Brevet FR2745761A1 — publié le 19970912

L'invention concerne un arbre articulé, en particulier un arbre latéral, pour entraîner les roues d'un véhicule automobile, avec deux joints homocinétiques, lesquels sont reliés l'un à l'autre par un arbre de liaison qui comprend une partie télescopique et un tronçon d'arbre, la partie télescopique comportant un tenon coulissant, un tronçon télescopique tubulaire agencé autour de ce tenon et relié au tronçon d'arbre, et des corps de roulement qui s'engagent entre les deux dans des pistes de circulation ménagées parallèlement à un axe longitudinal de l'arbre de liaison dans le tenon coulissant et dans le tronçon télescopique, dans lequel le tenon coulissant et le tronçon télescopique sont réalisés d'une seule pièce avec un composant de l'un des joints homocinétiques respectifs, ou sont susceptibles d'être reliés à ceux-ci. Un tel arbre articulé est décrit par exemple dans le document DE44 19 373 A1. L'arbre de liaison prévu selon ce document est réalisé de façon rigide dans son ensemble. Dans les arbres latéraux de véhicules automobiles, on s'efforce lors de la conception de réaliser également l'arbre de liaison, lequel est agencé entre les deux joints homocinétiques, de manière correspondant à la rigidité en torsion des joints, donc le plus rigide possible en torsion. Une telle conception avec rigidité vis-à-vis de la torsion a cependant pour effet, en particulier lors d'un démarrage brutal, ou ce qu'on appelle un démarrage "sur les chapeaux de roues" que les charges importantes qui se produisent soudain au niveau des joints homocinétiques peuvent affecter négativement leur fonction, parce que les pointes de charge sont transmises en totalité sans amortissement. Pour les arbres articulés dans lesquels les modifications de longueur de l'arbre articulé, qui se produisent en raison des débattements entrant/sortant des roues, sont compensées par des joints homocinétiques réalisés sous la forme de joints télescopiques, ceci peut par exemple mener à des contraintes, de sorte que l'adaptation des joints homocinétiques aux rapports de longueurs modifiés est perturbée. Il est plus avantageux de choisir un mode de réalisation selon l'état de la technique général (DE 44 19 373 AI). Cependant, même avec une telle réalisation améliorée la sollicitation des joints homocinétiques est importante. L'invention a pour objectif de réaliser un arbre articulé dans lequel on assure le fonctionnement parfait des composants de l'arbre articulé même sous des sollicitations élevées et qui se produisent soudain. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint grâce au fait que les composants qui appartiennent à la partie télescopique, à savoir le tenon coulissant et le tronçon télescopique, présentent une telle rigidité en torsion que, sous le couple de rotation maximum susceptible d'être 1i5 atteint lors de l'entraînement des roues de véhicules automobiles, les corps de roulement roulent dans les pistes de circulation du tenon coulissant et du tronçon télescopique sans dérangement lors d'une modification de longueur entre les deux joints homocinétiques, et que le tronçon d'arbre présente une rigidité inférieure vis-à-vis de la torsion que les composants précités de la partie télescopique. L'avantage d'une telle réalisation, c'est que lors des charges qui se produisent soudain, il se produit une torsion du tronçon d'arbre souple vis-à-vis de la torsion. Le tronçon d'arbre est utilisé comme ressort à barre de torsion. L'accélération que subit le véhicule est d'autant plus "souple", ce qui est également considéré comme avantageux. La rigidité en torsion peut ici être conçue selon les désirs du constructeur de véhicule, afin de pouvoir atteindre d'une part un confort maximum et d'obtenir d'autre part qu'aucun des autres composants de la ligne d'entraînement ne soit chargé d'une manière inadmissiblement élevée. Il est en outre avantageux qu'un montage télescopique puisse avoir un effet "calmant" sur les arbres d'entraînement en rotation et susceptibles d'osciller, et puisse minimiser les superpositions de contraintes. Les composants de la partie télescopique sont réalisés de façon si rigide que la fonction de la partie télescopique n'est pas dérangée. Il est en outre avantageux que lorsque le tronçon d'arbre subit une torsion, ceci ne puisse pas avoir d'effet sur les joints, puisque la modification de longueur qui résulte de la torsion est compensée par la partie télescopique. Les joints qui s'y raccordent ne sont pas sollicités par cette torsion. Il est avantageux que les composants qui appartiennent à la partie télescopique soient montés sous précontrainte en direction de rotation l'un par rapport à l'autre. De façon correspondante, la rigidité en torsion du tronçon d'arbre est choisie de telle façon qu'il en résulte une rigidité en torsion prédéterminée et adaptée au véhicule. On obtient une réalisation particulièrement avantageuse lorsque, comme proposé, le tronçon d'arbre est réalisé de façon cylindrique, à l'exception de ses régions de raccordement aux deux extrémités, et soit constitué en matériau plein. Il est toutefois aussi possible de réaliser le tronçon d'arbre d'une seule pièce avec le tronçon télescopique, que le tronçon télescopique soit réalisé sous forme d'un tronçon tubulaire à section transversale ondulée, et que le tronçon d'arbre soit réalisé sous forme d'un tronçon de tube cylindrique. Si l'on choisit un tronçon d'arbre en matériau plein, on propose que la région de raccordement du tronçon d'arbre, prévue vers le tronçon télescopique de la partie télescopique, soit agrandie dans son diamètre à la manière d'une coupelle. Au niveau de cette région de raccordement a lieu une fixation du tronçon télescopique de la partie télescopique. Dans ce cas, une fixation peut par exemple avoir lieu par soudage. Des modes de réalisation préférés de l'invention et de son application à un véhicule automobile à quatre roues motrices sont représentés de façon schématique dans les dessins, et ils seront expliqués plus en détail à l'aide de ces derniers. Les figures montrent: figure 1 le schéma d'entraînement d'un véhicule automobile à quatre roues motrices; figure 2 un premier mode de réalisation d'un arbre articulé selon l'invention, en coupe longitudinale; figure 3 une variante de réalisation de l'arbre de liaison, dans lequel le tronçon d'arbre en matériau plein est représenté avec le tronçon télescopique qui lui est raccordé, sous forme d'une pièce obtenue par emboutissage profond; et figure 4 une variante de réalisation d'un arbre articulé, dans lequel le tronçon télescopique et le tronçon d'arbre sont réalisés d'une seule pièce et conçus à la manière d'un tube. On peut voir à la figure 1 un véhicule automobile à quatre roues motrices, comprenant une ligne d'entraînement dans laquelle le moteur 3, suivi de la transmission à changement de vitesse, entraîne le différentiel 4 de l'axe avant. A partir des deux sorties de transmission de ce différentiel sont entraînées les deux roues avant 1 au moyen d'arbres latéraux 7. Le mouvement d'entraînement pour les roues arrière 2 est dérivé du différentiel 4 de l'axe avant, de sorte que l'on entraîne le différentiel 5 de l'axe armère au moyen d'une transmission dérivée et d'un arbre longitudinal. Depuis ce différentiel arrière partent les arbres latéraux 6 vers les roues arrière 2. Dans la figure 2 on a représenté en coupe longitudinale un premier mode de réalisation d'un arbre latéral 6 pour entraîner par exemple l'une des deux roues arrière 2. L'arbre articulé 6 selon la figure 2, destiné à être utilisé comme arbre latéral, comprend deux joints homocinétiques, c'est-à-dire un premier joint homocinétique 8 qui est agencé vers la roue arrière et un second joint homocinétique 9 qui est agencé vers le différentiel d'axe. Les deux joints homocinétiques 8 et 9 sont reliés l'un à l'autre au moyen d'un arbre de liaison 10. Le premier joint homocinétique 8 comprend une partie extérieure de joint 1l 1 et présente dans sa cavité des pistes de circulation extérieures 12 agencées de façon répartie autour de l'axe longitudinal 22. Pour le raccordement de la partie extérieure de joint 1 1 sur le moyeu de roue de l'une des roues arrière on a prévu un tenon de liaison 13. Dans la cavité de la partie extérieure de joint 11 est montée une partie intérieure de joint 14 capable de basculer de tous les côtés à l'aide d'un élément de commande 21. La partie intérieure de joint 14 présente dans sa surface extérieure des pistes de circulation intérieures 15 en vis-à-vis des pistes de circulation extérieures 12 de la partie extérieure de joint 11. Dans chaque paire de pistes de circulation extérieures 12 et de pistes de circulation intérieures 15 en vis-à-vis est reçue une bille 17 pour la transmission du couple de rotation. La totalité des billes 17 sont guidées dans des fenêtres d'une cage 16. La partie intérieure de joint 14 porte un tenon de raccordement 18 dirigé vers le second joint homocinétique 9. À son extrémité, celui-ci porte des organes de raccordement 19 pour la liaison avec des organes de raccordement correspondants de l'arbre de liaison 10. En outre, l'espace intermédiaire entre le tenon de raccordement 18 et la partie extérieure de joint 11 est refermé par un soufflet 20. Le second joint homocinétique 9 est réalisé dans son principe de façon analogue au premier joint homocinétique 8. Il présente simplement d'autres moyens de raccordement. La partie intérieure de joint 23 du second joint homocinétique 9 porte un tenon coulissant 24, lequel appartient à la partie télescopique 25. Dans la surface extérieure du tenon coulissant 24 sont ménagées des pistes de circulation 26, qui s'étendent de façon répartie à la périphérie autour de l'axe longitudinal 22 et le long de celui-ci, pour des corps de roulement 27. De façon préférée, les corps de roulement 27 sont réalisés sous forme de billes, et dans chaque piste de circulation 26 plusieurs billes sont agencées les unes derrière les autres respectivement. Les corps de roulement 27 sont maintenus dans une cage 28. Ils s'engagent en outre dans des pistes de circulation 30 du tronçon télescopique 29. Le tronçon télescopique 29 est réalisé sous forme d'un composant tubulaire. Les pistes de circulation 30 sont situées respectivement en vis-à-vis des pistes de circulation 26 et s'étendent également parallèlement à l'axe longitudinal 22. Entre la surface extérieure du tronçon télescopique 29 et celle de la partie extérieure de joint 9 du joint homocinétique 9 est monté un soufflet 34 pour assurer une étanchéité. Dans le perçage du tronçon télescopique 29 est mis en place un capuchon 31 en direction du tronçon d'arbre 33 de l'arbre de liaison 10. Ce capuchon limite la course de déplacement des corps de roulement 27 dans les pistes de circulation 26 et 30. L'extrémité de raccordement du tronçon télescopique 29, tournée vers le tronçon d'arbre 33, est reliée à une zone de raccordement du tronçon d'arbre 33, par soudage, cette zone de raccordement étant agrandie à la manière d'une coupelle. Le tronçon d'arbre 33 porte à son autre extrémité des moyens de raccordement 33 pour le raccordement avec les moyens de raccordement 19 du tenon de raccordement 18 qui appartient à la partie intérieure de joint 14 du joint homocinétique 8. Le tronçon d'arbre 33 est réalisé en matériau plein et il a une forme cylindrique. La rigidité en torsion de la partie télescopique 25, ou des éléments qui appartiennent à cette partie, c'est-à-dire le tronçon télescopique 29 et le tenon coulissant 24, est choisie de telle manière que lors d'une transmission totale du couple, donc lors de ce qu'on appelle un démarrage "sur les chapeaux de roue", ou d'un démarrage brutal correspondant, on assure la fonction de coulissement, c'est-à- dire que les corps de roulement 27 peuvent encore rouler de façon parfaite dans les pistes de circulation 26 et 30 afin de pouvoir encaisser sans dérangement une modification de longueur entre les centres des deux joints homocinétiques 8 et 9. La rigidité en torsion du tronçon d'arbre 33 est choisie d'autant plus faible, de sorte que lors d'une application d'un couple correspondant il se produit une torsion du tronçon d'arbre 33 dans la zone élastique. Grâce aux mesures qui viennent d'être décrites, on exclut que des forces soient exercées sur les joints homocinétiques 8 et 9 qui sont raccordés à l'arbre de liaison , même en présence de modifications de longueur qui résultent de la torsion, forces qui pourrait mener à des contraintes néfastes. La figure 3 montre une forme de réalisation modifiée pour ce qui concerne le tronçon d'arbre 33' et le tronçon télescopique 29' qui s'y raccorde. On peut voir, à la différence du mode de réalisation de la figure 2, que le tronçon télescopique 29' est réalisé sous forme d'une pièce obtenue par emboutissage profond. On voit aussi la section transversale qui présente une forme ondulée. La forme ondulée, c'est- à-dire le fait de prévoir des creux et des bosses dans le tronçon tubulaire du tronçon télescopique 29' assure une haute rigidité à la torsion, de sorte que sous un couple de rotation il ne peut se produire pratiquement aucune déformation, ou des déformations seulement faibles, mais qui assurent un roulement parfait des corps de roulement dans les fonds des ondulations du tronçon télescopique 29'. On peut en outre voir que le tronçon télescopique 29' possède une collerette enfoncée vers l'intérieur en direction de la région de raccordement 35 du tronçon de d'arbre 33'. L'ouverture centrale 35 est représentée par un agrandissement en forme de coupelle du diamètre du tronçon d'arbre 33', lequel est réalisé en matériau plein. Le tronçon télescopique 29' est relié par une soudure 36 à la région de raccordement 35. A l'extrémité détournée du tronçon télescopique 29' on peut voir les organes de raccordement 32. Ces organes de raccordement sont formés par une denture frontale qui est ménagée dans un bourrelet formé sur le tronçon d'arbre 33'. La figure 4 montre un mode de réalisation pour un arbre articulé 6' dans lequel le tronçon télescopique 29" associé à l'arbre de liaison 10' et le tronçon d'arbre 33" sont réalisés d'une seule pièce à partir d'un tube. Dans ce cas, le tube est élargi en direction du tronçon télescopique 29". Dans cette région il présente une rigidité en torsion qui est choisie de telle manière que même lors de charges soudaines et importantes du couple de rotation aucune déformation notable ne se produit qui pourrait perturber la fonction de la partie télescopique 25', c'est-à-dire de façon à permettre sans résistance des modifications de longueur entre les deux joints homocinétiques 8' et 9'. La liaison entre la partie intérieure du joint homocinétique 8' et le tronçon d'arbre 33", conçu de forme tubulaire et de diamètre réduit par rapport au tronçon télescopique 29", est réalisée par un court tenon 18'. Celui-ci peut être pourvu à l'extérieur d'une denture qui s'étend le long de l'axe longitudinal 22, cette denture étant enfoncée à la presse dans le perçage du tronçon d'arbre 33", de sorte qu'il en résulte une liaison intime. La fixation axiale peut avoir lieu au moyen d'une bague de sécurité. La rigidité en torsion du tronçon d'arbre tubulaire 33" est également choisie d'après les mêmes critères que ceux qui ont été décrits en relation avec le mode de réalisation de la figure 2. Liste des références 1. Roues avant 2. Roues amèrrire 3. Moteur 4. Différentiel d'axe avant 5. Différentiel d'axe arrière 6, 6'. Arbre latéral 7. Arbre latéral 8, 8'. Premier joint homocinétique 9, 9'. Second joint homocinétique , 10'. Arbre de liaison il. Partie extérieure de joint 12. Piste de circulation extérieure 13. Tenon de liaison 14. Partie intérieure de joint 15. Piste de circulation intérieure 16. Cage 17. Billes 18. Tenon de raccordement 19. Organe de raccordement 20. Soufflet 21. Élément de commande 22. Axe longitudinal 23. Partie intérieure du second joint homocinétique 24. Tenon coulissant 25. 25'. Partie télescopique 26. Piste de circulation dans le tenon coulissant 27. Corps de roulement/billes 28. Cage 29, 29'. Tronçon télescopique 30. Piste de circulation dans le tronçon d'arbre 31. Capuchon 32. Organe de raccordement 33, 33', 33". Tronçon d'arbre 34. Soufflet 35. Zone de raccordement 36. Soudure Revendications 1. Arbre articulé (6), en particulier arbre latéral, destiné à entraîner les roues (1) d'un véhicule automobile, comprenant deux joints homocinétiques (8, 8', 9, 9'), lesquels sont reliés l'un à l'autre par un arbre de liaison (10, 10'), lequel comprend une partie télescopique (25, 25') et un tronçon d'arbre (33, 33', 33"), dans lequel la partie télescopique (25, 25') comprend un tenon coulissant (24), un tronçon télescopique tubulaire (29, 29'), qui est agencé coaxialement autour dudit tenon et qui est relié au tronçon d'arbre (33, 33', 33"), et des corps de roulement (27) qui s'engagent entre les deux dans des pistes de circulation (26, 30) ménagées parallèlement à un axe longitudinal (22) de l'arbre de liaison (10, 10') dans le tenon coulissant (24) et dans le tronçon télescopique (29, 29'), et le tenon coulissant (24) et le tronçon d'arbre (33, 33', 33") sont réalisés d'une seule pièce avec un composant de l'un des joints homocinétiques respectif (8, 8', 9, 9'), ou sont susceptibles d'être reliés à ce composant, caractérisé en ce que les composants qui appartiennent à la partie télescopique (25, 25'), c'est-à-dire le tenon coulissant (24) et le tronçon télescopique (29, 29'), présentent une rigidité telle vis-à-vis de la torsion que sous le couple de rotation maximum susceptible d'être atteint lors de l'entraînement des roues (1) d'un véhicule automobile les corps de roulement (27) roulent sans perturbation dans les pistes de circulation (26, 30) du tenon coulissant (24) et du tronçon télescopique (29, 29') lors d'une modification de longueur entre les deux joints homocinétiques (8, 8', 9, 9'), et en ce que le tronçon d'arbre (33, 33', 33") présente une plus faible rigidité vis-à-vis de la torsion que les composants précités de la partie télescopique (25, 25'). 2. Arbre articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants qui appartiennent à la partie télescopique (25, 25') sont assemblés l'.min à l'autre sous précontrainte en direction de rotation. 3. Arbre articulé selon l'une ou l'autre des revendications I et 2, caractérisé en ce que le tronçon d'arbre (33, 33') est réalisé de façon cylindrique à l'exception de ses zones de raccordement aux deux extrémités, et en ce qu'il est constitué d'un matériau plein. 4. Arbre articulé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tronçon d'arbre (33") est réalisé d'une seule pièce avec le tronçon télescopique (29"), en ce que le tronçon télescopique (29") est réalisé sous forme d'un tronçon tubulaire à section transversale ondulée, et en ce que le tronçon d'arbre (33") est réalisé sous forme d'un tronçon de tube cylindrique. 5. Arbre articulé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone de raccordement (35) du tronçon d'arbre (33, 33'), prévue vers le tronçon télescopique (29, 29') de la partie télescopique (25), est agrandie en diamètre à la manière d'une coupelle.