Brevet FR2890712A1 — publié le 20070316

L'invention concerne un joint à billes qui peut être utilisé pour la transmission d'un couple dans la chaîne cinématique d'un véhicule automobile. L'invention concerne en outre un arbre articulé équipé d'un tel joint à billes. On connaît par le document DE-198 31 015 Cl un dispositif d'entraînement équipé d'un joint homocinétique fixe dont la partie extérieure possède une collerette en saillie vers l'extérieur qui peut être reliée à un élément amortisseur annulaire. L'élément amortisseur est disposé entre la collerette et une partie de raccordement et il doit être composé d'une matière du type de l'aluminium dont le module d'élasticité diffère considérablement de celui de la partie extérieure, de telle manière que les vibrations des sons transmis dans les solides, qui proviennent du côté entraînement ou d'un groupe propulseur d'un véhicule automobile ne puissent pas être transmises de la partie du raccordement à la chaîne cinématique. Ce dispositif d'entraînement connu nécessite beaucoup d'espace de construction dans la région du raccordement du joint ou au niveau de la sortie de la boîte de vitesses. En supplément, la complexité du montage est aggravée par l'élément amortisseur qui doit être incorporé en supplément. Par ailleurs, les propriétés d'amortissement se révèlent elles aussi sujettes à amélioration parce que l'élément de raccordement et la collerette de la partie extérieure du joint sont reliés rigidement entre eux par un boulonnage. On a proposé par ailleurs dans le document 35 DE-22 40 436 un accouplement de rotation 2890712 2 articulé dans lequel le joint est entouré d'un manchon étanche en caoutchouc synthétique ou naturel. Dans la région du joint, ce manchon étanche est entouré en supplément d'un capuchon ou analogue, auquel cas, pour la transmission du couple, la surface extérieure de la partie extérieure du joint et la surface intérieure du manchon étanche, ainsi que la surface extérieure du manchon étanche et la surface intérieure du capuchon présentent un profil correspondant. Le montage de cet accouplement de rotation articulé est particulièrement complexe parce qu'il est nécessaire de mettre le joint en place dans le manchon étanche. En supplément, la matière élastique du manchon étanche ne convient pas pour la transmission d'un grand couple. Un but de la présente invention consiste donc à créer un joint à billes et un arbre articulé du genre cité au début, destinés à la transmission d'un grand couple et qui, tout en ne demandant qu'un espace réduit, amortissent efficacement les oscillations et vibrations. Selon l'invention, ce problème est résolu par un joint à billes possédant un moyeu intérieur et un moyeu extérieur dans lesquels sont prévus respectivement des chemins de roulement associés par paires dans lesquels, à chaque fois au moins une bille est disposée pour la transmission du couple entre le moyeu intérieur et le moyeu extérieur, et au moins un soufflet ou analogue fait en particulier d'une matière élastique à la façon du caoutchouc, au moyen duquel le moyeu extérieur peut être relié à joint étanche à un élément de raccordement qui peut être relié solidairement en rotation au moyeu intérieur, le moyeu extérieur présentant un élément intérieur présentant des chemins de roulement et fait d'une matière métallique, un élément amortisseur qui emboîte cet élément, du moins par endroits, et un capuchon qui emboîte l'élément amortisseur au moins par endroits pour assurer le raccordement du moyeu extérieur à un élément moteur ou récepteur, l'élément amortisseur étant fait d'une matière dont le module d'élasticité est inférieur à celui de la matière métallique de l'élément intérieur et/ou du capuchon mais supérieur à celui du soufflet ou analogue. Grâce à la présence de l'élément amortisseur disposé à l'intérieur du moyeu extérieur, non seulement il est possible d'obtenir un mode de construction particulièrement peu encombrant mais, en supplément, l'élément amortisseur est approprié pour amortir aussi bien les oscillations ou vibrations qui agissent dans la direction axiale du joint selon l'invention que les oscillations ou vibrations qui agissent dans la direction circonférentielle. En supplément, en choisissant spécialement les matières, on est certain qu'en dépit de bonnes propriétés d'amortissement, un grand couple pourra être transmis. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, l'élément amortisseur est composé de deux pièces de forme qui présentent chacune un segment profilé en forme de douille et un segment formant collerette qui fait saillie vers l'intérieur sur le premier segment, dans la région d'une extrémité frontale de l'élément intérieur. De cette façon, l'élément intérieur du moyeu extérieur qui présente les chemins de 4 2890712 roulement est emboîté par l'élément amortisseur sur plusieurs côtés sans qu'il n'existe aucune liaison directe entre l'élément intérieur du moyeu extérieur et le capuchon du moyeu extérieur. Ceci améliore la capacité d'amortissement dans le joint à billes selon l'invention. En supplément, dans un perfectionnement du principe de l'invention, il est possible que les segments de collerette de l'élément amortisseur qui font saillie vers l'intérieur servent de butée pour limiter la course de translation des billes et/ou d'une cage, ou dans un joint coulissant. Ici, l'élément amortisseur emboîte, de préférence séparément du soufflet ou équivalent, la surface extérieure de l'élément intérieur du moyeu extérieur et au moins par endroits, les surfaces frontales de l'élément intérieur du moyeu extérieur. Lorsque les surfaces extérieures de l'élément intérieur du moyeu extérieur et la surface intérieure de l'élément amortisseur sont munies d'un profil correspondant, en particulier d'un contour ondulé, il est possible avec le joint à billes selon l'invention d'obtenir une transmission de couples, même considérables, par sûreté de forme. La surface extérieure de l'élément intérieur est de préférence munie de saillies en forme de dents et la surface intérieure de l'élément amortisseur est munie d'évidements correspondants, pour la transmission du couple par sûreté de forme. De même, la surface extérieure de l'élément amortisseur et la surface intérieure du capuchon peuvent être munies d'un profil correspondant, en particulier d'un contour ondulé, pour la transmission du couple par sûreté de forme. La matière de l'élément amortisseur peut présenter non seulement un module d'élasticité différent de celui de la matière de l'élément intérieur et/ou du capuchon du moyeu extérieur ainsi que du soufflet, mais aussi un coefficient de dilatation thermique différent de celui de ces matières. Pour cela, il est préféré que l'élément amortisseur soit muni de zones de détente de la dilatation qui peuvent être formées en particulier par des rainures ou analogues s'étendant dans la direction axiale. Ici, il est préféré que les zones de détente de la dilatation soient constituées par des évidements s'étendant axialement sur le côté dirigé vers l'élément intérieur et/ou vers le capuchon. En présence d'un échauffement du joint à billes qui se produit pendant le fonctionnement, les contraintes thermiques qui se manifestent peuvent ainsi être absorbées, au moins partiellement, dans les zones de détente de la dilatation. Par ailleurs, il est préféré que les zones de détente de la dilatation soient prévues dans le prolongement radial du fond des rainures des chemins de roulement et/ou dans le prolongement radial d'une zone de nervure disposée entre deux chemins de roulement. Dans ces deux régions de l'élément amortisseur, sans que ceci ne détériore la transmission du couple qui se produit essentiellement par l'intermédiaire des régions de flancs s'étendant à peu près radialement entre l'élément amortisseur et l'élément intérieur ou le capuchon du moyeu extérieur. 2890712 6 On peut obtenir un effet d'amortissement particulièrement bon lorsque l'élément amortisseur possède un module d'élasticité qui est inférieur à environ 50 % du module d'élasticité de l'élément intérieur et/ou du capuchon du moyeu extérieur. Ici, un module d 'élasticité de l'élément amortisseur qui est inférieur à environ 35 % du module d'élasticité de l'élément intérieur et/ou du capuchon est particulièrement préféré. Comme matières appropriées pour l'élément amortisseur, on peut envisager, par exemple, les matières du type de l'aluminium, les matières plastiques et/ou les matières caoutchouteuses. Le problème qui est à la base de l'invention est en outre résolu par un arbre articulé, en particulier un arbre de transmission longitudinal pour véhicules automobiles, qui présente un premier joint, côté boîte de vitesses, qui est relié à un premier tronçon d 'arbre, un deuxième joint, côté différentiel, qui est relié à un autre tronçon d'arbre, et au moins un joint central qui est relié au premier tronçon d'arbre et à l'autre tronçon d'arbre, au moins le joint côté boîte de vitesses et le joint côté différentiel étant constitués par des joints à billes comportant un élément amortisseur prévu dans le moyeu extérieur. Comparativement aux arbres articulés dans lesquels il n'est prévu qu'un seul élément amortisseur, par exemple entre deux tronçons d 'arbre, l'arbre articulé selon l'invention apporte l'avantage consistant en ce que les oscillations et vibrations, aussi bien côté boîte de vitesses que côté différentiel sont amorties, de sorte que le silence de fonctionnement de l'arbre articulé lui-même est considérablement amélioré. Dans une variante du principe de l'invention, il est prévu que le joint côté boîte de vitesses et le joint côté différentiel soient constitués par des joints coulissants possédant des chemins de roulement s'étendant dans la direction axiale et que le joint central soit constitué par un joint homocinétique fixe présentant la forme d'un joint à contre-chemin de roulement. Cette configuration de l'arbre articulé selon l'invention autorise non seulement un montage simplifié, puisque les deux joints disposés aux extrémités peuvent coulisser axialement, mais aussi elle améliore encore le silence de fonctionnement puisque tous les chocs ou vibrations qui agissent dans la direction axiale peuvent aussi être absorbés par le joint coulissant côté boîte de vitesses ou côté différentiel. Des variantes et possibilités avantageuses d 'utilisation ressortent de la description d 'exemples de réalisation et du dessin qui va suivre. Toutes les caractéristiques décrites et/ou représentées graphiquement forment isolément ou en toutes combinaisons l'objet de l'invention indépendamment de leur regroupement dans les revendications et de leur rattachement. La Figure 1 montre une coupe longitudinale d 'un joint à billes selon une première forme de réalisation de l'invention, la Figure 2 montre une coupe du joint selon la Figure 1, prise selon la ligne A-A, 2890712 8 la Figure 3 montre une coupe longitudinale d'un joint à billes selon une autre forme de réalisation de l'invention, la Figure 4 montre une coupe du joint selon 5 la Figure 3, prise selon la ligne A-A, la Figure 5 montre une coupe longitudinale d'un arbre articulé selon l'invention et la Figure 6 montre une coupe longitudinale du joint central de l'arbre articulé selon la 10 Figure 5. Les joints à billes représentés sur les Figures présentent à chacun un moyeu intérieur 1 (qui a été omis sur la Figure 2), un moyeu extérieur 2 et des billes 3 qui sont guidées dans une cage 4 entre le moyeu intérieur 1 et le moyeu extérieur 2. Pour cela, on a prévu dans le moyeu intérieur 1 et dans le moyeu extérieur 2 des chemins de roulement 5 disposés par paires dans lesquels les billes 3 sont logées. Le joint représenté sur les Figures 1 et 2 est constitué ici par un joint coulissant dans lequel les chemins de roulement 5 s'étendent au moins approximativement dans la direction axiale, de sorte que le moyeu intérieur 1 peut coulisser par rapport au moyeu extérieur 2 sur une course définie, les billes 3 roulant alors dans les chemins de roulement 5. Au contraire, les joints à billes représentés sur les Figures 3, 4 et 6 sont des joints fixes à contre-chemins de roulement qui n'admettent sensiblement qu'un mouvement angulaire entre le moyeu intérieur 1 et le moyeu extérieur 2. Dans les joints représentés sur les Figures 1 à 4, le moyeu extérieur 2 est composé d'un élément intérieur 6 au moins approximativement 9 2890712 annulaire sur la surface intérieure duquel sont prévus les chemins de roulement 5. L'élément intérieur 6 est emboîté par un élément amortisseur 7 qui est composé de deux pièces de forme 7a et 7b. Chacune des pièces de forme 7a et 7b est composée d'un segment profilé 8 en forme de douille qui est en appui par sûreté de forme contre la surface extérieure, elle aussi profilée, de l'élément intérieur 6. Sur le segment 8 en forme de douille, font saillie vers l'intérieur, dans la région de l'extrémité frontale correspondant de l'élément intérieur 6, des segments de collerette 9 qui emboîtent le côté frontal de l'élément intérieur 6, au moins par endroits. Les segments de collerette 9 de l'élément amortisseur 7 peuvent ici s'étendre suffisamment loin vers l'intérieur pour servir, par exemple, de butée pour les billes 3, ou pour s'appuyer sur une butée de ce genre, comme ceci est représenté sur les Figures 1 et 3. Par ailleurs, l'élément amortisseur 7 est emboîté par un capuchon 10 qui est relié à une douille 11 pour raccorder le moyeu extérieur 2 à un élément moteur ou récepteur. La douille il représentée sur les Figures 1 et 3 est ici munie d'une denture intérieure de sorte qu'elle peut être emboîtée solidairement en rotation sur le bout d'arbre ou sur un tourillon de la sortie de la boîte de vitesses ou de l'entrée du différentiel. Comme on peut le voir sur la représentation des Figures 2 et 4, le capuchon 10 présente aussi un profil qui correspond au contour extérieur de l'élément amortisseur 7, de sorte que le capuchon 10 est relié à l'élément amortisseur 7 pour assurer la transmission du couple par sûreté de forme. L'élément amortisseur 7 est composé d'une matière, telle que l'aluminium, une matière plastique et/ou une matière caoutchouteuse qui présente un module d'élasticité inférieur à celui de la matière métallique de l'élément intérieur 6 du moyeu extérieur ou du capuchon 10 du moyeu extérieur. Sur le moyeu extérieur 2, est prévu un soufflet plissé 12 indiqué schématiquement sur la Figure 1, destiné à relier le joint hermétiquement à un tronçon d'arbre qui s'y raccorde. La matière du soufflet plissé 2 présente ici un module d'élasticité qui est inférieur à celui de l'élément amortisseur 7. Le module d'élasticité de l'élément amortisseur 7 peut être par exemple inférieur à environ 35 % du module d'élasticité de l'élément intérieur 6 ou du capuchon 10 du moyeu extérieur 2. Pour pouvoir compenser une dilatation thermique provoquée par la différence de coefficient de dilatation thermique entre l'élément amortisseur 7 et les éléments qui y sont adjacents, l'élément amortisseur 7 est formé des deux pièces de forme 7a et 7b, ce qui autorise une petite variation de la longueur axiale de l'élément amortisseur 7. Ceci facilite en outre le montage de l'élément amortisseur 7 sur l'élément intérieur 6 du moyeu extérieur 2. En supplément, comme ceci est représenté sur la Figure 2, des zones de détente de la dilatation 13 sont formées sur la surface intérieure et/ou la surface extérieure de l'élément amortisseur 7, lesquelles zones s'étendent dans la direction axiale de l'élément amortisseur 7. Dans la forme de réalisation représentée sur la Figure 2, les zones de détente de la dilatation 13 sont constituées par des évidements, par exemple en forme de rainure, qui sont prévues dans les régions de l'élément amortisseur 7 qui sont moins sollicitées pour la transmission du couple, à savoir dans le prolongement radial du fond de rainure des chemins de roulement 5 ou dans le prolongement radial d'une zone de nervure disposée entre deux chemins de roulement 5. Dans la forme de réalisation représentée sur la Figure 4, les flancs entre l'élément intérieur 6 du moyeu extérieur et l'élément amortisseur 7 sont conformés de manière que, pour améliorer l'amortissement et pour obtenir une bonne transmission du couple, l'élément amortisseur 7 présente dans cette région une plus grande épaisseur de paroi que dans les régions qui se trouvent dans le prolongement radial du fond de rainure roulement et, prolongement radial disposée entre deux contraintes thermiques absorbées par ce moyen le joint représenté sur zones de détente de la prévues, par exemple de la même façon que les zones de détente de la dilatation 13 représentées sur la Figure 2. L'arbre articulé représenté sur la Figure 5 présente un joint 14 côté boîte de vitesses et un joint 15 côté différentiel, ainsi qu'un joint des chemins de respectivement dans le d'une région de nervure chemins de roulement. Les peuvent aussi être et, en supplément, dans les Figures 3 et 4, des dilatation peuvent être central 16 représenté en détail sur la Figure 6. Ici, le joint 14 côté boîte de vitesses et le joint central 16 sont reliés par un premier tronçon d'arbre 17a et le joint côté différentiel 15 et le joint central 16 sont reliés par un deuxième tronçon d'arbre 17b. Les joints côté boîte de vitesses et côté différentiel, 14, 15, sont tous deux des joints coulissants correspondant à la forme de réalisation des Fig. 1 et 2. Au contraire, le joint central 16 est constitué par un joint fixe, auquel est associé un palier 18. Dans la forme de réalisation représentée, le joint central 16 n'est pas muni d'un élément amortisseur 7, comme représenté sur les Fig. 3 et 4. Toutefois, à la différence de cette représentation, le joint central 16 peut aussi être muni d'un élément amortisseur. Grâce à cette configuration de l'arbre articulé, les déplacements axiaux de la boîte de vitesses ou du différentiel, qui se produisent dans le fonctionnement sont absorbés par les deux joints coulissants 14 et 15. En supplément, les éléments amortisseurs 7 qui sont prévus dans ces joints réduisent considérablement les vibrations et oscillations, de sorte que ces dernières ne se propagent pas de la boîte de vitesses ou différentiel ni inversement, par l'intermédiaire de l'arbre articulé. Ceci améliore considérablement le silence de fonctionnement de l'arbre articulé selon l'invention et conduit ainsi à une nette amélioration du confort de conduite d'un véhicule automobile. R E V E N D I C A T I O N S 1. Joint à billes possédant un moyeu intérieur et un moyeu extérieur dans lesquels sont prévus respectivement des chemins de roulement associés par paires dans lesquels, à chaque fois, au moins une bille (3) est disposée pour la transmission du couple entre le moyeu intérieur et le moyeu extérieur, et au moins un soufflet ou analogue fait en particulier d'une matière élastique à la façon du caoutchouc, au moyen duquel le moyeu extérieur peut être relié à joint étanche par rapport à un élément de raccordement qui peut être relié solidairement en rotation au moyeu intérieur, le moyeu extérieur présentant un élément intérieur présentant des chemins de roulement qui est fait d'une matière métallique, un élément amortisseur (7) qui emboîte cet élément, du moins par endroits, et un capuchon qui emboîte l'élément amortisseur au moins par endroits pour le raccordement du moyeu extérieur à un élément moteur ou récepteur, l'élément amortisseur étant fait d'une matière dont le module d'élasticité est inférieur à celui de la matière métallique de l'élément intérieur et/ou du capuchon du moyeu extérieur et supérieur à celui du soufflet ou analogue. 2. Joint à billes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément amortisseur (7) emboîte, séparément du soufflet, la surface extérieure de l'élément intérieur et au moins par endroits la surface frontale de l'élément intérieur. 3. Joint à billes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément amortisseur (7) est composé de deux pièces de forme qui présentent chacune un segment profilé, en forme de douille et un segment formant collerette, qui fait saillie vers l'intérieur dans la région d'une extrémité frontale de l'élément intérieur. 4. Joint à billes selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'élément intérieur et la surface intérieure de l'élément amortisseur (7) sont munies d'un profil correspondant, en particulier d'un contour ondulé, pour assurer la transmission du couple par sûreté de forme. 5. Joint à billes selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'élément intérieur présente des saillies en forme de dents et la surface intérieure de l'élément amortisseur (7) présente des évidements correspondants, pour la transmission du couple par sûreté de forme. 6. Joint à billes selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'élément amortisseur (7) et la surface intérieure du capuchon sont munies d'un profil correspondant, en particulier d'un contour ondulé, pour la transmission du couple par sûreté de forme. 7. Joint à billes selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément amortisseur (7) présente des zones de détente de la dilatation s'étendant dans la direction axiale, en particulier en forme de rainure, qui sont formées sur le côté de l'élément amortisseur (7) qui est dirigé vers l'élément intérieur et/ou vers le capuchon. 8. Joint à billes selon la revendication 7, caractérisé en ce que les zones de détente de dilatation sont prévues dans le prolongement radial du fond de rainure des chemins de roulement (5) et/ou dans le prolongement radial d'une région de nervure disposée entre deux chemins de roulement (5). 9. Joint à billes selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément amortisseur (7) possède un module d'élasticité qui est inférieur à environ 50 %, en particulier inférieur à environ 35 %, du module d'élasticité de l'élément intérieur et/ou du capuchon du moyeu extérieur. 10. Joint à billes selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément amortisseur (7) est composé, au moins en partie, d'un matière du type de l'aluminium, d'une matière plastique et/ou d'une matière caoutchouteuse. 11. Arbre articulé, en particulier arbre de transmission longitudinal pour véhicules automobiles, possédant un premier joint (14) côté boîte de vitesses qui est relié à un premier tronçon d'arbre, un deuxième joint (15) côté différentiel, qui est relié à un autre tronçon d'arbre, et au moins un joint central qui est relié au premier tronçon d'arbre et à un autre tronçon d'arbre, le joint (14) côté boîte de vitesses et le joint (15) côté différentiel étant constitué par un joint à billes selon une des revendications précédentes, qui possède un élément amortisseur prévu dans le moyeu extérieur. 12. Arbre articulé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le joint (14) côté boîte de vitesses et le joint (15) côté différentiel sont constitués par des joints coulissants possédant des chemins de roulement qui s'étendent dans la direction axiale, et en ce que le joint central est constitué par un joint homocinétique fixe constitué par un joint à contre-chemins de roulement.