dégagement de chaleur. Si un glissement se produit entre les galets de guidage et les surfaces de guidage des gorges, il en résulte une usure de ces dernières et un dégagement de chaleur. En outre, il est bien connu que la durée de vie en roulement des aiguilles d'un palier à roulement à aiguilles dépend beaucoup de la rugosité superficielle de la surface de roulement Jusqu'à présent, on a considé- ré que la surface de roulement devait présenter une finition aussi lisse que possible Toutefois, après des essais répétés, les présents inventeurs ont trouvé que la durée de vie peut être prolongée même si les surfaces de roulement ne présentent pas une finition lisse. Un objet de la présente invention est de pro- curer un joint universel homocinétique qui permet une formation suffisante de film d'huile sur les roulements à aiguilles et les galets de guidage pour leur rotation régulière, évitant ainsi l'usure et l'écaillage. Conformément à la présente invention, on ob- tient un joint universel homocinétique comprenant un anneau extérieur, dans la périphérie intérieure duquel sont formées trois gorges de guidage cylindriques s'éten- dant axialement, un tripode monté dans 1 'anneau extérieur et comportant trois tourillons radiaux qui peuvent se loger dans les gorges de guidage respectives, des roule- ments à aiguilles disposés autour des tourillons, et des galets de guidage montés chacun sur un tourillon respectif par l'intermédiaire des roulements à aiguilles et engagés chacun dans une gorge de guidage respective, au moins un galet ou unroulement dans chaque groupe com- posé d'un roulement à aiguilles et d'un galet de guidage présentant dans sa surface un grand nombre de très peti- tes cavités disposées au hasard de sorte qu'un rapport RMS(L)/RMS(C) ne dépasse pas 1,0, RMS(L) et RMS(C) étant des valeurs de rugosité de surface dans la direction lon- gitudinale et la direction circonférentielle,respective- ment, et de sorte que la valeur SK, qui est un autre pa- ramètre de rugosité de surface, ne dépasse pas -1,5. Cela améliore le taux de formation de film d'huile sur les aiguilles et les galets de guidage, ainsi que leur facilité de rotation et leur résistance à l'u- sure La réduction du glissement se traduit par un moin- dre dégagement de chaleur L'écaillage peut également être minimisé. D'autres objets et caractéristiques de la pré- sente invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion ci-après, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de face avec coupe ver- ticale d'un premier mode de réalisation d'un joint uni- versel homocinétique; la figure 2 est une vue de côté en coupe verti- cale à plus grande échelle d'une partie de ce joint; la figure 3 est une vue de face en coupe verti- cale d'un deuxième mode de réalisation; la figure 4 est une coupe verticale à plus gran- de échelle d'une partie du joint de la figure 3; la figure 5 est une image agrandie illustrant la rugosité de la surface rugueuse; la figure 6 est une coupe d'un roulement à aiguilles utilisé pour l'essai de durée de vie; la figure 7 est une vue schématique du dispo- sitif d'essai utilisé; la figure 8 est un graphique illustrant les résultats de l'essai de durée de vie; et les figures 9 et 10 sont des graphiques il- lustrant les résultats des essais de durée. On décrit maintenant les modes de réalisation de la présente invention, avec référence aux dessins annexés. La structure de base d'un joint universel homo- cinétique de type tripode est illustrée sur les figures 1 et 2 et les figures 3 et 4. Conformément àla présente invention, les ai- guilles 8 et/ou les galets de guidage 5 ont une surface rugueuse présentant de très petites cavités disposées au hasard. Dans 1 ' exemple représenté sur les figures 3 et 4, la surface des aiguilles 8 ou la surface d'un des galets intérieur 7 et extérieur 6, ou des deux, présente une surface rugueuse A comportant de très petites cavités disposées au hasard a La surface rugueuse doit avoir une rugosité telle que le rapport RMS(L)/RMS(C) ne dépasse pas 1,0 et soit de préférence compris entre 0,7 et 1,0, RMS(L) étant la valeur efficace de rugosité dans la direction longitudinale tandis que RMS(C) est la même valeur dans la direction circonférentielle, et telle que la valeur SK, qui est un autre paramètre représentant la rugosité de surface, ne soit pas supérieure à -1,5 à la fois dans la direction longitudinale et la direction circonféren- tielle. La valeur SK représente la distorsion d'une courbe de distribution de la rugosité de surface Avec une distribution symétrique telle qu'une distribution de Gauss, la valeur SK est zéro Conformément à la pré- sente invention, afin de permettre la formation d'un film d'huile suffisant, la valeur SK ne doit pas être supérieu- re à -1,5 à la fois dans la direction circonférentielle et la direction longitudinale Si elle est dans cette plage, la forme et la répartition des cavités sont avan- tageuses pour la formation d'un film d'huile. Une telle surface rugueuse peut être obtenue par traitement au tonneau de manière à produire une sur- face finie désirée. La figure 5 illustre, en coupe, la rugosité de la surface rugueuse A Comme représenté sur cette fi- gure, la surface rugueuse présente seulement des creux ou cavités, sans protubérances faisant saillie au-delà de son plan. Les chemins de roulement des aiguilles 8, c'est-à-dire les surfaces périphériques intérieures des galets de guidage 5 et les surfaces périphériques exté- rieures des tourillons 4,sont finis par rectification. Les gorges de guidage 2 formées dans l'anneau extérieur 1 sont finies par forgeage à froid. Chaque petite cavité de la surface rugueuse A doit avoir une surface moyenne de 35 à 150 gm 2, calculée sans tenir compte des cavités ayant un diamètre infé- rieur à 3 Nom Le rapport de la surface totale des ca- vités à la surface générale doit être de 10 à 40 %. On peut effectuer une mesure quantitative des petites cavités par grossissement de l'image de la surface rugueuse et analyse de l'image agrandie, au moyen d'un système d'analyse d'image du commerce. Dans l'analyse d'une image, les parties blanches et les parties noires sont identifiées comme étant des parties planes et de très petites cavités,respectivement. Si on utilise un système d'analyse d'image, les parties claires et les parties sombres de l'image initiale sont renforcées au moyen d'un filtre d'exagération, et les très petits points noirs ayant un diamètre de 3 pm ou moins sont éliminés au moyen d'un effaceur de bruit Les petites cavités qui subsistent après effacement sont alors mesurées en ce qui concerne la dimension et la répartition, et on détermine le rapport de la surface des petites cavités à la surface générale, pour évaluer la surface de roulement des éléments roulants. On a effectué des essais de durabilité sur un roulement à aiguilles usuel dont l'anneau intérieur (ou l'arbre associé) et les aiguilles avaient des surfaces super-finies, et sur un roulement à aiguilles conforme à la présente invention dont l'anneau intérieur (ou l'ar- bre associé) avait une surface finie par rectification tandis que les aiguilles avaient des surfaces dépolies par formation de très petites cavités disposées au ha- sard. Les surfaces super-finies de l'anneau intérieur et des aiguilles avaient une valeur de rugosité Rmax ne dépassant pas 0,4 jim, tandis que la surface rugueuse com- portant de très petites cavités orientées au hasard avait une rugosité Rmax de 2 gm et la surface rectifiée de l'anneau intérieur avait une rugosité Rmax de 2 à 4 nm. Comme représenté sur la figure 6, les roule- ments à aiguilles utilisés dans l'essai de durée de vie avaient un diamètre extérieur Dr de 38 mm et un diamètre intérieur dr de 28 mm et comprenaient 14 éléments rou- lants supportés par une cage et ayant chacun un diamètre D de 5 mm et une longueur L de 13 mm. Le dispositif d'essai utilisé était un appa- reil d'essai à charge radiale 21, représenté schémati- quement sur la figure 7 Les roulements d'essai X étaient montés des deux côtés de son arbre rotatif 22 et mis en rotation sous charge. Les conditions d'essai étaient les suivantes Pression à la surface du roulement: 2,8 G Pa Vitesse de rotation: 3050 tr/min Lubrifiant: huile turbine La figure 8 représente les résultats de l'es- sai de durée de vie effectué pour les aiguilles de chaque roulement en essai dans les conditions ci-dessus. Comme le montrent les résultats d'essai, la probabilité de rupture atteint 10 % après 380 heures dans le cas du roulement à aiguilles de l'art antérieur, tan- dis que la probabilité de rupture de 10 % est atteinte après seulement 840 heures dans le cas du roulement à aiguilles ayant des surfaces rugueuses à très petites cavités Ce dernier roulement a donc une durée de vie beaucoup plus grande. La figure 9 illustre la relation entre le rap- port de surface des petites cavités etla durée de vie, et la figure 10 illustre la relation entre la surface moyenne des petites cavités et la durée de vie. Les résultats montrent que si le rapport de surface est de 10 % ou plus et la surface moyenne est de pm 2 ou plus, la durée de vie en roulement augmente. Si le rapport de surface est de 40 % ou plus et la surface moyenne est de 150 pim 2 ou plus, aucun effet notable sur la durée de vie ne peut être escompté, en raison de la surface de contact effectif réduite. La surface spéciale doit de préférence être maintenue dans un état qui donne des valeurs satisfaisan- tes de la résistance au frottement de glissement, des propriétés anti-grippage et de la durée de vie en fati- gué au roulement. Bien que les essais précités aient été ef- fectués sur les éléments roulants d'un roulement à ai- guilles présentant de petites cavités, des effets simi- laires sur la durabilité ont été obtenus avec des galets de guidage dont les anneaux intérieurs ou extérieurs et les éléments roulants présentaient de petites cavités. Ensuite, un joint universel homocinétique com- portant des aiguilles traitées conformément à la présente invention et un joint universel homocinétique de l'art an- térieur ont été soumis à un essai de durabilité cyclique pour mesurer la profondeur moyenne d'usure et le nombre20 d'écaillages sur les surfaces de guidage 2 a des gorges 2 formées dans l'anneau extérieur 1 Les résultats sont indiqués dans le Tableau 1. TABLEAU 1 Roulement à aiguilles Traité suivant Art antérieur l'invention Usure moyenne sur sur- face guidage des gor- ges de l'anneau 19,2 lim 42,5 Dim extérieur ombre d'écaillages i 6 Comme le montrent les résultats d'essai, avec le joint universel homocinétique conforme à la présente invention, la profondeur d'usure et le nombre d'écailla- ges sont respectivement divisés par deux et par six, comparativement au joint de l'art antérieur. Ensuite, un joint universel homocinétique com- portant des galets de guidage dont les surfaces ont été traitées conformément à la présente invention et un joint homocinétique de l'art antérieur ont été soumis à un essai de durabilité cyclique pour mesurer la profondeur moyenne d'usure et le nombre d'écaillages sur les surfa- ces de guidage 2 a des gorges 2 de l'anneau extérieur 1. Les résultats sont indiqués dans le Tableau 2. TABLEAU 2 Galet de guidage Traité suivant Art antérieur l'invention Usure moyenne sur surface guidage des gorges de l'anneau 18 Wjm 38 Dam extérieur ombre d'écaillages i 5 Comme le montrent les résultats d'essai, avec le joint universel homocinétique conforme à la présente invention, la profondeur d'usure et le nombre d'écailla- ges sont respectivement divisés par deux et par cinq, comparativement au joint de l'art antérieur. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Joint universel homocinétique comprenant un anneau extérieur ( 1), dans la périphérie intérieure duquel sont formées trois gorges de guidage cylindriques ( 2) s'étendant axialement, un tripode ( 3) monté dans le dit anneau extérieur et comportant trois tourillons ( 4) s'étendant radialement de façon à se loger dans lesdites gorges de guidage respectives, des roulements à aiguilles ( 8) disposés autour desdits tourillons, et des galets de guidage ( 5) montés chacun sur lesdits tourillons respec- tifs par l'intermédiaire desdits roulements à aiguilles et engagés dans lesdites gorges de guidage respectives, caractérisé en ce qu'au moins l'un ou l'autre du rou- lement à aiguilles et du galet de guidage associés pré- sente dans sa surface un grand nombre de très petites cavités disposées au hasard de sorte que le rapport RMS(L)/RMS(C) ne dépasse pas 1,0, RMS(L) et RMS(C) étant des valeurs de rugosité de surface dans la direc- tion longitudinale et la direction circonférentielle, res- pectivement, et de sorte que la valeur SK, qui est un au- tre paramètre de rugosité de surface, ne dépasse pas -1,5. 2. Joint universel homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la surface des dites très petites cavités à la surface géné- rale est de 10 à 40 %. 3. Joint universel homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites très pe- tites cavités ont chacune une surface moyenne de 35 à pim 2 4. Joint universel homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit galet de gui- dage comprend un galet extérieur( 6) et un galetintérieur( 7).