Brevet FR2756336A1 — publié le 19980529

L'invention concerne un arbre articulé comprenant deux joints homocinétiques qui comprennent chacun une partie extérieure de joint avec des premières pistes à billes et susceptible d'être reliée à des moyens d'entraînement, une partie intérieure de joint avec des secondes pistes à billes et susceptible d'être reliée à un axe d'arbre qui relie les parties intérieures de joints, des billes de transmission de couple guidées dans des premières pistes à billes dans la partie extérieure de joint et dans des secondes pistes à billes dans la partie intérieure de joint, et une cage de forme annulaire, pourvue de fenêtres réparties à la périphérie, recevant les billes dans les fenêtres et les retenant dans un plan, les deux joints homocinétiques étant des joints du type à longueur variable par translation, présentant des premières et des secondes pistes à billes en correspondance qui s'étendent sous des inclinaisons opposées les unes aux autres par rapport à la direction longitudinale en se croisant. Un arbre de ce type est connu du document DE 37 10 572 C2, et un arbre d'un type similaire avec un joint fixe est connu du document DE 34 30 067 Cl. Les joints du type à longueur variable ici en question, que l'on peut monter de façon purement axiale, mais qui sont protégés à l'encontre d'un démontage spontané, sont connus en tant que tels du document DE 38 20 449 A 1. Dans ce cas, la partie intérieure de joint du joint du type à longueur variable par translation est reliée de façon détachable à l'axe d'arbre fabriqué de manière séparée. Au contraire, il est déjà connu du document précité DE 34 30 067 CI de relier la partie intérieure de joint d'un joint à longueur variable par translation par soudure à un arbre creux. La présente invention a pour objectif de proposer des arbres articulés du genre précité, qui sont encore optimisés pour ce qui concerne les frais de montage et de fabrication. Une première solution consiste à prévoir que les parties intérieures de joint soient respectivement reliées de manière non détachable à l'axe de l'arbre, que les parties extérieures de joint portent des éléments de butée de forme annulaire posés sur leur côté ouverture dirigé vers l'axe de l'arbre, et qui forment une butée axiale pour la cage respective, et que les parties intérieures de joint puissent être introduites, avec l'axe d'arbre relié, coaxialement dans la cage respective, par le fait que l'ouverture des cages dirigée vers l'axe de l'arbre présente un diamètre intérieur minimum qui est supérieur au diamètre extérieur maximum de la partie intérieure de joint respective. Grâce à la combinaison de caractéristiques de l'invention, toutes les parties de l'arbre articulé, y compris les joints à longueur variable, peuvent être montées de façon coaxiale. Ainsi, les déplacements et les manipulations lors du montage peuvent être exécutés de manière plus simple et plus rapide. Du fait qu'il n'est plus nécessaire de prévoir des déplacements angulaires entre la partie intérieure de joint et la partie extérieure de joint pour le montage des billes, la partie intérieure de joint peut être fabriquée d'une seule pièce avec l'axe de l'arbre ou être reliée de façon imperdable à cet axe d'arbre. La protection à l'encontre d'un démontage spontané des joints à longueur variable est assurée grâce aux éléments de butée annulaire qui sont posés ensuite après le montage axial de la partie extérieure de joint, de la cage, et de la partie intérieure de joint. Lorsque le diamètre d'ouverture des éléments de butée est, dans une réalisation préférée, supérieur au diamètre extérieur de la partie intérieure de joint, la fabrication d'une seule pièce de l'axe d'arbre et de la partie intérieure de joint est possible. Pour autant que le diamètre d'ouverture des éléments de butée soit plus petit que le diamètre extérieur de la partie intérieure de joint, on doit tout d'abord enfiler les éléments de butée annulaire sur l'axe de l'arbre, et on doit ensuite relier de façon imperdable l'axe de l'arbre avec les parties intérieures de joint. De préférence, on utilise un procédé de soudure par friction que l'on peut exécuter sans préparation particulière sur un axe d'arbre réalisé sous forme de tube. Les moyens de butée pour protéger la cage à l'encontre d'une extraction axiale, formés de préférence par les capuchons de tôle, sont réalisés de préférence sous forme sphérique, de sorte que des déplacements angulaires au point de butée sont possibles sans réagir sur la position du centre du joint. Une seconde solution selon l'invention consiste en ce que l'ouverture de la cage tournée vers l'axe d'arbre présente un plus petit diamètre intérieur qui est inférieur au plus grand diamètre extérieur de la partie intérieure de joint respective, et le côté d'ouverture de la cage, tourné vers l'axe d'arbre, forme une butée axiale pour la partie intérieure de joint respective, et les parties intérieures de joint, avec l'axe d'arbre qui leur est relié, peuvent être introduites coaxialement dans la cage respective, en prévoyant que l'ouverture de la cage tournée vers l'axe d'arbre soit élargie par des évidements qui ont une dimension radiale et une étendue périphérique supérieures aux barrettes longitudinales, délimitées respectivement par deux pistes à billes, de la partie intermédiaire de joint respective. Ici aussi, grâce à la combinaison de caractéristiques de l'invention, toutes les parties de l'arbre articulé, y compris les joints à longueur variable, peuvent être montées de manière coaxiale. Le montage des parties intérieures de joint avec les cages a ici lieu suivant la séquence des déplacements d'une fermeture à baïonnette, c'est-à-dire qu'une introduction axiale est suivie d'un mouvement de rotation, qui amène les pistes dans la partie intérieure de joint en concordance avec les fenêtres dans la cage, afin de pouvoir mettre ensuite les billes en place à travers les fenêtres depuis l'extérieur jusque dans les pistes à billes. À cet effet, on aligne tout d'abord les barrettes longitudinales de la partie intérieure de joint et les évidements dans l'ouverture de cage pour ce qui concerne leur position angulaire mutuelle, de sorte que la partie intérieure de joint peut être introduite dans la cage. Ce montage axial permet également une réalisation d'une seule pièce de l'axe d'arbre avec les parties intérieures de joint, ou une liaison imperdable de l'axe d'arbre avec les parties intérieures de joint, avant le montage des joints. La conception de la cage forme ici les moyens de butée à l'encontre d'un démontage axial inopiné des joints, du fait que la partie intérieure de joint bute à l'intérieur contre les parties de paroi côté ouverture de la cage. Dans cette configuration, la cage permet de renoncer au capuchon de tôle selon la première solution proposée, de sorte que l'on peut ici fixer un soufflet pour étancher le joint directement sur la partie extérieure de joint, et dans la mesure o l'on prévoit un capuchon de tôle pour recevoir le soufflet, il n'assure aucune fonction de butée. Dans un premier mode de réalisation, la cage est ainsi réalisée que les évidements sont des entailles dans la partie de paroi côté axe de la cage. De tels évidements sont aisés à réaliser par des opérations mécaniques, en particulier par brochage. Une seconde forme de réalisation de la cage prévoit que les évidements soient formés par un tracé ondulé de la partie de paroi côté arbre de la cage, tandis que l'épaisseur de paroi de cette partie n'est pas modifiée. Ceci peut être représenté par des étapes de déformation radiale sur une cage produite tout d'abord avec symétrie de révolution, en particulier par écartement de la cage réalisée tout d'abord avec une ouverture intérieure de forme circulaire du côté de l'arbre. Pour la réalisation des butées afin de limiter l'introduction axiale de la partie intérieure de joint dans la partie extérieure de joint, on dispose de différentes alternatives, détaillées dans la suite, pour la position de surfaces de butée dans la partie extérieure de joint. Ces surfaces sont réalisées de préférence sous forme sphérique, de sorte que dans la situation de butée, on peut supporter des mouvements angulaires sans réaction sur la position du centre du joint. Selon une autre réalisation avantageuse, on peut prévoir que l'axe d'arbre soit réalisé d'une seule pièce avec les parties intérieures de joint, afin de réduire le nombre des pièces, ou le nombre des opérations de fabrication. Selon un type de fabrication particulièrement avantageux, on prévoit que l'axe d'arbre soit soudé aux parties intérieures de joint avant d'être soumis conjointement avec celles-ci à un processus de durcissement. Grâce à ceci on peut également soumettre l'emplacement de liaison par soudure au durcissement ou au traitement. Des exemples de réalisation préférés de l'invention seront expliqués ci- après en se référant aux dessins. La figure 1 montre un arbre conforme à l'invention, du premier type, avec deux joints du type à longueur variable par translation; la figure 2 montre un joint du type à longueur variable par translation selon l'invention en détail avec un axe d'arbre plein et soudé, selon la figure 1, avec butée axiale entre la partie intérieure de joint et la cage; la figure 3 montre un joint du type à longueur variable par translation selon l'invention, en détail, avec axe d'arbre creux tubulaire soudé selon la figure 1, avec butée axiale entre la partie intérieure de joint et la cage; la figure 4 montre un joint du type à longueur variable par translation selon l'invention en détail, avec butée axiale entre la cage et la partie extérieure de joint; la figure 5 montre un joint du type à longueur variable par translation selon l'invention avec butée axiale entre la partie intérieure et la partie extérieure de joint; la figure 6 montre un arbre selon l'invention, du deuxième type, avec deux joints du type à longueur variable par translation; la figure 7 montre la cage d'une articulation du type à longueur variable selon la figure 6: a) en coupe axiale b) en coupe longitudinale; et la figure 8 montre la cage d'un joint du type à longueur variable modifié: a) en vue axiale, et b) en coupe longitudinale. Dans la figure 1, on a montré un arbre articulé constitué de deux joints à translation 1 et 2, identiques l'un à l'autre, et d'un axe d'arbre 3. Les joints comprennent, comme indiqué pour le joint 1, chacun une partie extérieure de joint 11 sur laquelle est formé un tenon d'arbre 12 pour la jonction à des moyens d'entraînement, une partie intérieure de joint 13, une cage 14, ainsi que des billes 16 tenues dans des fenêtres 15 de la cage. Les billes 16 sont guidées dans des pistes mutuellement associées 17 dans la partie intérieure de joint 11 et des pistes 18 dans la partie intérieure de joint 13. Sur la partie extérieure de joint 11 est posé un capuchon de tôle 19, respectivement du côté de l'arbre, sur lequel est fixé respectivement en soufflet 20 par une extrémité. Sur la partie intérieure de joint 13 est soudé l'axe d'arbre 3 de forme tubulaire, et sur celui-ci est fixé respectivement le soufflet 20 par l'autre extrémité. L'axe d'arbre tubulaire 3 et la partie intérieure de joint 13 sont reliés respectivement au moyen d'un cordon de soudure 21 réalisé par friction. Des détails concernant la réalisation structurelle des joints seront décrits plus en détail en se rapportant aux figures 2 et 3. Dans les figures 2 et 3, les détails d'un joint homocinétique à longueur variable par translation 1 comportant l'axe d'arbre 3 portent les mêmes numéros de référence que dans la figure 1. À leur égard, on se réfère à la description de la figure 1. Dans la figure 2, l'axe d'arbre 3 est illustré de façon identique sous forme d'un tube, tandis que dans la figure 3 on a montré un axe d'arbre 3' sous forme d'un arbre plein. Comme on peut le tirer des flèches dimensionnelles correspondantes, le plus petit diamètre d'ouverture DF du capuchon de tôle 19, tout comme le diamètre d'ouverture DK côté arbre de la cage 14, est plus grand que le diamètre extérieur DN de la partie intérieure de joint 11. Par contre, le diamètre de l'ouverture côté tenon d'arbre DA de la cage 14 est plus petit que le plus grand diamètre extérieur DN de la partie intérieure de joint. On a ici prévu une surface intérieure 22 qui forme une butée axiale pour une surface extérieure sphérique 27 de la partie intérieure de joint 11. La surface extérieure côté arbre 23 de la cage 14 présente le même rayon de courbure RK qu'une surface intérieure sphérique 28 du capuchon de tôle 19 avec pour rayon de courbure intérieur RF. De cette façon, il peut se produire des mouvements angulaires du joint au niveau des butées, sans que le centre de flexion se déplace axialement. Dans la figure 4, on a montré une variante de réalisation du joint à longueur variable par translation par rapport aux figures 2 et 3, et les mêmes détails sont désignés par les mêmes numéros. La différence est ici que la surface intérieure 22 de la cage 14 est réalisée à l'intérieur sous forme cylindrique d'un bout à l'autre, et ne forme de cette façon aucune butée axiale pour la partie intérieure de joint 13. Au contraire, on a prévu sur la partie extérieure de joint et du côté du tenon d'arbre une surface de butée sphérique intérieure 24 pour la surface extérieure sphérique correspondante 23 de la cage 14, dont le rayon de courbure est égal au rayon sphérique extérieur RA de la surface de la cage qui coopère avec la surface de butée 24. Dans la figure 5 on a représenté un joint à longueur variable par translation analogue à la figure 4, dans lequel la surface intérieure 22 de la cage est également purement cylindrique. Ici, on a prévu un évidement 25 de plus grande taille dans la partie extérieure du joint, qui évite une venue en butée axiale de la cage 14 contre la partie extérieure de joint 11 lors de l'introduction axiale. Au contraire, une surface de butée 26 est réalisée sur la partie extérieure de joint 11, qui vient directement en butée contre la partie intérieure de joint 13 lors de l'introduction. Dans la figure 6 est montré un arbre articulé constitué de deux joints à translation 31 et 32 identiques l'un à l'autre, et d'un axe d'arbre 33. Comme ceci est montré au niveau du joint 31, chaque joint comprend une partie extérieure de joint 41, sur laquelle est formé un tenon d'arbre 42, une partie intérieure de joint 43, une cage 44, et des billes 46 tenues dans des fenêtres 45 de la cage 44. Les billes 46 sont guidées dans des pistes mutuellement associées 47 dans la partie extérieure de joint 11 et des pistes 48 dans la partie intérieure de joint 13. Sur la partie extérieure de joint 31 on a posé, du côté axe d'arbre, un capuchon en tôle 43 sur lequel est fixé un soufflet respectif 50 par une extrémité. Ici, ces capuchons en tôle ne remplissent pas de fonction de butée axiale. Sur les parties intérieures de joint 43 est respectivement soudé un axe d'arbre creux 33, sur lequel est fixé le soufflet respectif 50 par l'autre extrémité. Comme on peut le voir dans la demi-coupe supérieure, la cage 44 possède respectivement des deux côtés des zones périphériques à travers lesquelles on peut faire traverser la partie intérieure de joint 43 avec des barrettes longitudinales 62 situées entre les pistes à billes 18, en position coaxiale. Comme également illustré dans la demi-coupe du bas, on a cependant associé aux barrettes longitudinales 62 dans la position montée des parties de paroi respectives de la cage 44, qui empêchent un démontage axial en direction de l'axe d'arbre 33, en formant des surfaces intérieures 63 qui forment une butée axiale pour les parties intérieures de joint 43. Dans les figures 7a et 7b, on a représenté la cage de la figure 6 à échelle agrandie. La cage 44 est ici réalisée sous forme approximativement symétrique par rapport à un plan médian E. Outre les fenêtres 45 déjà illustrées à la figure 6, on a ici indiqué en détail une ouverture 58 côté arbre, et une ouverture 59 côté couvercle, qui ont respectivement un plus petit diamètre d'ouverture DA inférieur au plus grand diamètre de la partie intérieure de joint DN, de façon analogue à la figure 3. Les ouvertures 58 et 59 possèdent en outre des évidements et 61 qui forment un diamètre plus important DK, supérieur au plus grand diamètre de moyeu de la partie intérieure de joint DN, et la largeur des évidements 60 et 61 est supérieure à celle des barrettes longitudinales 62 prévues respectivement entre deux pistes à billes 48 sur la partie intérieure de joint. La partie intérieure de joint peut de cette manière être montée coaxialement avec la cage 44 à la manière d'une fermeture à baïonnette, et par rotation de l'angle ax, les barrettes longitudinales 62 entre les pistes à billes 48 sont alors assurées axialement au moyen de surfaces de butée intérieures 63. Dans les figures 8a et 8b, on a illustré une cage avec des caractéristiques analogues à celles des figures 7a et 7b. Ici, sur une cage 44' réalisée tout d'abord symétriquement vis-à-vis du plan médian E, on a réalisé uniquement au niveau de l'ouverture intérieure côté arbre 58 des zones élargies 60, tandis que l'ouverture intérieure côté couvercle 59 conserve une forme circulaire. Comme on peut le voir de la vue sur l'ouverture intérieure 58, les élargissements sont réalisés par déformation de forme ondulée sur la périphérie, tandis que l'épaisseur de paroi n'est pas modifiée. A travers les élargissements 60 on peut reconnaître l'arête intérieure postérieure de la seconde ouverture 59. Selon une variante, on peut aussi prévoir que le tracé ondulé soit formé par une alternance entre des tronçons sphériques et des tronçons coniques de la partie de paroi côté arbre de la cage 44. Revendications 1. Arbre articulé comprenant deux joints homocinétiques (1; 2), qui comprennent respectivement une partie extérieure de joint (11) avec des premières pistes à billes (17), susceptible d'être reliée à des moyens d'entraînement, une partie intérieure de joint (13) avec des secondes pistes à billes (18), reliée à un axe d'arbre (3) qui relie les parties intérieures de joint, des billes (16) de transmission de couple guidées dans des premières pistes à billes (17) dans la partie extérieure de joint (11) et des secondes pistes à billes correspondantes (18) dans la partie intérieure de joint (13), et une cage de forme annulaire (14) pourvue de fenêtres réparties à la périphérie (15) qui reçoit les billes (16) dans les fenêtres (15) et les maintient dans un plan, les deux joints homocinétiques (1; 2) étant des joints à longueur variable par translation, comprenant des premières pistes à billes (17) et des secondes pistes à billes (18) inclinées de façon mutuellement opposée par rapport à la direction longitudinale et qui se correspondent en se croisant, caractérisé en ce que: - les parties intérieures de joint (13) sont respectivement reliées de façon indétachable à l'axe d'arbre (3), - les parties extérieures de joint (11) portent sur leur côté ouverture tourné vers l'axe d'arbre (3) des éléments de butée annulaire posés (19), qui forment une butée axiale pour la cage respective (14), et - les parties intérieures de joint (13) avec l'axe d'arbre relié (3) peuvent être introduites coaxialement dans la cage respective (14) du fait que l'ouverture des cages (14) tournée vers l'axe d'arbre (3) présente un plus petit diamètre intérieur qui est supérieur au plus grand diamètre extérieur de la partie intérieure de joint respective (13). 2. Arbre articulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur des parties intérieures de joint (13) est inférieur au plus petit diamètre d'ouverture du capuchon en tôle respectif (19). 3. Arbre articulé comprenant deux joints homocinétiques (31; 32), qui comprennent respectivement une partie extérieure de joint (41) avec des premières pistes à billes (47), susceptible d'être reliée à des moyens d'entraîmement, une partie intérieure de joint (43) avec des secondes pistes à billes (48), reliée à un axe d'arbre (33) qui relie les parties intérieures de joint, des billes (46) de transmission de couple guidées dans des premières pistes à billes (47) dans la partie extérieure de joint (41) et dans des secondes pistes à billes correspondantes (48) dans la partie intérieure de joint (43), et une cage de forme annulaire (44), pourvue de fenêtres réparties à la périphérie (45), qui reçoit les billes (46) dans les fenêtres (45) et les maintient dans un plan, dans lequel les deux joints homocinétiques (31; 32) sont des joints à longueur variable par translation, comprenant des premières et des secondes pistes à billes (47) et (48) inclinées de façon mutuellement opposée par rapport à la direction longitudinale et qui se correspondent en se croisant, caractérisé en ce que: - les parties intérieures de joint (43) sont reliées de façon indétachable à l'axe d'arbre (33), - l'ouverture de la cage (44) tournée vers l'axe d'arbre (33) a un plus petit diamètre intérieur qui est inférieur au plus grand diamètre extérieur de la partie intérieure de joint respective (31), et le côté ouverture de la cage (44) tourné vers l'axe d'arbre (33) forme une butée axiale pour la partie intérieure de joint respective (31), et - les parties intérieures de joint (31) avec l'axe d'arbre (33) qui leur est relié peuvent être introduites coaxialement dans la cage respective (44), du fait que l'ouverture de la cage (44) tournée vers l'axe d'arbre (33) est élargie par des évidements (60) qui ont une dimension radiale et une étendue périphérique supérieures aux barrettes longitudinales (62), respectivement délimitées par deux pistes à billes (38), de la partie intérieure de joint respective (31). 4. Arbre articulé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les évidements (60) sont des entailles dans la partie de paroi côté arbre de la cage (44). 5. Arbre articulé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les évidements (60) sont formés par un tracé ondulé de la partie de paroi côté arbre de la cage (44) tandis que l'épaisseur de paroi de la partie de paroi n'est pas modifiée. 6. Arbre articulé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tracé ondulé est formé par une alternance entre des tronçons sphériques et des tronçons coniques de la partie de paroi côté arbre de la cage (44). 7. Arbre articulé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre intérieur respectif de l'ouverture de la cage (14, 44) détournée de l'axe d'arbre (3, 33) est inférieur au diamètre extérieur de la partie intérieure de joint (13, 43), et forme une butée axiale pour la partie intérieure de joint (13, 43). 8. Arbre articulé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre intérieur respectif de l'ouverture de la cage (14, 44) détournée de l'axe d'arbre (3, 33) est supérieur au diamètre extérieur de la partie intérieure de joint (13, 43), et en ce que sur la partie extérieure de joint (11, 41) est formée une surface de butée axiale sphérique (24) pour la cage. 9. Arbre articulé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre intérieur respectif de l'ouverture de la cage (14, 44) détournée de l'axe d'arbre (3, 33) est supérieur au diamètre extérieur de la partie intérieure de joint (13, 43), et en ce que sur la partie extérieure de joint (11, 41) est formée une surface de butée axiale (26) pour la partie intérieure de joint (11, 41). 10. Arbre articulé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'axe d'arbre (3, 33) est un corps creux. 11. Arbre articulé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'axe d'arbre (3, 33) est d'une seule pièce avec les parties intérieures de joint. 12. Procédé pour la fabrication d'un arbre articulé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'axe d'arbre (3, 33) est soudé aux parties intérieures des joints à longueur variable par translation (1, 31; 2, 32), avant d'être soumis à un processus de durcissement conjointement avec celles-ci.