Brevet FR2796678A1 — publié le 20010126

L'invention se rapporte à un arbre creux monobloc pour transmettre un couple de rotation, comportant deux tronçons d'extrémité qui comprennent des dentures d'arbre prévues à leurs extrémités axialement extérieures et destinées à appliquer des couples de rotation, et comportant un tronçon central qui présente une épaisseur de paroi réduite par rapport aux tronçons d'extrémités. De tels arbres, en tant qu'arbres dits intermédiaires, sont complétés par deux joints homocinétiques tournants enfilés sur les dentures d'arbre et par des soufflets étanchant les joints homocinétiques tournants par rapport à l'arbre, pour former des arbres d'entraînement latéraux. Actuellement, les arbres creux monoblocs sont habituellement réalisés de manière à présenter un moment résistant polaire (Wp) aussi constant que possible sur toute la section. Ainsi, on veut obtenir un poids aussi faible que possible. Ceci est décrit pour la première fois dans le document DE 30 09 277 C2. On propose dans le document DE 21 35 909 Ai de concevoir le moment résistant à la torsion d'un arbre creux monobloc dans la zone du tronçon tubulaire médian plus faible, dans un rapport de 1:3,4 à 1:4,4, que dans les zones de réception des joints. Ainsi, on veut réaliser un arbre particulièrement léger. Actuellement, de tels arbres sont souvent chargés au-delà de la plage élastique pendant le fonctionnement en rodage, avec un risque de rupture immanent. Pour augmenter la solidité, il est habituel de durcir par cémentation les arbres creux monoblocs, pour obtenir de faibles épaisseurs de paroi avec des solidités suffisantes. Comme on le sait, le durcissement par cémentation mène à un comportement de rupture relativement cassant avec de petits angles à la rupture. Les soufflets qui étanchent les joints homocinétiques tournants vis- à-vis de l'arbre intermédiaire sont fixés en règle générale avec un diamètre relativement petit dans des gorges sur l'arbre intermédiaire. Ceci présente l'inconvénient que des affaiblissements de la section se produisent dans lesquels ont lieu sensiblement les déformations plastiques sous des pointes de charge. Ces déformations mènent à une réduction des performances, ce qui peut alors mener directement à la rupture sous de nouvelles pointes de charge. En partant de ceci, l'objectif sous-jacent à la présente invention est de proposer un arbre creux monobloc qui résiste à des pointes de charge répétées sans risque de rupture précoce. Cet objectif est atteint par le fait que lors de l'application de couples de rotation via les dentures d'arbre, une partie centrale du tronçon central d'au moins 25 % de la longueur de l'arbre se déforme en premier régulièrement de manière plastique sous l'effet des forces de torsion. On connaît certes déjà du document DE 40 10 900 C2 des arbres creux dans lesquels le moment résistant polaire n'est pas constant sur la longueur de l'arbre. Cependant, un minimum relatif du moment résistant polaire est prévu seulement sur la moitié de la longueur de l'arbre, et ce moment devient du moins de l'ordre des moments résistants minimums des extrémités d'arbre en raison d'un diamètre plus grand, et l'emplacement de ce minimum représente lors d'une charge excessive l'emplacement d'une déformation plastique, tout comme les gorges mentionnées ci-dessus, avec les mêmes inconvénients cités de la réduction des performances qui mène aussitôt à la rupture en cas de nouvelles charges. Par contre, dans un arbre selon à la présente invention, lors du dépassement d'une limite d'élasticité en torsion, l'ensemble de la partie centrale du tronçon central présentant un faible moment résistant commence à fluer de façon plus régulière, ce pourquoi une rupture de l'arbre peut apparaître sous déformation plastique uniquement après avoir atteint un grand angle de torsion entre les extrémités de l'arbre. Conformément à l'invention, on prévoit concrètement que la partie centrale du tronçon central présentant un moment résistant polaire faible constant comprend au moins 25 % de la longueur de l'arbre et que le moment résistant polaire de la partie centrale du tronçon central est inférieur de 3 à 20 % au moment résistant polaire minimal des tronçons d'extrémité. En particulier, on prévoit que le diamètre extérieur du tronçon central, y compris les extrémités axialement extérieures, est constant, et que l'épaisseur de paroi et le diamètre de la partie centrale du tronçon central sont constants. De plus, on prévoit que des zones de transition entre le tronçon central et les tronçons d'extrémité représentent des modifications constantes du diamètre et de l'épaisseur de paroi, afin d'éviter des pointes de charge de toute sorte. De plus, on prévoit que sa surface extérieure dans le tronçon central et dans les zones de transition est dépourvue de gorges, afin d'assurer que la partie la plus souple en torsion se trouve dans la zone du tronçon central et qu'il ne se produit pas d'autre affaiblissement dans la zone des tronçons de transition. De même, on prévoit que l'arbre est constitué en un matériau traité à chaud de solidité constante. De plus, on prévoit, lors de l'utilisation de l'arbre en tant qu'arbre d'entraînement complété par des joints homocinétiques tournants et par des soufflets dans le train d'entraînement d'un véhicule automobile, que les soufflets reposent sans engagement à coopération de formes par leurs tronçons de collier respectifs plus petits sur les extrémités axialement extérieures du tronçon central. Ainsi, un prolongement de la partie souple en torsion du tronçon central jusqu'aux soufflets ou bien en dessous de ceux-ci est possible, grâce à quoi l'invention est exploitée au maximum. Un exemple de réalisation préféré de l'invention sera expliqué plus en détail dans ce qui suit en se rapportant aux dessins. Les figures montrent: figure 1, un arbre creux monobloc conforme à l'invention en coupe longitudinale en corrélation avec un diagramme associé montrant le tracé du moment résistant polaire (Wp) en fonction de la longueur (L) de l'arbre; figure 2, deux arbres latéraux en coupe longitudinale comportant un arbre creux monobloc, deux joints homocinétiques tournants reliés à celui-ci et des soufflets d'étanchéité a) selon l'invention, b) selon l'état de la technique; et figure 3, un diagramme tension/allongement/rupture dans lequel le couple de rotation est illustré en fonction de l'angle de torsion entre les extrémités d'arbre, a) pour un arbre selon la figure 2a, b) pour un arbre selon la figure 2b. La figure 1 montre un arbre creux monobloc 11 avec un tronçon central 12, deux tronçons d'extrémité 13, 14, ainsi que deux tronçons de transition 15, 16. Des dentures d'arbre extérieures 17, 18 sont prévues aux extrémités axialement extérieures des tronçons d'extrémité 13, 14. Des entailles 19, 20 pour des anneaux de blocage 19, 20 sont formées aux extrémités des dentures d'arbre 17, 18. Le tronçon central 12 présente un moment résistant qui est le plus faible et constant dans la partie centrale 12' et qui s'étend sur environ 40 % de la longueur totale de l'arbre et présente une épaisseur de paroi mince constante ainsi qu'un diamètre constant. Les zones d'extrémité 12", 12"' du tronçon central qui suivent font prolonger le diamètre extérieur du tronçon central, tandis que le diamètre intérieur diminue par augmentation de l'épaisseur de paroi vers les extrémités axiales. Les deux tronçons d'extrémité 13, 14 présentent une épaisseur de paroi nettement plus élevée que le tronçon central 12 et un diamètre extérieur légèrement plus faible qui est également constant, exception faite des dentures d'arbre 17, 18 et des entailles 19, 20. Des zones de transition approximativement coniques 15, 16 d'une épaisseur de paroi égale relient les tronçons d'extrémité 13, 14 au tronçon central 12. On voit bien dans le diagramme que la valeur du moment résistant dans la partie 12' du tronçon central 12 est constamment faible, par comparaison à celle des deux tronçons d'extrémité 13, 14 et qu'elle est en particulier inférieure d'environ % à celle-ci. Les parties extérieures 12", 12"' du tronçon central représentent une augmentation du moment résistant en raison d'une épaisseur de paroi croissante. Les zones de transition 15, 16 représentent une transition inconstante entre les zones précitées 12 et 13, 14 vis-à-vis du moment résistant. Les figures 2a, 2b seront décrites tout d'abord conjointement dans ce qui suit; des différences essentielles se montrent dans la réalisation de l'arbre creux monobloc 11 selon l'invention par comparaison à l'arbre creux monobloc 31 selon l'état de la technique. Un tronçon central 12 de l'arbre creux monobloc 11 conforme à l'invention est nettement plus long et présente une épaisseur de paroi (a) plus faible que celle d'un tronçon central 32 d'un arbre monobloc 31 selon l'état de la technique (b) avec une longueur comparable et des dentures d'arbre comparables. Des joints homocinétiques tournants respectifs 23, 24, 43, 44 sont enfilés sur les extrémités des arbres monoblocs 11, 31, et des capuchons en tôle 25, 26, 45, 46 sont posés vers le tronçon central sur ces joints. Sur ces capuchons sont prévus des soufflets 27, 28, 47, 48 qui reposent par leur collier plus petit sur le tronçon central 12(a) ou dans les gorges sur les tronçons d'extrémité 33, 34(b). La figure 3 montre que lorsque la plage élastique (proportionnelle) 51 est dépassée, un arbre selon la ligne a fournit une plage allongée 52 de la déformation plastique sous un angle de torsion considérable avec un couple de rotation qui augmente seulement de peu, jusqu'à ce que la chute à la rupture 53 se produit. Par contre, un arbre selon la ligne b est caractérisé par une zone proportionnelle 61 légèrement plus raide suivie par la plage 62 de la déformation plastique avec un couple de rotation relatif légèrement plus élevé, qui mène cependant très tôt à la chute à la rupture 63. Liste des références 11 arbre creux monobloc 12 tronçon central 13 tronçon d'extrémité 14 tronçon d'extrémité tronçon de transition 16 tronçon de transition 17 denture d'arbre 18 denture d'arbre 19 entaille entaille 21 entaille 22 entaille 23 joint homocinétique 24 joint homocinétique capuchon en tôle 26 capuchon en tôle 27 soufflet 28 soufflet 31 arbre creux monobloc 32 tronçon central 33 tronçon d'extrémité 34 tronçon d'extrémité 39 gorge gorge 43 joint homocinétique 44 joint homocinétique capuchon en tôle 46 capuchon en tôle 47 soufflet 48 soufflet 49 tenon de raccordement 50 capuchon en tôle 51 branche proportionnelle 52 branche plastique 53 chute à la rupture 61 branche proportionnelle 62 branche plastique 63 chute à la rupture Revendications 1. Arbre creux monobloc (11) pour transmettre un couple de rotation, comportant deux tronçons d'extrémité (13, 14) qui comprennent des dentures d'arbre (17, 18) prévues à leurs extrémités axialement extérieures et destinées à appliquer des couples de rotation, et comportant un tronçon central (12) qui présente une épaisseur de paroi réduite par rapport aux tronçons d'extrémité (13, 14), caractérisé en ce que lors de l'application de couples de rotation via les dentures d'arbre, une partie centrale (12') du tronçon central (12), d'au moins 25% de la longueur de l'arbre (11), se déforme en premier régulièrement de manière plastique sous l'effet des forces de torsion. 2. Arbre creux monobloc (11) pour transmettre un couple de rotation, comportant deux tronçons d'extrémité (13, 14) qui comprennent des dentures d'arbre (17, 18) prévues à leurs extrémités axialement extérieures et destinées à appliquer des couples de rotation, et comportant un tronçon central (12) qui présente une épaisseur de paroi réduite par rapport aux tronçons d'extrémités, caractérisé en ce que le moment résistant polaire (W,12) de la partie centrale (12') du tronçon central (12), d'au moins 25% de la longueur de l'arbre (11), est constant et inférieur au moment résistant polaire minimal (WP13, 14) des tronçons d'extrémité (13, 14) de l'arbre (11), et en ce que le moment résistant polaire (Wp12) de la partie centrale (12') du tronçon central (12) est inférieur de 3 à 20% au moment résistant polaire minimal des tronçons d'extrémité (13, 14). 3. Arbre creux selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du tronçon central (12), y compris les extrémités axialement extérieures (12", 12"'), est constant. 4. Arbre creux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi et le diamètre de la partie centrale (12') du tronçon central (12) sont constants sur sa longueur. 5. Arbre creux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des zones de transition (15, 16) entre le tronçon central (12) et les tronçons d'extrémité (13, 14) représentent des modifications constantes du diamètre et de l'épaisseur de paroi. 6. Arbre creux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa surface extérieure dans le tronçon central (12) et dans les zones de transition (15, 16) est dépourvue de gorges. 7. Arbre creux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre est constitué en un matériau traité à chaud de solidité constante.