Brevet FR2747748A1 — publié le 19971024

La présente invention est relative à un joint de transmission du type comprenant un élément mâle qui comporte un corps solidaire d'un premier arbre, un élément femelle destiné à être rendu solidaire d'un second arbre, des moyens rotulants de solidarisation en rotation dudit corps avec l'élément femelle, et un organe d'obturation qui est fixé à l'élément femelle et qui ferme hermétiquement la cavité du joint du côté dudit premier arbre. L'invention s' applique en particulier aux joints quadripodes fixes ou quasi-fixes axialement pour transmissions de véhicules automobiles. Les joints de transmission du type ci-dessus, notamment les joints X-podes ou les joints à billes, comportent classiquement comme organe d'obturation un soufflet de forme générale convergente fixé par sa grande extrémité à l'élément femelle et fixé par sa petite extrémité à l'arbre solidaire de l'élément mâle. Cependant, lorsqu'un joint de transmission travaille en permanence, ou quasiment en permanence, sous angle élevé, et notamment lorsque sa vitesse de rotation est élevée, la conception d'un soufflet qui soit fiable et durable pose de sérieuses difficultés. L'invention a pour but de résoudre ce problème et, à cet effet, elle a pour objet un joint de transmission du type précité, caractérisé en ce que le corps de l'élément mâle est fixé audit premier arbre dans une zone de celui-ci qui, en position alignée du joint, est décalée axialement, vers l'extrémité de cet arbre, par rapport au plan médian, perpendiculaire au même arbre, desdits moyens rotulants de solidarisation, ce corps définissant un espace intérieur libre ouvert du côté opposé et dans lequel l'organe d'obturation est relié audit premier arbre ou audit corps. Le joint de transmission suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - l'organe d'obturation porte un organe d'étanchéité qui frotte sur une surface associée, notamment sphérique, dudit premier arbre; - l'organe d'obturation se termine par un soufflet déroulant dont l'extrémité est fixée hermétiquement à une surface de révolution du corps de l'élément mâle; - le soufflet déroulant est rebroussé radialement vers l'extérieur, son extrémité étant fixée à une surface de révolution intérieure du corps de l'élément mâle; - ledit premier arbre porte une protubérance de révolution, servant au soutien de la partie radialement intérieure du soufflet; - ladite surface de révolution intérieure et ladite protubérance de révolution sont sphériques, concentriques et centrées en un point de l'axe dudit premier arbre qui est décalé, dans le sens opposé à l'extrémité de cet arbre, par rapport audit plan médian; - le corps de l'élément mâle comporte des surfaces sphériques qui coopèrent avec des surfaces de retenue axiale de l'élément femelle ou d'un organe de retenue relié à ce dernier; - l'organe de retenue comprend deux demicoquilles en vis-à-vis fixées dans l'élément femelle; - l'une des demi-coquilles comporte un appendice convergent dont l'extrémité porte ledit organe d'étanchéité; - lesdits moyens rotulants comprennent plusieurs galets rotatifs et coulissants montés sur des bras qui s'étendent à partir du corps de l'élément mâle, notamment quatre galets emprisonnés dans des couloirs oscillants de l'élément femelle, les bords des couloirs étant couplés les uns aux autres pour synchroniser leurs oscillations; - ledit élément mâle est constitué par une noix pourvue de gorges extérieures, le joint étant du type joint homocinétique à billes. L'invention a également pour objet un élément mâle destiné à un joint de transmission tel que défini ci-dessus. Cet élément mâle, du type comprenant un corps destiné à être fixé par une zone de fixation à un arbre et à être relié par des moyens rotulants de solidarisation en rotation avec un élément femelle du joint, est caractérisé en ce que la zone de fixation est décalée axialement, dans un premier sens, par rapport au plan transversal médian des moyens rotulants, et en ce que le corps définit un espace intérieur libre ouvert dans le sens opposé. Dans un mode de réalisation de cet élément mâle, le corps a la forme générale d'un dôme dont le sommet comporte une ouverture qui définit ladite zone de fixation, lesdits moyens rotulants étant adjacents à la grande base du dôme. Lesdits moyens rotulants peuvent comporter plusieurs bras, notamment quatre bras, en saillie sur le corps. Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 est une vue en coupe axiale, suivant la ligne brisée I-I de la Figure 2, d'un joint de transmission du type quadripode conforme à l'invention, en position alignée; - la Figure 2 est une demi-vue prise en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1; - la Figure 3 représente en coupe axiale l'élément mâle du joint des Figures 1 et 2; - les Figures 4 et 5 sont des vues en perspective, d'un côté et de l'autre, du même élément mâle; - les Figures 6 à 8 sont des vues, respectivement en coupe axiale, en perspective intérieure et en perspective extérieure, d'une demi-coquille du joint; - les Figures 9 à 11 sont des vues, respectivement en perspective, de côté et de face, de l'autre demi-coquille du joint; - la Figure 12 est une vue analogue à la Figure 1 d'une variante, prise en coupe suivant la ligne brisée XII-XII de la Figure 13; - les Figures 13 et 14 sont des vues analogues à la Figure 12 mais montrant le joint dans deux positions opposées d'angularité maximale; - la Figure 15 est une vue analogue à la Figure 1 d'une autre variante; - la Figure 16 est une vue analogue à la Figure 15, montrant le joint de cette Figure 15 dans une position d'angularité maximale; - la Figure 17 est une demi-vue en coupe axiale d'une variante de la Figure 15; - la Figure 18 représente en coupe axiale une application d'une autre variante du joint de transmission suivant l'invention; - la Figure 19 représente en coupe axiale un autre mode de réalisation du joint de transmission suivant l'invention, du type à billes; et - la Figure 20 est une vue analogue représentant le joint de la Figure 19 dans une position d'angularité maximale. Le joint de transmission homocinétique 1 représenté aux Figures 1 et 2 est un joint fixe du type quadripode. Sa structure générale est celle décrite, sous plusieurs formes de réalisation, dans les FR-A-2 566 858 et 2 678 331. Ainsi, le joint 1 comprend essentiellement - un élément mâle croisillon quadripode 2, fixé sur un premier arbre 3 et comprenant lui-même un corps monobloc 4 de révolution sur lequel font saillie quatre bras radiaux 5 venus de matière, et un galet 6 extérieurement sphérique et intérieurement cylindrique, monté rotatif et coulissant sur chaque bras par l'intermédiaire d'une couronne d'aiguilles 7; - un élément femelle 8, destiné à être relié à un second arbre (non représenté) et comprenant lui-même un fût extérieur cylindrique 9, muni d'une bride 10 pour son raccordement audit second arbre, et quatre couloirs oscillants 11 couplés entre eux; - une première demi-coquille 12, de positionnement axial du croisillon quadripode, constituant le fond de la cavité du joint; et - une deuxième demi-coquille 13 de positionnement axial du croisillon quadripode, qui forme également organe de fermeture de la cavité du joint du côté de l'arbre 3. L'axe X-X de l'élément mâle 2 et l'axe Y-Y de l'élément femelle 8 sont confondus sur les Figures 1 et 2. Comme on le voit bien sur les Figures 3 à 5, le corps 4 du croisillon a la forme générale d'un dôme de révolution dont le sommet est percé d'un alésage cannelé 14 d'axe X-X. La surface extérieure du corps 4 est sphérique, et son centre est confondu avec le centre O du joint. La surface intérieure 16 du corps 4 est tronconique et définit une cavité interne 104 du corps 4. Les quatre bras 5 font saillie radialement sur ce corps au voisinage de la grande base du dôme, à 90" les uns des autres. Chaque bras comporte une plongée 17 à fond cylindrique destinée à recevoir les aiguilles 7. Le plan transversal P qui contient les axes des quatre bras passe par le point O, et l'alésage 14 est entièrement situé nettement en dehors de ce plan P. Le fût 9 de l'élément femelle 8 a une section à quatre lobes visible sur la Figure 2. Il présente intérieurement, dans chaque lobe, un évidement 18 muni en son milieu d'une rainure axiale 19. Chaque couloir 11, à section en U ouverte vers l'axe X-X, présente intérieurement deux pistes de roulement cylindriques 20 en regard l'une de l'autre, pour le galet 5 associé, et extérieurement une nervure axiale 22 venue de matière faisant saillie au milieu de sa surface extérieure 21 et qui est reçue dans la rainure 19, pour réaliser l'entraînement du fût 9, donc de l'élément femelle 8, dans le sens circonférentiel. De plus, de chaque côté, le bord axial de chaque couloir est couplé au bord adjacent du couloir voisin par un engrènement à une seule dent 23. La demi-coquille 12 (Figures 1 et 6 à 8) a la forme générale d'un flasque plan dont le contour extérieur, carré à coins arrondis et à évidements peu profonds au milieu de chaque côté, épouse le contour intérieur du fût 9. Ce flasque comporte d'un même côté un évidement central sphérique 24 de rayon relativement grand, centré au centre O du joint, et, autour de cet évidement 24, quatre évidements 25 de forme générale sphérique, de rayon plus petit. Les cinq évidements 24 et 25 s'ouvrent vers l'arbre 3. A la périphérie de l'évidement 24 et entre les évidements 25, quatre languettes 26 s'étendant axialement, intérieurement sphériques de centre O ou à section en V très ouvert, font saillie vers l'arbre 3. La région extérieure plane 27 de la demicoquille 12 est reçue dans un chambrage 28 de la bride 10 (Figure 1) et reste maintenue contre le fond de ce chambrage par un jonc élastique 29. La région 27 maintient alors les couloirs 11 contre un épaulement 30 du fût 9. On retrouve dans la demi-coquille 13 (Figures 1 et 9 à 11) une région extérieure plane 31, dont le contour est analogue à celui de la demi-coquille 12, et quatre évidements 32 de forme générale sphérique, ouverts vers les évidements 25 et situés respectivement en regard de ceux-ci (Figure 1). On retrouve également, entre les évidements 32, quatre languettes 33 analogues aux languettes 26 et situées en regard de celles-ci. Cependant, la demicoquille 13 comprend dans sa région centrale un appendice tronconique convergent 34, dirigé vers la demi-coquille 12, qui, à son extrémité, présente une gorge circulaire intérieure 35 pour la réception d'un jonc d'étanchéité 36 (Figure 1). Le pourtour de la région 31 se positionne contre un épaulement 37 du fût 9 adjacent à l'épaulement 30. Le jonc 36 frotte sur une saillie sphérique 38 de l'arbre 3 centrée au centre O du joint. L'arbre 3 présente par ailleurs à son extrémité une région cannelée 39 sur laquelle s'emmanche l'alésage cannelé 14 du corps 4, le maintien axial de ce dernier étant assuré par un circlips 40. La région 39 est entièrement décalée, vers l'extrémité de l'arbre, par rapport au point 0. Le plan médian P du croisillon passe par ce point O, et l'appendice 34 pénètre dans la cavité 104 du corps 4 pour permettre au jonc 36 de s'appliquer sur la saillie 38 de l'arbre 3. Le point 0 est également le centre du jonc 36. Comme on le voit sur la Figure 1, les languettes 26 et 33 sont en butée deux à deux, ce qui définit quatre évidements sphériques 41 de centre O dans lesquels rotulent quatre zones de la surface extérieure 15 du corps 4 situées entre les bras 5. De plus, les bords des quatre couloirs oscillants 11 se débattent dans les espaces libres 42 situés entre les languettes 26 et 33 d'une part, et la surface intérieure du fût 9 d'autre part. Dans la variante des Figures 12 à 14, le fût 9 comporte un fond bombé 24A venu de matière, bordé du côté de la cavité du joint par quatre évidements 25A. La demi-coquille 12 ne forme plus qu'un flasque muni des quatre languettes 26 et, de l'autre côté, de reliefs 43 de positionnement dans le fond 24A. De plus, la demi-coquille 13 est sensiblement symétrique de la demi-coquille 12 par rapport au plan P, et l'appendice tronconique 34A fait partie d'une pièce supplémentaire 44 de révolution fixée par un collier 45 sur la périphérie du fût 9 et maintenant les deux demicoquilles en appui contre un épaulement 46 de celui-ci adjacent au fond 24A. La pièce 44 définit une région annulaire en creux qui forme un évidement 32A en regard de chaque évidement 25A, circonférentiellement entre les languettes 33. Lorsque le joint est en ligne (Figure 1 ou 12), l'arbre 3 est positionné axialement par la coopération 15-41 précitée, et son extrémité est voisine de l'évidement 24 ou 24A, qui est centré au point O. Sous angle (Figures 13 et 14), les quatre zones précitées de la surface 15 rotulent dans les évidements 41, les galets pénètrent dans les évidements 25 ou 25A d'un côté, 32 ou 32A de l'autre côté, et le jonc d'étanchéité 36 rotule sur la saillie 38 de l'arbre 3. Comme décrit dans les FR-A précités, les couloirs 11 oscillent en opposition de phase deux à deux, grâce à leurs couplages latéraux et à l'association des nervures 22 avec les rainures 19. La coopération du jonc 36 et de la saillie 38 s'effectue très près du centre O du joint. Les mouvements relatifs sont donc minimaux, et l'usure du joint est faible. Cette usure est d'autant plus faible que l'effet de centrifugation réduit le frottement entre le jonc 36 et la saillie 38. Par ailleurs, l'huile de lubrification présente dans la cavité du joint est centrifugée vers l'extérieur, de sorte que le jonc 36 ne fonctionne pas sous pression d'huile. Pour toutes ces raisons, on obtient une étanchéité fiable et durable, même si le joint fonctionne en permanence ou en quasi-permanence sous angle et si la vitesse angulaire est élevée. Dans toutes les variantes décrites jusqu'ici, l'appendice 34, 34A qui porte le jonc d'étanchéité 36 n'est théoriquement soumis à aucune déformation et, par conséquent, pourrait être constitué d'une pièce en tôle rigide. Cependant, du fait des tolérances de fabrica tion, il est préférable de réaliser la pièce qui porte cet appendice en une matière flexible, par exemple une matière plastique. Bien entendu, dans le cas d'un joint X-pode soumis, lors de la rotation sous angle, à un mouvement d'offset, par exemple dans le cas d'un joint à tripode, la flexibilité de l'appendice 34, 34A serait impérative. La variante des Figures 15 et 16 ne diffère de la précédente que par le fait que l'appendice 34A est remplacé par un soufflet déroulant rapporté 47. La grande base de ce dernier est fixée sur le pourtour d'un orifice central de la pièce 44, et le soufflet pénètre en convergent jusqu'au fond de la cavité 104 du corps 4, puis se rebrousse vers l'extérieur. Son extrémité comporte un bourrelet extérieur 48 qui s'encliquette dans une gorge ménagée dans la surface intérieure 16 du corps 4, qui est sphérique. La saillie 38 de l'arbre 3 est remplacée par une saillie sphérique 49, de plus grand rayon, qui supporte la partie intermédiaire du soufflet. Pour des raisons d'encombrement, le centre Ol de cette saillie, qui est également le centre de la surface 16, est décalé par rapport au point O, vers la demi-coquille 13. Il est à noter que dans cette variante, le corps 4 doit être de révolution. Au contraire, dans le cas des Figures 1 et 2 ou 12 à 14, le corps 4 pourrait ne comporter que quatre bras inclinés portant chacun un bras 5. La variante de la Figure 17 diffère de celle des Figures 15 et 16 par les points suivants - la protubérance 49 est supprimée, de sorte que l'arbre 3 est lisse. Cependant, la forme bombée 147 de la région intérieure du soufflet 47 est conservée, lors du moulage de cette pièce, ce qui supprime pour l'essentiel le frottement entre le soufflet et l'arbre; - un anneau élastique 148 applique fermement le bourrelet 48 dans la gorge du corps 4; et - la pièce 44 présente un prolongement radialement extérieur 144 reçu derrière un rebord intérieur 109 du fût 9, et les couloirs 11 sont maintenus axialement entre ce rebord et, comme à la Figure 1, une zone extérieure plane 27 de la demi-coquille 12, laquelle constitue le fond de la cavité du joint. La Figure 18 illustre l'utilisation de deux joints 1 suivant l'invention qui ne sont pas à fixité axiale comme ceux décrits ci-dessus, mais à quasi-fixité axiale. Ceci signifie que l'arbre 3, qui porte les corps 4 à ses deux extrémités, possède une liberté limitée de déplacement axial dans chaque joint 1. Pour cela, dans chaque joint, les quatre évidements 41 définis par les deux demi-coquilles possèdent deux extrémités sphériques 41A reliées par un tronçon cylindrique 41B. Dans cet exemple, chaque joint 1 est hybride entre les variantes des Figures 1 et 15 : la cavité du joint est délimitée des deux côtés par les demi-coquilles, et l'organe d'étanchéité est un soufflet déroulant 47. Les deux joints sont montés symétriquement par rapport au milieu de l'arbre 3. Cet agencement à deux joints quasi-fixes axialement convient en particulier pour relier une sortie du différentiel d'un véhicule automobile au moyeu d'une roue arrière motrice, laquelle ne subit que des débattements verticaux. Les Figures 19 et 20 montrent que l'invention peut également s'appliquer à un joint à billes 1A, comportant une noix intérieure 51 extérieurement sphé rique fixée sur l'arbre 3, un barillet extérieur 52 intérieurement sphérique à bride de raccordement 53, six billes 54 reçues partiellement dans des gorges extérieures axiales 55 de la noix et partiellement dans des gorges axiales intérieures 56 du barillet, et une cage sphérique 57 de maintien des billes dans le plan bissecteur du joint. La cavité du joint est fermée d'un côté par un capot bombé 58 en tôle, disposé en regard de l'extrémité de l'arbre 3, et de l'autre côté par un organe d'obturation 59. La noix 51 a une forme générale en dôme analogue à celle du corps 4 décrite plus haut, de façon à définir une cavité intérieure 151 ouverte vers l'arbre 3. A son sommet, le dôme comporte comme précédemment un alésage axial cannelé, entièrement décalé par rapport au plan P, qui se monte sur la région d'extrémité cannelée 39 de l'arbre 3. L'organe 59 est fixé par sa grande base sur le pourtour du barillet et comporte, comme aux Figures 1 et 12, un appendice tronconique 34B qui pénètre dans la cavité 151 de la noix et porte à son extrémité le jonc d'étanchéité 36, lequel frotte sur la saillie sphérique 38, centrée au centre O du joint, de l'arbre 3. Le fonctionnement et les avantages du joint des Figures 19 et 20 sont analogues à ce qui a été décrit plus haut, sauf en ce qui concerne les moyens de solidarisation en rotation des deux éléments principaux 51 et 52 du joint, et la fixité axiale est obtenue de façon classique par coopération de la cage 57 avec des régions sphériques 60 de la cavité du barillet, situées entre les gorges 56. REVENDICATIONS 1 - Joint de transmission, du type comprenant un élément mâle (2; 51) qui comporte un corps (4; 51) solidaire d'un premier arbre (3), un élément femelle (8; 52) destiné à être rendu solidaire d'un second arbre, des moyens rotulants (6, 54) de solidarisation en rotation dudit corps avec l'élément femelle, et un organe d'obturation (13; 44; 44, 47; 59) qui est fixé à l'élément femelle et qui ferme hermétiquement la cavité du joint du côté dudit premier arbre (3), caractérisé en ce que le corps (4; 51) de l'élément mâle (2) est fixé audit premier arbre (3) dans une zone (39) de celui-ci qui, en position alignée du joint, est décalée axialement, vers l'extrémité de cet arbre, par rapport au plan médian (P), perpendiculaire au même arbre (3), desdits moyens rotulants de solidarisation (6; 54), ce corps (4; 51) définissant un espace intérieur libre ouvert du côté opposé (104; 151) et dans lequel l'organe d'obturation (13; 44; 44, 47; 59) est relié audit premier arbre (3) ou audit corps (4; 51). 2 - Joint de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (13; 44; 59) comporte un organe d'étanchéité (36) qui frotte sur une surface associée (38), notamment sphérique, dudit premier arbre (3). 3 - Joint de transmission suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'obturation comprend un soufflet déroulant (47) dont l'extrémité (48) est fixée hermétiquement à une surface de révolution (16) du corps (4) de l'élément mâle (2). 4 - Joint de transmission suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le soufflet déroulant (47) est rebroussé radialement vers l'extérieur, son extrémité (48) étant fixée à une surface de révolution intérieure (16) du corps (4) de l'élément mâle. 5 - Joint de transmission suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit premier arbre (3) porte une protubérance de révolution (49), servant au soutien de la partie radialement intérieure du soufflet (47). 6 - Joint de transmission suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite surface de révolution intérieure (16) et ladite protubérance de révolution (49) sont sphériques, concentriques et centrées en un point (01) de l'axe (X-X) dudit premier arbre (3) qui est décalé, dans le sens opposé à l'extrémité de cet arbre (2), par rapport audit plan médian (P). 7 - Joint de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps (4; 51) de l'élément mâle (2; 51) comporte des surfaces sphériques (15) qui coopèrent avec des surfaces de retenue axiale (41; 60) de l'élément femelle (8; 52) ou d'un organe de retenue (12, 13) relié à ce dernier. 8 - Joint de transmission suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de retenue (12, 13) comprend deux demi-coquilles en vis-à-vis fixées dans l'élément femelle (8). 9 - Joint de transmission suivant les revendications 2 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que l'une (13) des demi-coquilles (12, 13) comporte un appendice convergent (34) dont l'extrémité porte ledit organe d'étanchéité (36). 10 - Joint de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens rotulants (6) comprennent plusieurs galets rotatifs et coulissants montés sur des bras (5) qui s'étendent à partir du corps (4) de l'élément mâle (2), notamment quatre galets emprisonnés dans des couloirs oscillants (11) de l'élément femelle (8), les bords (23) des couloirs étant couplés les uns aux autres pour synchroniser leurs oscillations. 11 - Joint de transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit élément mâle (51) est constitué par une noix pourvue de gorges extérieures (55), le joint (1A) étant du type joint homocinétique à billes. 12 - Elément mâle (2; 51) de joint de transmission, du type comprenant un corps (4; 51) destiné à être fixé par une zone de fixation (14) à un arbre (3) et à être relié par des moyens rotulants (6; 54) de solidarisation en rotation avec un élément femelle (8; 52) du joint, caractérisé en ce que la zone de fixation (14) est décalée axialement, dans un premier sens, par rapport au plan transversal médian (P) des moyens rotulants, et en ce que le corps (4; 51) définit un espace intérieur libre (104; 151) ouvert dans le sens opposé. 13 - Elément suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le corps (4; 51) a la forme générale d'un dôme dont le sommet comporte une ouverture (14) qui définit ladite zone de fixation, lesdits moyens rotulants (6; 54) étant adjacents à la grande base du dôme. 14 - Elément suivant la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que lesdits moyens rotulants (6) comportent plusieurs bras (5), notamment quatre bras, en saillie sur le corps (4).