Brevet FR2848273A1 — publié le 20040611

La présente invention concerne un croisillon (arbre en croix) et un joint à croisillon. Dans un système de transmission de couple d'un véhicule ou analogue, on a en général utilisé un joint à croisillon 5 pour raccorder deux arbres rotatifs qui ne sont pas coaxiaux ou qui sont destinés à être inclinés de manière non coaxiale. Dans ce joint à croisillon, la pression de la face de contact de rouleaux placée à une extrémité externe d'un 10 tourillon du croisillon à tendance à augmenter lors de la transmission du couple, et les rouleaux peuvent se briser lorsqu'une charge élevée est appliquée. Pour que cette rupture des rouleaux soit évitée, les rouleaux sont placés en plusieurs rangées en direction axiale dans un espace 15 annulaire formé entre une face périphérique externe du tourillon et une cuvette annulaire externe du roulement à rouleaux, et les diamètres des rouleaux des rangées respectives sont de plus en plus grands de l'extrémité externe du tourillon vers sa base, si bien que la pression de surface 20 de contact appliquée aux rouleaux des rangées respectives est pratiquement régularisée lors de la transmission d'un couple (voir par exemple le document JP-A-11-51 073). Dans cette technique, plus la charge augmente lors de la transmission du couple et plus les différences entre les 25 diamètres des rouleaux des rangées respectives doivent être importantes. Dans ce cas, comme les jeux radiaux des rouleaux de diamètre réduit par rapport au tourillon sont accrus, les rouleaux peuvent s'incliner. En outre, on a déjà proposé une cavité ayant pratique30 ment une forme tronconique réalisée dans une face d'extrémité du tourillon du croisillon afin que la rigidité à la flexion du tourillon soit réduite. A cet effet, un exemple est tel que le tourillon fléchit au moment de la transmission du couple, si bien que la déviation de la contrainte de 35 flexion vers la base du tourillon est réduite (voir par exemple le document JP-A-61- 141 819). Cependant, dans la technique précitée, lorsqu'une cavité de grandes dimensions est formée, la rigidité du tourillon lorsqu'il subit la charge pendant la transmission du couple peut être insuffisante. Un perfectionnement est donc nécessaire. L'invention a donc pour objet la réalisation d'un 5 croisillon permettant une augmentation de la durabilité et de la fiabilité. A cet effet, l'invention concerne un croisillon qui comprend un tourillon, des roulements à rouleaux placés à l'extérieur sur le tourillon en plusieurs rangées disposées 10 dans la direction axiale du tourillon, et une cavité formée à la face d'extrémité externe du tourillon, une région inférieure de la cavité ayant une forme sphérique, le diamètre interne de la région d'ouverture de la cavité, sauf àsa région de fond, étant réglé afin qu'il augmente progressi15 vement vers un bord d'extrémité d'ouverture de la cavité, et la profondeur de la cavité depuis le bord d'extrémité d'ouverture jusqu'au point le plus profond de la région de fond étant réglée entre 30 et 70 % de la longueur totale des roulements à rouleaux dans la direction axiale. De préférence, le tourillon possède, à une face périphérique externe, plusieurs faces de roulement qui ont un diamètre qui diminue successivement de la base vers l'extrémité externe. De préférence, le diamètre interne du bord d'extrémité 25 d'ouverture de la cavité est réglé entre 50 et 80 % du diamètre externe de l'extrémité externe du tourillon, et la région de fond de la forme sphérique a un angle au centre réglé entre 120 et 160- et un rayon de courbure qui est inférieur ou égal à 50 % du diamètre interne du bord 30 d'extrémité d'ouverture de la cavité. De préférence, le croisillon est formé d'acier carburé, et un procédé d'effilement de rouleaux est appliqué à la face de roulement. De préférence, le joint à croisillon comprend quatre 35 tourillons et quatre roulements à rouleaux sont montés respectivement sur les quatre tourillons. De préférence, les bombements de forme courbe sont réalisés aux deux extrémités de chacun des rouleaux à une face périphérique externe de rouleau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 5 seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue éclatée en perspective d'un joint à croisillon dans un mode de réalisation de l'inven10 tion; la figure 2 est une coupe en élévation frontale du joint à croisillon de la figure 1; la figure 3 est une coupe d'un tourillon d'un croisillon; la figure 4 correspond à la figure 3 et représente une variante de la cavité du tourillon; la figure 5 est une vue correspondant à la figure 3 et représentant une variante de la cavité du tourillon; la figure 6 est une vue en plan d'un autre mode de 20 réalisation de joint à croisillon; et la figure 7 est une coupe d'un autre mode de réalisation du tourillon. Les figures 1 à 3 représentent un mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins, la référence 1 désigne un 25 joint à croisillon. Ce joint 1 a un premier arbre rotatif 2 et un second arbre rotatif 3 opposés coaxialement et couplés l'un à l'autre afin qu'ils puissent être inclinés tout en transmettant un couple. Le joint à croisillon 1 a une structure connue qui 30 comporte un croisillon 4 et quatre roulements à rouleaux 5A à 5D. Le croisillon 4 a quatre tourillons 41 à 44. Les quatre roulements à rouleaux 5A à 5D sont des roulements dits "à aiguilles" ayant exactement la même structure et chacun comprenant plusieurs rouleaux ou aiguilles 6, 35 un manchon de butée 7 et une cuvette annulaire externe 8. Bien qu'ils ne soient pas représentés sur les dessins, des dispositifs d'étanchéité peuvent être disposés entre les cuvettes externes 8 des roulements à rouleaux 5A à SD et les tourillons 41 à 44 du croisillon 4 afin qu'un lubrifiant, tel qu'une graisse, puisse être enfermé à l'intérieur des roulements à rouleaux 5A à 5D. Les deux tourillons 41 et 43 du croisillon précité 4 5 qui sont opposés à 180- sont montés à une extrémité du premier arbre rotatif 2 par des roulements à rouleaux 5A, 5B. Les deux tourillons restants 42, 44 du croisillon 4 qui sont opposés à 180- sont montés sur une extrémité du second arbre rotatif 3 par les roulements à rouleaux 5C, 5D. Des cuvettes annulaires externes 8 des roulements à rouleaux précités 5SA à 5D sont montées sur les deux arbres rotatifs 2, 3 par des boulons 9 ou analogues. Le montage de ces cuvettes annulaires externes 8 n'est pas particulièrement limité, car l'invention s'applique à tous les 15 procédés connus de façon générale. La cuvette annulaire externe 8 a un embout 10 à graisse destiné à l'introduction de graisse dans la cuvette annulaire externe 8. Dans ce mode de réalisation, la forme des tourillons 41 à 44 est perfectionnée comme décrit dans la suite. Chacun des roulements à rouleaux 5A à 5D a des rouleaux 6 placés en trois rangées parallèles en direction axiale. Chacun des tourillons 41 à 44 du croisillon 4 a, à sa face périphérique externe, des faces de roulement 45a, 45b, 45c ayant des diamètres externes respectifs Dl, D2 et D3 qui 25 diminuent progressivement de la base vers l'extrémité externe du tourillon et appelées faces de roulement relativement grande, moyenne et relativement petite. Ces faces de roulement 45a à 45c de chacun des tourillons 41 à 44 sont disposées en trois rangées. Ainsi, les espaces radiaux des 30 rouleaux 6 augmentent progressivement de la base vers l'extrémité externe. Les différences de diamètre externe des faces adjacentes de roulement 45a à 45c de ces tourillons 41 à 44 sont réglées à une valeur de diamètre d du rouleau 6 multipliée par un facteur compris entre 0,001 et 0,005. Sur 35 les dessins, les différences de diamètre externe des faces de roulement 45a à 45c des tourillons 41 à 44 sont exagérées. Grâce à la formation des faces de roulement de cette manière, la distribution de la pression de surface de contact exercée sur les rouleaux 6 lors de la transmission du couple est avantageusement régularisée, et un autre avantage est que les rouleaux 6 ne peuvent pas s'incliner. En outre, chacun des tourillons 41 à 44 possède une 5 cavité 46 en forme de bol. Cette cavité 46 se trouve à la partie centrale de chacun des tourillons 41 à 44 et débouche vers une face d'extrémité du tourillon. Une région inférieure 46a de la cavité 46 a une forme sphérique. Le diamètre interne de la région d'ouverture 46b 10 de cette cavité 46, à l'exception de la région du fond 46a de forme sphérique, augmente progressivement vers un bord d'extrémité d'ouverture de la cavité 46. Grâce à cette cavité 46, une partie cylindrique existant sur une partie d'extrémité externe de chacun des tourillons 41 à 44 du 15 croisillon 4 s'amincit progressivement vers son extrémité externe. Dans ce mode de réalisation, la cavité précitée 46 est réglée afin qu'elle remplisse les conditions suivantes (1) à (5). (1) La profondeur LI de la cavité 46 depuis le bord d'extrémité d'ouverture jusqu'au point le plus profond est réglée entre 30 et 70 %, de préférence entre 50 et 60 % de la longueur totale dans la direction axiale des rouleaux 6 placés en trois rangées dans la direction axiale. (2) Le diamètre interne DO de la cavité 46 au bord d'extrémité d'ouverture est réglé entre 50 et 80 %, de préférence entre 60 et 70 %, du diamètre externe D3 de chacun des tourillons 41 à 44 à son extrémité externe. (3) Un angle au centre a de la région du fond 46a de 30 la cavité 46 de forme sphérique est réglé entre 120 et 160 et de préférence entre 130 et 150-. (4) Le rayon de courbure r de la région de fond 46a de la cavité 46 de forme sphérique est réglé afin qu'il soit inférieur à 50 % du diamètre interne DO de la cavité 46 au 35 bord de l'extrémité d'ouverture. (5) La région d'ouverture 46b de la cavité 46 a une forme évasée. L'angle P de cette forme évasée de la région d'ouverture 46b est réglé entre 10 et 30 et de préférence entre 15 et 25 . En ce qui concerne la condition (5), la région d'ouverture 46b de la cavité 46 peut être formée avec une confi5 guration courbe dont le diamètre interne augmente progressivement vers le bord d'extrémité d'ouverture de la cavité 46. Dans le cas o la cavité 46 remplit les conditions précitées (1) à (5), la rigidité de chacun des tourillons 41 à 44 du croisillon 4 peut être réduite, tout en assurant une 10 résistance mécanique suffisante à chacun des tourillons 41 à 44. Bien que le centre de courbure O de la région inférieure 46a de la cavité 46 se trouve sur la figure 3 à un emplacement plus profond que l'extrémité externe de chacun 15 des tourillons 41 à 44 d'une longueur déterminée L2, ce centre de courbure O peut être placé à une position qui correspond à l'extrémité externe de chacun des tourillons 41 à 44 comme indiqué sur la figure 4, ou à une position en saillie à l'extérieur de l'extrémité externe de chacun des 20 tourillons 41 à 44 d'une distance déterminée L2 comme indiqué sur la figure 5. Plus précisément, dans le croisillon 4 ayant la structure précitée, comme la plus grande contrainte de flexion est exercée à la partie courbe de la base de chacun des 25 tourillons 41 à 44 lors de la transmission du couple, chacun des tourillons 41 à 44 fléchit dans sa totalité depuis la base. Lorsque le tourillon fléchit de cette manière, les rouleaux 6 des rangées respectives sont mis au contact des faces respectives de roulement 45a à 45c de manière 30 pratiquement régulière lors de la transmission de couple, et la concentration de la pression sur les surfaces de contact vers les bords des rouleaux est réduite. En conséquence, la durée de vie par résistance à l'exfoliation, et la durée de fatigue par flexion des faces de roulement 45a à 45c des 35 tourillons 41 à 44 du croisillon 4 peuvent être accrues. A titre de référence, dans la cas o la cavité 46 de chacun des tourillons 41 à 44 a une forme sphérique en totalité de la région de fond 46a jusqu'à la région d'ouverture 46b, sans la forme évasée, la plus grande contrainte de flexion n'agit pas à la base de chaque tourillon 41 à 44 mais agit aux faces de roulement réalisées avec la cavité 46 et les tourillons 41 à 44 ont une résis5 tance mécanique défectueuse. En résumé, la face périphérique externe de chacun des tourillons 41 à 44 du croisillon 4 qui constituent les surfaces des roulements des rouleaux placés en trois rangées dans les roulements à rouleaux 5a à 5d a un diamètre réduit 10 en trois étapes vers l'extrémité externe. En conséquence, la distribution de la pression aux faces de contact agissant sur les rouleaux 6 des rangées respectives lors de la transmission du couple est égalisée de la manière la plus importante possible sans que les rouleaux ne puissent se 15 mettre en biais. En outre, chacun des tourillons 41 à 44 du croisillon 4 a la cavité 46 de structure particulière décrite si bien que chacun des tourillons 41 à 44 fléchit en totalité depuis sa base. En conséquence, la pression aux faces de contact est uniformément répartie sur les rouleaux 20 6 par des effets de synergie des caractéristiques précédentes, et la durabilité et la fiabilité du joint à croisillon peuvent ainsi être accrues. Il est ainsi possible de réaliser le croisillon 4 en acier carburé et d'appliquer le procédé d'effilement des 25 rouleaux à la face périphérique externe de chacun des tourillons 41 à 44 du croisillon 4, jouant le rôle des faces de roulement. Dans ce cas, la résistance à la fatigue des faces de roulement peut être accrue grâce à la contrainte résiduelle de compression créée aux faces de roulement par 30 le procédé d'effilement des rouleaux et simultanément, la rugosité de surface des faces de roulement est améliorée. En outre, le rouleau précité 6 peut être formé avec des parties bombées dans sa forme courbe aux deux extrémités. Dans ce cas, la concentration de pression à la face de 35 contact par les bords du rouleau 6 aux deux extrémités dans la direction axiale peut encore être réduite et la durée de vie par résistance à l'exfoliation, et la résistance à la fatigue par flexion de la région agissant comme face de roulement du rouleau 6 peuvent être accrues. Il faut noter que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment car diverses appli5 cations et variantes peuvent être envisagées. (1) Comme l'indique la figure 6, des passages 47 destinés à transmettre de la graisse aux roulements à rouleaux 5A à 5D et à accumuler la graisse peuvent être placés dans une région allant du centre du croisillon 4 vers les fonds des 10 cavités 46 des tourillons 41 à 44. Les premières extrémités respectives de ces passages 47 débouchent individuellement au centre des fonds des cavités 46 des tourillons 41 à 44, alors que les autres extrémités des passages 47 se concentrent dans la partie centrale du croisillon 4 et 15 débouchent latéralement dans la partie centrale de ce croisillon 4. L'embout 10 à graisse destiné à introduire la graisse est monté sur une ouverture du passage 47 dans la partie centrale du croisillon 4. L'embout à graisse qui a été monté sur la cuvette annulaire externe 8 de la figure 2 20 est omis sur la figure 6. Par introduction de la graisse par l'embout 10 à l'aide d'un pistolet à graisse ou analogue, la graisse s'accumule dans les passages respectifs 47 et est transmise aux roulements à rouleaux 5A à 5D. En particulier, la graisse peut s'accumuler en grande quantité puisque les 25 cavités 46 placées dans les parties d'extrémité externe des tourillons 41 à 44 peuvent aussi être utilisées comme réserves de graisse. (2) Dans le mode de réalisation décrit, le nombre de rangées de rouleaux 6 de chacun des roulements à rouleaux 5A 30 à 5D peut être supérieur ou égal à 2. Lorsque les rouleaux 6 sont en deux rangées, par exemple, deux faces de roulement, une grande et une petite, sont formées à la face périphérique externe de chacun des tourillons 41 à 44 du croisillon 4. Cependant, les dimensions relatives de la 35 cavité 46 sont essentiellement les mêmes que dans le mode de réalisation déjà décrit. (3) Comme l'indique la figure 7, le diamètre externe D2 du tourillon 41 à 44 a la face intermédiaire du roulement 45b dans la direction axiale peut être rendu égal au diamètre externe Dl de la face 45a de roulement à la base. Ainsi, le diamètre externe de chacun des tourillons 41 à 44 peut être formé à deux valeurs, une grande et une petite, et 5 le diamètre externe d2 du rouleau intermédiaire 6 dans la direction axiale et du rouleau 6 à l'extrémité externe peut être inférieur au diamètre externe dl du rouleau 6 qui se trouve à la base du tourillon 41 à 44. Le diamètre externe D2 du rouleau intermédiaire 6 dans la direction axiale et le 10 diamètre externe D2 du rouleau 6 à l'extrémité externe sont réglés à des valeurs égales. Dans le croisillon selon l'invention, comme chacun des tourillons fléchit en totalité depuis la base lors de la transmission du couple, la durée de vie par résistance à 15 l'exfoliation et la résistance à la fatigue par flexion dans la région de la face périphérique externe de chaque tourillon, formant les faces de roulement des rouleaux du roulement à rouleaux, sont accrues. La durabilité et la fiabilité du croisillon sont ainsi accrues. En outre, comme le joint à croisillon selon l'invention a le croisillon précité, la durabilité et la fiabilité du joint à croisillon peuvent être accrues. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux croisillons qui viennent 25 d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Croisillon, caractérisé en ce qu'il comprend: un tourillon (41-44), des roulements à rouleaux (5A-5D) placés à l'extérieur 5 sur le tourillon en plusieurs rangées disposées dans la direction axiale du tourillon, et une cavité (46) formée à la face d'extrémité externe du tourillon (41-44), une région inférieure de la cavité ayant une forme sphérique, le diamètre interne de la région 10 d'ouverture de la cavité (46), sauf à sa région de fond, étant réglé afin qu'il augmente progressivement vers un bord d'extrémité d'ouverture de la cavité, et la profondeur de la cavité (46) depuis le bord d'extrémité d'ouverture jusqu'au point le plus profond de la région de fond étant réglée 15 entre 30 et 70 % de la longueur totale des roulements à rouleaux dans la direction axiale. 2. Croisillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tourillon (41-44) possède, à une face périphérique externe, plusieurs faces (45a-45c) de roulement qui ont un 20 diamètre qui diminue successivement de la base vers l'extrémité externe. 3. Croisillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne du bord d'extrémité d'ouverture de la cavité (46) est réglé entre 50 et 80 % du diamètre 25 externe de l'extrémité externe du tourillon, et la région de fond de la forme sphérique a un angle au centre réglé entre 120 et 160- et un rayon de courbure qui est inférieur ou égal à 50 % du diamètre interne du bord d'extrémité d'ouverture de la cavité. 4. Croisillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le croisillon est formé d'acier carburé, et un procédé d'effilement de rouleaux est appliqué à la face de roulement. 5. Croisillon selon la revendication 1, caractérisé en 35 ce que le joint à croisillon comprend quatre tourillons (41-44) et quatre roulements à rouleaux (5A-5D) sont montés respectivement sur les quatre tourillons (41-44). il 6. Croisillon selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bombements de forme courbe sont réalisés aux deux extrémités de chacun des rouleaux à une face périphérique externe de rouleau.