Brevet FR2819863A1 — publié le 20020726

La présente invention concerne un joint de transmission homocinétique, du type comprenant un élément mâle comportant plusieurs bras, un élément femelle délimitant pour chaque bras une paire de pistes en vis-à-vis, qui sont situées respectivement de part et d'autre dudit bras, et, monté sur chaque bras, un organe de transmission mécanique mobile suivant la direction longitudinale de la paire desdites pistes, maintenu axialement par ces pistes et établissant avec ce bras une liaison roulante et mobile axialement suivant l'axe du bras, cet organe de transmission comprenant un galet exté- rieur de révolution disposé entre les pistes correspondantes, destiné à rouler sur l'une ou l'autre de ces pistes. L'invention s'applique en particulier aux joints homocinétiques pour les transmissions de véhicules à moteur. Dans ce qui suit, les termes axial et radial s'entendent par rapport à l'axe du bras considéré. De même, les termes intérieur et extérieur s'entendent par rapport à l'axe de révolution du galet extérieur, cet axe étant confondu avec celui du bras pour un joint à angle de brisure nul. Il est connu dans le domaine de tels joints, que chaque bras de l'élément mâle est animé de mouvements alternatifs de translation suivant l'axe du bras par rapport à la paire de pistes correspondantes. Ces mouvements sont inévitables en raison de la géométrie structurelle du joint. Ils résultent du fonctionnement du joint sous un angle de brisure entre les deux arbres reliés par le joint et proviennent également du phénomène dit d' offset qui consiste en un mouvement orbital du centre de l'élément mâle à une fréquence triple de la fréquence de rotation du joint. Sous couple, ces mouvements génèrent par frottement une composante axiale de la force d'entraînement qui se traduit par une force de basculement alternatif à laquelle est soumis chaque galet extérieur, dont la surface extérieure est habituellement torique. Cette force a tendance à faire osciller le galet extérieur autour de son point de contact avec la piste sur laquelle il roule. La partie de la surface extérieure du galet diamétralement opposée à celle en appui oscille alors fortement vis-à-vis de la surface de la piste sur laquelle le galet ne s'appuie pas, réduisant ainsi le rendement de transmission du joint. Ces oscillations génèrent par ailleurs un niveau de bruit important, occasionnant des désagréments à l'utilisateur. Elles obligent également à renforcer la dureté superficielle des zones des pistes soumises aux contacts d'oscillation avec le galet par des traitements de surface appropriés, souvent complexes en raison de la géométrie de l'élément femelle. Enfin, ces oscillations font courir le risque d'un coincement du galet extérieur au niveau des extrémités de la piste. La présente invention a pour but de fournir un joint de transmission homocinétique du type mentionné, dans lequel tout mouvement oscillant du galet extérieur est empêché, en lui conférant, par des moyens sim- ples, une remarquable stabilité. Conformément à l'invention, ce but est atteint par un joint de transmission homocinétique du type précité, et dans lequel pour chaque bras, le profil extérieur, en demi-coupe méridienne, du galet extérieur comprend deux arcs de même signe de courbure coopérant avec deux arcs sensiblement conjugués de la piste associée pour former deux zones de contact espacées. Selon divers modes de réalisation de l'invention, le joint peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant différentes combinaisons techniquement possibles : - chaque zone de contact définit une résultante de contact sensiblement perpendiculaire à l'axe du galet extérieur ; - les deux arcs du galet sont convexes ; - les arcs du galet sont des arcs de cercle ; - le profil extérieur du galet est symétrique par rapport au plan médian du galet ; - l'organe de transmission comprend une bague intérieure disposée à l'intérieur du galet extérieur, et des moyens d'accouplement du galet extérieur et de la bague intérieure permettant uniquement leur pivotement relatif autour d'un axe de révolution commun, et en ce que la bague intérieure est montée roulante et coulissante autour du bras ; - l'organe de transmission comprend une bague intérieure montée roulante à l'intérieur du galet extérieur ; - la bague intérieure est montée coulissante sur le bras le long de leur axe de révolution commun, et en ce que la surface intérieure du galet et la surface extérieure de la bague sont sphériques et sensiblement conjuguées ; - la bague intérieure est coulissante par rapport au galet extérieur le long de l'axe de révolution du galet, et en ce que la bague intérieure est immobilisée axialement par rapport au bras ; - le galet extérieur comporte deux parties juxtaposées, chacune présentant, en demi-coupe méridienne, un profil extérieur qui possède l'un desdits deux arcs du galet extérieur ; - chaque partie du galet extérieur possède, sur sa face intérieure, par rapport à l'axe du galet, un épaulement d'extrémité dirigé vers l'intérieur, les deux épaulements délimitant ainsi une cavité destinée à recevoir les moyens d'accouplement. L'invention a également pour objet un organe de transmission pour un joint de transmission homocinétique tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe transversale d'un joint de transmission homocinétique à tripode suivant l'invention, en position alignée ; - la figure 1A illustre un détail de la figure 1 ; - les figures 2 à 4 sont des vues analogues à la figure 1, illustrant chacune un mode particulier de réalisation d'un joint de transmission homocinétique à tripode selon l'invention. La figure 1 illustre partiellement un joint homocinétique à tripode 1 suivant un premier mode de réalisation de l'invention comprenant essentiellement les pièces suivantes. D'abord, le joint 1 comprend un élément mâle ou tripode 10, de symétrie ternaire par rapport à un axe central X-X, orthogonal au plan de la figure 1, et qui comprend un moyeu 12 et trois bras radiaux 14 espacés angulairement de 1200 eut dont un seul est représenté. La partie d'extrémité de chaque bras 14 forme un tourillon 16 de forme sphérique et centré sur l'axe Y-Y du bras. Le tripode 10 est solidaire d'un premier arbre 18. Ensuite, le joint 1 comprend un élément femelle ou tulipe 20 de symétrie ternaire par rapport à un axe central X'-X', ce dernier axe étant confondu avec l'axe X-X dans la position alignée du joint représenté. De part et d'autre de chaque bras 14, la tulipe présente deux pistes 22 et 23 en vis- à-vis. La tulipe est solidaire d'un deuxième arbre non représenté. Enfin, le joint 1 comprend, pour chaque bras 14, un organe de transmission mécanique 30 maintenu axialement par la paire de pistes 22, 23. L'organe de transmission mécanique 30 comporte un galet extérieur 32, destiné à rouler sur l'une ou l'autre de ces pistes 22,23, une bague intérieure 34 disposée à l'intérieur du galet extérieur 32, et des moyens d'accouplement 36 de la bague intérieure 34 et du galet extérieur 32. Le galet 32 présente un axe de révolution Z-Z, confondu avec l'axe Y-Y sur la figure 1. Les trois organes de transmission mécanique 30 étant identiques, et du fait des symétries ternaires du tripode 10 et de la tulipe 20, seule la partie du joint 1 représentée sur la figure 1 va être décrite plus avant. L'organe de transmission mécanique 30 établit une liaison rotulante et mobile suivant l'axe Y-Y du bras 14 au niveau du contact qu'il maintient entre la surface intérieure de la bague intérieure 34 et de la surface extérieure du tourillon 16. La bague intérieure 34 est donc roulante et coulissante autour du bras 14. L'organe de transmission 30 est également mobile suivant la direction longitudinale de la paire de pistes 22,23, c'est-à-dire suivant la perpendiculaire au plan de la figure 1. Le galet extérieur 32 présente, en demi-coupe méridienne, par exemple sur le demi-plan latéral gauche par rapport à l'axe Z-Z sur la figure 1, un profil extérieur comportant deux arcs de cercle convexes 32A, 32B, tandis que la piste 22 correspondante présente un profil intérieur comportant deux arcs de cercle concaves 22A, 22B sensiblement conjugués des arcs convexes 32A, 32B du profil extérieur du galet 32. Au niveau de ces arcs, pour chaque sens d'entraînement du joint, le galet 32 et la piste associée 22 forment deux zones de contact 37A, 37B qui présentent des résultantes respectives RA, RB sensiblement perpendiculaires à l'axe Z-Z du galet. Ces zones de contact 37A, 37B sont situées en fond des deux arcs 22A et 22B du profil intérieur de la piste 22, et sont donc espacées l'une de l'autre. Plus précisément (figure 1A), le rayon des arcs 32A, 32B est légèrement plus petit que celui des arcs 22A, 22B, et l'arc concave 32C qui relie les arcs 32A et 32B est de rayon suffisamment petit pour assurer une absence de contact avec l'arc convexe 22C qui relie les arcs 22A et 22B. Les différences de rayon ont été exagérées sur la figure 1A pour la clarté du dessin. Les moyens d'accouplement 36 de la bague intérieure 34 et du galet extérieur 32 comprennent une couronne d'aiguilles 38, disposée entre la surface cylindrique extérieure de la bague intérieure 34 et la surface cylindrique intérieure du galet extérieur 32, et deux rondelles plates d'appui 39 et 40 disposées de part et d'autre de la bague 34 et de la couronne d'aiguilles 38. La périphérie de chaque rondelle d'appui 39,40 est logée dans une gorge annulaire ménagée dans la surface intérieure du galet extérieur. Ces moyens d'accouplement 36 permettent donc uniquement, aux jeux fonctionnels près, un pivotement relatif entre le galet extérieur 32 et la bague intérieure 34 autour de l'axe Z-Z. Le fonctionnement du joint 1 est le suivant. Sous l'effet d'un couple d'entraînement appliqué à l'arbre 18 et supposé orienté dans le sens anti-horaire sur la figure 1, le bras 14 applique une force de transmission T sur l'organe de transmission mécanique 30. Le point d'application de cette force est le point de contact entre le tourillon 16 du bras 14 et la bague intérieure 34 de l'organe 30. Cette force se compose d'une composante radiale TR qui résulte directement de l'application du cou- ple d'entraînement appliqué à l'arbre 18, et d'une composante axiale TA par rapport à l'axe Z-Z qui résulte du frottement entre la surface extérieure du tourillon 16 et la surface intérieure de ta bague intérieure 34. Ce frottement est généré par les mouvements relatifs de coulissement entre le tourillon 16 et la bague 34, lors du fonctionnement du joint sous angle de brisure, et au mouvement orbital d'offset de l'axe X-X de l'élément mâle 10 déjà évoqué. La composante radiale TR de la force est transmise à l'élément femelle 20 au niveau des zones de contact 37A et 37B que maintient le galet extérieur 32 soumis à la composante radiale TR avec la piste associée 22 de l'élément femelle 20. La composante axiale TA de la force de transmission, dont la valeur nominale vaut classiquement environ le dixième de celle de la composante radiale TR, génère une force de basculement de l'organe de transmission 30. Cependant, cette force est totalement encaissée par la piste 22 de l'élément femelle au niveau des zones de contact 37A et 37B que maintient le galet 32 avec cette piste 22. Les résultantes RA et RB à chaque zone de contact restent en effet perpendiculaires à l'axe Z-Z du galet et la distance d de chaque zone au plan médian P des pistes 22 et 23 est choisie suffisante pour que le point d'application de la force TR reste en permanence dans la portion d'espace délimitée par deux plans parai ! èies ? A et Pe, tous deux perpendiculaires à l'axe Z-Z et contenant les centres respectifs des zones de contact 37A et 37B. Ainsi, sous l'effet d'un couple d'entraînement, il n'est permis, en terme de liberté de mouvement, à l'organe de transmission mécanique 30 que de rouler sur lesdites pistes et de coulisser le long de l'axe longitudinal de la paire desdites pistes. L'invention permet donc d'assurer la stabilité de l'organe de transmission 30 en lui interdisant, vis-à-vis de la paire de pistes correspondante, tout débattement de translation suivant l'axe Z-Z du galet extérieur 32, tout débattement de rotation autour de l'axe longitudinal de cette paire de pistes et tout débattement de rotation autour d'une perpendiculaire à l'axe Z-Z. La stabilité du galet extérieur 32 étant améliorée, le niveau vibratoire et le rendement de transmission du joint sont améliorés. De même, les traitements de surface appropriés indispensables aux joints selon l'art antérieur afin de renforcer la dureté superficielle de certaines zones de l'élément femelle ne sont plus nécessaires. Une variante non représentée de ce premier mode de réalisation consiste à disposer un galet extérieur dont le profil extérieur comporte deux arcs concaves en vis-à-vis d'une piste dont le profil intérieur présente deux arcs convexes sensiblement conjugués. Un autre mode de réalisation d'un joint 1 selon l'invention est représenté à la figure 2. Le joint 1 comporte les mêmes éléments que selon le premier mode de réalisation, aux seules différences suivantes. D'abord, le tourillon 16 du bras 14 est sensiblement cylindrique d'axe de révolution Y-Y. Ensuite, l'organe de transmission mécanique 30 comprend des moyens d'accouplement de la bague intérieure 34 et du bras 14. Ces moyens d'accouplement sont constitués d'une couronne d'aiguilles 38, retenue radialement par deux épaulements 50 et 51 bordant le tourillon 16. Les moyens d'accouplement permettent donc, entre la bague intérieure 34 et le bras 14, un pivotement relatif autour de l'axe Y-Y et une translation le long du même axe. De plus, la surface intérieure du galet extérieur 32 est sensiblement sphérique et coopère avec la surface extérieure de la bague intérieure 34 de profil sphérique conjugué, si bien que seul un mouvement roulant est possible entre le galet extérieur 32 et la bague intérieure 34. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation est analogue à celui décrit précédemment. La force à transmettre T depuis le bras 14 s'applique sur une ligne de contact entre la surface extérieure du tourillon 16 et la surface intérieure de la couronne d'aiguilles 38. La bague intérieure 34, étant alors soumise à cette force et en raison de son profil extérieur sensiblement sphérique, se loge en fond de courbure de la surface intérieure conjuguée du galet 32 et ramène ainsi la zone d'application de la force à transmettre vers l'extérieur du joint à la zone de contact qu'elle maintient avec le galet exté- rieur 32, c'est-à-dire une zone quasi-ponctuelle. La force alors transmise au galet extérieur 32 par cet appui présente donc une composante radiale TR, telle que décrite précédemment, et une composante axiale TA totalement encaissée par les deux zones de contact 37A, 37B que maintient le galet 32 avec la piste correspondante 22. Le point d'application de la force TR est contenu dans la portion d'espace délimitée par les deux plans PA et PB précédemment définis. La figure 3 illustre un troisième mode de réalisation d'un joint 1 selon l'invention, ne se distinguant de celui représenté à la figure 2 que par les éléments suivants. D'abord, l'organe de transmission mécanique 30 comprend, en plus des moyens d'accouplement précités de la bague 34 et du bras 14, une rondelle d'appui fendue 52, partiellement logée dans une gorge annulaire bordant l'extrémité du tourillon 16 située extérieurement au joint. Le tourillon 16 présente de plus un épaulement 53 bordant son extrémité située intérieurement au joint. Cet épaulement 53 et la rondelle 52 sont disposés de part et d'autre de la couronne d'aiguilles 38 et de la bague 34. Ainsi, aux jeux fonctionnels près, seule une rotation relative autour de l'axe Y-Y entre le bras 14 et la bague 34 est permise. Par ailleurs, la surface intérieure du galet extérieur 32 est cylindrique d'axe Z-Z, ce qui autorise à la bague intérieure 34, par coopération avec sa surface extérieure sphérique, un mouvement coulissant et roulant autour de l'axe Z-Z vis-à-vis du galet 32. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est analogue à celui décrit précédemment. La force à transmettre T depuis le bras 14 est appliquée au galet extérieur 32 au niveau de la zone de contact que la bague intérieure 34 maintient avec ce galet 32. Puis, comme dans le mode de réalisation précédent, le point d'application de la composante radiale TR de la force transmise au galet extérieur 32 reste en permanence entre les plans PA et PB, la composante axiale TA étant encaissée par les deux zones de contact 37A, 37B. La figure 4 illustre un quatrième mode de réalisation d'un joint homocinétique 1 selon l'invention et qui se distingue du premier mode repré- senté à la figure 1 par ce qui suit. Le galet extérieur 32 est constitué de deux moitiés symétriques par rapport au plan P, 33A et 33B, juxtaposées. Avantageusement, et tel que représenté sur la figure 4, la surface intérieure de chaque moitié 33A, 33B présente respectivement un épaulement 54A, 54B faisant saillie vers l'intérieur. Les deux portions 33A et 33B étant juxtaposées pour former le galet extérieur complet, les deux épaulements 54A, 54B délimitent une cavité recevant les moyens d'accouplement 36, constitués ici par la couronne d'aiguilles 38. Le maintien axial par rapport à l'axe Z-Z de la bague intérieure 34 est assuré par l'encastrement de la couronne d'aiguilles 38 dans la surface extérieure de cette bague 34, qui présente une cavité 55 de forme complémentaire à la surface intérieure de la couronne d'aiguilles 38, avec deux épaulements d'extrémité radialement extérieurs 56A, 56B. Cette structure permet de retrouver les mêmes libertés et limitations de mouvement entre l'organe de transmission 30 et le bras 14 que dans le premier mode de réalisation, et le fonctionnement du joint 1 est identique. Le joint 1 selon ce quatrième mode présente un avantage supplémentaire puisque ses moyens d'accouplement 36 ne nécessitent pas de rondelles, le maintien axial par rapport à l'axe Z-Z de la bague intérieure 34 étant assuré directement par l'encastrement dans la cavité 55 de la couronne d'aiguilles 38, elle-même maintenue axialement par le montage juxtaposé des deux moitiés 33A et 33B formant le galet extérieur. Enfin, il convient de noter que le profil extérieur du galet extérieur 32 apparaît sur toutes les figures symétrique par rapport au plan médian P du galet, mais il ne s'agit nullement d'une limitation. Un galet 32 asymétrique reste également envisageable. REVENDICATIONS 1.-Joint de transmission homocinétique, du type comprenant un élément mâle (10) comportant plusieurs bras (14), un élément femelle (20) délimitant pour chaque bras (14) une paire de pistes (22,23) en vis-à-vis, qui sont situées respectivement de part et d'autre dudit bras, et, monté sur chaque bras, un organe de transmission mécanique (30) mobile suivant la direction longitudinale de la paire desdites pistes (22,23), maintenu axialement par ces pistes et établissant avec ce bras une liaison roulante et mobile axialement suivant l'axe du bras (Y-Y), cet organe de transmission comprenant un galet extérieur (32) de révolution disposé entre les pistes correspondantes, destiné à rouler sur l'une ou l'autre de ces pistes, caractérisé en ce que pour chaque bras, le profil extérieur, en demi-coupe méridienne, du galet extérieur (32) comprend deux arcs (32A, 32B) de même signe de courbure coopérant avec deux arcs (22A, 22B) sensiblement conjugués de la piste associée (22,23) pour former deux zones de contact espacées (37A, 37B). 2. -Joint suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque zone de contact (37A, 37B) définit une résultante de contact (RA, RB) sensiblement perpendiculaire à l'axe (Z-Z) du galet extérieur (32). 3. -Joint suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux arcs (32A, 32B) du galet (32) sont convexes. 4. -Joint suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les arcs (32A, 32B) du galet (32) sont des arcs de cercle. 5. -Joint suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil extérieur du galet (32) est symétrique par rapport au plan médian (P) du galet. 6. -Joint suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce que l'organe de transmission (30) comprend une bague intérieure (34) disposée à l'intérieur du galet extérieur (32), et des moyens d'accouplement (36) du galet extérieur et de la bague intérieure permettant uniquement leur pivotement relatif autour d'un axe de révolution commun, et en ce que la bague intérieure est montée rotulante et coulissante autour du bras (figures 1 et 4). 7. -Joint suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe de transmission (30) comprend une bague intérieure (34) montée roulante à l'intérieur du galet extérieur (figures 2 et 3). 8. -Joint suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la ba- gue intérieure (34) est montée coulissante sur le bras (14) le long de leur axe de révolution commun (Z-Z), et en ce que la surface intérieure du galet (32) et la surface extérieure de la bague (34) sont sphériques et sensiblement conjuguées (figure 2). 9. -Joint selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bague intérieure (34) est coulissante par rapport au galet extérieur (32) le long de l'axe de révolution (Z-Z) du galet, et en ce que la bague intérieure (34) est immobilisée axialement par rapport au bras (figure 3). 10. -Joint suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, ca- ractérisé en ce que le galet extérieur comporte deux parties (33A, 33B) juxtaposées, chacune présentant, en demi-coupe méridienne, un profil extérieur qui possède l'un desdits deux arcs (32A, 32B) du galet extérieur. 11. -Joint suivant les revendications 6 et 10 prises ensemble, ca- ractérisé en ce que chaque partie (33A, 33B) du galet extérieur possède, sur sa face intérieure par rapport à l'axe (Z-Z) du galet, un épaulement d'extrémité (54A, 54B) dirigé vers l'intérieur, les deux épaulements délimitant ainsi une cavité destinée à recevoir les moyens d'accouplement (36). 12. -Organe de transmission pour un joint de transmission homo- cinétique suivant l'une des revendications 1 à 11.