Brevet FR2841616A1 — publié le 20040102

L'invention concerne joint à chemins de roulement en opposition, comprenant une partie de joint extérieure avec des chemins de roulement extérieurs, une partie de joint intérieure avec des chemins de roulement intérieurs, des billes de transmission du couple, qui sont reçues dans des paires de chemins de roulement constituées de chemins de roulement extérieurs et de chemins de roulement intérieurs, et une cage à billes avec des fenêtres de cage dans lesquelles les billes sont maintenues dans un plan commun et sont menées vers le plan bissecteur lors d'une flexion du joint, des premiers chemins de roulement extérieurs formant avec des premiers chemins de roulement intérieurs, des premières paires de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'éloignent mutuellement, dans une première direction axiale en direction du côté de raccordement de la partie de joint intérieure, et dans lesquelles sont maintenues des premières billes, et des seconds chemins de roulement extérieurs formant avec des seconds chemins de roulement intérieurs, des secondes paires de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'éloignent mutuellement, dans une seconde direction axiale en direction du côté de raccordement de la partie de joint extérieure, et dans lesquelles sont maintenues des secondes billes. Des joints à chemins de roulement en opposition du type de celui mentionné en introduction, présentent l'avantage suivant, à savoir que sur les billes disposées, de manière alternée dans la direction périphérique, dans des premières paires de chemins de roulement et des secondes paires de chemins de roulement, sont exercées par les chemins de roulement, des forces dirigées respectivement de manière alternée dans une première direction et dans une seconde direction. Ces forces sont reprises par des forces antagonistes de la cage à billes, qui en tant que forces intérieures sont en équilibre, de sorte qu'aucune force axiale extérieure n'est exercée sur la cage. La cage se déplace ainsi de manière relativement libre de frottement par rapport à la partie de joint extérieure. Jusqu'à présent il est usuel pour les joints selon l'état de la technique, pour des raisons de fabrication et de montage et en rapport avec les grandeurs de billes préférées, que respectivement à une première paire de chemins de roulement s'ouvrant dans une première direction, soit opposée radialement une seconde paire de chemins de roulement s'ouvrant dans une seconde direction, et que soient prévus notamment six paires de chemins de roulement. Cela présente des inconvénients graves pour la commande du joint, à savoir les conditions d'effort de commande au niveau de la cage. Une commande parfaite de la cage est toutefois nécessaire pour, à chaque instant, lors d'une flexion du joint, mener l'ensemble des billes sur le plan bissecteur qui divise de manière symétrique l'angle entre les axes de la partie de joint extérieure et de la partie de joint intérieure. Les raisons entraînant cette commande problématique dans les joints selon l'état de la technique, seront explicitées plus tard, au regard des dessins. A partir de là, le but de la présente invention consiste à fournir un joint à chemins de roulement en opposition présentant des propriétés de commande améliorées. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce au fait que dans le joint considéré, des premières paires de chemins de roulement sont respectivement radialement opposées à des premières paires de chemins de roulement, et des secondes paires de chemins de roulement sont respectivement radialement opposées à des secondes paires de chemins de roulement. Il est en particulier proposé que des premières paires de chemins de roulement et des secondes paires de chemins de roulement soient disposées de manière alternée dans la direction périphérique. De préférence, on prévoit un joint comportant huit paires de chemins de roulement, réparties de manière uniforme dans la direction périphérique. D'autres possibilités résident dans le choix de douze ou seize paires de chemins de roulement. Selon une configuration de l'invention, la partie de joint extérieure possède, sur le côté de raccordement de la partie de joint extérieure, un fond de joint qui y est formé d'un seul tenant. Un joint conforme à l'invention se caractérise par des forces de commande résultantes exercées par des paires de chemins de roulement respectivement sur des paires de billes opposées, qui sont en permanence différentes de zéro, de sorte que la commande de la cage est globalement nettement améliorée. Les raisons de ces conditions d'efforts de commande améliorées seront explicitées au regard des dessins. Un joint conforme à l'invention, comparé à un joint selon l'état de la technique, sont représentés sur les dessins annexés et vont être explicités plus en détail dans la suite. Les dessins montrent Fig. 1 un joint à chemins de roulement en opposition, selon l'état de la technique a) en vue axiale vers l'ouverture de joint, b) en coupe longitudinale selon le plan de coupe A-A, Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 c) en coupe longitudinale selon le plan de coupe B-B; un joint selon la figure 1 avec indication des forces axiales: a) en coupe longitudinale, b) selon une projection développée de la cage; un joint selon la figure 1, en rotation dans une position de flexion a) en vue axiale, b) en coupe longitudinale, c) selon un détail avec cage et billes, d) selon une représentation de l'angle de commande pour deux billes opposées; un joint à chemins de roulement en opposition, selon l'invention: a) en vue axiale sur l'ouverture de joint, b) en coupe longitudinale selon le plan de coupe A- A, c) en coupe longitudinale selon le plan de coupe B-B; un joint selon la figure 4 avec indication des forces axiales: a) en coupe longitudinale, b) selon une projection développée de la cage; un joint selon la figure 4, en rotation dans une position de flexion a) en vue axiale, b) en coupe longitudinale, c) selon un détail avec cage et billes, d) selon une représentation de l'angle de commande pour deux billes opposées; Fig. 5 Fig. 6 Les représentations de la figure 1 vont être décrites en commun dans la suite. Une partie de joint extérieure 11 comprend une cavité intérieure 12 avec une ouverture 13 et un fond 14 à l'opposé. Sur le fond 14 est formé un tourillon de raccordement 15. Dans la cavité 12 est logée une partie de joint intérieure 21 avec une ouverture intérieure 22 pour engager un tourillon d'arbre. Entre la partie de joint extérieure 11 et la partie de joint intérieure 21 est placée une cage à billes 31. Le joint comprend des premiers chemins de roulement extérieurs 16. et des premiers chemins de roulement intérieurs 261, qui s'éloignent mutuellement dans une première direction RI, qui est orientée du centre du joint vers le côté d'ouverture de la partie de joint extérieure. Le joint comprend, par ailleurs, des seconds chemins de roulement extérieurs 162 et des seconds chemins de roulement intérieurs 262, qui s'éloignent mutuellement dans une seconde direction R2, qui est orientée à partir du centre du joint vers le côté du tourillon de la partie de joint extérieure. Des premiers chemins de roulement extérieurs 16, et des premiers chemins de roulement intérieurs 26, forment ensemble, des premières paires de chemins de roulement; des seconds chemins de roulement extérieurs 162 et des seconds chemins de roulement intérieurs 262 forment ensemble des secondes paires de chemins de roulement. Dans les paires de chemins de roulement formées de chemins de roulement extérieurs et de chemins de roulement intérieurs sont logées des billes 361, 362 transmettant le couple. La cage à billes 31 présente une surface extérieure sphérique 32 qui est maintenue dans une surface intérieure sphérique 18 de la partie de joint extérieure. Les billes sont maintenues dans des fenêtres 34 de la cage 31. Dans chaque coupe radiale passant par des chemins de roulement et traversant tout le joint, des premières paires de chemins de roulement 161, 26, sont respectivement opposées à des secondes paires de chemins de roulement 162, 262, comme le laissent entrevoir aussi bien la coupe A-A que la coupe B-B. Sur les billes 36, dans les premières paires de chemins de roulement, les chemins de roulement exercent des forces qui sont dirigées dans la première direction R1. Sur les billes 362 dans les secondes paires de chemins de roulement, les chemins de roulement exercent des forces qui sont dirigées dans la seconde direction R2. Cela est respectivement valable dans le cas d'une transmission de couple et conduit à une sollicitation intérieure de la cage. Mais comme les forces s'équilibrent par paires, la cage est toutefois maintenue globalement libre de forces axiales par rapport à la partie de joint extérieure 11 et à la partie de joint intérieure 21. En conséquence, les forces de frottement entre la cage et la partie de joint extérieure sont faibles pour un joint monté, en rotation. Sur la figure 2 sont représentées une nouvelle fois, pour quatre billes, les forces exercées par les paires de chemins de roulement 161, 261, 162, 262 sur les billes 361, 362, ainsi que dans une projection développée de la cage 31, les forces antagonistes respectivement correspondantes sur les billes, qui doivent être fournies par la cage. Pour au total six forces qui agissent alternativement dans une direction opposée, la cage 31 est libre de forces axiales par rapport à la partie de joint extérieure 11 et à la partie de joint intérieure 21. Les représentations individuelles de la figure 3 vont être décrites en commun dans la suite. Un joint selon la figure 1 est représenté dans une position de flexion, un angle de flexion f étant réglé entre l'axe A11 de la partie de joint extérieure 11 et l'axe A21 de la partie de joint intérieure 21. L'angle entre les axes A11 et A21 est divisé de manière symétrique par le plan bissecteur E. La représentation b) montre une coupe longitudinale dans le plan dit de flexion défini par les axes A,,, A21. Les billes sont numérotées de 1 à 6 dans la direction périphérique, les billes 1 et 4 étant situées dans le plan de flexion. Aux points de contact des billes 1 et 4 avec les chemins de roulement, on a représenté les tangentes respectives aux billes. Les tangentes relatives à la bille 1 forment un angle de commande cL, et les tangentes relatives à la bille 4 forment un angle de commande U4, qui pour des raisons de symétrie est de même valeur que le précédent. Des angles de commande différents de zéro sont nécessaires pour que, dans le cas d'une flexion à savoir d'un angle entre les axes AI,, A21, les chemins de roulement exercent des forces sur les billes pour que celles-ci puissent mener la cage sur le plan bissecteur E. Il est possible d'admettre que sur certaines billes individuelles, les forces de commande prennent une valeur nulle, lorsque sur d'autres billes les forces de commande sont relativement élevées. Sur la représentation d), on a reporté, pour les billes 1 et 4, de manière quantitative, lesdits angles de commande al, a.4 sur un tour de rotation du joint et pour des axes AI,, A2, en position relative fixe. La représentation laisse entrevoir que par deux fois sur un tour, notamment pour un angle de rotation de 2100 et un angle de rotation de 3300, les angles de commande des billes 1 et 4 prennent simultanément la valeur zéro. En conséquence, conformément à la représentation c), les forces Fl et F4, qui en-dehors de ces positions angulaires forment une paire de forces qui engendre un couple de basculement, prennent également une valeur nulle. Même en tenant compte du fait que deux autres paires de billes agissent de manière déphasée avec des paires de forces différentes de zéro, la commande de la cage est ici relativement mauvaise. Les représentations de la figure 4 vont être décrites en commun dans la suite. Une partie de joint extérieure 11 comprend une cavité intérieure 12 avec une ouverture 13 et un fond 14 à l'opposé. Sur le fond 14 est formé un tourillon de raccordement 15. Dans la cavité 12 est logée une partie de joint intérieure 21 avec une ouverture intérieure 22 pour engager un tourillon d'arbre. Entre la partie de joint extérieure 11 et la partie de joint intérieure 21 est placée une cage à billes 31. Le joint comprend des premiers chemins de roulement extérieurs 16, et des premiers chemins de roulement intérieurs 261, qui s'éloignent mutuellement dans une première direction Rj, qui est orientée du centre du joint vers le côté d'ouverture de la partie de joint extérieure. Le joint comprend, par ailleurs, des seconds chemins de roulement extérieurs 162 et des seconds chemins de roulement intérieurs 262, qui s'éloignent mutuellement dans une seconde direction R2, qui est orientée à partir du centre du joint vers le côté du tourillon de la partie de joint extérieure. Des premiers chemins de roulement extérieurs 16, et des premiers chemins de roulement intérieurs 26, forment ensemble, des premières paires de chemins de roulement; des seconds chemins de roulement extérieurs 162 et des seconds chemins de roulement intérieurs 262 forment ensemble des secondes paires de chemins de roulement. Dans les paires de chemins de roulement formées de chemins de roulement extérieurs et de chemins de roulement intérieurs sont logées des billes 361, 362 transmettant le couple. La cage à billes 31 présente une surface extérieure sphérique 32 qui est maintenue dans une surface intérieure sphérique 18 de la partie de joint extérieure. Les billes sont maintenues dans des fenêtres 34 de la cage 31. Dans des coupes radiales passant par les chemins de roulement et traversant tout le joint, des premières paires de chemins de roulement sont respectivement opposées à des premières paires de chemins de roulement, tel que le montre la coupe B-B, ou bien des secondes paires de chemins de roulement sont respectivement opposées à des secondes paires de chemins de roulement, tel que le montre la coupe A-A. Sur les billes 36, dans les premières paires de chemins de roulement 161, 261, les chemins de roulement exercent des forces qui sont dirigées dans la première direction R1. Sur les billes 362 dans les secondes paires de chemins de roulement 162, 262, les chemins de roulement exercent des forces qui sont dirigées dans la seconde direction R2. Cela est valable dans le cas d'une transmission de couple pour un joint étendu, et conduit à une sollicitation intérieure de la cage. Mais comme les forces s'équilibrent par paires, la cage est toutefois maintenue globalement libre de forces axiales par rapport à la partie de joint extérieure 1i et à la partie de joint intérieure 21. En conséquence, les forces de frottement entre la cage et la partie de joint extérieure sont faibles pour un joint monté en rotation. Sur la figure 5 sont représentées en coupe, pour cinq billes, les forces exercées par les chemins de roulement sur les billes, ainsi que dans une projection développée de la cage, les forces antagonistes respectivement correspondantes sur les billes, qui doivent être fournies par la cage. Pour au total huit forces qui agissent alternativement dans une direction opposée, la cage est libre de forces axiales par rapport à l'extérieur. Les représentations individuelles de la figure 6 vont être décrites en commun dans la suite. Un joint selon la figure 4 est représenté dans une position de flexion, un angle de flexion D étant réglé entre l'axe A1, de la partie de joint extérieure 11 et l'axe A21 de la partie de joint intérieure 21. L'angle entre les axes A,, et A21 est divisé de manière symétrique par le plan bissecteur. La représentation b) montre une coupe longitudinale dans le plan dit de flexion défini par les axes. Les billes sont numérotées de 1 à 8 dans la direction périphérique, les billes 1 et 5 étant situées dans le plan de flexion. Aux points de contact des billes 1 et 5 avec les chemins de roulement, on a représenté les tangentes respectives aux billes. Les tangentes relatives à la bille 1 forment un angle de commande a,, et les tangentes relatives à la bille 5 forment un angle de commande x5, qui, conformément à l'invention est d'une valeur différente de celle du précédent. Des angles de commande différents de zéro sont nécessaires pour que, dans le cas d'une flexion, à savoir d'un angle entre les axes AI,, A21, les chemins de roulement exercent des forces sur les billes pour que celles- ci puissent mener la cage sur le plan bissecteur E. Il est possible d'admettre que sur certaines billes individuelles, les forces de commande prennent une valeur nulle, lorsque sur d'autres billes les forces de commande sont relativement élevées. Sur la représentation d), on a reporté, pour les billes 1 et 5, de manière quantitative, lesdits angles de commande al, c.5 sur un tour de rotation du joint et pour des axes AI1, A21 en position relative fixe. La représentation laisse entrevoir que pour chacune des billes 1 et 5, par deux fois sur un tour, à savoir pour un angle de rotation de 300 et de 1500, l'angle de commande ai pour la bille 1, et pour un angle de rotation de 2100 et de 3300, l'angle de commande x5 pour la bille 5, prennent une valeur nulle. L'angle de commande de la bille respectivement opposée radialement est toutefois toujours différent de zéro. Ainsi, la paire de forces constituées des forces F1 et F5, qui engendre un couple de basculement, reste toujours différente de zéro. La commande de la cage est il ainsi exceptionnellement bonne pour tous les angles de rotation. REVENDICATIONS 1. Joint homocinétique à billes, fixe, sous la forme d'un joint à chemins de roulement en opposition, comprenant une partie de joint extérieure (11) avec des chemins de roulement extérieurs (16), une partie de joint intérieure (21) avec des chemins de roulement intérieurs (26), des billes (36) de transmission du couple, qui sont reçues dans des paires de chemins de roulement constituées de chemins de roulement extérieurs et de chemins de roulement intérieurs, et une cage à billes (31) avec des fenêtres de cage (34) dans lesquelles les billes sont maintenues dans un plan commun et sont menées vers le plan bissecteur lors d'une flexion du joint, des premiers chemins de roulement extérieurs (161) formant avec des premiers chemins de roulement intérieurs (261), des premières paires de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'éloignent mutuellement, dans une première direction axiale (R1) en direction du côté de raccordement de la partie de joint intérieure (21), et dans lesquelles sont maintenues des premières billes (361), des seconds chemins de roulement extérieurs (162) formant avec des seconds chemins de roulement intérieurs (262), des secondes paires de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'éloignent mutuellement, dans une seconde direction axiale (R2) en direction du côté de raccordement de la partie de joint extérieure (11), et dans lesquelles sont maintenues des secondes billes (362), caractérisé en ce que des premières paires de chemins de roulement (16i, 26,) sont respectivement radialement opposées à des premières paires de chemins de roulement (161, 261), et des secondes paires de chemins de roulement (162, 262) sont respectivement radialement opposées à des secondes paires de chemins de roulement (162, 262). 2. joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que des premières paires de chemins de roulement (161, 261) et des secondes paires de chemins de roulement (162, 262) sont disposées de manière alternée dans la direction périphérique. 3. Joint selon la revendication 2, caractérisé en ce que sont prévues huit paires de chemins de roulement (161, 26,; 162, 262)> 4. Joint selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie de joint extérieure (11) possède, sur le côté de raccordement de la partie de joint extérieure, un fond de joint (14) qui y est formé d'un seul tenant.