Brevet FR2686132A1 — publié le 19930716

JOINT HOMOCINETIQUE TOURNANT A BILLES. L'invention concerne un joint homocinétique tournant à billes, comportant une partie de joint extérieure et une partie de joint intérieure dans lesquelles sont prévus plusieurs chemins de billes s'étendant sensiblement dans la direction axiale, des billes pour la transmission du couple, qui sont guidées dans des chemins radialement opposés dans la partie de joint intérieure et la partie de joint extérieure, ainsi qu'une cage qui maintient les billes dans des ouvertures de cage, dans un plan perpendiculaire à l'axe, des moyens étant prévus qui, pour une déviation relative de l'axe de la partie de joint extérieure par rapport à l'axe de la partie de joint intérieure, amènent la cage avec les billes dans le plan de la bissectrice On définit ainsi différents types de joints, qui vont être abordés dans le détail dans la suite - Ces joints sont notamment des joints fixes du type "Rzeppa" dans lesquels l'amenée directe des billes vers le plan de la bissectrice s'effectue par des chemins de billes d'étendue méridionale, présentant des centres des chemins de la partie de joint intérieure et de la partie joint extérieure, décalés dans la direction longitudinale Ce sont par ailleurs des joints sans contre-dépouille, du type "UF", qui sont d'un principe sensiblement identique mais dont les chemins de billes, vus axialement, sont réalisés sans contre-dépouille Ce sont en outre, des joints du type "DO" dans lesquels sont prévus, sur la cage, des surfaces de guidage de forme sphérique présentant des centres de courbure décalés axialement, sur le côté intérieur et sur le côté extérieur, de sorte que lors de la flexion du joint, il s'effectue une amenée directe de la cage, et donc indirectement des billes, dans le plan de la bissectrice De tels joints peuvent être réalisés en tant que joints fixes lorsqu'ils présentent des chemins de guidage de billes courbes, ou en tant que joints à coulissement axial lorsqu'ils présentent des chemins de guidage de billes rectilignes. Finalement rentrent également dans le cadre de l'invention, des joints appelés joints du type "VL", qui comportent dans la partie de joint extérieure et dans la partie de joint intérieure des chemins au moins en partie associés les uns aux autres, qui ne s'étendent pas rigoureusement dans la direction axiale, mais forment au contraire un angle entre-eux, en produisant ainsi une amenée directe des billes dans le plan de la bissectrice et vers la moitié de la course de coulissement. Dans le cas des joints connus-de ce type, les cages sont en contact glissant, continuellement ou au moins par moments, avec l'ensemble des surfaces situées entre les chemins de billes de la partie de joint intérieure et/ou de la partie de joint extérieure du joint Selon la configuration des surfaces, le contact peut concerner constamment des tronçons de surfaces sphériques ou respectivement seulement des tronçons étroits de surfaces annulaires qui se déplacent Pour des raisons d'usure, il est ici nécessaire de tremper toutes les surfaces de glissement sur la partie de joint extérieure et la partie de joint intérieure La trempe qui est liée à une amenée de grandes quantités de chaleur, conduit sur les pièces considérées, à des gauchissements et des déformations de trempe Ces pièces doivent en conséquence être rectifiées après la trempe, sur les surfaces de guidage déformées Si les pièces ont déjà été amenées à leurs dimensions finales avant la trempe, en vue d'éviter une rectification ultérieure, les déformations de trempe nécessitent au moins une classification, c'est à dire un tri des parties de joint extérieures, des parties de joint intérieures et des cages adaptées les unes aux autres Aussi bien la rectification après la trempe, que la classification après la trempe, augmentent globalement les coûts de fabrication. A partir de là, le but de l'invention consiste à réaliser les surfaces de guidage entre la cage et la partie de joint intérieure et/ou la partie de joint extérieure, de manière à ce qu'elles soient trempées quant à leur résistance à l'usure, mais permettent toutefois le montage du joint après la trempe, sans rectification ultérieure et sans classification L'autre but de l'invention consiste également à fournir un procédé de trempe adapté. Ce but est atteint grâce au fait que sur la partie de joint extérieure et/ou la partie de joint intérieure respectivement au moins les surfaces de roulement des chemins de billes sollicités par les billes, ainsi que les zones des surfaces respectivement adjacentes aux chemins de billes et faisant office de surfaces de guidage pour la cage, sont soumises à une trempe, tandis qu'entre chacun de deux chemins de billes voisins, entre les surfaces de guidage, se trouvent des zones non trempées. Une trempe de profondeur plus accentuée des zones de contact pour les billes dans les chemins de billes, est divulguée par le document DE-PS 31 32 363 pour des joints du type de ceux mentionnés en introduction Par ailleurs, le document JP 3-26 335 Y 2 divulgue une trempe exclusive des chemins de roulement de galets pour les galets de joints à tripode Il n'y a toutefois aucun lien de construction ou fonctionnel avec l'objet de la présente invention. Des surfaces de guidage de configuration conforme à l'invention assurent la résistance à l'usure nécessaire, et réduisent les déformations de trempe en raison de zones de trempe plus petites et donc de quantités de chaleur moindres amenées aux pièces. Il est particulièrement intéressant de limiter la trempe aux surfaces extérieures des chemins de roulement à proximité des bords des chemins de billes, et aux surfaces de guidage, tandis que les surfaces de roulement dans le fond de chemin restent non trempées, ce qui signifie que la trempe est limitée à la transition entre le chemin de bille concave et les surfaces en forme de tronçon circulaire en section transversale, sur la partie de joint extérieure ou sur la partie de joint intérieure. De préférence, les surfaces de guidage trempées s'étendent de manière uniforme sur la totalité de la longueur de guidage en coupe longitudinale. Toutefois, des variantes sont possibles, par exemple sous la forme de surfaces de guidage constituées par des zones trempées plus larges dans la direction périphérique, en direction des extrémités axiales des chemins de billes. Selon une configuration de l'invention, la partie de joint extérieure ou la partie de joint intérieure sont trempées plus profondément dans la zone des surfaces de guidage que dans la zone des surfaces de roulement des chemins de billes D'après une configuration particulière, la partie de joint extérieure ou la partie de joint intérieure présentent des profondeurs de trempe plus importantes dans la zone des surfaces de guidage et des profondeurs de trempe qui diminuent dans la zone des surfaces de roulement des chemins. Selon une exécution préférée, seules portent les surfaces de guidage trempées, qui font saillie radialement vers l'intérieur sur la partie de joint extérieure, et radialement vers l'extérieur sur la partie de joint intérieure, au-delà des autres tronçons de surface, c'est à dire les zones non trempées entre deux chemins de billes respectivement voisins Selon une configuration préférée, ces surfaces de guidage en saillie radiale, sont le résultat du procédé de trempe lui-même qui sera décrit plus loin En effet, les zones soumises à la trempe forment les surfaces de guidage pour la cage par la formation de martensite induisant une augmentation de volume. En raison des zones porteuses réduites, entre la cage et la partie de joint extérieure et/ou la partie de joint intérieure, la fonction du joint n'est pas entravée, même si apparaissent tout de même des déformations localisées,*parce que les pièces s'ajustent rapidement par rodage au niveau des surfaces porteuses réduites. Un procédé de fabrication préféré, de joints conformes à l'invention, consiste à fabriquer mécaniquement la cage et la partie de joint extérieure et/ou la partie de joint intérieure prévues pour le guidage de la cage, de manière à ce qu'elles présentent entre-elles un jeu radial, et à réaliser les surfaces de guidage sur la partie de joint extérieure ou sur la partie de joint intérieure, par la mise en oeuvre d'un procédé de trempe appliqué uniquement de manière partielle et produisant une augmentation de volume de la matière, par formation de martensite Il est prévu dans ce cas de renoncer, après la trempe, à des opérations d'usinage mécanique ultérieures sur les parties du joint. Grâce à des procédés appropriés, notamment par exemple une trempe par induction, il est possible d'obtenir les augmentations de volume souhaitées, suite à la formation de martensite. L'amenée de chaleur aux zones partielles à tremper peut être bien contrôlée, de sorte qu'une déformation de l'ensemble de la pièce n'est pas à redouter Il est particulièrement avantageux que la partie de joint extérieure ou la partie de joint intérieure soient soumises, tout au moins lors d'une première étape, à un traitement thermique agissant sur l'ensemble de la pièce, notamment un affinage, auquel succède en tant qu'étape finale, un procédé de trempe avec formation de martensite, appliqué partiellement, des surfaces de guidage et des surfaces de roulement des chemins; ainsi on utilise la chaleur d'un traitement thermique antérieur, encore présente dans la pièce, pour le procédé de trempe conforme à l'invention. L'invention va être explicitée plus en détail au regard d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés qui montrent: Fig 1 un joint homocinétique tournant, à billes, entièrement monté, en tant que joint fixe, en coupe longitudinale; Fig 2 une partie de joint extérieure d'un joint selon la figure 1, en coupe longitudinale; Fig 3 une partie de joint intérieure d'un joint selon la figure 1, en vue de bout; Fig 4 un joint homocinétique tournant, à billes, en tant que joint coulissant, en coupe longitudinale; Fig 5 a Fig 5 b une coupe transversale d'un chemin de billes dans une partie de joint extérieure, selon un premier mode de réalisation; une coupe transversale d'un chemin de billes dans une partie de joint extérieure, selon un second mode de réalisation; Fig 5 c une coupe transversale d'un chemin de billes dans une partie de joint extérieure, selon un troisième mode de réalisation; Fig 5 d une coupe transversale d'un chemin de billes dans une partie de joint extérieure, selon un quatrième mode de réalisation. Le joint selon la figure 1 comprend une partie de joint extérieure 1 sur laquelle est formé d'un seul tenant, un fond 2 sur lequel est rapporté un tourillon de raccordement 3 non décrit plus en détail Dans la partie de joint extérieure 1 ouverte d'un côté, est insérée une partie de joint intérieure 4 sensiblement de forme annulaire et comportant une ouverture centrale d'emmanchement 5 non décrite plus en détail et destinée à un tourillon d'arbre Entre la partie de joint extérieure et la partie de joint intérieure est guidée une cage 6 qui reçoit dans des ouvertures de cage 7 réparties sur la périphérie, des billes 8 destinées à la transmission du couple Les billes s'engagent dans des chemins 9 d'étendue longitudinale dans la partie de joint extérieure, et dans des chemins 10 dans la partie de joint intérieure, ces chemins de billes se faisant face radialement, par paires En raison de la forme symétrique entre-elles des lignes centrales des chemins, les billes, lors de la flexion de la partie de joint intérieure par rapport à la partie de joint extérieure, sont amenées, de manière connue, dans le plan de la bissectrice, les billes étant maintenues entre-elles dans un même plan, par la cage. La cage présente une surface extérieure 11 en forme de tronçon de sphère, et une surface intérieure 12 en forme de tronçon de sphère Au moins l'une de ces surfaces est guidée de manière glissante sur des surfaces intérieures 13 dans la partie de joint extérieure et/ou sur des surfaces extérieures 14 sur la partie de joint intérieure Ces surfaces vont être décrites plus en détail au regard des autres représentations des dessins annexés. La figure 2 laisse entrevoir la partie de joint extérieure 1 dans ses détails déjà mentionnés, une autre coupe et la représentation en tant que dessin de détail permettant de mieux distinguer les chemins de billes 9 et les surfaces intérieures 13 situées entre chacun des chemins Des lignes en pointillé indiquent des zones de pénétration de trempe le long de chacun des bords 15 des chemins de billes, ces zones constituant des zones de trempe à augmentation de volume, qui forment des surfaces de guidage 16 s'étendant dans la direction de l'axe, le long des bords 15 L'allure indiquée des lignes en pointillé, sur la surface frontale, permet de mettre en évidence que la pénétration de la trempe ne concerne pas uniquement les bords longitudinaux 15 des chemins 9, mais englobe également la surface des chemins de roulement dans la zone des surfaces des chemins 9. La figure 3 laisse entrevoir la partie de joint intérieure 4 avec ses détails déjà mentionnés, les chemins de billes 10 et les surfaces extérieures 14 situées entre chacun de ces chemins devenant ici clairement visibles Des lignes en pointillé indiquent les zones de pénétration de trempe de volume augmenté et donc trempées, qui forment des surfaces de guidage 18 s'étendant dans la direction de l'axe, le long des bords 17 des chemins 10 Le cas échéant, les surfaces extérieures 14 présentent des méplats entre ces surfaces de guidage 18, de manière à y exclure toute portée. L'allure des lignes en pointillé sur la surface frontale met en évidence que la pénétration de la trempe ne concerne pas uniquement les bords longitudinaux 17 des chemins 10, mais englobe également la surface des chemins de roulement dans la zone des surfaces des chemins 10. La figure 4 montre un joint d'un type différent, en tant que joint coulissant, les détails de principe correspondant à ceux de la figure 1 étant désignés par des repères correspondants d'une valeur augmentée de 20 par rapport à la figure 1. Ainsi, cette figure représente une partie de joint extérieure 21 comportant un fond de joint 22 sur lequel est rapporté un tourillon 23, dans laquelle est insérée une partie de joint intérieure 24 présentant une ouverture intérieure 25 et représentée en position de flexion du joint. Entre la partie de joint intérieure et la partie de joint extérieure est montrée une cage 26 comportant des ouvertures de cage 27 réparties sur la périphérie, et recevant des billes 28 transmettant le couple, qui s'engagent dans des chemins de billes 29 dans la partie de joint extérieure et des chemins de billes 30 dans la partie de joint intérieure, ces chemins s'étendant, dans ce cas, en se référant aux lignes centrales des chemins, à une distance constante de l'axe central de la pièce Pour amener les billes dans le plan de la bissectrice, et pour amener les billes à la moitié de la course de coulissement dans le cas d'un possible coulissement axial de la partie de joint intérieure par rapport à la partie de joint extérieure, les chemins présentent toutefois, dans ce cas, un angle d'inclinaison non visible sur le dessin, par rapport à l'axe correspondant de la partie de joint. La cage 26 présente ici également une surface extérieure 31 de forme sensiblement sphérique, tandis que la surface intérieure 32 s'étend d'une manière cylindrique intérieure environ à partir du milieu de la cage en direction du fond 22, et forme une butée axiale en direction du côté extérieur du joint pour la partie de joint intérieure 24 Dans l'exemple de réalisation représenté, le joint est fermé en direction de l'extérieur, par un soufflet 39 d'un type de construction connu Les zones trempées qui ne sont pas représentées ici, englobent, tout comme dans l'exemple de réalisation précédent, au moins les surfaces de roulement des chemins et les surfaces de guidage. Chacune des figures 5 a à 5 d représente une section transversale d'une partie de joint extérieure 1, dans la zone d'un chemin de billes 9, une zone de la section transversale représentée par un remplissage de points et délimitée par une ligne en pointillé, indiquant en section, une zone de pénétration de trempe , ou le cas échéant une zone élargie de pénétration de trempe 42 La profondeur de la zone de pénétration de trempe 40 dans la matière, est dans chaque cas plus faible dans le fond de chemin et plus importante sur les surfaces de roulement des chemins, à proximité des bords du chemin de billes, des paramètres importants étant constitués par la largeur b des surfaces de guidage 16 trempées, et, dans la zone du chemin 9, par la profondeur a de la zone de pénétration de trempe 40, au niveau de l'angle de portée sous lequel le chemin 9 est sollicité par la bille lors de la transmission du couple Sur les figures 5 a et 5 c, aucune pénétration de trempe n'est même prévue dans le fond de chemin 41, c'est à dire que la profondeur de trempe se réduit à la valeur zéro, tandis que sur les figures 5 b et 5 d on distingue une profondeur nettement différente de la valeur zéro, même dans la zone du fond de chemin 41. Alors que sur les figures 5 a et 5 b la zone de pénétration de trempe 40 est délimitée en forme d'arc de cercle, en section transversale, on trouve sur les figures 5 c et 5 d, une zone de pénétration de trempe 42 complémentaire se raccordant aux bords 15 et de profondeur sensiblement constante, qui est destinée à élargir la surface de guidage 16. REVENDICATIONS. 1 Joint homocinétique tournant à billes, comportant une partie de joint extérieure ( 1, 21) et une partie de joint intérieure ( 4, 24) dans lesquelles sont prévus plusieurs chemins de billes ( 9, 29; 10, 30) s'étendant sensiblement dans la direction axiale, des billes ( 8, 28) pour la transmission du couple, qui sont guidées dans des chemins radialement opposés dans la partie de joint extérieure ( 1, 21) et la partie de joint intérieure ( 4, 24), ainsi qu'une cage ( 6, 26) qui maintient les billes, dans des ouvertures de cage ( 7, 27), dans un plan perpendiculaire à l'axe, des moyens étant prévus qui, pour une déviation relative des axes de la partie de joint extérieure ( 1, 21) et de la partie de joint intérieure ( 4, 24) l'un par rapport à l'autre, amènent la cage ( 6, 26) avec les billes ( 8, 28) dans le plan de la bissectrice, caractérisé en ce que sur la partie de joint extérieure ( 1, 21) et/ou la partie de joint intérieure ( 4, 24) respectivement au moins les surfaces de roulement des chemins de billes ( 9, 29; 10, 30) sollicités par les billes ( 8, 28), ainsi que les zones des surfaces ( 13, 14) respectivement adjacentes aux chemins de billes ( 9, 29; 10, 30) et faisant office de surfaces de guidage ( 16, 18) pour la cage ( 6, 26), sont soumises à une trempe, tandis qu'entre chacun de deux chemins de billes ( 9, 29; 10, 30) voisins, entre les surfaces de guidage ( 16, 18), se trouvent des zones non trempées. 2 Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones soumises à la trempe forment les surfaces de guidage ( 16, 18) pour la cage ( 6, 26) par la formation de martensite induisant une augmentation de volume. 3 Joint selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les surfaces de guidage ( 16, 18) sont chacune de configuration élargie dans la direction périphérique, en direction des extrémités axiales des chemins de billes ( 9, 29; 10, 30). 4 Joint selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie de joint extérieure ( 1, 21) ou la partie de joint intérieure ( 4,24) sont trempées plus profondément dans la zone des surfaces de guidage ( 16, 18) que dans la zone des surfaces de roulement des chemins de billes ( 9, 29; 10, 30). 5 Joint selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie de joint extérieure ( 1, 21) ou la partie de joint intérieure ( 4, 24) sont trempées exclusivement dans la zone des surfaces de guidage ( 16, 18) et des surfaces de roulement des chemins à proximité des bords ( 15, 17) des chemins de billes, tandis que les surfaces dans le fond de chemin ( 41) restent non trempées. 6 Joint selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie de joint extérieure ( 1, 21) ou la partie -de joint intérieure ( 4, 24) présentent des profondeurs de trempe plus importantes dans la zone des surfaces de guidage ( 16, 18) et des profondeurs de trempe qui diminuent dans la zone des surfaces de roulement des chemins. 7 Procédé de fabrication d'un joint selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cage et la partie de joint extérieure et/ou la partie de joint intérieure prévues pour le guidage de la cage, sont fabriquées mécaniquement de manière à présenter un jeu radial entre-elles, et en ce que les surfaces de guidage sur la partie de joint extérieure ou sur la partie de joint intérieure sont réalisées par la mise en oeuvre d'un procédé de trempe appliqué uniquement de manière partielle et produisant une augmentation de volume par formation de martensite. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'à la suite de la réalisation des surfaces de guidage au moyen du procédé de trempe, les parties du joint ne sont soumises à aucun autre usinage mécanique. 9 Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la partie de joint extérieure ou la partie de joint intérieure sont soumises, tout au moins lors d'une première étape, à un traitement thermique agissant sur l'ensemble de la pièce, notamment un affinage, auquel succède en tant qu'étape finale, un procédé de trempe avec formation de martensite, appliqué partiellement, des surfaces de guidage et des surfaces de roulement des chemins.