Brevet FR2711751A1 — publié le 19950505

I " Soufflet en résine pour joints universels à vitesse cons- tante " CONTEXTE DE L'INVENTION La présente invention concerne un soufflet en ré- sine pour joints universels à vitesse constante, comportant une partie de soufflet entre une partie de plus grand dia- mètre et une partie de plus petit diamètre. La majorité des soufflets en résine pour joints universels à vitesse constante ont été réalisés dans un ma- tériau de caoutchouc tel que du caoutchouc chloroprène (CR), mais ces dernières années les soufflets en résine ont souvent été utilisés du fait de leur fiabilité en durabili- té, résistance à la chaleur, résistance au froid, capacité de tourner à grande vitesse, et résistance aux percussions de matières étrangères. La figure 5 représente un exemple d'un soufflet en résine conventionnel. Ce soufflet en résine est fixé, à l'endroit de sa partie de plus grand diamètre 11, au chemin de roulement extérieur 21 d'un joint universel à vitesse constante par une bande de soufflet 22, et, à l'endroit de sa partie de plus petit diamètre 12, à un arbre 23 par une autre bande de soufflet 22. Une partie de soufflet propre- ment dite 13 est interposée entre la partie de plus grand diamètre 11 et la partie de plus petit diamètre 12, cette partie de soufflet comprenant sept saillies 13a (13al, 13a2,... 13a7 en partant de la partie de plus petit diamè- tre 12), six creux 13b (13bl, 13b2,... 13b6 en partant de la partie de plus petit diamètre 12), et des parties incli- nées 13c qui relient les saillies 13a et les creux 13b. Les soufflets en résine sont plus durs (généralement environ HD50) que les soufflets en caout- chouc. Par suite, pour un soufflet en résine présentant la même longueur de partie de soufflet que celle d'un soufflet en caoutchouc, si le joint prend un grand angle de fonc- tionnement, des contraintes de tension élevées (contraintes dues à l'effort de tension) apparaissent dans les creux 13b du côté étiré. Ainsi, il a été de pratique courante de ren- dre la longueur du soufflet beaucoup plus grande que celle d'un soufflet en caoutchouc, d'utiliser un plus grand nom- bre de saillies et de creux (sept saillies et six creux), et de fixer le soufflet en résine au joint dans un état dans lequel ce soufflet est légèrement comprimé à partir de sa longueur Ll à l'état libre (le pourcentage de compres- sion (L'I - L'2) / L'l est de 23 à 26 % ou de cet ordre, L'2 étant la longueur dans l'état monté), de manière à évi- ter que de grandes contraintes de tension apparaissent dans les creux 13b, même si le joint prend un grand angle de fonctionnement. Par suite, le soufflet en résine présente de plus grandes dimensions radiales et axiales que le souf- flet en caoutchouc. De plus, le soufflet en résine conventionnel est formé de façon que, par rapport au rapport d'épaisseurs en- tre les saillies 13a et les creux 13b (creux/saillies = 1,5 à 2,1 ou de cet ordre), et par rapport à l'équilibre des épaisseurs entre les saillies et les creux (voir figure 6), la majeure partie de la charge de compression au moment du montage soit absorbée par le premier creux 13bl tandis que les creux restants 13b2 à 13b6 ne sont pas autant compri- més, la quantité de compression diminuant lorsqu'on se rap- proche du côté de plus grand diamètre (voir figure 7). Pour cette raison, lorsque le soufflet est comprimé axialement, la partie inclinée 13c comprise entre la première saillie 13al et le premier creux 13bl (cette partie inclinée étant désignée par la référence 13cl), et la partie inclinée 13c comprise entre le premier creux 13bl et la seconde saillie 13a2 (cette partie inclinée étant désignée par la référence 13c2), se rapprochent l'une de l'autre, de sorte que la partie inclinée 13c2 est rapidement basculée vers la partie de plus grand diamètre 11 au lieu de devenir perpendicu- laire à l'axe central X du soufflet. Ce phénomène, lorsqu'on le regarde sur le graphi- que de la figure 8 représentant la charge de compression en fonction de la quantité de compression axiale, apparaît comme un point d'inflexion remarquable; la charge de com- pression diminue brusquement pendant le processus de com- pression (charge) et augmente brusquement pendant le processus de suppression de la charge. La durabilité du soufflet est maximum au voisinage du point d'inflexion et diminue lorsque la compression s'écarte du point d'in- flexion. La raison de ce phénomène est que, lorsque le joint prend un plus grand angle de fonctionnement, le pre- mier creux 13bl du côté étiré, qui présente une plus grande quantité de compression lorsqu'il est fixé, ne s'étire pas autant du fait de la présence du point d'inflexion (car la charge de compression augmente brusquement au point d'in- flexion), de sorte que la charge de tension corrélativement plus grande agit dans les creux restants, c'est à dire du second creux 13b2 au sixième creux 13b6, en produisant des contraintes de tension plus élevées. En particulier, le cinquième creux 13b5 et le sixième creux 13b6 qui subissent une moins grande compression lorsqu'ils sont fixés, ont de plus grandes contraintes de courbure (différence entre la contrainte de tension produite du côté étiré, et la con- trainte de compression produite du coté compression), de sorte que parfois la durée de vie du soufflet dépend large- ment de la fatigue à la courbure du cinquième creux et du sixième creux. Comme décrit ci-dessus, la durabilité du soufflet en résine dépend largement de la fatigue à la courbure de la partie de soufflet, et ce problème a été pris en compte jusqu'ici en augmentant le nombre des saillies et des creux de la partie de soufflet. Par suite, la forme du soufflet en résine a nécessairement été beaucoup plus grande que celle du soufflet en caoutchouc. Inversement, pour rendre la forme compacte, il est nécessaire de diminuer le nombre des saillies et des creux; cependant, si l'on prend en fait cette mesure en conservant le principe de la concep- tion conventionnelle, de plus grandes contraintes de cour- bure doivent être produites dans les creux plus proches de la partie de plus grand diamètre, ce qui conduit à une di- minution de la durabilité. Ainsi, on dira que, dans l'art antérieur, l'augmentation de la durabilité du soufflet est en raison inverse de sa forme compacte. RESUME DE L'INVENTION La présente invention, qui a été réalisée en ayant à l'esprit ce qui a été dit ci-dessus, est destinée à résoudre simultanément les deux problèmes contradictoires de l'augmentation de durabilité et de la taille compacte des soufflets en résine, en fournissant finalement un souf- flet en résine qui présente une plus grande durabilité que celle des soufflets en résine conventionnels, tout en étant aussi compact qu'un soufflet en caoutchouc (CR). Une première forme de l'invention est caractéri- sée en ce que le rapport d'épaisseurs (creux/saillies) en- tre creux et saillies adjacents de la partie de soufflet, est de 1,0 à 1,5. Une seconde forme de l'invention est caractérisée en ce que les niveaux d'épaisseur respectifs des saillies et des creux sont déterminés de façon que les saillies et les creux présentent respectivement sensiblement la même épaisseur lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe. Une troisième forme de l'invention est caractéri- sée en ce que l'angle d'inclinaison formé par rapport à l'axe central du soufflet par la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la partie de plus grand diamètre de la partie de soufflet, est plus petit que l'an- gle de la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la partie de plus petit diamètre. Une quatrième forme de l'invention est caractéri- sée en ce que le rapport d'épaisseurs (creux/saillie) entre une saillie et un creux adjacents dans la partie de souf- flet, est de 1,0 à 1,5, en ce que les niveaux d'épaisseur respectifs des saillies et des creux sont déterminés de fa- çon que les saillies et les creux présentent respectivement sensiblement la même épaisseur lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe, et en ce que l'angle d'inclinaison for- mé par rapport à l'axe central du soufflet par la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la par- tie de plus grand diamètre de la partie de soufflet, est plus petit que l'angle de la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la partie de plus petit diamè- tre. Une cinquième forme de l'invention est caractéri- sée en ce que le soufflet est réalisé dans un matériau de résine de dureté HD 43-48. Des deux points de vue principaux consistant à (1) augmenter la résistance à la fatigue de courbure et (2) s'assurer qu'aucun point d'inflexion n'est formé dans le diagramme de la compression en fonction de la quantité de compression axiale, la présente invention est destinée à augmenter la durabilité des soufflets en résine et à les rendre plus compacts. La première forme de l'invention ré- sout les problèmes du point de vue (1), tandis que la se- conde forme et la troisième forme de l'invention résolvent les problèmes du point de vue (2). La quatrième forme et la cinquième forme de l'invention résolvent les problèmes des deux points de vue (1) et (2). La disposition dans laquelle le rapport des épaisseurs (creux/saillies) entre saillies et creux adja- cents de la partie de soufflet est réglé à 1,0-1,5, compa- rativement à l'art antérieur (classiquement, creux/saillies = 1,5-2,1), augmente l'élasticité des creux par rapport aux saillies (car l'épaisseur diminue relativement), et diminue les contraintes (tension et compression) dans les creux, de sorte que la résistance à la fatigue de courbure des creux est améliorée. La disposition dans laquelle on utilise comme ma- tériau de soufflet un matériau de résine de dureté HD 43- 48, augmente l'élasticité du matériau comparativement à l'art antérieur (conventionnellement, HD 50 ou de cet or- dre) et diminue les contraintes (tension et compression) dans les creux pendant la courbure, ce qui améliore ainsi la résistance à la fatigue de courbure des creux. La disposition dans laquelle on rend les niveaux respectifs d'épaisseur des saillies et des creux essentiel- lement les mêmes lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe, répartit la quantité de compression en bon équilibre entre tous les creux pendant la fixation du joint, ce qui forme ainsi rarement des points d'inflexion. La disposition dans laquelle l'angle d'inclinai- son de chaque partie inclinée allant de la saillie de la partie de soufflet vers le creux de la partie de plus grand diamètre, est choisi plus petit que l'angle d'inclinaison de chaque partie inclinée allant de la saillie vers le creux de la partie de plus petit diamètre, répartit la quantité de compression en bon équilibre entre tous les creux pendant la fixation du joint, ce qui forme ainsi ra- rement des points d'inflexion. L'utilisation combinée de ces dispositions sup- prime efficacement les contraintes de courbure dans les creux, en améliorant ainsi considérablement la durabilité du soufflet. Par suite, il devient possible de diminuer le nombre des saillies et des creux de la partie de soufflet tout en maintenant la durabilité du soufflet au- dessus du niveau de l'art antérieur, ce qui permet ainsi d'obtenir le même degré de compacité que celui des soufflets en caout- chouc. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe (figure la) représentant un soufflet en résine selon une forme de réa- lisation de la présente invention, et une vue en coupe (figure lb) représentant le soufflet en résine de la figure la fixé à un joint universel à vitesse constante; - la figure 2 consiste en tableaux représentant les niveaux d'épaisseur des saillies et des creux d'une partie de soufflet dans le soufflet en résine de la forme de réalisation selon l'invention; - la figure 3 est un tableau représentant le pourcentage de compression entre les saillies pendant la fixation du soufflet en résine de la forme de réalisation selon l'invention; - la figure 4 est un diagramme de la charge de compression en fonction de la quantité de compression axiale dans le soufflet en résine de la forme de réalisa- tion selon l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe (figure 5a) représentant un soufflet en résine conventionnel, et une vue en coupe (figure 5b) représentant le soufflet en résine de la figure 5a fixé à un joint universel à vitesse cons- tante; - la figure 6 consiste en tableaux représentant les niveaux d'épaisseur des saillies et des creux de la partie de soufflet dans un soufflet en résine convention- nel; - la figure 7 est un tableau représentant le pourcentage de compression entre les saillies pendant la fixation du soufflet en résine conventionnel; et - la figure 8 est un diagramme de la charge de compression en fonction de la quantité de compression axiale dans le soufflet en résine conventionnel. DESCRIPTION DE LA FORME PREFEREE DE REALISATION On décrira maintenant une forme de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un soufflet en résine se- lon cette forme de réalisation, dans laquelle (a) repré- sente l'état libre du soufflet, et (b) représente un état dans lequel le soufflet en résine est fixé à un joint uni- versel à vitesse constante. Ce soufflet en résine est réa- lisé dans un matériau de résine présentant une dureté de HD 43 - HD 48, comme par exemple un élastomère de polyéther de polyester thermoplastique (TPEE) présentant une dureté de HD 45 - 48. Le soufflet en résine comprend une partie de plus grand diamètre 1 fixée au chemin de roulement exté- rieur 21 d'un joint universel à vitesse constante par une bande de soufflet 22, une partie de plus petit diamètre 2 fixée à un arbre 23 par une autre bande de soufflet 22, et une partie de soufflet proprement dite 3 reliant la partie de plus grand diamètre 1 à la partie de plus petit diamètre 2. La partie de soufflet 3 comprend six saillies 3a (3al, 3a2,... 3a6 en partant de la partie de plus petit diamètre 2), cinq creux 3b (3bl, 3b2,... 3b5 en partant de la partie de plus petit diamètre 2), et des parties incli- nées 3c qui relient les saillies 3a et les creux 3b, de sorte que cette partie de soufflet 3 comporte une saillie de moins et un creux de moins que le soufflet en résine conventionnel représenté à la figure 5. La première saillie 3al présente un diamètre de 2,7 d sur la base du diamètre d de l'arbre, et la cinquième saillie 3a5 présente un diamè- tre de 4d sur la base du diamètre d de l'arbre. Le soufflet en résine est approximativement conique et son diamètre di- minue progressivement de la partie de plus grand diamètre 1 vers la partie de plus petit diamètre 2. Ainsi, ce soufflet en résine est extrêmement compact à la fois radialement et axialement, comparativement au soufflet en résine conven- tionnel, et sa longueur à l'état libre Li est inférieure d'environ 24 % à la longueur du soufflet en résine conven- tionnel. De plus, comme représenté sur la figure lb, ce soufflet en résine est fixé à un joint universel à vitesse constante en étant légèrement comprimé comparativement à sa longueur à l'état libre Li (le pourcentage de compression (L1 - L2)/L1 est d'environ 20 %, tandis que celui du souf- flet en résine conventionnel est de 23 % à 26 %), la lon- gueur de fixation L2 étant inférieure d'environ 16 % à celle du soufflet en résine conventionnel, et cette lon- gueur étant sensiblement la même que celle du soufflet en caoutchouc (CR). Comme représenté sur la figure 2, l'épaisseur de chaque saillie 3a et de chaque creux 3b est de 0,6 à 1,35 mm (ou de 0,6 à 1,8 mm), et le rapport des épaisseurs entre saillies 3a et creux 3b adjacents (saillie/creux) est de 0,1 à 1,5, les épaisseurs étant la valeur moyenne périphé- rique. A ce sujet, dans le soufflet en résine convention- nel, l'épaisseur des saillies et des creux est de 0,55 à 2,1 mm, tandis que le rapport des épaisseurs est de 1,5 à 2,1 (voir figure 6); par suite, dans ce soufflet en ré- sine, comparativement au soufflet conventionnel, l'épais- seur des saillies et des creux est réduite, tandis que l'épaisseur des creux 3b par rapport aux saillies 3a est également réduite. De plus, dans ce soufflet en résine, les niveaux d'épaisseur des saillies 3a et des creux 3b sont du même ordre, lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe. En outre, la raison pour laquelle les épaisseurs des saillies et des creux sont représentées dans une plage don- née, est que, comme le procédé de moulage des soufflets en résine est un procédé de moulage par soufflage, à l'inverse de celui des soufflets en caoutchouc (généralement, on uti- lise le moulage par injection pour les soufflets en caout- chouc; dans le moulage par soufflage, on utilise uniquement un moule extérieur sans moule intérieur), il existe une certaine variation d'épaisseur lorsqu'on regarde dans le sens de la circonférence. De plus, comme représenté sur la figure la, l'an- gle d'inclinaison a(al, c2... c5 en partant de la partie de plus petit diamètre 2) formé par rapport à l'axe central X du soufflet par les parties inclinées 3c comprises entre les saillies 3a et les creux 3b en allant vers la partie de plus grand diamètre, est plus petit que l'angle d'inclinai- son f, P1, f2,... f6 en partant de la partie de plus petit diamètre 2) des parties inclinées 3c comprises entre les saillies 3a et les creux 3b en allant vers la partie de plus petit diamètre 2. Il est recommandé que cl... a5 soit de 38 à 45 , et que Pl... f6 soit de 1,3 à 1,6 (ou 1, 8) fois a. A ce propos, dans le soufflet en résine convention- nel, a est de 40 à 60 et x = p. Comme le soufflet en résine de cette forme de réalisation est réalisé dans un élastomère de polyéther de polyester thermoplastique (TPEE) présentant une dureté de HD 45 - 48, et comme l'épaisseur et le rapport des épais- seurs des saillies et des creux sont réglés comme décrit ci-dessus, l'élasticité des creux 3b est très élevée et les contraintes (tension et compression) dans les creux sont corrélativement diminuées, ce qui augmente ainsi la résis- tance à la fatigue de courbure. De plus, les niveaux d'épaisseur des saillies 3a et des creux 3b sont du même Il ordre lorsqu'on regarde axialement, et comme l'angle d'in- clinaison a est plus petit que l'angle d'inclinaison À, la charge de compression pendant la fixation est absorbée en bon équilibre dans les creux 3b, de sorte que ces creux 3b sont comprimés en bon équilibre, comme représenté à la fi- gure 3. Par suite, pendant la compression, il se produit rarement, comme c'est le cas dans l'art antérieur, que la partie inclinée 3c comprise entre la première saillie 3al et le premier creux 3bl (cette partie inclinée 3c étant ap- pelée 3cl), et la partie inclinée 3c comprise entre le pre- mier creux 3bl et la seconde saillie 3a2 (cette partie inclinée 3c étant appelée 3c2), se rapprochent l'une de l'autre au point que la partie inclinée 3c2 tombe brusque- ment vers le côté de plus grand diamètre 1 au lieu d'être perpendiculaire à l'axe central X du soufflet. Ainsi, comme représenté à la figure 4, il n'appa- raît aucun point d'inflexion dans le graphique de la charge de compression en fonction de la quantité de compression axiale. Par suite, même lorsque le joint prend un grand an- gle de fonctionnement, une grande contrainte de courbure ne doit avoir que très peu de chances de se produire dans le creux 3b le plus proche du côté de plus grand diamètre 1, car la quantité de compression dans chaque creux 3b est ab- sorbée en bon équilibre dans l'étirement de la partie de soufflet 3. De plus, du côté compression, les pressions de contact entre parties inclinées adjacentes sont régulière- ment équilibrées dans les parties individuelles, de sorte qu'il n'arrive jamais que la pression de contact entre par- ties inclinées particulières soit supérieure à la pression de contact entre les autres parties inclinées. Par suite, l'usure de contact entre les parties inclinées 3cl et 3c2 et entre les autres parties inclinées adjacentes, n'a que très peu de chances de se produire. Comme décrit ci-dessus, ce soufflet en résine présente une résistance élevée des creux 3b à la fatigue de courbure, et n'a que très peu de chances de produire un point d'inflexion dans le graphique de la charge de com- pression en fonction de la quantité de compression axiale. Par suite, malgré le fait que ce soufflet en résine est aussi compact qu'un soufflet en caoutchouc (CR), ce souf- flet en résine a montré une durabilité supérieure à celle des soufflets en résine conventionnels, dans divers tests de durabilité. R E V E N D I C A T I ONS 1. Soufflet en résine pour joints universels à vitesse constante, comportant une partie de soufflet entre une partie de plus grand diamètre et une partie de plus pe- tit diamètre, caractérisé en ce que le rapport des épais- seurs (creux/saillies) entre creux et saillies adjacents de la partie de soufflet, est de 1,0 à 1,5. 2. Soufflet en résine pour joints universels à vitesse constante, comportant une partie de soufflet entre une partie de plus grand diamètre et une partie de plus pe- tit diamètre, caractérisé en ce que les niveaux d'épaisseur respectifs des saillies et des creux sont déterminés de fa- çon que les saillies et les creux présentent respectivement sensiblement la même épaisseur lorsque regardés dans la di- rection de l'axe. 3. Soufflet en résine pour joints universels à vitesse constante, comportant une partie de soufflet entre une partie de plus grand diamètre et une partie de plus pe- tit diamètre, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison formé par rapport à l'axe central du soufflet par la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la par- tie de plus grand diamètre de la partie de soufflet, est plus petit que l'angle de la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la partie de plus petit diamè- tre. 4. Soufflet en résine pour joints universels à vitesse constante, comportant une partie de soufflet entre une partie de plus grand diamètre et une partie de plus pe- tit diamètre, caractérisé en ce que le rapport des épais- seurs (creux/saillie) entre une saillie et un creux adjacents dans la partie de soufflet, est de 1,0 à 1,5, en ce que les niveaux d'épaisseur respectifs des saillies et des creux sont déterminés de façon que les saillies et les creux présentent respectivement sensiblement la même épais- seur lorsque regardés dans la direction de l'axe, et en ce que l'angle d'inclinaison formé par rapport à l'axe central du soufflet par la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la partie de plus grand diamètre de la partie de soufflet, est plus petit que l'angle de la partie inclinée comprise entre la saillie et le creux dans la partie de plus petit diamètre. 5. Soufflet en résine pour joints universels à vitesse constante, selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le soufflet est réalisé dans un matériau de résine de dureté HD 43-48.