Brevet FR2739156A1 — publié le 19970328

L'invention concerne un joint homocinétique à billes comprenant une partie extérieure qui présente un premier axe longitudinal formant l'axe de rotation de la partie extérieure, et qui comporte une cavité dans la surface intérieure de laquelle sont disposés de manière répartie autour de l'axe longitudinal, des chemins de roulement extérieurs, le joint homocinétique comprenant d'autre part, une partie intérieure qui présente un axe longitudinal formant l'axe de rotation de la partie intérieure, qui est logée dans la cavité de la partie extérieure de manière à pouvoir pivoter dans toutes les directions autour du point central de flexion du joint, et qui présente dans sa surface extérieure des chemins de roulement intérieurs, les chemins de roulement extérieurs et les chemins de roulement intérieurs formant des paires de chemins en regard l'un de l'autre, ces paires recevant chacune une bille pour la transmission d'un couple, le joint homocinétique comprenant en définitive également une cage, qui est disposée entre la surface intérieure de la cavité de la partie extérieure et la surface extérieure de la partie intérieure, et qui présente des fenêtres réparties conformément aux paires de chemins de roulement extérieurs et intérieurs, et dans lesquelles sont guidées, entre des surfaces de fenêtre espacées, les billes, qui, en cas de transmission de couple, s'appuient chacune sur l'une au moins des surfaces de fenêtre. Il est connu d'utiliser dans les joints homocinétiques à billes, des billes présentant une surface extérieure rodée ou polie. Usuellement on utilise des billes selon la norme DIN 5401 partie 1, selon la classe G20, dont la rugosité Ra (selon normes DIN 4768) vaut au maximum 0,032 mm. Selon une publication de Roloff/Matek: "Maschinenelemente" (éléments de machine) (11. édition 1987, éditeur Friedrich Vieweg & fils, Braunschweig/Wiesbaden), ceci correspond à une profondeur de rugosité Rz d'au maximum environ 0,16 pm. Les chemins de roulement extérieurs de la partie extérieure du joint homocinétique à billes et/ou les chemins de roulement intérieurs de sa partie intérieure présentent un état de finition obtenu par un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux (par exemple par brochage, fraisage, rectification) ou bien par formage sans enlèvement de copeaux. Cela est également valable en ce qui concerne la cage, et notamment en ce qui concerne les surfaces de fenêtre de la cage, qui guident les billes. On a constaté que la durée de vie d'un joint homocinétique à billes dépendait dans une large mesure du rodage du nouveau joint homocinétique. Durant cette phase de rodage, il se produit dans les chemins de roulement, un lissage des rugosités de surface dues aux techniques de fabrication, ce lissage étant essentiellement à mettre sur le compte d'une déformation plastique des pointes de rugosité. En vue de garantir une portée uniforme des billes, les jeux dûs aux techniques de fabrication, entre les différents contacts billes-chemins de roulement, doivent être compensés. Il s'est avéré que l'opération de rodage nécessaire à cet effet était influencée aussi bien par le lubrifiant utilisé, que par les rugosités de surface existant au niveau du contact bille-chemin de roulement. Dans le cas de l'utilisation de billes de circulation selon l'état de la technique évoqué, ce rodage peut, dans certains cas particuliers, être insuffisant, de sorte que l'on a observé des défaillances prématurées lors d'essais de durée de vie. Dans le document DE 40 37 734 A1 on propose de réaliser pour un roulement, des corps roulants permettant la formation aisée d'un film d'huile, une longue durée de vie des corps roulants devant, en outre, être obtenue, indépendamment de la surface (lisse ou rugueuse) avec laquelle le corps roulant est en contact. A cet effet, toutes les surfaces ou quelques unes des surfaces de roulement participant au contact, de la bague extérieure de roulement, de la bague intérieure de roulement et/ou du corps roulant, sont pourvues de cavités microscopiques, le rapport de surface des cavités par rapport à la surface totale de roulement, étant compris entre 10 et 40%. Grâce à cela, selon l'enseignement de ce document, on obtient un effet favorable sur la résistance due au frottement, parce que la formation du film d'huile sur les surfaces de roulement est améliorée. Il n'est pas envisagé d'influencer ainsi la phase de rodage. Les mesures décrites précédemment dans le cadre du document DE 40 37 734 A1, sont proposées dans le document DE 41 13 944 A1, pour les aiguilles destinées au montage d'un galet de tripode et pour le galet de tripode d'un joint à tripode. Le but de l'invention consiste à fournir un joint homocinétique à billes permettant d'obtenir une durée de vie améliorée, même pour des tolérances plus grandes, et pour lequel on évite des défaillances prématurées, ou tout au moins on en réduit le nombre. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce au fait que la surface extérieure des billes est rectifiée et présente une profondeur de rugosité Rz DIN de 0,5 à 3 &m (selon normes DIN 4768, édition de mai 1990) ou Ry5 ISO de 0,5 à 3 gm (selon normes ISO 4287/1: 1984, édition 1984), ainsi qu'une dureté de 58 à 66 HRC (dureté Rockwell), et que, par ailleurs, les chemins de roulement extérieurs et intérieurs ainsi que les surfaces de fenêtre de la cage sont trempés et présentent une dureté de 58 à 62 HRC (dureté Rockwell). On prévoit de préférence une profondeur de rugosité Rz DIN de 1,5 à 2,5 Àm ou Ry5 ISO également de 0,5 à 1,5 Mm. L'avantage de cette configuration, réside dans le fait que la durée de vie des joints homocinétiques à billes est considérablement améliorée, et que l'on évite pratiquement des défaillances prématurées. Cela repose sur le fait que les billes, avec leur surface extérieure rectifiée, réalisent un usinage de reprise des surfaces de fenêtre de la cage, entre lesquelles elles sont guidées, de façon telle que les jeux dûs aux tolérances des différentes techniques de fabrication, sont sensiblement compensés, les billes pouvant ainsi s'établir dans une position dans laquelle pratiquement toutes les billes portent. Cela conduit à adaptation équilibrée de la suite de la progression de l'usure au niveau des contacts individuels billes-cage et billes- chemins de roulement. On notera, en outre, que les billes, durant cette phase d'usure, subissent un lissage, de sorte que la progression de l'usure est réduite. La structure des chemins de roulement extérieurs et des chemins de roulement intérieurs n'est modifiée que de manière insensible. La modification de la position des billes dans les fenêtres de la cage, entraîne également des schémas de portée améliorés, plus réguliers, dans les chemins de roulement. Suite à l'usure occasionnée dans les surfaces de fenêtre, le contact ponctuel existant encore avant le rodage est modifié en un contact de surface. On utilise de préférence pour les billes l'acier à roulement usuel selon la norme DIN 17230, notamment le matériau 100Cr6 ou 100CrMn6. En ce qui concerne la partie extérieure et/ou la partie intérieure, on a la possibilité d'utiliser, d'une part un acier au carbone apte à la trempe par induction, par exemple un acier de la qualité Cf53, ou d'autre part un acier de cémentation, de préférence un acier de la qualité SAE 8620. La cage est de préférence également réalisée dans les matériaux cités précédemment. Deux joints homocinétiques à billes de configuration préférée, comprenant des billes rectifiées selon l'invention, sont représentés de manière schématique sur les dessins annexés et sont explicités au regard de ces dessins, qui montrent: Fig. 1 un joint homocinétique à billes, en coupe longitudinale conçu sous la forme de joint fixe, et Fig. 2 une coupe longitudinale d'un joint homocinétique à billes, qui est conçu sous la forme d'un joint coulissant. Le joint fixe 1 représenté sur la figure 1, comprend une partie extérieure 2, dont l'axe longitudinal est désigné par LA. Cet axe représente également l'axe de rotation de la partie extérieure 2. La partie extérieure 2 est pourvue d'un tourillon qui sert au raccordement à une pièce menante ou entraînée. La partie extérieure 2 comporte une cavité 3 qui possède une surface intérieure 4 présentant une configuration en forme de surface sphérique partielle. Dans la surface intérieure 4 sont disposés des chemins de roulement extérieurs 5, répartis autour de l'axe longitudinal LA. Ces chemins de roulement sont disposés dans des plans parallèles à l'axe longitudinal LA. Le fond du chemin de roulement des chemins de roulement extérieurs 5, est représenté sensiblement par un arc de cercle, qui est décalé latéralement relativement au centre de flexion du joint sur l'axe longitudinal LA ou parallèlement à celui-ci. Dans la cavité 3 de la partie extérieure 2 est reçue une partie intérieure 6. Celle-ci possède l'axe longitudinal LI, qui forme également son axe de rotation. Dans la surface extérieure 7 de la partie intérieure 6, réalisée sous la forme d'une zone sphérique, sont disposés des chemins de roulement intérieurs 8, qui quant à leur disposition correspondent aux chemins de roulement extérieurs 5, et sont en regard de ceux-ci, de sorte que sont formées des paires constituées chacune d'un chemin de roulement extérieur 5 et d'un chemin de roulement intérieur 8. Chacune de ces paires de chemins de roulement en regard l'un de l'autre, reçoit une bille 17 pour la transmission du couple. Pour le guidage des billes 17 est prévue une cage 11 disposée entre la surface intérieure 4 de la cavité 3 de la partie extérieure 2, et la surface extérieure 7 de la partie intérieure 6. Elle est de préférence guidée par un contact de surface, avec sa surface extérieure 13, sur la surface intérieure 4 de la partie extérieure 2, et avec sa surface intérieure 12, sur la surface extérieure de la partie intérieure 6. Les chemins de roulement intérieurs 8 possèdent un fond de chemin qui est disposé, également sous la forme d'un arc de cercle, autour d'un centre, qui est disposé de manière décalée par rapport au centre de flexion O du joint, ceci du côté opposé à celui o se trouve le centre respectivement correspondant pour les chemins de roulement extérieurs 5. Les billes 17 doivent être maintenues par la cage 11 de manière à ce que leurs centres se situent dans un plan de synchronisme perpendiculaire au plan du dessin et passant par le centre de flexion O du joint. Ce plan constitue le plan de synchronisme. Le guidage des billes 17 est effectué par des fenêtres 14 de la cage 11, qui présentent des surfaces de fenêtre 15, 16 qui sont disposées parallèlement les unes aux autres et parallèlement au plan de synchronisme. Les billes 17 sont guidées entre ces surfaces de fenêtre 15, 16. Les billes font saillie radialement vers l'intérieur et radialement vers l'extérieur, hors des fenêtres 14. La surface extérieure 18 des billes 17 est rectifiée en choisissant une rugosité Rz DIN de 0,5 à 3 pm ou Ry5 ISO également de 0,5 à 3 pm. Lors d'une transmission de couple et d'une flexion de la partie intérieure 6 par rapport à la partie extérieure 2, apparaissent des forces résultantes au niveau des billes 17, qui repoussent celles-ci en direction de l'une des surfaces de fenêtre 15, 16. Si, par exemple, en raison des tolérances de fabrication, toutes des billes 17 ne présentent pas un jeu de même valeur entre les chemins de roulement qui leurs sont associés, une ou plusieurs billes 17 sont chargées plus fortement. Cela signifie que toutes les billes 17 ne participent pas de la même manière à la transmission du couple. Cela signifie d'autre part une surcharge de certaines billes individuelles 17 et également des chemins de roulement extérieurs 5 et des chemins de roulement intérieurs 8 correspondants. En raison de la surface extérieure 18 rectifiée, il se produit toutefois pour les billes 17 qui sont chargées plus fortement, suite au mouvement relatif entre les surfaces de fenêtre 15, 16 et la surface extérieure 18 des billes 17 plus fortement chargées, lors de la flexion et de la rotation du joint, un mouvement relatif, qui en raison de la surface extérieure 18 des billes 17 plus rugueuse, conduit à une usure des surfaces de fenêtre 15, 16 qui sont les plus fortement chargées, ce qui donne une variation de positionnement des positions des billes, jusqu'à ce que toutes les billes 17 participent de manière uniforme à la transmission du couple. Il en résulte une amélioration sensible des propriétés de durée de vie. L'espace libre entre la partie extérieure 2 et un arbre intermédiaire 10 engagé dans l'alésage 9 de la partie intérieure 6, est recouvert par un soufflet 19. L'espace intérieur du soufflet 19 et la partie résiduelle de la cavité 3, qui n'est pas occupée par les billes 17, la cage 11 ou la partie intérieure 6, sont remplis au moins partiellement à l'aide d'une graisse de lubrification. Le joint 1 qui vient d'être décrit est un joint fixe, faisant partie d'un arbre de roue et associé, par exemple, aux roues motrices d'un véhicule automobile. Sur le côté opposé de la transmission, est de préférence disposé un joint coulissant. Un tel joint homocinétique à billes utilisé usuellement, sous la forme d'un joint coulissant, est représenté sur la figure 2 et explicité au regard de celle-ci. En-dehors des modes de réalisation des figures 1 et 2, il existe également d'autres types de joints homocinétiques à billes sous la forme de joints fixes ou coulissants, pour lesquels s'appliquent également les principes évoqués plus haut et constituant les fondements mêmes de l'invention. Dans le joint selon la figure 2, il s'agit d'un joint homocinétique à billes du type VL (joint 1') qui permet des translations (coulissement) entre la partie extérieure 2 et la partie intérieure 6, ainsi qu'une flexion entre ces deux parties. Dans le joint 1', la partie extérieure 2 est pourvue d'une cavité 3 sensiblement cylindrique, dans la surface intérieures 4 de laquelle sont disposés des chemins de roulement extérieurs 5. Les chemins de roulement extérieurs 5 sont également disposés de manière répartie autour de l'axe longitudinal LA, deux types de chemins de roulement extérieurs 5 étant toutefois prévus, qui, à partir des deux côtés d'ouverture, alternativement se rapprochent et s'éloignent l'un de l'autre. Les chemins de roulement intérieurs 8 sont disposés de manière telle, qu'un chemin de roulement intérieur 8 croise le chemin de roulement extérieur associé. Au point d'intersection entre chaque chemin de roulement intérieur 8 et un chemin de roulement extérieur 5, est à chaque fois disposée une bille 17, ces billes étant également maintenues dans des fenêtres 14 d'une cage 11, et étant guidées par des surfaces de fenêtre 15, 16 espacées. En raison des chemins de roulement 5, 8 qui se croisent, les billes 17 sont conduites, à l'aide de la cage 11, dans le plan de synchronisme, des jeux dûs à des tolérances de fabrication pouvant toutefois également apparaître, mais sont compensés par une usure des surfaces de fenêtre 15, 16 par la surface extérieure 18 des billes 17. Aussi bien dans le cas de la position 0 , c'est à dire pour un joint en position étendue tel que cela est représenté, que pour une flexion de la partie intérieure 6 par rapport à la partie extérieure 2, des forces agissent sur les billes 17, en raison de l'intersection des chemins de roulement 5, 8, de façon telle que la moitié des billes 17 s'appuient sur les surfaces de fenêtre 15, et l'autre moitié du nombre de billes 17 est repoussée dans la direction opposée, vers les surfaces de fenêtre 16. Les billes 17 les plus chargées lors du rodage usent les surfaces de fenêtre 15 ou 16 avec lesquelles elles sont en contact jusqu'à la compensation, de sorte que pratiquement toutes les billes 17 participent de la même manière à la transmission du couple, et que les chemins de roulement extérieurs 5 et les chemins de roulement intérieurs 8 participent de manière uniforme correspondante à la transmission du couple. là REVENDICATIONS. 1. Joint homocinétique à billes (1, 1') comprenant une partie extérieure (2) qui présente un premier axe longitudinal (LA) formant l'axe de rotation de la partie extérieure (2), et qui comporte une cavité (3) dans la surface intérieure (4) de laquelle sont disposés de manière répartie autour de l'axe longitudinal (LA), des chemins de roulement extérieurs (5), le joint homocinétique comprenant d'autre part, une partie intérieure (6), qui présente un axe longitudinal (LI) formant l'axe de rotation de la partie intérieure (6), qui est logée dans la cavité (3) de la partie extérieure (2) de manière à pouvoir pivoter dans toutes les directions autour du point central de flexion (O) du joint, et qui présente dans sa surface extérieure (7) des chemins de roulement intérieurs (8), les chemins de roulement extérieurs (5) et les chemins de roulement intérieurs (8) formant des paires de chemins en regard l'un de l'autre, ces paires recevant chacune une bille (17) pour la transmission d'un couple, le joint homocinétique comprenant en définitive également une cage (11), qui est disposée entre la surface intérieure (4) de la cavité (3) de la partie extérieure (2) et la surface extérieure (7) de la partie intérieure (6), et qui présente des fenêtres (14) réparties conformément aux paires de chemins de roulement extérieurs et intérieurs (5, 8), et dans lesquelles sont guidées, entre des surfaces de fenêtre (15, 16) espacées, les billes (17) qui, en cas de transmission de couple, s'appuient chacune sur l'une au moins des surfaces de fenêtre (15, 16), caractérisé en ce que la surface extérieure (18) des billes (17) est rectifiée et présente une profondeur de rugosité Rz DIN de 0,5 à 3 Mm (selon normes DIN 4768, édition de mai 1990) ou Ry5 ISO de 0,5 à 3 pm (selon normes ISO 4287/1: 1984, édition 1984), ainsi qu'une dureté de 58 à 66 HRC (dureté Rockwell), et en ce que, par ailleurs, les chemins de roulement extérieurs et intérieurs (5, 8) ainsi que les surfaces de fenêtre (15, 16) de la cage (11) sont trempés et présentent une dureté de 58 à 62 HRC. 2. Joint homocinétique à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes (17) sont fabriquées en acier à roulement, notamment le matériau 10OCr6 ou 10OCrMn6. 3. Joint homocinétique à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extérieure (2) et/ou la partie intérieure (6) sont réalisées en un acier au carbone apte à la trempe par induction. 4. Joint homocinétique à billes selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'acier au carbone est constitué par un acier de la qualité Cf53. 5. Joint homocinétique à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie extérieure (2) et/ou la partie intérieure (6) sont réalisées en un acier de cémentation. 6. Joint homocinétique à billes selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'acier de cémentation est constitué par un acier de la qualité SAE 8620.