Brevet FR2680841A1 — publié le 19930305

i Cette invention se rapporte en général à des joints universels et en particulier à une structure perfectionnée d'un joint universel du type à vitesse constante. Un joint universel est un dispositif d'accouplement mécanique qui réalise une connexion d'entraînement rotatif entre deux arbres tournants tout en permettant que de tels arbres soient orientés suivant un angle relativement l'un à l'autre Ces joints universels sont utilisés généralement dans des systèmes de trains d'entraînement de véhicules Par exemple, un joint universel est utilisé communément pour fournir une connexion d'entraînement rotatif entre un arbre menant entraîné de façon rotative par un moteur de véhicule et un arbre d'entrée relié à l'ensemble d'essieux du véhicule Cela est fait parce que l'arbre menant et l'arbre d'entrée de l'ensemble des essieux sont rarement alignés coaxialement. Pour compenser ce non-alignement, tout en réalisant toujours une liaison d'entraînement rotatif, on prévoit un joint universel entre ceux-ci. Les joints universels sont communément classifiés d'après leurs caractéristiques fonctionnelles Une caractéristique fonctionnelle importante se rapporte aux vitesses angulaires relatives des deux arbres reliés par ce moyen. Dans un joint universel du type à vitesse constante, les vitesses angulaires instantanées des deux arbres sont toujours égales, quelque soit l'angle de rotation Dans un joint universel du type à vitesse non constante, les vitesses angulaires instantanées des deux arbres varient en fonction de l'angle de rotation (bien que les vitesses angulaires moyennes d'un tour complet soient égales). Une structure typique d'un joint universel à vitesse constante comprend une piste interne cylindrique reliée à l'un des arbres et une piste externe cylindrique creuse reliée à l'autre des arbres La surface externe de la piste interne et la surface interne de la piste externe présentent, respectivement, une pluralité de rainures Les rainures s'étendent de façon linéaire et ont généralement des configurations semi-circulaires en section transversale. Chaque rainure formée dans la surface externe de la piste interne est associée à une rainure correspondante formée dans la surface interne de la piste externe. Une bille est disposée dans chacune des paires de rainures associées Les billes réalisent une connexion d'entraînement entre les pistes interne et externe Une cage annulaire est réalisée de façon typique entre les pistes interne et externe afin de retenir les billes dans les rainures La cage présente une pluralité d'ouvertures espacées circonférentiellement, à cette fin. Dans une variété connue d'un joint à vitesse constante du type à billes et à cage, les rainures formées dans la surface externe de la piste interne sont orientées de façon a être inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint De façon similaire, les rainures formées dans la surface interne de la piste externe sont inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint Pour chaque paire de rainures de pistes interne et externe associées, la rainure de piste interne est inclinée suivant une direction relativement à l'axe de rotation du joint, tandis que l'autre rainure de piste externe est inclinée suivant la direction opposée On se réfère ainsi communément à cette variété de joint comme joint à rainures transversales, à vitesse constante. Des joints à rainures transversales connus permettent un déplacement axial relatif entre la piste interne et la cage, ainsi qu'entre la cage et la piste externe Ainsi, le centre du joint (qui est défini par le point d'intersection des axes de rotation des deux arbres reliés à celui- ci) peut se déplacer axialement pendant l'utilisation Etant donné qu'il n'y a pas d'engagement physique entre la piste interne et la cage ou entre la cage et la piste externe, on a trouvé que des joints à rainures transversales conviennent particulièrement bien pour des applications à des vitesses de rotation élevées. Cependant, certaines applications de joints universels requièrent l'utilisation d'un joint du type à centre fixe, c'est-à-dire un joint dans lequel le point d'intersection des axes de rotation des deux arbres ne peuvent pas se déplacer axialement pendant l'utilisation Bien qu'on connaisse des variétés de joints à vitesse contante ne présentant pas de rainures transversales et qui ont des centres fixes, on a trouvé que quelques unes des structures ne conviennent pas pour des applications à des vitesses de rotation élevées Parmi ces variétés ne présentant pas de rainures transversales qui conviennent pour des applications à des vitesses de rotation élevées, on a trouvé qu'il était peu pratique et peu économique de fabriquer deux types différents de structures de joint, à savoir la variété à rainures transversales (qui permet le déplacement axial du centre du joint) et la variété ne présentant pas de rainures transversales (qui empêche un tel déplacement axial) De façon correspondante, il est souhaitable de réaliser une variété de joint à vitesse constante, à rainures transversales qui puisse être fabriquée pour convenir facilement pour l'utilisation soit avec un centre fixe, soit avec un centre mobile axialement. L'invention se rapporte à une structure perfectionnée d'une variété de joint universel à vitesse constante, à rainures transversales Ce joint comprend une piste interne ayant une pluralité de rainures formées dans une surface externe de celle-ci et une piste externe ayant une pluralité de rainures formées dans une surface interne de celle-ci Les rainures formées dans la surface externe de la piste interne sont orientées de façon a être inclinées en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint De façon similaire, les rainures formées dans la surface interne de la piste externe sont inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint Pour chaque paire de rainures de pistes interne et externe associées, la rainure de piste interne est inclinée suivant une direction relativement à l'axe de rotation du joint, tandis que la rainure de piste externe est inclinée suivant la direction opposée Une bille est disposée dans chacune des rainures de pistes interne et externe associées pour réaliser une connexion d'entraînement entre les pistes interne et externe. Une cage est prévue pour retenir les billes dans les rainures Des moyens sont prévus pour empêcher que la piste interne, la cage, et la piste externe ne se déplacent axialement les unes par rapport aux autres pendant l'utilisation Dans un premier mode de réalisation, de tels moyens comprennent des surfaces sphériques appariées formées sur la surface interne de la piste externe et la surface externe de la cage La venue en prise de ces surfaces sphériques permet à la cage de tourner relativement à la piste externe pendant l'utilisation mais empêche qu'elle se déplace axialement par rapport à celle-ci En raison de l'orientation de croisement des rainures pratiquées dans les pistes interne et externe, on empêche également la piste interne de se déplacer axialement relativement à la cage et à la piste externe Dans un deuxième mode de réalisation, de tels moyens comprennent des surfaces sphériques appariées formées sur la surface interne de la cage et la surface externe de la piste interne. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant des modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: La figure 1 est une vue éclatée, en perspective, d'un joint universel à vitesse constante en accord avec cette invention. La figure 2 est une vue en coupe, en élévation, du joint à vitesse constante de la figure 1, dans l'état assemblé. La figure 3 est une vue en coupe, en élévation, similaire à la figure 2 d'un mode de réalisation alternatif du joint à vitesse constante. En se reportant maintenant aux dessins, on a représenté sur les figures 1 et 2 un joint universel à vitesse constante, indiqué généralement en 10, en accord avec cette invention Le joint 10 comprend une piste interne 11 qui est généralement creuse et de forme cylindrique La piste interne 11 présente une ouverture cannelée centrale 12 pratiquée à travers celle-ci L'ouverture cannelée 12 permet l'insertion d'un arbre (non représenté) en vue de la rotation avec la piste interne 11 autour d'un axe, comme cela est bien connu dans l'art. La piste interne 11 présente une surface externe 13 qui est généralement de forme cylindrique, mais qui est légèrement courbée le long de l'axe de rotation Une pluralité de rainures 14 est formée dans la surface externe 13 de la piste interne 11 Dans le mode de réalisation illustré, six de ces rainures 14 sont formées dans la surface externe 13 de la piste interne 11 Les rainures 14 s'étendent de façon linéaire et ont des formes généralement semi-circulaires en section transversale Les rainures 14 formées dans la surface externe 13 de la piste interne 11 sont orientées de façon a être inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint 10. Le joint 10 comprend, en outre, une piste externe 15 qui est également généralement creuse et de forme cylindrique La piste externe 15 peut être réalisée avec des moyens pour la relier à un arbre (non représenté) pour la rotation autour de l'axe de rotation, comme cela est bien connu dans l'art En alternance, la piste externe 15 peut être réalisée intégralement avec un tel arbre. La piste externe 15 présente une surface interne 16 qui est généralement de forme cylindrique mais qui est légèrement courbée par rapport à l'axe de rotation La surface interne 16 de la piste externe 15 présente, en outre, une portion généralement sphérique 17, dont l'utilité sera expliquée ciaprès. Une pluralité de rainures 18 est formée dans la surface interne 16 de la piste externe 15 Le nombre de ces rainures 18 est le même que le nombre des rainures 14 formées dans la surface externe 13 de la piste interne 11 Comme dans le cas des rainures 14 de piste interne, les rainures 18 de piste externe s'étendent de façon linéaire et ont des formes généralement semi-circulaires en section transversale Les rainures 18 formées dans la surface interne 16 de la piste externe 15 sont orientées de façon a être inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint 10 Chacune des rainures 18 de piste externe est associée à l'une des rainures 14 de piste externe correspondante. Dans chaque paire de rainures de pistes interne et externe associées 14 et 18, la rainure 14 de piste interne est inclinée suivant une direction relativement à l'axe de rotation du joint, tandis que la rainure 18 de piste externe est inclinée suivant la direction opposée. Une pluralité de billes 20 est prévue pour réaliser une connexion d'entraînement entre la piste interne 11 et la piste externe 15 Une bille 20 est prévue pour chacune des paires associées de rainures 14 de piste interne et de rainures 18 de piste externe Comme cela est représenté sur la figure 2, chaque bille 20 s'étend à la fois dans la rainure 14 de piste interne et la rainure 18 de piste externe Ainsi, lorsque la piste interne 11 tourne autour de l'axe de rotation, la piste externe 15 tourne avec celle-ci Une cage 21 est prévue pour retenir les billes 20 à l'intérieur des rainures 14 et 18 La cage 21 est généralement creuse et de forme cylindrique, et présente une pluralité d'ouvertures 22 pratiquées à travers la circonférence de celle-ci Une bille 20 est disposée dans chacune des ouvertures 22 Ainsi, la cage 21 retient les billes 20 dans les gorges 14 et 18 pendant l'utilisation. La cage 21 est réalisée avec une surface externe sphérique 23 La surface externe sphérique 23 de la cage 21 est dimensionnée pour coïncider avec la portion sphérique 17 de la surface interne 16 de la piste externe 15, bien que son diamètre soit légèrement plus petit Ainsi, lorsque le joint 10 est assemblé comme représenté sur la figure 2, la surface externe sphérique 23 de la cage 21 vient en prise avec la portion sphérique 17 de la surface interne 16 de la piste externe 15 Par conséquent, la cage 21 peut tourner relativement à la piste externe 15 pendant l'utilisation mais ne peut pas se déplacer axialement par rapport à celle-ci En raison de l'orientation de croisement des rainures 14 et 18 et des billes 20 disposées à l'intérieur, la piste interne 11 ne peut pas non plus se déplacer axialement relativement à la cage 21 et à la piste externe 15 La piste interne 11, la cage 21 et la piste externe 15 sont ainsi toutes fixées axialement en position les unes par rapport aux autres pendant l'utilisation. En se reportant maintenant à la figure 3, on a représenté un mode de réalisation alternatif d'un joint universel à vitesse constante, indiqué généralement en 30, en accord avec cette invention Le joint 30 comprend une piste interne 31 qui est généralement creuse et de forme cylindrique La piste interne 31 présente une ouverture cannelée centrale 22 pratiquée à travers celle- ci L'ouverture cannelée 32 permet l'insertion d'un arbre (non représenté) à l'intérieur en vue d'une rotation avec la piste interne 31 autour d'un axe, comme cela est bien connu dans l'art. La piste interne 31 présente une surface externe 33 qui est généralement de forme cylindrique, mais qui est légèrement courbée le long de l'axe de rotation La surface externe 33 de la piste interne 31 présente, en outre, une portion généralement sphérique 34, dont l'utilité sera expliquée ci-après Une pluralité de rainures 35 est réalisée dans la surface externe 33 de la piste interne 31 Dans le mode de réalisation représenté, six de ces rainures 35 sont formées dans la surface externe 33 de la piste interne 31 Les rainures 35 s'étendent de façon linéaire et ont des formes généralement semi-circulaire en section transversale Les rainures 35 formées dans la surface externe 33 de la piste interne 31 sont orientées de façon a être inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint 30. Le joint 30 comprend, en outre, une piste externe 36 qui est également généralement creuse et de forme cylindrique La piste externe 36 peut présenter des moyens pour sa liaison à un arbre (non représenté) en vue d'une rotation autour de l'axe de rotation, comme cela est bien connu dans l'art En alternance, la piste externe 36 peut être réalisée intégralement avec un tel arbre La piste externe 36 présente une surface interne 37 qui a une forme généralement cylindrique mais qui est légèrement courbée relativement à l'axe de rotation. Une pluralité de rainures 38 est formée dans la surface interne 37 de la piste externe 36 Le nombre de ces rainures 38 est le même que le nombre des rainures 35 formées dans la surface externe 33 de la piste interne 31 Comme dans le cas des rainures 35 de piste interne, les rainures 38 de piste externe s'étendent de façon linéaire et ont des formes généralement semi-circulaires en section transversale Les rainures 38 formées dans la surface interne 37 de la piste externe 36 sont orientées de façon a être inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint 30 Chacune des rainures 38 de piste externe est associée à l'une des rainures 35 correspondantes de piste interne. Dans chaque paire de rainures 35 et 38 de pistes interne et externe associées, la rainure 35 de piste interne est inclinée suivant une direction relativement à l'axe de rotation du joint, tandis que la rainure 38 de piste externe est inclinée suivant la direction opposée. Une pluralité de billes 40 est prévue pour réaliser une connexion d'entraînement entre la piste interne 31 et la piste externe 36 Une bille 40 est prévue pour chacune des paires associées de rainures 35 de piste interne et de rainures 38 de piste externe Comme représenté sur la figure 3, chaque bille 40 s'étend à la fois dans la rainure 35 de piste interne et la rainure 38 de piste externe Ainsi, lorsque la piste interne 31 tourne autour de l'axe de rotation, la piste externe 36 tourne avec celle-ci Une cage 41 est prévue pour retenir les billes 40 à l'intérieur des rainures 35 et 38 La cage 41 est généralement creuse et de forme cylindrique, ayant une pluralité d'ouvertures 42 pratiquées à travers la circonférence de celle-ci Une bille 40 est disposée dans chacune des ouvertures 42 La cage 41 retient ainsi les billes 40 dans les rainures 35 et 38 pendant l'utilisation. La cage 41 présente une surface interne sphérique 43 La surface interne sphérique 43 de la cage 41 est dimensionnée de façon à coïncider avec la portion sphérique 34 de la surface externe 33 de la piste interne 31, bien que son diamètre soit légèrement plus grand Ainsi, lorsque le joint 30 est assemblé comme cela est représenté sur la figure 3, la surface interne sphérique 43 de la cage 41 vient en prise avec la portion sphérique 34 de la surface externe 33 de la piste interne 31 Par conséquent, la cage 41 peut tourner relativement à la piste interne 31 pendant l'utilisation mais ne peut pas se déplacer axialement relativement à celle-ci En raison de l'orientation de croisement des rainures 35 et 38 et des billes 40 disposées à l'intérieur, la piste externe 36 ne peut pas non plus se déplacer axialement relativement à la cage 41 et la piste interne 31. Ainsi, la piste interne 31, la cage 41 et la piste externe 36 sont toutes fixées axialement en position les unes par rapport aux autres pendant l'utilisation. On note que dans les deux modes de réalisation de cette invention on a prévu des joints ayant un centre fixe, et que les centres de ces joints ne peuvent pas se déplacer axialement pendant l'utilisation Dans le premier mode de réalisation (représenté sur les figures 1 et 2), ceci est réalisé par la venue en prise des surfaces sphériques 17 et 23 formées sur la piste externe 15 et la cage 21, respectivement Dans le deuxième mode de réalisation (figure 3), ceci est réalisé par la coopération des surfaces sphériques 33 et 43 formées sur la piste interne 31 et la cage 41, respectivement Ainsi, lorsque les deux joints 10 et 30 sont fabriqués et assemblés comme cela est représenté, ils ne peuvent pas fonctionner comme des joints classiques à rainures transversales, c'est-à-dire aucun déplacement axial du centre des joints n'est permis. Cependant, en raison des structures inhérentes à ces joints 10 et 30, les procédés de fabrication peuvent être changés dune manière rapide et facile pour produire un joint classique à rainures transversales qui permet un tel déplacement axial du centre du joint Dans le premier mode de réalisation (figures 1 et 2) ceci peut être réalisé simplement en ce que l'on n'usine pas la portion de surface sphérique 17 sur la surface interne 16 de la piste externe 15. Au contraire, la surface interne 16 de la piste externe 15 peut être étendue de façon à ne pas venir en prise avec la cage 21 Lorsqu'on ne réalise pas cette portion de surface sphérique 17, il n'y a pas d'engagement entre la piste externe et la cage 21 qui empêcherait le déplacement axial entre celles-ci Ainsi, le joint modifié 10 fonctionnerait comme un joint classique à rainures transversales de façon à permettre le déplacement axial du centre de celui-ci. Dans le deuxième mode de réalisation (figure 3), on peut obtenir le même résultat de façon simple en ce que l'on n'usine pas la portion de surface sphérique 34 sur la surface externe 33 de la piste interne 31. On peut voir ainsi, que les mêmes procédés d'usinage et de fabrication peuvent être utilisés pour fabriquer les joints 10 ou 30 soit selon la variété ayant un centre fixe ou la variété ayant un centre déplaçable axialement La seule différence lors de la fabrication de ces deux variétés différentes est, soit la surface sphérique 17 est formée sur la piste externe 15 du premier mode de réalisation, soit la surface sphérique 34 est formée sur la piste interne 31 du deuxième mode de réalisation L'usinage de ces surfaces sphériques 17 et 34 est un travail relativement simple à exécuter en utilisant des machines de coupe et de rectification de métaux connues Ceci provient du fait que les tolérances associées aux structures de base des pistes interne et externe sont relativement grandes. Cependant, la formation des rainures à la fois dans les pistes interne et externe est d'une importance critique Ceci provient du fait que ce sont les rainures des pistes interne et externe avec lesquelles viennent en prise les billes en vue de réaliser la connexion d'entraînement par le joint Par conséquent, ces rainures sont de façon typique formées précisément dans les pistes interne et externe par brochage, fraisage ou un procédé similaire En raison des tolérances étroites impliquées, l'outillage qui est utilisé de façon typique pour former ces rainures ne peut pas être remplacé rapidement ou facilement à partir de rainures inclinées (pour former un joint classique à rainures transversales qui permet un déplacement axial du centre) à des rainures orientées axialement (pour former un joint classique ayant un centre fixe). Comme mentionné ci-dessus, il est relativement simple de changer le procédé d'usinage pour que les portions de surface 17 et 34 soient comprises ou exclues Lorsque les portions de surface sphérique 17 et 34 sont comprises, le joint 10 ou 30 fonctionne comme joint ayant un centre fixe Lorsque les portions de surface sphérique 17 ou 34 sont exclues, le joint 10 ou 30 fonctionne comme joint classique à rainures transversales permettant le déplacement axial du centre La caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que les rainures pour les billes sont formées dans exactement les mêmes localisations en utilisant exactement le même outillage aussi bien pour la variété ayant un centre fixe ou la variété dont le centre est déplaçable axialement Cette flexibilité dans la production des joints 10 et 30 permet de réduire de manière significative le temps et le coût pour la production des deux variétés. 9 2680841 Selon les dispositions de la loi sur les brevets, le principe et le mode de fonctionnement de cette invention ont été décrits et représentés par son mode de réalisation préféré Cependant, il faut comprendre que l'invention peut être mise en oeuvre d'une autre façon que celle expliquée et représentée explicitement sans s'écarter de son esprit ou de sa portée. REVENDICATIONS 1 Joint universel à vitesse constante ( 10, 30) apte à tourner autour d'un axe caractérisé en ce qu'il comprend: une piste externe creuse ( 15, 36) possédant une pluralité de rainures ( 18, 38) formées dans une surface interne ( 16, 37) de celle-ci, lesdites rainures de piste externe ( 18, 38) étant inclinées, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint ( 10, 30); une piste interne ( 11, 31) disposée à l'intérieur de ladite piste externe ( 15, 36) et possédant une pluralité de rainures ( 14, 35) formée dans une surface externe ( 13, 33) de celle- ci, lesdites rainures ( 18, 38) de piste externe étant inclinée, en alternance, relativement à l'axe de rotation du joint ( 10, 30), chacune desdites rainures ( 14, 35) de piste interne étant associées avec une rainure ( 18, 38) de piste externe, lesdites rainures ( 14, 35; 18, 38) de pistes interne et externe associées étant inclinées suivant des directions opposées relativement à l'axe de rotation du joint; une bille ( 20, 40) disposée dans chacune desdites paires de rainures ( 14, ; 18, 38) de piste interne et externe associées; une cage creuse ( 21, 41) disposée entre lesdites pistes interne et externe ( 11, 31; 15, 36) et présentant des ouvertures formées à l'intérieur pour retenir chacune desdites billes ( 20, 40) dans lesdites rainures ( 14, 35; 18, 38) de pistes interne et externe; et des moyens formés sur ladite cage ( 21, 41) et une desdites pistes interne et externe ( 11, 31; 15, 36) pour empêcher un déplacement axial de ladite cage ( 21,41) relativement auxdites pistes interne et externe ( 11, 31; 15, 36). 2 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen pour empêcher que ladite cage ( 21, 41) ne se déplace axialement relativement aux dites pistes interne et externe ( 11, 31; 15, 36) comprend des surfaces sphériques d'engagement formées sur ladite cage ( 21, 41) et une desdites pistes interne et externe ( 11,31; 15,36). 3 Joint selon la revendication 2, dans lequel lesdites surfaces sphériques ( 43) sont formées sur une surface interne de ladite cage ( 21, 41) et une surface externe ( 33) de ladite piste interne ( 31). 4 Joint selon la revendication 3, dans lequel lesdites surfaces sphériques ( 23, 43) sont formées sur une surface externe de ladite cage ( 21, 41) et une surface interne ( 16) de ladite piste externe ( 15).