Brevet FR2793286A1 — publié le 20001110

La présente invention concerne un arbre d'entraînement, formé par trois composants, à savoir un premier élément de raccordement, un deuxième élément de raccordement, et un élément tubulaire droit agencé entre ces deux éléments. En outre, l'invention concerne un procédé pour la réalisation d'un tel arbre d'entraînement. Lors de la fabrication d'arbres d'entraînement, et en particulier de ceux que l'on utilise dans les arbres articulés pour la transmission dans les véhicules automobiles, les éléments de raccordement sont pourvus de surfaces d'assise qui sont reçues de façon centrée dans le perçage de l'élément tubulaire. La liaison de l'élément tubulaire et de l'élément de raccordement est réalisée par soudure. Il est en outre connu de doter les éléments de raccordement de talons cylindriques dont le diamètre est sensiblement adapté à celui du tube, et de relier l'élément tubulaire avec les éléments de raccordement par soudage par friction. Dans les deux solutions constructives il se produit des déséquilibrages sur les arbres d'entraînement terminés à cause de décalages. Cela se produit également lorsque la liaison est réalisée par soudure à l'arc magnétique, étant donné que dans les deux technologies de soudure, c'est-à-dire la soudure par friction et la soudure par arc magnétique, il est nécessaire d'appliquer une pression axiale afin d'établir la liaison. Sous cette pression, l'élément tubulaire glisse sur l'élément de raccordement depuis la position médiane en direction radiale, et en règle générale il est positionné de façon décentrée dans la situation reliée. Cela se produit particulièrement avec des tubes à paroi mince. Dans le cas de liaisons dans lesquelles on prévoit une assise de centrage, et l'on prévoit également un cordon de soudure en V dans la région de la surface d'assise sur l'élément de raccordement, représenté par une surface frontale de l'élément tubulaire et par un épaulement de l'élément de raccordement, le positionnement de l'élément tubulaire et de l'élément de raccordement en direction axiale est imposé de façon définitive, de sorte qu'il se produit des écarts de longueur d'une mesure importante si les éléments tubulaires ne sont pas produits à la longueur exacte. Cela signifie que des procédés complexes et coûteux sont nécessaires pour l'usinage des tubes. En outre, il faut également tenir compte de la venue en butée à plat. Cela amène, étant donné les valeurs acceptables sur le plan des techniques de fabrication, à un positionnement en biais inadmissible des éléments de raccordement dans l'élément tubulaire. Par conséquent, l'objectif de la présente invention est de proposer un arbre d'entraînement, ainsi qu'un procédé pour fabriquer un arbre d'entraînement, qui n'ont besoin que de simples opérations de fabrication, c'est-à-dire économiques, et avec lesquels il est possible de relier de façon sûre également des tubes à paroi mince, qui présentent de bonnes propriétés d'équilibrage, ainsi que de faibles tolérances en longueur. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un arbre d'entraînement formé par trois composants, à savoir un premier élément de raccordement, un deuxième élément de raccordement, et un élément tubulaire droit agencé entre les deux précédents, pourvu d'une première surface frontale et d'une deuxième surface frontale ainsi que d'un perçage, arbre dans lequel les deux éléments de raccordement présentent chacun une surface de réception cylindrique qui, partant des deux surfaces frontales, est prévue sur au moins une partie de sa longueur axiale dans le perçage, et dans lequel le perçage présente un diamètre plus important que les surfaces de réception, et les composants individuels sont reliés par des cordons de soudure en étant respectivement alignés par l'un de leurs axes longitudinaux individuels radialement indépendamment les uns des autres, lesdits cordons de soudure étant respectivement agencés entre les surfaces frontales de l'élément tubulaire et les surfaces de réception associées, et la première surface frontale de l'élément tubulaire, tournée vers le premier élément de raccordement, présente une distance prédéterminée vis-à-vis d'une première surface de référence, ou d'un premier axe de référence, du premier élément de raccordement, et la longueur de consigne totale est déterminée par la distance entre la première surface de référence, ou bien le premier axe de référence, et une deuxième surface de référence, ou bien un deuxième axe de référence, du deuxième élément de raccordement. De plus, cet objectif est atteint par un procédé pour la réalisation d'un arbre d'entraînement à partir d'un premier élément de raccordement, d'un deuxième élément de raccordement, et d'un élément tubulaire, qui présentent chacun un axe longitudinal individuel et qui sont reliés les uns aux autres respectivement par un cordon de soudure, dans lequel les éléments de raccordement présentent chacun une surface de réception cylindrique ainsi qu'une première surface frontale et une deuxième surface frontale, lesdites surfaces de réception étant réalisées avec un diamètre qui permet un déplacement relatif radial maximum prédéterminé vis-à-vis du perçage, dans lequel en outre le premier élément de raccordement, le deuxième élément de raccordement, et l'élément tubulaire sont alignés en direction radiale et en direction axiale respectivement par l'un de leurs axes longitudinaux individuels sur un axe longitudinal de référence, et sont ensuite reliés en produisant un cordon de soudure entre la première surface de réception et la première surface frontale, ainsi qu'entre la deuxième surface de réception et la deuxième surface frontale. Avec les deux solutions conformes à la présente invention, on réalise un arbre d'entraînement qui ne présente qu'un faible déséquilibre, c'està-dire qu'il tourne de façon stable également à des vitesses de rotation élevées, et que l'on peut fabriquer avec de faibles tolérances structurelles. Les surfaces de réception des éléments de raccordement sont réalisées avec un diamètre, par rapport à celui du perçage de l'élément tubulaire, aussi faible que dans le cas limite des tolérances, la surface de réception ne s'applique pas encore contre le perçage du tube, ou bien s'applique au plus de façon linéaire, et qu'un déplacement radial des composants les uns par rapport aux autres est par conséquent possible, jusqu'A ce que les composants soient alignés avec leurs axes longitudinaux individuels concentriques par rapport à l'axe longitudinal de référence. On réalise ainsi un arbre d'entraînement avec un déséquilibre réduit, étant donné que l'axe de référence est fixé par les emplacements de réception d'un dispositif pour les éléments de raccordement et pour l'élément tubulaire. Un autre avantage, c'est que les tolérances de fabrication des composants individuels, qui influencent la longueur de consigne totale, ne présentent pas de conséquence particulière. En particulier, il est possible d'amener l'élément tubulaire à longueur avec des opérations de fabrication simples, par exemple en le sciant ou en le coupant. La compensation des tolérances pour ce qui concerne la longueur totale a lieu en plongeant plus ou moins profondément le deuxième élément de raccordement avec sa deuxième surface de raccordement dans le perçage du tube. Étant donné que le soudage a lieu entre la surface frontale respective de l'élément tubulaire et la surface de raccordement associée de l'un des éléments de raccordement, des tolérances de longueur, ou bien une venue en butée à plat n'ont ici pas non plus d'effets négatifs sur la liaison, ou bien sur le respect des dimensions de l'arbre d'entraînement en direction radiale ou en direction axiale. L'alignement axial peut ici avoir lieu simultanément, ou postérieurement à l'alignement radial des composants avec leurs axes longitudinaux individuels sur l'axe longitudinal de référence, mais en tout cas avant le soudage. De préférence, les cordons de soudure sont réalisés par soudure au plasma. Un tel processus de soudure est en particulier utilisable pour combler des fentes de grande largeur. En outre, il est aussi possible de procéder tout d'abord seulement à un alignement et à une fixation du premier élément de raccordement par rapport à l'élément tubulaire, et cela vis-à-vis de l'alignement radial sur un axe de référence longitudinal, et en direction axiale, d'aligner la première surface frontale de l'élément tubulaire, tournée vers le premier élément de raccordement, axialement à une distance prédéterminée d'une première surface de référence, ou d'un premier axe de référence, du premier élément de raccordement, et de relier alors les deux composants l'un à l'autre par un cordon de soudure, et d'aligner ensuite le deuxième élément de raccordement vis-à-vis de l'élément tubulaire de façon radiale sur l'axe longitudinal de référence, et de procéder additionnellement à un réglage axial à la longueur de consigne totale en établissant une deuxième distance prédéterminée entre la première surface de référence, ou bien le premier axe de référence, et une deuxième surface de référence, ou un deuxième axe de référence, du deuxième élément de raccordement, et de relier enfin les composants par un cordon de soudure. De préférence, on procède cependant à une liaison et un alignement aussi simultanément que possible au niveau des deux surfaces frontales, c'est-à-dire des deux éléments de raccordement, ce qui concerne aussi la réalisation des deux cordons de soudure. Pour accélérer le processus, il est aussi possible d'exécuter les deux cordons de soudure entre les surfaces frontales et les surfaces de raccordement associées au moyen de deux pistolets de soudage agencés de façon répartie sur la périphérie. Dans ce cas, la réalisation des cordons de soudure pour la liaison de la première surface de réception avec la première surface frontale, ainsi que pour la liaison de la deuxième surface de réception avec la deuxième surface frontale peut avoir lieu simultanément. Il est avantageux d'utiliser un procédé de soudage au plasma perfectionné qui se distingue par un démarrage fiable de la soudure et par une vitesse de soudure élevée, avec des déformations réduites. Dans ce cas, il ne se produit aucune projection, de sorte qu'il n'est pratiquement pas nécessaire de procéder à des reprises. Un tel procédé est connu sous la désignation"Plasma Braze Process"de la Société ARC KINETICS (38 The Fairway, Daventry, Northants, NN11 4NW, Angleterre). Deux modes de réalisation préférés, ainsi que le déroulement du procédé, sont décrits plus en détails à l'aide des figures des dessins cijoints, dans : la figure 1 montre une coupe longitudinale à travers un premier mode de réalisation de l'invention, et l'association réciproque des composants de l'arbre d'entraînement avant la liaison, la figure 2 montre le détail Z à la figure 1 ; la figure 3 montre les composants mutuellement alignés lors de la soudure ; et la figure 4 montre un autre mode de réalisation d'un arbre d'entraînement avant la soudure. On peut voir à la figure 1 l'agencement réciproque des composants d'un arbre d'entraînement, comprenant un premier élément de raccordement 1, un deuxième élément de raccordement 13, et un élément tubulaire 8 qui raccorde les deux. Le premier élément de raccordement 1 comprend un tronçon de bride 2, réalisé de façon agrandie par rapport à un tronçon de tourillon 3, et les deux peuvent posséder des axes longitudinaux individuels. Pour des raisons de simplicité, on a désigné par la référence 5 le premier axe longitudinal pour les deux. En outre, au tronçon de bride 2 est associée une première surface de réception 4, réalisée sous forme cylindrique. Sous 1'expression"axes longitudinaux individuels"du premier élément de raccordement, du deuxième élément de raccordement, ou de l'élément tubulaire, on entendra les axes longitudinaux qui résultent des opérations d'usinage sur les tronçons individuels des composants, parmi lesquels cependant un seul axe est aligné lors de la liaison, par réception dans un dispositif de serrage, sur l'axe longitudinal de référence, dans le cadre des erreurs du dispositif, lequel est fabriqué de façon plus exacte que les composants. Dans ce cas, l'écart des axes longitudinaux des tronçons individuels à l'intérieur d'un composant, qui se produit par exemple entre la surface servant de surface de serrage et la surface de réception des éléments de raccordement, est compensé dans le cadre du jeu radial vis-à-vis du perçage du tube. Un épaulement entre le tronçon de tourillon 3 et le tronçon de bride 2 forme une première surface de référence 6. L'élément tubulaire 8 coiffe, avec son perçage 9 et dans la région de sa première surface frontale 9, la surface de réception cylindrique 4 du premier élément de raccordement 1, et le perçage 10 du tube a un diamètre choisi plus grand que le diamètre de la surface de réception cylindrique 4. L'élément tubulaire 8 possède un axe longitudinal 11. En raison du dimensionnement des diamètres du perçage 10 et de la surface de raccordement cylindriques 4, il est possible de procéder à un alignement radial mutuel de ceux-ci l'un par rapport à l'autre, dans une mesure limitée, afin de les aligner tous deux avec leurs axes longitudinaux 5 et 11 sur un axe longitudinal de référence 25, ce qui est possible par réception dans des montures, ou des dispositifs de réception correspondants. Dans ce cas, l'axe longitudinal de l'un des composants qui appartiennent à l'arbre d'entraînement peut représenter l'axe longitudinal de référence. Il se produit par ailleurs un alignement de l'élément tubulaire 8 vis-àvis du premier élément de raccordement 1 en direction axiale, de telle sorte que la surface frontale 9 est placée à une distance prédéterminée 7 vis-à-vis de la première surface de référence. La deuxième surface frontale de l'élément tubulaire 8, tournée vers le deuxième élément de raccordement 13, est désignée par la référence 12. Le deuxième élément de raccordement 13 possède également un tronçon de tourillon 14 et un tronçon de bride 15 qui est doté à l'extérieur d'une deuxième surface de réception 16 cylindrique continue. L'axe longitudinal du deuxième élément de raccordement 13 est désigné par la référence 17. Une surface de limitation d'une entaille en forme de gorge à l'extrémité du tronçon de tourillon 14 représente une deuxième surface de référence 20. Le deuxième élément de raccordement 13 pénètre par sa surface frontale côté bride, et ainsi également par la deuxième surface de réception 16, dans le perçage 10 du tube. Il existe encore un tronçon libre de la deuxième surface de référence 16 devant la deuxième surface frontale 12 de l'élément tubulaire 8, que l'on peut utiliser comme compensation de tolérances 18, afin d'amener l'unité à une longueur de consigne totale 21 entre la première surface de référence 6 du premier élément de raccordement 1 et la deuxième surface de référence 20 du deuxième élément de raccordement 13. En outre, tout comme dans le premier élément de raccordement 1, il est possible de procéder à un réglage radial vis-à-vis de l'élément tubulaire 8, comme on peut en particulier le voir à la figure 2. Dans la figure 2, on voit la fente 19 que l'on peut utiliser en direction radiale pour le réglage de l'élément de raccordement respectif vis-à-vis du perçage 10 du cylindre. Il est utilisé, conformément à la figure 2, afin d'aligner le deuxième élément de raccordement 13 avec son axe longitudinal 17 de façon radiale par rapport à l'élément tubulaire 8 sur l'axe longitudinal de référence 25. Grâce au fait que la longueur de consigne totale 21 est déterminée par la distance entre les surfaces de référence 6 et 20 sur les éléments de raccordement 1 et 13, des écarts en longueur, ou bien une venue en butée à plat de l'élément tubulaire 8 restent sans conséquence particulière sur le respect dimensionnel de l'arbre d'entraînement pour ce qui concerne sa longueur. Un faible déséquilibrage est maintenu à une valeur faible grâce à l'alignement radial des composants vis-à-vis de leurs axes longitudinaux individuels 5,11,17 sur un axe longitudinal de référence 25. Ainsi, on réalise dans l'ensemble un arbre d'entraînement avec une rotation très régulière et un bon respect dimensionnel, lorsque les composants ainsi alignés sont reliés, comme montré à la figure 3, respectivement par un cordon de soudure 22, ou 23, au moyen des pistolets de soudage 24 illustrés, et l'on utilise ici un soudage au plasma. La figure 4 montre un mode de réalisation d'un arbre d'entraînement modifié vis-à-vis de celui de la figure 19, et les mmes composants, ou respectivement les mmes dimensions fonctionnelles qu'à la figure 1, sont désignés par les mmes chiffres de référence, augmentés de la valeur 100 par rapport à ceux de la figure 1. Pour ce qui concerne la description, on se reportera par conséquent à la description de la figure 1. À titre de différence du mode de réalisation de la figure 1, le premier élément de raccordement 101 est conçu sous la forme d'une fourche d'un joint à croisillon. On peut voir les perçages dans la fourche, destinés à recevoir les douilles de montage de deux tourillons d'un croisillon, agencés sur l'axe de référence 26. Le premier élément de raccordement 1Q1 possède le premier axe longitudinal individuel 105, et la première surface de réception cylindrique 104, à l'extrémité tournée vers la surface frontale 109 de l'élément tubulaire 108. De façon correspondante à la réalisation de la figure 1, celle-ci a un diamètre choisi plus petit que celui du perçage 110 du tube. De mme, l'axe longitudinal individuel 111 de l'élément tubulaire 108 est aligné sur l'axe longitudinal de référence par réception de l'élément tubulaire 108 dans un élément de serrage non illustré. Quant à sa conception, le deuxième élément de raccordement 113 correspond au deuxième élément de raccordement 13 selon la figure 1. Pour ce qui concerne la conception des rapports entre la surface de réception cylindrique 116 et le perçage 110 du tube, ainsi que de la compensation de tolérances 118 entre les extrémités de la deuxième surface de réception 116 et la surface frontale 112, on se reportera à la description des figures 1 et 2. Le deuxième élément de raccordement 113 est également aligné sur l'axe longitudinal de référence 25 par son axe longitudinal individuel 117, par réception dans un dispositif, et il est également aligné en direction axiale de telle façon que la deuxième surface de référence 120 est établie par rapport à l'axe de référence 26 à une longueur de consigne totale représentée par la distance 121. La liaison des éléments de raccordement 101,113 avec l'élément tubulaire 108 a lieu de la manière qui est décrite en relation avec les figures 1 à 3. Liste des références 1, 101. Premier élément de raccordement 2. Tronçon de bride 3. Tronçon de tourillon 4,104. Première surface de réception 5, 105. Premier axe longitudinal 6. Première surface de référence 7,107. Premier écartement 8, 108. Élément tubulaire 9,109. Première surface frontale 10, 110. Perçage 11, 111. Axe longitudinal de l'élément tubulaire 12. 112. Deuxième surface frontale 13, 113. Deuxième élément de raccordement 14. Tronçon de tourillon 15. Tronçon de bride 16, 116. Deuxième surface de réception 17, 117. Axe longitudinal du deuxième élément de raccordement 18, 118. Compensation de tolérances 19. Fente 20, 120. Deuxième surface de référence 21, 121. Longueur de consigne totale 22. Cordon de soudure 23. Cordon de soudure 24. Pistolet de soudage 25. Axe longitudinal de référence 26. Premier axe de référence Revendications 1. Arbre d'entraînement, formé par trois composants, à savoir un premier élément de raccordement (1, 101), un deuxième élément de raccordement (13,113), et un élément tubulaire droit (8,108) agencé entre les deux précédents, pourvu d'une première surface frontale (9,109) et d'une deuxième surface frontale (12,112) ainsi que d'un perçage (10,110), arbre dans lequel les deux éléments de raccordement (1,101 ; 13, 113) présentent chacun une surface de réception cylindrique (4,104 ; 16,116) qui, partant des deux surfaces frontales (9,109 ; 12, 112), est prévue sur au moins une partie de sa longueur axiale dans le perçage (10,110), et dans lequel le perçage (10,110) présente un diamètre plus important que les surfaces de réception (4,104 ; 16,116), et les composants individuels sont reliés par des cordons de soudure (22,23) en étant respectivement alignés par l'un de leurs axes longitudinaux individuels (5,105 ; 11,111 ; 17,117) radialement indépendamment les uns des autres, lesdits cordons de soudure étant respectivement agencés entre les surfaces frontales (9,109 ; 12, 112) de l'élément tubulaire (8,108) et les surfaces de réception associées (4,104 ; 16, 116), et la première surface frontale (9,109) de l'élément tubulaire (8,108), tournée vers le premier élément de raccordement (1, 101), présente une distance prédéterminée (7,107) vis-à-vis d'une première surface de référence (6), ou d'un premier axe de référence (26), du premier élément de raccordement (1,101), et la longueur de consigne totale est déterminée par la distance (21,121) entre la première surface de référence (6), ou entre le premier axe de référence (26) et une deuxième surface de référence (20,120), ou bien un deuxième axe de référence, du deuxième élément de raccordement (13,113). 2. Procédé pour la réalisation d'un arbre d'entraînement à partir d'un premier élément de raccordement (1,101), d'un deuxième élément de raccordement (13,113), et d'un élément tubulaire (8,108), qui présentent chacun un axe longitudinal individuel (5,105 ; 11,111 ; 17, 117) et qui sont reliés les uns aux autres respectivement par un cordon de soudure (22,23), dans lequel les éléments de raccordement (1,101 ; 13,113) présentent chacun une surface de réception cylindrique (4,104 ; 16,116) et l'élément tubulaire (8,108) présente un perçage cylindrique (10,110) ainsi qu'une première surface frontale (9,109) et une deuxième surface frontale (12,112), lesdites surfaces de réception (4,104 ; 16,116) étant réalisées avec un diamètre qui permet un déplacement relatif radial maximum prédéterminé vis-à-vis du perçage (10,110), dans lequel en outre le premier élément de raccordement (1, 101), le deuxième élément de raccordement (13,113) et l'élément tubulaire (8, 108) sont alignés en direction radiale et en direction axiale respectivement par l'un de leurs axes longitudinaux individuels (5,105 ; 11,111 ; 17,117) sur un axe longitudinal de référence (25), et sont ensuite reliés en produisant un cordon de soudure (22,23) entre la première surface de réception (4,104) et la première surface frontale (9,109), ainsi qu'entre la deuxième surface de réception (16,116) et la deuxième surface frontale (12,112). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alignement axial a lieu postérieurement ou simultanément avec l'alignement radial, de telle manière que l'on établit tout d'abord la première surface frontale (9,109) et une première surface de référence (6), ou bien un premier axe de référence (26) du premier élément de raccordement (1,101) en direction axiale à une distance prédéterminée (7,107) l'un par rapport à l'autre, et que l'on établit ensuite le deuxième élément de raccordement (13,113) avec une deuxième surface de référence (20,120) ou bien un deuxième axe de référence à une distance prédéterminée (21,121) de la première surface de référence (6) ou bien du premier axe de référence (26). 4. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les cordons de soudure (22,23) sont produits par soudage au plasma. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on produit les cordons de soudure de façon répartie sur la périphérie des surfaces frontales (9,109 ; 12,112) en commençant simultanément à plusieurs emplacements, et à partir de cet endroit sur un trajet incurvé en suivant les surfaces frontales (9,109 ; 12, 112) et les surfaces de réception (4,104 ; 16,116). 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la réalisation des cordons de soudure (22,23) pour la liaison de la première surface de réception (4,104) avec la première surface frontale (9,109) ainsi que pour la liaison de la deuxième surface de réception (16,116) avec la deuxième surface frontale (12,112) a lieu simultanément.