Brevet FR2832775A1 — publié le 20030530

Trainees billes (22, 32). 1 2832775 L'invention concerne une unité de coulissement longitudinal pour la transmission de couples, destinée à un agencement d'arbre, et constituée S d'un manchon profilé situé à l'extérieur et comportant des premières rainures à billes s'étendant longitudinalement, situées à l'intérieur et réparties sur la périphérie, le manchon profilé étant prévu pour être relié à une première pièce de raccordement, d'un tourillon profilé situé à l'intérieur dudit manchon profilé et comportant des secondes rainures à billes s'étendant longitudinalement, situées à l'extérieur et réparties sur la périphérie, le tourillon profilé étant prévu pour être relié à une seconde pièce de raccordement, de groupes de billes, qui sont disposés dans des paires de premières et secondes rainures à billes, et d'une cage à billes en forme de douille, qui est située dans l'espace annulaire entre le manchon profilé et le tourillon profilé et qui fixe mutuellement dans leur position relative les groupes de billes. De telles unités de coulissement axial servent à la transmission de couples dans des lignes d'arbres, qui 2s subissent des variations de longueur pendant le fonctionnement, notamment par exemple dans un véhicule automobile suite à des mouvements d'enfoncement et d'élongation de l'une des pièces de raccordement. Dans la mesure o l'on parle ici d' agencement d' arbre, il est également possible que l'unité de coulissement longitudinal forme elle-même dans une large mesure cet agencement d'arbre en étant munie de pièces de raccordement telles que des flasques rapportés par soudage, ou des moyeux emmanchés. 3s Dans le cas d'un coulissement relatif du manchon profilé 2 2832775 par rapport au tourillon profilé, pendant la transmission d'un couple, les billes roulent sensiblement sans frottement de glissement dans les rainures à billes intérieures et extérieures, de sorte qu'elles, et ainsi en même temps la cage à billes avec toutes les billes, effectuent globalement à chaque fois la moitié de la course de coulissement relative entre les deux pièces, en permettant ainsi la variation de longueur de l'unité de coulissement longitudinal avec un faible froUtement. Aux extrémités de la course de coulissement, il est nacessaire de prévoir dans le manchon profilé ou sur le tourillon profilé, des butées axiales pour la cage à billes ou les billes. En fonctionnement normal, il est souhaitable que la cage à billes n'atteigne pas les butées axiales, mais soit au contraire librement coulissante sur toute la course de coulissement prévue par construction, de manière à éviter un frottement de glissement des billes dans les rainures à billes. Des agencements de ce type sont utilisés dans des arbres de transmission de couple, notamment des arbres de transmission articulés, qui nécessitent, pour la compensation de tolérances de la distance entre les 2s pièces de raccordement lors du montage et/ou pour la compensation de variations de la distance d'espacement des pièces de raccordement, notamment les joints articulés, une compensation de longueur à faible frobtement pendant le fonctionnement. En fonctionnement il apparaît dans ces agencements le problème suivant, à savoir qu'il se produit inévitablement, pendant la transmission de couple, une torsion des troncons mutuellement emmanchés du manchon profilé et du tourillon profilé, dans la zone des rainures à billes. 3s En raison de ces mouvements de torsion, du manchon 3 2832775 profilé et du tourillon profilé lors de la transmission de couple, il peut s'établir des conditions de sollicitation non uniformes au niveau des billes dans différents plans de section transversale. Cela entrave la souplesse de fonctionnement et peut conduire à des pannes prématurées. Pour éviter cela, il est souhaitable que les deux pièces présentent une rigidité particulièrement élevée. A partir de là, le but de la présente invention consiste à fournir une unité de coulissement longitudinal du type de celle mentionnée en introduction, qui conjugue une résistance élevée avec un mode de construction allégé. Ce but est atteint grâce au fait que le tourillon profilé est un tourillon creux. Cela rend possible un gain extrême de poids et de matériau, qui n'était pas usuel jusqu'ici, sous cette forme. Il est plus spécialement prévu que le tourillon profilé soit réalisé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme avec notamment un écart maximal de + 15. La réduction de poids évite le risque d'un flambement d'arbres creux de construction allégée et à vitesse de rotation rapide. Le tourillon profilé se transforme de préférence dun seul tenant en un tronçon cylindrique à la suite de la transition des secondes rainures à billes vers la seconde pièce de raccordement, ce tronçon cylindrique présentant un diamètre extérieur environ de la même grandeur qu'un cercle enveloppe autour de la section traneversale du tourillon profilé, c' est à dire autour des secondes rainures à billes. Selon une mode de réalisation préféré, le manchon profilé est également réalisé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme avec un écart maximal de + 15%, et se transforme d'un seul tenant en 4 2832775 un premier embout cylindrique à la suite de la transition des premières rainures à billes vers la première pièce de raccordement, et d'un seul tenant en un second embout tubulaire à la suite de la transition des premières rainures à billes vers la seconde pièce de raccordement. Les deux embouts cylindriques cités conduisent à une amélioration de la rigidité de forme du manchon profilé. Ils sont particulièrement simples à réaliser lors de la fabrication du manchon profilé par formage par déformation à partir d'un corps tubulaire. Le premier embout cylindrique, côté raccordement, permet la liaison simple avec un arbre tubulaire s'y raccordant, que ce soit par raccordement bout à bout jointif ou bien par emmanchement dans ou par- dessus ce dernier. Le second embout cylindrique, côté introduction, dirigé vers la pièce de raccordement du tourillon profilé, peut servir d'étanchéité et de butée pour les billes maintenues dans la cage. Dans la mesure ou le second embout cylindrique est réalisé avec un diamètre agrandi par rapport à la section transvereale des rainures à billes, il offre la possibilité de loger, des moyens d'étanchéité et de butée par un a]ustement serré. Selon un mode de réalisation préféré, le premier embout cylindrique présente un diamètre intérieur plus grand quun cercle enveloppe autour des billes maintenues en position fonctionnelle correcte dans la cage. Cela permet l' insertion de la cage à billes avec les billes à partir du côté de raccordement. Il est alors possible, le cas échéant, d'insérer dans le premier embout cylindrique, des moyens de butée pour la cage, pour que la cage ne se sépare pas du tourillon profilé à l'intérieur du manchon profilé. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, 2832775 le second embout cylindrique présente un diamètre intérieur plus petit qu'un cercle enveloppe autour des billes maintenues en position fonctionnelle correcte dans la cage. D'après une caractéristique avantageuse, le second embout cylindrique peut également présenter un diamètre intérieur qui n'est qu'insensiblement plus grand qu'un cercle enveloppe autour de la section tranevereale du tourillon profilé. Selon une caractéristique de construction de linvention, au moins le manchon profilé, le cas échéant également le tourillon profilé, est réalisé en un matériau à deux couches avec une armature de renfort de grande réaistance à l'usure pour les rainures à billes. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, le manchon profilé est doté, dans la zone des premières rainures à billes, d'une armature de renfort en un métal d'une grande résistance à l'usure, et qui, considérée en soi, présente également une épaisseur de paroi uniforme. Aussi bien le manchon profilé que le tourillon profilé peuvent être fabriqués par formage par déformation d'un tube, le manchon profilé pourvu d'une armature de renfort pouvant être fabriqué à partir d'un tube dans lequel a été emmanché à force une douille d' armature de renfort. Une précontrainte radiale du matériau entre la douille d' armature de renfort et le manchon profilé augmente ici la résistance. De manière analogue, le tourillon profilé peut également être doté d'une armature de renfort dans la zone des rainures à billes. Celle-ci peut être réalisée par une douille d' armature de renfort engagée par-dessus un tube et déformée en commun avec le tube lors de son formage pour obtenir le tourillon profilé. L' invention va être décrite plus en détail dans la suite 6 2832775 au regard d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 une unité de coulissement axial conforme à s l' invention, selon un premier mode de réalisation, en coupe longitudinale; Fig. 2 une unité de coulissement axial conforme à l'invention, selon un second mode de réalisation, en coupe longitudinale; Fig. 3 un manchon profilé d'une unité selon la figure 1, en tant que détail en coupe longitudinale; Fig. 4 le manchon profilé selon la figure 3, en section transversale; Fig. 5 un manchon profilé similaire à la figure 3, selon une variante d'exécution, en tant que détail en coupe longitudinale; Fig. 6 le manchon profilé selon la figure 5, en section traneversale; Fig. 7 le tourillon profilé des unités selon les figures 1 et 2, en tant que détail en coupe longitudinale; Fig. 8 le tourillon profilé selon la figure 7, en section transversale. 2s Les figures 1 et 2 vont être décrites en commun dans la suite. Chacune montre une unité de coulissement axial 11 conforme à l'invention, qui comprend un manchon profilé 21, un tourillon profilé 31, des groupes de billes 41 transmettant le couple, ainsi qu'une cage à billes 42 en forme de douille. Le manchon profilé 21 peut être relié, à droite, à une première pièce de raccordement, notamment un arbre tubulaire. Le tourillon profilé 31 peut être relié, à gauche, à une seconde pièce de raccordement, notamment une partie de joint de transmission articulé, engagée par-dessus. Le manchon 7 2832775 profilé réalisé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme, forme sur son ôté intérieur des rainures à billes 22 s'étendant longitudinalement. Du côté de la première pièce de raccordement, le manchon profilé 21 est élargi en un premier embout cylindrique 23 dont le diamètre intérieur est plus grand qu'un cercle enveloppe autour des billes 41 maintenues par la cage 42 dans leur position fonctionnelle correcte, déterminée. La cage à billes avec les billes peut donc être insérée par la droite, à travers le premier embout cylindrique 23, usque dans la zone des premières rainures à billes 22. L'embout cylindrique 23 est adapté à l'adonction par soudage bout à bout d'un arbre tubulaire s'y raccordant, ou, le cas échéant, à l' introduction d'un arbre qui peut venir en butée contre les sorties 24 des rainures à billes. En direction de la seconde pièce de raccordement, le manchon profilé comporte un second embout cylindrique 25 qui présente un diamètre intérieur réduit par rapport à la zone des rainures à billes 22. Ce tronçon augmente la rigidité de forme du manchon profilé 21, à l'extrémité libre. On notera ici que cet embout pourrait, de la même manière que le premier embout cylindrique 23, être agrandi par rapport au tronçon des rainures. Cela offre la 2s possibilité dune implantation plus facile de moyens d'étanchéité par rapport au tourillon profilé 31. Le tourillon profilé 31 est également réalisé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme, et forme sur son côté extérieur, des secondes rainures à billes 32. Le tourillon profilé 31 se transforme à l'extrémité de la zone des rainures à billes, en un tronçon cylindrique 33, dont le diamètre extérieur correspond à un cercle enveloppe autour des secondes rainures à billes 32. Ensuite s'y raccorde un tronçon 34 d'une épaisseur de paroi plus élevoe avec une denture profilée 35 (cannelures) et une gorge d'arrêt 36, et 8 2832775 dont le diamètre extérieur ne dépasse pas celui du tronçon cylindrique 33. De cette manière, le tourillon profilé 31 peut être engagé dans le manchon profilé 21 à partir des deux directions. A l'extrémité libre de la S zone des rainures à billes, la section transvereale du tourillon profilé 31 reste identique. L' indication d'une réalisation du manchon profilé et du tourillon profilé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme, concerne en première ligne les tronçons longitudinaux des premières rainures à billes 22 et secondes rainures à billes 32. De manière approchée, cela est toutefois également encore valable en ce qui concerne les embouts cylindriques 23, 25 du manchon profilé et le tronçon cylindrique 33, mais non pas le tronçon 34 sur le tourillon profilé. Une petite différence entre les deux modes de réalisation des figures 1 et 2 réside dans le fait qu'en raison de diamètres différents du second embout cylindrique 25, dans le premier mode de réalisation selon la figure 1, la cage à billes 42 vient en butée sur la zone de transition vers le second embout cylindrique 25, tandis que dans le second mode de réalisation selon la figure 2, les premières billes 41, 2s au niveau de la sortie 26 des rainures à billes vlennent en butée sur la zone de transition vers le second embout cylindrique 25. Sur la figure 3 est représenté le manchon profilé 21 selon la figure 1, en tant que détail. Les détails identiques correspondants sont désignés par des repères identiques. On se référera à la description complète précédente pour autant qu'elle concerne le manchon profilé. La figure 4 montre le manchon profilé selon la figure 3, 9 2832775 en section transversale. On peut y apercevoir une forme de base globale sensiblement tubulaire, circulaire, dans laquelle sont formées des rainures à billes 22. Cette forme de section traneversale peut notamment être obtenue par formage par déformation d'un tube initialement de forme ronde et d'épaisseur de paroi uniforme, le formage pouvant être effectué par étirage longitudinal par-dessus un mandrin, ou bien par martelage périphérique sur une âme centrale. L'épaisseur de paroi finale, mesurée perpendiculairement à une tangente en chaque point de surface de la section transversale (à l'intérieur ou à l'extérieur), doit pouvoir varier dans une plage de + 15% relativement à une valeur moyenne. La figure 5 montre un manchon profilé 21' selon une légère variante d'exécution, qui correspond dans une large mesure à celui montré sur la figure 3. Les détails identiques correspondants sont désignés par des repères identiques. On se référera à nouveau à la description complète de la figure 1. On entrevoit dans la zone des premières rainures à billes 22, une armature de renfort 27 qui sert à réaliser des rainures de roulement résistant à l'usure. L' armature de renfort provient de préférence dune douille insérée dans un tube circulaire avant le processus de formage par déformation, cette douille ayant été montée dans le tube selon un ajustement serré et soumise en commun avec le tube circulaire, à l'un des processus de formage par déformation décrits précédemment. La figure 6 laisse entrevoir le manchon profilé 21' en section transvereale, qui montre l' armature de renfort 27 d'une épaisseur également sensiblement uniforme. L'épaisseur globale, mesurée perpendiculairement à la tangente en chaque point de surface de la section 2832775 tranevereale (à l'intérieur ou à l'extérieur), doit ici également pouvoir varier dans une plage de + 15% autour d'une valeur moyenne. s Sur la figure 7, on a représenté, en tant que détail, le tourillon profilé 31 de l'unité selon les figures 1 et 2. Les détails identiques correspondants sont désignés par des repères identiques. On se référera à la description des figures 1 et 2. La figure 8 montre le tourillon profilé selon la figure 7, en section tranevereale. L' on y observe ici également une forme de base à la manière dun tube de section circulaire dans lequel sont formées les rainures à billes 32 individuelles. Ici, le mode de fabrication préféré est également le formage par déformation d'un tube de section circulaire, par voie d'étirage ou de martelage circulaire. L'uniformité de l'épaisseur de paroi décrite au regard du manchon profilé, doit ici également pouvoir varier dans une plage de + 15% autour d'une valeur moyenne, mesurée en chaque endroit, perpendiculairement au tracé de la paroi, tel que décrit précédemment. 11 2832775 REVENDICATIONS 1. Unité de coulissement longitudinal (11) pour la transmission de couples, destinée à un agencement d'arbre, et constituée s d'un manchon profilé (21) situé à l'extérieur et comportant des premières rainures à billes (22) s'étendant longitudinalement, situées à l'intérieur et réparties sur la périphérie, le manchon profilé étant prévu pour être relié à une première pièce de raccordement, d'un tourillon profilé (31) situé à l'intérieur dudit manchon profilé et comportant des secondes rainures à billes (32) s'étendant longitudinalement, situces à l'extérieur et réparties sur la périphérie, le tourillon profilé étant prévu pour être relié à une seconde pièce de raccordement, de groupes de billes (41), qui sont disposés dans des paires de premières et secondes rainures à billes (22, 32), et d'une cage à billes (42) en forme de douille, qui est située dans l'espace annulaire entre le manchon profilé (21) et le tourillon profilé (31) et qui fixe mutuellement dans leur position relative les groupes de billes (41), 2s caractérisoe en ce que le tourillon profilé (31) est un tourillon creux. 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tourillon profilé est réalisé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme, notamment avec un écart maximal de + 15. 3. Unité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisee en ce que le tourillon profilé (31) se 12 2832775 transforme d'un seul tenant en un troncon cylindrique (33) à la suite de la transition des secondes rainures à billes (32) vers la seconde pièce de raccordement. 4. Unité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisee en ce que le troncon cylindrique (33) présente un diamètre extérieur environ de la même grandeur qu'un cercle enveloppe autour de la section traneversale du tourillon profilé. 5. Unité selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisee en ce qu'au moins le tourillon profilé (31), le cas échéant également le manchon profilé (21), est réalisé en un matériau à deux couches avec une armature de renfort (27) de grande résistance à l'usure pour les rainures à billes (22, 32). 6. Unité selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisee en ce que le manchon profilé (21) est réalisé en un matériau d'une épaisseur de paroi sensiblement uniforme avec un écart maximal de i 15%, et se transforme d'un seul tenant en un premier embout cylindrique (23) à la suite de la transition des premières rainures à billes (22) vers la première pièce 2s de raccordement, et d'un seul tenant en un second embout tuLulaire (25) à la suite de la transition des premières rainures à billes ( 22) vers la seconde pièce de raccordement. 7. Unité selon la revendication 6, caractérisoe en ce que le premier embout cylindrique (23) présente un diamètre intérieur plus grand qu'un cercle enveloppe autour des billes (41) maintenues en position fonctionnelle correcte dans la cage (42). 8. Unité selon la revendication 6 ou 7, caractérisse en 13 2832775 ce que le second embout cylindrique (25) présente un diamètre intérieur plus petit qu'un cercle enveloppe autour des billes (41) maintenues en position fonctionnelle correcte dans la cage (42). 9. Unité selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisee en ce que le second embout cylindrique (25) présente un diamètre intérieur qui n'est qu'insensiblement plus grand qu'un cercle enveloppe