Brevet FR3164261A1 — publié le 20260109

L’invention concerne un joint de cardan (1) comportant deux fourches d’articulation (10, 20) s’étendant chacune selon une direction d’élongation respective (O 1 , O 2 ) et comprenant chacune deux joues (12, 22) agencées en regard l’une de l’autre, lesdites fourches étant articulées entre elles au niveau de leurs joues par un croisillon (30) comprenant un premier tourillon (31) et un second tourillon (32) agencés en forme de croix perpendiculairement l’un par rapport à l’autre, les deux extrémités libres de chaque dit tourillon étant engagées dans deux trous correspondants oblongs (12A, 22A) ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre sur les deux joues d’une dite fourche respective et orientés parallèlement à ladite direction d’élongation de cette fourche, ledit joint de cardan comportant en outre un soufflet élastiquement déformable (40) rempli d’un produit lubrifiant et dans lequel sont enfermés de manière étanche ledit croisillon et les joues desdites fourches d’articulation. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 Joint de cardan lubrifié corrigeant les désalignements angulaires et axiaux Le contexte technique de la présente invention est celui des éléments de couplage en rotation, et notamment ceux utilisés dans le domaine automobile, de manière non limitative. Plus particulièrement, l’invention vise un joint de cardan. Les dispositifs de transmission de mouvement entre deux arbres mécaniques qui ne sont pas parfaitement alignés sont essentiels dans de nombreuses applications industrielles et mécaniques. Parmi ces dispositifs, le joint de cardan, également connu sous le nom de joint universel, est principalement utilisé pour corriger les désalignements angulaires entre deux arbres tournants dont la position angulaire de l’un par rapport à l’autre peut évoluer. Ce type de joint permet une rotation uniforme, même lorsque les arbres ne sont pas alignés de manière parfaite, en transmettant le couple à travers une série de mouvements articulés. Dans les véhicules automobiles à propulsion, le train arrière est entraîné par le mouvement de rotation de l'arbre de transmission qui transfère l'énergie depuis le moteur d’entraînement implanté dans la partie avant. De tels joints de cardan sont classiquement implantés sur la chaîne de transmission arrière de ces véhicules entre l’arbre de transmission du moteur d’entraînement et les arbres des roues arrière pour corriger les désalignements angulaires entre ces arbres tournants. Lorsque que le train arrière d’un tel véhicule à propulsion est équipé de ressorts à lames, celui-ci ne se débat pas strictement dans l'axe vertical. En effet, en fonction de la géométrie de la route et de la vitesse du véhicule automobile, le ressort à lames se comprime, entraînant le pivotement de la jumelle, et provoquant une légère variation de l'empattement par rapport à la position des roues arrière. Pour compenser ces variations d’empattement et assurer une transmission continue, des joints coulissants sont ainsi généralement implantés en série avec les joints de cardan, ce qui qui engendre des coûts supplémentaires, d’équipement et de main d’œuvre, ainsi que des problèmes accrus de fiabilité, d’usure et d’entretien. La présente invention vise à améliorer la situation. Elle propose à cet effet un joint de cardan comportant deux fourches d’articulation s’étendant chacune selon une direction d’élongation respective et comprenant chacune deux joues agencées en regard l’une de l’autre, lesdites fourches étant articulées entre elles au niveau de leurs joues par un croisillon comprenant un premier tourillon et un second tourillon agencés en forme de croix perpendiculairement l’un par rapport à l’autre, les deux extrémités libres de chaque dit tourillon étant engagées dans deux trous correspondants ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre sur les deux joues d’une dite fourche d’articulation respective ; caractérisé en ce que lesdits trous ménagés sur chaque dite fourche d’articulation sont oblongs et orientés parallèlement à ladite direction d’élongation de cette fourche, et ce que ledit joint de cardan comporte en outre un soufflet élastiquement déformable rempli d’un produit lubrifiant et dans lequel sont enfermés de manière étanche ledit croisillon et les joues desdites fourches d’articulation. Le joint de cardan selon l’invention permet ainsi de rattraper un désalignement angulaire mais également une variation axiale de l’empâtement entre deux arbres accouplés à ses deux fourches d’articulation. Le maintien du croisillon et des joues des fourches d’articulation de façon permanente dans un produit lubrifiant permet en outre de minimiser les efforts de friction qu’ils subissent de sorte à limiter leur usure et à augmenter la durée de vue du joint de cardant. Selon des caractéristiques préférées dudit joint de cardan selon l’invention : - ledit soufflet est réalisé en matériau élastomère ; - ledit soufflet comporte un corps principal tubulaire cylindrique corrugué entourant lesdites fourches et présentant des ondulations en accordéon ; - chaque fourche d’articulation comprend un manchon cylindrique creux, destiné à être accouplé par emmanchement à un arbre tournant, et d’un bord d’extrémité duquel s’étendent en saillie ses deux joues ; - ledit soufflet comporte également deux collerettes annulaires d’extrémité raccordées aux deux bords dudit corps tubulaire et emmanchées chacune de manière étanche sur le manchon d’une dite fourche correspondante ; - ledit produit lubrifiant est constitué par une huile de lubrification de type minérale, semi-synthétique ou synthétique ; - ledit produit lubrifiant est constitué par une huile de lubrification synthétique à base de polyglycol ; et/ou - lesdits trous oblongs ménagés sur lesdites fourches d’articulation présentent tous la même longueur. L’invention vise également sous un second aspect un système de transmission pour véhicules automobiles comportant au moins un tel joint de cardan. L’invention vise enfin sous un troisième aspect un véhicule automobile équipé d’un tel système de transmission. L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - FIG. 1 représente une vue latérale en élévation d’un joint de cardan selon l’invention ; - FIG. 2 est une vue en perspective du joint de cardan de la FIG. 1 dont une partie du soufflet a été découpée de sorte à permettre une vision partielle des éléments constitutifs de ce cardan dissimulés par ce soufflet ; - FIG. 3 représente une vue en perspective du joint de cardan de la FIG. 1 dépourvu de son soufflet et dans une configuration de désalignement angulaire ; et - FIG. 4 illustre trois vues de dessus du joint de cardan de la FIG. 1 dépourvu de son soufflet et suivant trois configurations de rattrapage axial différentes. En référence aux figures 1 à 4, le joint de cardan 1 selon l’invention comporte une première fourche d’articulation 10 et une seconde fourche d’articulation 20 s’étendant chacune selon une direction d’élongation respective O 1 , O 2 . Chacune de ces fourches d’articulation 10, 20 comprend un manchon cylindrique creux 11, 21 destiné à être accouplé par emmanchement à un arbre tournant respectif (par exemple, à l’arbre de transmission du moteur d’entraînement d’un véhicule pour le manchon 11 de première fourche 10 et à l’arbre d’une roue arrière de ce véhicule pour le manchon de la seconde douille 20). Chaque fourche d’articulation 10, 20 comprend également deux joues 12, 22 s’étendant en saillie d’un bord d’extrémité du manchon 11, 21 et agencées en regard l’une de l’autre symétriquement vis-à-vis d’un plan médian de cette fourche correspondant à un plan diamétral de son manchon 11, 21. Ces deux fourches d’articulation 10, 20 sont articulées entre elles, au niveau de leurs joues 12, 22, par un croisillon 30 comprenant un premier tourillon cylindrique 31 et un second tourillon cylindrique 32 agencés en forme de croix perpendiculairement l’un par rapport à l’autre. Les deux extrémités libres de chaque tourillon 31, 32 sont engagées dans deux trous oblongs correspondants 12A, 22A ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre sur les deux joues 12, 22 d’une fourche d’articulation respective 10, 20 et orientés parallèlement à la direction d’élongation O 1 , O 2 de cette fourche. Cette conformation particulière des trous 12A, 22A autorise d’une part le pivotement de chacune des fourches d’articulation 10, 20 autour de l’axe d’un tourillon correspondant 31, 32, et d’autre part la translation relative entre le croisillon 30 et chaque fourche d’articulation 10, 20 suivant la direction d’élongation O 1 , O 2 de cette dernière. Les trous oblongs 12A, 22A ménagés sur les deux fourches d’articulation 10, 20 présentent avantageusement tous la même longueur de sorte que le débattement à translation de chaque fourche d’articulation 10, 20 vis-à-vis du croisillon 30 soit identique. La dimension en largeur de ces trous oblongs 12A, 22A sera choisie préférentiellement égale (ou quasiment) au diamètre des extrémités libres des tourillons 31, 32 de sorte à éviter tout jeu de translation entre les fourches d’articulation 10, 20 et le croisillon 30 selon des axes perpendiculaires à leur directions d’élongation O 1 , O 2 . La FIG. 3 illustre une vue en perspective du joint de cardan 1 selon l’invention en configuration de rattrapage angulaire, dans laquelle il permet la transmission fluide du mouvement rotatif entre deux arbres non représentés accouplés aux deux fourches d’articulation 10, 20 et désalignés angulairement l’un par rapport à l’autre. Le rattrapage angulaire effectué par le joint de cardan 1 compense ces désalignements angulaires et assure la transmission fluide du mouvement rotatif entre ces arbres tout en réduisant les efforts et l'usure associés à ces désalignements. La FIG. 4 illustre plusieurs vues A1, A2, A3 illustrant plusieurs configurations axiales différentes. Sur la vue A1, le joint de cardan 1 occupe sa configuration de rattrapage axial maximum en éloignement des deux fourches 10, 20, dans laquelle les deux extrémités libres du premier tourillon 31 sont en butée contre les extrémités distales des deux trous oblongs correspondants 12A de la première fourche 10, tandis que les deux extrémités libres du second tourillon 32 sont en butée contre les extrémités distales des deux trous oblongs correspondants 22A de la seconde fourche 20. Sur la vue A3, le joint de cardan 1 occupe sa configuration de rattrapage axial maximum en rapprochement des deux fourches 10, 20, dans laquelle les deux extrémités libres du premier tourillon 31 sont en butée contre les extrémités proximales des deux trous oblongs correspondants 12A de la première fourche 10, tandis que les deux extrémités libres du second tourillon 32 sont en butée contre les extrémités proximales des deux trous oblongs correspondants 22A de la seconde fourche 20. La vue A2 montre le joint de cardan 1 dans une configuration intermédiaire entre celles illustrées par les vues A1 et A2, dans laquelle les deux extrémités libres du premier tourillon 31 sont positionnées au centre des deux trous oblongs correspondants 12A de la première fourche 10, tandis que les deux extrémités libres du second tourillon 32 sont positionnées au centre des deux trous oblongs correspondants 22A de la seconde fourche 20. Ainsi, le joint de cardan 1 selon l’invention permet à la fois de rattraper un désalignement angulaire mais également une variation axiale de l’empâtement entre deux arbres non représentés accouplés aux deux fourches d’articulation 10, 20. Le joint de cardan 1 selon l’invention comporte, en outre, un soufflet élastiquement déformable 40 rempli d’un produit lubrifiant et dans lequel sont enfermés de manière étanche le croisillon 30 et les joues 12, 22 des fourches d’articulation 10, 20. Le maintien de ces éléments de façon permanente dans un tel produit lubrifiant permet ainsi de minimiser les efforts de friction qu’ils subissent, de sorte à limiter leur usure et à augmenter la durée de vue du joint de cardant 1. Cela permet en outre d’optimiser le rendement de transmission de l’énergie de rotation entres les deux arbres couplés aux fourches 10, 20 de ce joint de cardan 1. Le produit lubrifiant utilisé sera de préférence constitué par une huile de lubrification. On pourra par exemple utiliser une huile minérale (i.e. dérivée du raffinage du pétrole brut) en raison de leur disponibilité, de leur coût relativement bas, et de leurs propriétés de stabilité chimique. Pour de meilleures performances, on pourra également utiliser une huile semi-synthétique ou synthétique, et notamment une huile synthétisée à base de polyglycol offrant une stabilité chimique et thermique exceptionnelle. L’utilisation d’une graisse haute-performance est également envisageable. Grâce à son élasticité, le soufflet 40 est capable de suivre le pivotement et la translation des fourches 10, 20 vis-à-vis de ce croisillon 30. Ce soufflet 40 est réalisé avantageusement dans un matériau élastomère, de préférence un thermoplastique élastomère (TPE) tel qu’un un caoutchouc nitrile, un polychloroprène ou un EPDM (éthylène-propylène-diène monomère). Comme on peut le remarquer sur les figures 1 et 2, le soufflet 40 comporte un corps principal tubulaire cylindrique corrugué 41 entourant les fourches 10, 20 et présentant des ondulations en accordéon pour faciliter sa déformation harmonieuse par flexion ou par allongement ou compression, lors du pivotement et/ou de la translation des fourches 10, 20. Il comporte également deux collerettes annulaires d’extrémité 42 raccordées aux deux bords de ce corps tubulaire 41 et emmanchées chacune de manière étanche sur le manchon 11, 21 d’une fourche correspondante 10, 20. Le corps principal tubulaire 41 de ce soufflet 40 est pourvu d’un orifice 43 (visible partiellement sur la FIG. 2 ) pour l’injection du produit lubrifiant. Cet orifice 43 est prévu pour être obturé par un bouchon amovible non représenté. De nombreuses variantes sont envisageables et on rappelle à cet égard que la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe également toutes les variantes d’exécution à la portée de l'homme du métier. Sa mise en œuvre n’est en outre pas limitée au domaine automobile. Joint de cardan (1) comportant deux fourches d’articulation (10, 20) s’étendant chacune selon une direction d’élongation respective (O 1 , O 2 ) et comprenant chacune deux joues (12, 22) agencées en regard l’une de l’autre, lesdites fourches (10, 20) étant articulées entre elles au niveau de leurs joues (12, 22) par un croisillon (30) comprenant un premier tourillon (31) et un second tourillon (32) agencés en forme de croix perpendiculairement l’un par rapport à l’autre, les deux extrémités libres de chaque dit tourillon (31, 32) étant engagées dans deux trous correspondants (12A, 22A) ménagés en vis-à-vis l’un de l’autre sur les deux joues (12, 22) d’une dite fourche d’articulation respective (10, 20) ; caractérisé en ce que lesdits trous (12A, 22A) ménagés sur chaque dite fourche d’articulation (10, 20) sont oblongs et orientés parallèlement à ladite direction d’élongation (O 1 , O 2 ) de cette fourche (10, 20), et ce que ledit joint de cardan (1) comporte en outre un soufflet élastiquement déformable (40) rempli d’un produit lubrifiant et dans lequel sont enfermés de manière étanche ledit croisillon (30) et les joues (12, 22) desdites fourches d’articulation (10, 20). Joint de cardan (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit soufflet est réalisé en matériau élastomère. Joint de cardan (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit soufflet comporte un corps principal tubulaire cylindrique corrugué entourant lesdites fourches et présentant des ondulations en accordéon. Joint de cardan (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque fourche d’articulation (10, 20) comprend un manchon cylindrique creux (11, 21), destiné à être accouplé par emmanchement à un arbre tournant, et d’un bord d’extrémité duquel s’étendent en saillie ses deux joues (12, 22). Joint de cardan (1) selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit soufflet (40) comporte également deux collerettes annulaires d’extrémité (42) raccordées aux deux bords dudit corps tubulaire (41) et emmanchées chacune de manière étanche sur le manchon (11, 21) d’une dite fourche correspondante (10, 20). Joint de cardan (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit produit lubrifiant est constitué par une huile de lubrification de type minérale, semi-synthétique ou synthétique. Joint de cardan (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit produit lubrifiant est constitué par une huile de lubrification synthétique à base de polyglycol. Joint de cardan (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits trous oblongs (12A, 22A) ménagés sur lesdites fourches d’articulation (10, 20) présentent tous la même longueur. Système de transmission pour véhicules automobiles, comportant au moins un joint de cardan (1) selon l’une des revendications 1 à 8. Véhicule automobile équipé d’un système de transmission selon la revendication 9.