Brevet FR2759436A1 — publié le 19980814

La présente invention est relative à un joint homocinétique coulissant à tripode, du type comprenant - un organe mâle ayant une symétrie ternaire autour d'un premier axe général et comportant un moyeu sur lequel font saillie trois bras qui délimitent chacun une portée sphérique; - un organe femelle délimitant trois paires de pistes de roulement et ayant une symétrie ternaire autour d'un second axe général; - pour chaque bras un patin intermédiaire percé d'un alésage cylindrique qui coopère avec la portée sphérique et qui présente deux pistes de roulement opposées, et deux séries d'éléments de roulement dont chacune roule sur une piste de roulement de l'organe femelle et sur une piste de roulement du patin. L'invention s'applique notamment aux transmissions latérales des véhicules automobiles. On sait que lorsqu'un joint à tripode fonctionne sous un angle de brisure, le centre du tripode décrit un mouvement orbital dit "d'offset", à une fréquence triple de la vitesse de rotation du joint. De plus, dans les mêmes conditions, il se produit un déplacement radial de chaque bras par rapport aux pistes de roulement associés de l'organe femelle. Pour obtenir un très libre coulissement du joint tout en tenant compte de ces phénomènes, les FR-A-2 580 751, 2 628 803 et 2 703 416 proposent de munir chaque bras d'une portée sphérique et d'interposer une barrette intermédiaire et une série d'éléments roulants entre chaque côté du bras et la piste de roulement associée. Cependant, les deux phénomènes indiqués plus haut provoquent, sous angle, l'apparition d'un jeu géométrique dans le mécanisme, et ce jeu est d'autant plus important que l'angle de brisure du joint est élevé. De façon à masquer ce jeu autant que possible, on utilise un écarteur élastique qui agit entre les deux barrettes associées à chaque tourillon de manière à plaquer en permanence les éléments de roulement contre leurs pistes de roulement respectives. Cet écarteur est cependant encombrant et rend la structure du joint plus complexe. Pour éliminer l'écarteur et donc simplifier la construction du joint, le DE-A-40 24 534 a proposé un joint du type indiqué au début. Dans un tel joint, les deux barrettes sont remplacées par un patin intermédiaire monobloc. On comprend que le déplacement radial du centre de la portée sphérique associée à chacun des bras du tripode exige alors la présence d'un alésage circulaire cylindrique dans le patin. Cette conception présente toutefois encore certains inconvénients. En particulier, pour chaque sens d'entraînement, seule une série d'éléments de roulement travaille, et le jeu dû aux tolérances de fabrication existe de l'autre côté. Par suite, il se produit un bruit lors des inversions du sens de rotation. L'invention a pour but d'éliminer ce dernier inconvénient de façon particulièrement simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet un joint homocinétique du type précité, caractérisé en ce que la distance de portée qui sépare le centre de la portée sphérique de chaque bras de l'axe général de l'organe mâle est, pour chaque sens de rotation du joint, nettement différente de la distance de roulement qui sépare cet axe général du plan moyen des éléments de roulement associés au même bras et transmettant le couple dans le sens considéré. De façon particulièrement avantageuse, la distance de portée est nettement supérieure à la distance de roulement. On obtient alors les avantages supplémentaires importants indiqués ci-dessous - D'une part, le bras de levier de transmission de couple étant augmenté, la pression de contact entre les portées sphériques et les alésages cylindriques est réduite. Ceci diminue les risques de brinnellage, voire de grippage. - Le décalage vers l'extérieur des portées sphériques, qui met à profit la place laissée libre par la suppression de tout écarteur, libère de l'espace vers l'axe du tripode. Ceci permet d'augmenter de façon importante la résistance mécanique de la zone de liaison des bras avec le moyeu du tripode, moyennant généralement la réalisation d'un dégagement, tel qu'un chanfrein, dans la partie radialement intérieure de l'alésage du patin intermédiaire. Le joint homocinétique suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - la partie du patin intermédiaire proche dudit premier axe général présente un dégagement d'alésage, notamment un chanfrein, de réception de la partie radialement intérieure du bras associé; - le patin comporte, de chaque côté, deux pistes de roulement situées dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un redent venu de matière avec le patin, et le dégagement d'alésage est prévu au droit de ce redent; - en section transversale de l'organe mâle, le profil de chaque bras s'étend sensiblement en ligne droite à partir de l'extrémité radialement intérieure de la portée sphérique et rejoint sensiblement tangentiellement la surface extérieure du moyeu; - en section transversale de l'organe mâle, les extrémités radialement intérieures des portées sphériques adjacentes sont reliées par sensiblement un segment de droite; - le patin a, de son alésage cylindrique à ses pistes de roulement, une forme bombée; - le patin est formé par une plaque de forme générale bombée dont chaque bord est replié jusqu'à une position contenue dans le plan de roulement correspondant; - les éléments de roulement situés d'un premier côté de chaque bras ont une capacité de transmission d'effort inférieure à celle des éléments de roulement opposés et sont notamment des billes de plus petit diamètre que les billes opposées; - le plan de roulement des éléments de roulement situés sur ledit premier côté est plus éloigné dudit premier axe général que celui des éléments de roulement opposés; - l'axe de chaque bras est décalé vers ledit premier côté par rapport à une position de cet axe passant par ledit premier axe général. 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 transversale, suivant la ligne I-I de la Figure 2, d'un premier mode de réalisation du joint homocinétique suivant l'invention; - la Figure 2 est une vue du même joint prise en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation du joint homocinétique suivant l'invention, prise suivant la ligne brisée III-III de la Figure 4; - la Figure 4 est une vue prise en coupe suivant la ligne brisée IV-IV de la Figure 3; - la Figure 5 est une vue en coupe transversale d'un troisième mode de réalisation du joint homocinétique suivant l'invention, prise suivant la ligne V-V de la Figure 6; - la Figure 6 est une vue prise en coupe suivant la ligne brisée VI-VI de la Figure 5; - les Figures 7 et 8 sont des vues en coupe transversale d'un quatrième mode de réalisation du joint homocinétique suivant l'invention, prises respectivement suivant les lignes VII-VII et VIII-VIII de la Figure 9; - la Figure 9 est une vue prise en coupe suivant la ligne IX-IX de la Figure 7 ou de la Figure 8; et - les Figures 10 à 12 sont des vues analogues à la Figure 7 de trois variantes, respectivement, du mode de réalisation des Figures 7 à 9. Le joint homocinétique représenté sur les Figures 1 et 2, destiné à une transmission latérale de véhicule automobile, est constitué des pièces suivantes: (1) Un tripode 1 qui comporte un moyeu 2 intérieurement cannelé, d'axe X-X, sur lequel font saillie trois bras radiaux 3 espacés angulairement de 1200. La partie d'extrémité de chaque bras forme une portée sphérique 4 venue de matière dont le plan équatorial P coupe l'axe Y-Y du bras en un point A qui est le centre de la portée sphérique. La distance entre le plan P et l'axe central X-X est désignée par D. (2) Un organe femelle ou tulipe 5 dont l'axe central X'-X', dans la position alignée du joint qui est représentée et à laquelle on se réfèrera dans la suite de la description, est confondu avec l'axe X-X. De part et d'autre de chaque bras 3, cette tulipe présente une piste de roulement 6 à section circulaire et à axe rectiligne parallèle à l'axe X'-X'. Le plan moyen P' des deux pistes 6 en regard, qui est le plan défini par leurs deux axes, est parallèle au plan P et est situé à une distance d de l'axe X'-X' qui est nettement inférieure à la distance D. On entend par "nettement inférieure" une différence très supérieure à celle pouvant résulter des tolérances de fabrication, par exemple de l'ordre de plusieurs mm, typiquement (D-d)/D = 8 à 30% environ ou d = 0,7 D à 0,92 D environ. (3) Pour chaque bras 3, un patin intermédiaire monobloc 7 ayant une forme parallélépipédique. Ce patin comporte un alésage cylindrique central 8 qui coopère avec la portée sphérique 4 du bras. L'extrémité radialement intérieure de l'alésage 8 comporte un chanfrein conique 9 évasé vers l'axe X-X. Le patin comporte en outre, le long de chaque grand côté latéral, une piste de roulement 10 à section circulaire de même rayon que les pistes 6 et à axe rectiligne parallèle à celles de ces pistes 6. Chaque piste 10 est limitée à chaque extrémité par une butée constituée par un redent 11 défini par le corps du patin 7 (Figure 2). (4) De chaque côté de chaque bras 3, une rangée de billes identiques 12 qui roulent d'une part sur les pistes 6, d'autre part sur les pistes 10. Ces billes amènent le plan moyen des pistes 10, qui est le plan défini par les deux axes de celles-ci, dans le plan P' défini plus haut. En fonctionnement, le couple appliqué par exemple au tripode se transmet au patin 7 par l'intermédiaire d'un bras de levier D important. La pression de contact entre la portée 4 et l'alésage 8 est donc relativement faible. De plus, l'effort exercé sur le patin est en porte-à-faux par rapport au plan moyen P' des pistes de roulement 6 et 10, qui est le plan moyen de travail, ou plan de roulement, des deux rangées de billes. Par suite, les deux rangées de billes sont sollicitées quel que soit le sens du couple appliqué, même lorsque le joint est aligné. Il en résulte que les jeux dus aux tolérances de fabrication sont absorbés en permanence, de sorte qu'aucun bruit n'apparaît lors des inversions du sens du couple. Il faut noter également que le déport de la portée 4 vers l'extérieur permet d'augmenter la section de la base 13 des bras, c'est-à-dire de la partie de ces bras qui relie la portée 4 au moyeu 2. Ceci est permis très simplement par le dégagement créé par le chanfrein 9 du patin, qui n'interfère pas avec les pistes 10. Le joint homocinétique représenté sur les Figures 3 et 4 ne diffère du précédent que par la configuration du patin 7. En effet, ce patin est formée par une plaque ayant, en plan, une forme rectangulaire (Figure 4) et dont la partie centrale est bombée, avec une section sensiblement circulaire (Figure 3). Cette plaque est beaucoup moins épaisse que le patin des Figures 1 et 2 et comporte l'alésage cylindrique sous forme d'un orifice circulaire central. L'épaisseur de la plaque est juste suffisante pour que l'orifice 8 coopère en permanence avec la portée 4 dans le plan P lorsque le joint fonctionne sous angle. Les bords longitudinaux 14 de la plaque sont légèrement repliés de façon à s'étendre dans le plan P' précité, et ils sont guidés par leur région intermédiaire 14 dans des rainures rectilignes 15 prévues au fond des pistes 6 et centrés sur le plan P'. De plus, de part et d'autre de la région 14, chaque bord 13 présente une échancrure 16 dont le fond forme une piste de roulement 10 et qui se termine par un redent 17. Une bille 12 roule dans chaque échancrure 16 et dans la piste 6 en regard. Le fonctionnement et les avantages d'un tel joint sont les mêmes que ceux décrits plus haut en regard des Figures 1 et 2. On notera toutefois que grâce à la forme du patin intermédiaire, réalisé sous forme d'une plaque bombée, la base 13 des bras 3 peut être rendue encore plus épaisse, comme on le voit bien sur la Figure 3, où le profil de cette base est sensiblement une droite qui part de l'extrémité intérieure de la portée 4 et qui rejoint tangentiellement la surface extérieure du moyeu 2. Le joint homocinétique représenté sur les Figures 5 et 6 diffère de celui des Figures 1 et 2 par les points suivants. Le patin 7 a une forme bombée à section sensiblement cylindrique, avec une épaisseur constante du même ordre qu'aux Figures 1 et 2. Cette forme lui permet de coopérer d'une part, par l'alésage 8, avec la portée sphérique 4 dans le plan P, et d'autre part de présenter dans le plan P' les pistes 10 pour des billes 12 de diamètre nettement plus petit qu'aux Figures 1 et 2. De même qu'aux Figures 3 et 4, la forme bombée permet de renforcer considérablement la base 13 des bras 3. De plus, les redents 11 d'extrémité sont supprimés, et il est prévu de chaque côté de chaque bras un dispositif classique 18 de recirculation des billes, comportant une cage 19 pour les billes situées entre le patin et la piste 6, deux guides d'extrémité incurvés 20 et un canal 21 percé dans l'organe femelle 5. Ces dispositifs 18 sont décrits en détail dans le DE-A-40 24 534 précité. Le joint homocinétique représenté aux Figures 7 à 9 diffère de celui des Figures 1 et 2 par la forme du patin 7. En effet, ce patin définit un voile mince médian 22, contenu dans le plan P', qui porte de chaque côté une gouttière 23. Cette dernière forme deux pistes de roulement 10 dans le prolongement l'une de l'autre, séparées par un redent 24 situé à mi-longueur. Par suite, les deux billes de chaque rangée sont maintenues par une cage 25. On comprend que, dans ce mode de réalisation, le chanfrein 9 peut être réalisé avec un évasement important, car il se situe dans la région des redents 24 et n'interfère pas avec les pistes 10 même si, en vue en plan (Figure 9), son contour se situe à l'extérieur du fond de ces pistes. De plus, pour renforcer encore la région du chanfrein 9 et améliorer la butée des billes, les redents 24 peuvent faire saillie au-delà du bord des pistes 10, comme représenté dans la partie droite des Figures 7 et 9. Comme on le voit sur la Figure 7, dans ce mode de réalisation, cette possibilité de dégagement a été valorisée par le fait que les extrémités intérieures des portées sphériques 4 adjacentes sont, en section transversale, reliées par un segment de droite 26. La Figure 10 représente une variante du joint des Figures 7 à 9 dans laquelle la capacité de transmission de couple est réduite dans un sens de rotation, à savoir celui correspondant à la marche arrière du véhicule. Pour cela, les billes 12A correspondant à ce sens sont nettement plus petites que les autres billes 12B. Le rayon de leurs pistes 6A est réduit de façon correspondante par rapport à celui des autres pistes 6B. Le plan P' est le plan médian de toutes les billes 12A et 12B. Cette variante permet d'alléger le joint non seulement par la réduction du poids total des billes, mais également en creusant le profil extérieur de la tulipe 5 dans la région des billes 12A, comme indiqué en 5A. Les deux prolongements suivants peuvent alors être envisagés. Dans le cas de la Figure 11, on décale vers l'extérieur le plan médian P'A des petites billes 12A, pour l'amener entre le plan P et le plan médian P'B des billes 12B. Ce faisant, on augmente le bras de levier dA des billes 12A, et donc leur capacité de transmission de couple. Comme représenté, on peut alors tronquer en biais la partie radialement intérieure du patin 7. Dans la variante de la Figure 12, le gain d'espace résultant de la réduction de diamètre des billes 12A est au contraire mis à profit pour décaler l'axe Y-Y du bras d'une distance A vers les petites billes 12A, par rapport à la position centrale, passant par l'axe général X-X du joint, des autres modes de réalisation. Les deux parties extérieure et intérieure du patin sont alors tronquées en biais. Un tel décalage a pour effet de permettre d'augmenter la capacité de transmission de couple du joint pour un encombrement donné de la tulipe, comme expliqué dans la demande FR-A-2 730 773. REVENDICATIONS 1 - Joint homocinétique coulissant à tripode, du type comprenant - un organe mâle (1) ayant une symétrie ternaire autour d'un premier axe général (X-X) et comportant un moyeu (2) sur lequel font saillie trois bras (3) qui délimitent chacun une portée sphérique (4); - un organe femelle (5) délimitant trois paires de pistes de roulement (6) et ayant une symétrie ternaire autour d'un second axe général (X'-X'); - pour chaque bras un patin intermédiaire (7) percé d'un alésage cylindrique (8) qui coopère avec la portée sphérique (4) et qui présente deux pistes de roulement opposées (10), et deux séries d'éléments de roulement (12) dont chacune roule sur une piste de roulement (6) de l'organe femelle (5) et sur une piste de roulement (10) du patin; caractérisé en ce que la distance de portée (D) qui sépare le centre (A) de la portée sphérique (4) de chaque bras (3) de l'axe général (X-X) de l'organe mâle (1) est, pour chaque sens de rotation du joint, nettement différente de la distance de roulement (d; dA, dB) qui sépare cet axe général (X-X) du plan moyen (P'; P'A, P'B) des éléments de roulement (12; 12A, 12B) associés au même bras et transmettant le couple dans le sens considéré. 2 - Joint homocinétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la distance de portée (D) est nettement supérieure à la distance de roulement (d; dA, dB) 3 - Joint homocinétique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie du patin intermé diaire (7) proche dudit premier axe général (X-X) présente un dégagement d'alésage, notamment un chanfrein, de réception de la partie radialement intérieure (13) du bras (3) associé. 4 - Joint homocinétique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le patin (7) comporte, de chaque côté, deux pistes de roulement (10) situées dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un redent (24) venu de matière avec le patin, et en ce que le dégagement d'alésage (9) est prévu au droit de ce redent. 5 - Joint homocinétique suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, en section transversale de l'organe mâle (1), le profil de chaque bras (3) s'étend sensiblement en ligne droite à partir de l'extrémité radialement intérieure de la portée sphérique (4) et rejoint sensiblement tangentiellement la surface extérieure du moyeu (2). 6 - Joint homocinétique suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, en section transversale de l'organe mâle (1), les extrémités radialement intérieures des portées sphériques (4) adjacentes sont reliées par sensiblement un segment de droite (26). 7 - Joint homocinétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le patin (7) a, de son alésage cylindrique (8) à ses pistes de roulement (10), une forme bombée. 8 - Joint homocinétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le patin (7) est formé par une plaque de forme générale bombée dont chaque bord (14) est replié jusqu'à une position contenue dans le plan de roulement correspondant (P'). 9 - Joint homocinétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments de roulement (12A) situés d'un premier côté de chaque bras (3) ont une capacité de transmission d'effort inférieure à celle des éléments de roulement opposés (12B) et sont notamment des billes de plus petit diamètre que les billes opposées. 10 - Joint homocinétique suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le plan de roulement des des éléments de roulement (12A) situés sur ledit premier côté est plus éloigné dudit premier axe général (X-X) que celui (P'B) des éléments de roulement opposés (12B). 11 - Joint homocinétique suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'axe (Y-Y) de chaque bras (3) est décalé vers ledit premier côté par rapport à une position de cet axe passant par ledit premier axe général (X-X).