FR2760056A1 - Joint homocinetique a chemins de roulement evases - Google Patents

Joint homocinetique a chemins de roulement evases Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un joint homocinétique pour la transmission d'un couple comportant une partie extérieure (31) munie de chemins de roulement externes (38) , une partie intérieure (32) munie de chemins de roulement internes (42) , des billes (33) transmettant le couple, qui sont guidées par des paires de chemins de roulement externes et internes (38, 42) , et une cage à billes (34) qui reçoit les billes (33) dans des ouvertures (43) réparties sur la périphérie en les maintenant dans un plan commun et en les amenant dans le plan bisecteur de l'angle d'inclinaison, dans lequel les lignes médianes des chemins de roulement externes et internes (38, 42) sont constituées chacune par au moins deux sections de courbures différentes qui se raccordent l'une à l'autre, caractérisé en ce que la distance entre les lignes médianes S des chemins de roulement dans la partie extérieure du joint et l'axe AA du joint est augmentée dans les sections terminales S2 en direction de l'ouverture (37) de la partie extérieure du joint.

Description

I La présente invention concerne un joint homocinétique pour la
transmission d'un couple comportant une partie extérieure (cloche) munie de chemins de roulement des billes extérieurs, une partie intérieure (noix) munie de chemins de roulement des billes intérieurs, des billes transmettant le couple qui sont guidées par des paires de chemins de roulement extérieurs et intérieurs, et une cage à billes qui reçoit les billes dans des ouvertures réparties sur la périphérie en les maintenant dans un plan commun et en les amenant dans un plan bisecteur de l'angle d'inclinaison lors d'une inclinaison du joint, dans lequel les lignes médianes des chemins de roulement extérieurs et intérieurs sont constituées chacune par au
moins deux sections de courbures différentes qui se succèdent.
Les joints de ce type sont connus sous l'appellation de joints fixes selon le système Rzeppa ou de joints fixes sans contre-dépouille. Des joints de ce type sont décrits dans le document DE-A 22 52 827. Pour une taille déterminée d'un tel joint, en particulier en ce qui concerne sa longueur axiale, il existe une dépendance réciproque entre l'angle d'inclinaison maximal du joint et le diamètre de l'arbre de sortie qui doit être relié à la partie intérieure du joint. L'angle d'inclinaison est limité d'une part par le fait qu'il est nécessaire d'éviter que les billes ne sortent des extrémités des chemins de roulement, plus précisément par le fait qu'il est nécessaire de garantir une distance de sécurité suffisante entre le point de contact des billes dans le chemin de roulement et le bord des chemins de roulement, compte tenu des sollicitations auxquelles sont soumis les bords extrêmes des chemins de roulement, et d'autre part par le diamètre de l'arbre de sortie qui, lors d'une inclinaison de la partie intérieure du joint, vient buter contre un cône intérieur de la partie extérieure du joint en évitant ainsi une inclinaison plus importante. De manière judicieuse, le diamètre de l'arbre de sortie et la forme et la position du cône intérieur sont adaptés réciproquement de manière que la butée de l'arbre de sortie coïncide avec l'obtention de la distance de sécurité nécessaire entre le point de contact des billes et le bord extrême des chemins de roulement. Le développement de la construction automobile exige de plus grandes performances des joints homocinétiques cités, ce qui signifie que, pour un encombrement et une masse prédéterminés, la durabilité et le domaine de fonctionnement doivent être augmentés ou que, pour une durabilité et un domaine
de fonctionnement prédéterminés, l'encombrement et la masse doivent être réduits.
Dans le cas des constructions de joints connues, il n'est possible d'obtenir un gain, par exemple en ce qui concerne l'angle d'inclinaison, qu'au prix
d'une durabilité et d'une résistance à la rupture réduites.
C'est pourquoi la présente invention a pour but de proposer un joint homocinétique du type décrit ci-dessus dont les performances sont améliorées de manière à permettre une augmentation du domaine de fonctionnement et une réduction de l'encombrement et de la masse sans préjudice pour les autres paramètres. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que la distance entre les lignes médianes des chemins de roulement des billes dans la partie extérieure du joint et l'axe de la partie extérieure augmente au niveau des sections terminales des lignes médianes en direction de l'ouverture de la partie extérieure du joint. Ces sections terminales peuvent s'étendre selon des lignes de courbure déterminées, par exemple sous forme d'arcs de cercle, ou bien encore il peut s'agir de segments
de droite faisant un certain angle avec l'axe de la partie extérieure du joint.
Selon une forme de réalisation que l'on préfère, les lignes médianes des chemins de roulement des billes de la partie extérieure du joint comportent chacune une section interne à courbure convexe et, du côté de l'ouverture, une section terminale à courbure concave opposée. Ceci signifie que les sections internes s'étendent au moins en partie en présentant une courbure autour du centre du joint et que les sections terminales situées du côté de l'ouverture s'étendent avec une courbure opposée tournée vers l'extérieur. Ainsi, la forme de la partie extérieure du joint est caractérisée par le fait que les chemins de roulement des billes s'évasent au niveau de leur extrémité, en direction de l'ouverture de la partie
extérieure du joint, ou s'éloignent radialement les uns des autres.
Selon un agencement particulier, il peut être prévu que les sections internes s'étendent chacune en présentant une courbure autour d'un centre situé à l'intérieur de la partie extérieure du joint et en outre, éventuellement, que les sections terminales s'étendent chacune en présentant une courbure autour d'un centre situé à l'extérieur de la partie extérieure du joint. Entre les sections internes et terminales, il peut être prévu une section rectiligne qui se raccorde
tangentiellement aux sections courbées.
Pour des raisons de symétrie, les lignes médianes des chemins de roulement des billes de la partie intérieure du joint s'évasent ou s'écartent les unes des autres au niveau de l'extrémité axialement opposée, c'est-à-dire en direction du fond de la partie extérieure du joint, dans une section terminale, de sorte que leur distance à l'axe de la partie intérieure du joint est maximale au niveau de ladite extrémité. L'effet résultant de la configuration des chemins de roulement selon l'invention réside dans le fait que, contrairement au cas des joints selon l'état de la technique, dans lesquels les points de contact des billes dans les chemins de roulement sont situés sensiblement dans des plans radiaux passant par les centres correspondants des billes, selon la présente invention il existe une distance axiale entre les points de contact des billes dans les chemins de roulement et les plans radiaux passant par les centres des billes, les points de contact étant décalés par rapport au plan médian du joint. Ceci permet d'obtenir des améliorations en ce qui concerne les paramètres longueur du joint/masse du joint, angle d'inclinaison
maximal et diamètre de l'arbre de sortie.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante
d'un exemple de réalisation préféré d'un joint fixe sans contredépouille.
Toutefois, l'absence de contre-dépouille des chemins de roulement des billes ne constitue pas une nécessité pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans les dessins annexés: la figure 1 représente un joint homocinétique sans contre-dépouille selon l'état de la technique, en coupe longitudinale; la figure 2 représente la configuration d'un chemin de roulement de la partie extérieure du joint selon la figure 1; la figure 3 représente la partie extérieure du joint selon la figure 1 ainsi qu'un arbre de sortie incliné; la figure 4 représente un joint homocinétique selon l'invention comportant des chemins de roulement sans contre-dépouille, en coupe longitudinale; la figure 5 représente la configuration d'un chemin de roulement de la partie extérieure du joint selon la figure 4; et la figure 6 représente la partie extérieure du joint selon la figure 4 ainsi
qu'un arbre de sortie incliné.
La figure 1 représente un joint homocinétique de type connu qui comprend une partie extérieure 11, une partie intérieure 12, des billes 13 transmettant le couple et une cage à billes 14. La partie extérieure 11 du joint est limitée d'un côté par un fond 15 auquel se raccorde un tourillon 16 et de l'autre côté par une ouverture 17 axialement opposée au fond 15. La figure 1 fait apparaître l'un des chemins de roulement extérieurs 18 des billes répartis sur la périphérie dans la partie extérieure 11 et qui sont dépourvus de contre-dépouille lorsqu'on les observe depuis l'ouverture 17. La partie intérieure 12 du joint est munie d'une ouverture centrale 19 dans laquelle est inséré un arbre de sortie 20 bloqué axialement par un circlips ou segment d'arrêt 21. La figure 1 fait apparaître l'un des chemins de roulement internes 22 des billes de la partie intérieure 12 du joint qui sont de même dépourvus de contre-dépouille lorsqu'on les observe depuis l'ouverture 17. Les chemins de roulement externes 18 et les chemins de roulement internes 22 sont associés par paires qui reçoivent chacune une bille 13 transmettant le couple. Les billes 13 sont maintenues ensemble dans un plan par la cage à billes 14 par le fait que les billes 13 sont insérées dans des ouvertures 23 de la cage dans le plan médian de celle- ci, plan qui coïncide avec le plan médian E du joint. Le plan médian E du joint contient également le centre C du joint qui est défini par le point d'intersection des axes AA et AI de la partie extérieure du joint et de la partie intérieure du joint en cas d'inclinaison du joint. Dans la partie extérieure 11, il est prévu du côté de l'ouverture 17 un cône intérieur 24 qui constitue une butée pour l'arbre de sortie 20 de la partie intérieure 12 en cas d'inclinaison et qui limite de ce fait l'angle d'inclinaison P3 du joint comme cela
sera décrit plus précisément dans la suite.
La figure 2 représente en coupe partielle la partie extérieure 11 du joint ainsi qu'un chemin de roulement externe 18. On retrouve le cône intérieur 24 qui coupe le chemin de roulement externe 18 du côté de l'ouverture 17. On distingue également une bille 13 dans le chemin de roulement 18 dans la position qu'elle occupe en cas d'inclinaison extrême de la partie intérieure du joint par rapport à la partie extérieure du joint. L'angle d'inclinaison maximal 3 entre les axes conduit alors à un angle d'inclinaison 3/2 de la cage par rapport à la partie extérieure du joint. Pour cette inclinaison du plan médian de la cage par rapport au plan médian E du joint, la bille 13 s'écarte elle aussi de l'angle 3/2 du plan médian E du joint. Le centre M de la bille suit alors la ligne médiane en tireté du chemin de roulement externe 18, ligne médiane qui est définie par un arc de cercle S de rayon RI, dont le centre Z sur l'axe AA est décalé de la valeur OI par rapport au plan médian E du joint, et par une droite tangentielle G parallèle à l'axe AA et qui se raccorde à l'arc de cercle S. Dans la position de la bille qui est représentée, le point de contact B de la bille avec le chemin de roulement externe 18 est situé dans un plan radial passant par le centre M de la bille. Le point de contact B est situé par rapport au bord extrême du chemin de roulement défini par le cône intérieur 24 à une distance axiale minimale L qui ne doit pas être franchie compte tenu de brèches éventuelles du bord extrême du chemin de roulement. La distance entre le point de contact B et le plan médian E du joint est représentée par N. La figure 3 représente l'angle d'inclinaison 13 déjà évoqué entre l'axe AA de la partie extérieure 11 du joint et l'axe Al de la partie intérieure du joint au niveau du centre C du joint dans cette position. L'arbre de sortie 20, qui représente ici la partie intérieure du joint, vient en butée sur le cône interne 24. La limitation de l'inclinaison à l'angle D assure le respect de la distance minimale L entre le
point de contact B et le bord extrême du chemin de roulement 18.
La figure 4 représente un joint homocinétique selon la présente invention qui comporte une partie extérieure 31, une partie intérieure 32, des billes 33 transmettant le couple et une cage à billes 34. La partie extérieure 31 est limitée d'un côté par un fond 35 auquel se raccorde un tourillon 36 et de l'autre côté par une ouverture 37 axialement opposée au fond 35. La figure 4 représente dans la partie extérieure 31 du joint l'un des chemins de roulement externes 38 des billes répartis sur la périphérie, qui sont exempts de contre-dépouille lorsqu'on les observe depuis l'ouverture 37, sans que ceci soit absolument nécessaire. La partie intérieure 32 du joint est munie d'une ouverture centrale 39 dans laquelle est inséré un arbre de sortie 40 qui est bloqué axialement au moyen d'un circlips 41. La figure 4 représente sur la partie intérieure 32 du joint l'un des chemins de roulement internes 42 des billes qui sont répartis sur la périphérie et qui s'étendent symétriquement par rapport aux chemins de roulement externes en ce qui
concerne le plan médian E du joint, et qui sont eux aussi dépourvus de contre-
dépouille lorsqu'on les observe depuis l'ouverture 37. Les chemins de roulement externes 38 et les chemins de roulement internes 42 sont associés par paires qui reçoivent chacune une bille 33 transmettant le couple. Les billes 33 sont insérées dans des ouvertures 43 dans le plan médian de la cage à billes 34, plan qui coïncide avec le plan médian E du joint, et sont maintenues ensemble dans un plan par la cage à billes 34. Le plan médian E contient aussi le centre du joint qui est défini par le point d'intersection des axes AA et AI de la partie extérieure du joint et de la partie intérieure du joint en cas d'inclinaison du joint. Dans la partie extérieure du joint, il est prévu du côté de l'ouverture 37 un cône intérieur 44 qui peut former une butée pour l'arbre de sortie 40 en cas d'inclinaison. Les lignes médianes des chemins de roulement 38 et 42, qui s'étendent parallèlement au fond correspondant des chemins de roulement et qui se coupent au centre de la bille 33 (non représentée), présentent des points d'inflexion. Il est essentiel que les chemins de roulement externes 38 s'éloignent de l'axe longitudinal AA en direction de l'ouverture 37, par exemple par le fait qu'un centre de courbure de la section terminale de la ligne médiane des chemins de roulement externes est situé à l'extérieur de la partie extérieure du joint ou de cette ligne médiane. De manière correspondante, les chemins de roulement internes 42 s'éloignent de l'axe longitudinal AI en direction du fond 35 par le fait qu'un centre de courbure de la section terminale de la ligne médiane des chemins de roulement internes est situé
à l'extérieur de la partie intérieure du joint ou de cette ligne médiane.
La figure 5 représente en coupe partielle la partie extérieure 31 du joint ainsi qu'un chemin de roulement externe 38. On distingue également le cône intérieur 44 qui coupe le chemin de roulement externe 38 du côté de l'ouverture de la partie extérieure. En outre, on voit également la bille 33 du chemin de roulement 38 dans la position qu'elle occupe lors d'une inclinaison de la partie intérieure du joint par rapport à la partie extérieure du joint de l'angle d'inclinaison non modifié 13. Cet angle d'inclinaison 13 entre les axes conduit à un angle d'inclinaison P/2 de la cage par rapport à la partie extérieure du joint. Avec l'inclinaison correspondante du plan médian de la cage par rapport au plan médian E du joint, la bille 33 s'écarte de l'angle P3/2 du plan médian E du joint. Le centre M de la bille suit alors la ligne médiane représentée en tireté du chemin de roulement externe 38, ligne médiane qui est définie par un premier arc de cercle Sl de rayon RI, dont le centre Zî situé sur l'axe AA est décalé de la valeur Ozl par rapport au plan médian E du joint, et par un second arc de cercle S2 de rayon R2, qui fait suite au premier, et dont le centre Z2 situé sur une droite à l'extérieur du joint à la distance OY2 de l'axe longitudinal AA, est décalé de la valeur Oz2 du plan
médian E du joint.
De préférence, la tangente au point d'inflexion défini par ces deux arcs de cercle est parallèle à l'axe. Par ailleurs, le rayon de courbure R2 de la section terminale S2 est de préférence inférieur au rayon de courbure RI de la section
interne S2 de la ligne médiane.
Pour un angle d'inclinaison P3 non modifié, le centre M de la bille est légèrement déplacé en direction du plan médian E du joint, tandis que le point de contact B de la bille 33 avec le chemin de roulement externe se rapproche encore du plan médian E du joint derrière le centre M de la bille et se déplace en outre radialement vers l'extérieur. La distance N* (figure 6) entre le point de contact B et le plan médian du joint est alors inférieure à la distance N précédente. Ceci signifie que, lorsque la distance axiale minimale L entre le point de contact et le bord extrême du chemin de roulement est respectée, la position du cône intérieur 44 peut être décalée en direction du fond 15 de sorte que la partie extérieure du
joint peut être raccourcie.
De préférence, la section interne SI des chemins de roulement 38 de la partie extérieure 31 du joint s'étend sur 10 au-delà du plan médian E du joint en
direction de l'ouverture 37 de la partie extérieure 31 du joint.
La figure 6 représente l'angle d'inclinaison [3 déjà évoqué entre l'axe
AA de la partie extérieure 31 du joint et l'axe AI de la partie intérieure du joint.
L'arbre de sortie 40, qui représente ici la partie intérieure du joint, présente dans cette position une distance avec le cône intérieur 44 du fait du décalage de ce dernier. Il en résulte directement la possibilité, pour un angle d'inclinaison [3 inchangé, d'augmenter le diamètre de l'arbre de sortie 40 pour faire croître la capacité de transmission du couple. Si, contrairement à ce qui est représenté, la position du cône intérieur est modifiée dans une plus faible mesure et le diamètre de l'arbre de sortie est conservé, il est possible d'augmenter l'angle d'inclinaison P3 en respectant une distance de sécurité L suffisante entre le point de contact B et le
bord extrême du chemin de roulement.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Joint homocinétique pour la transmission d'un couple comportant une partie extérieure (31) munie de chemins de roulement externes (38), une partie intérieure (32) munie de chemins de roulement internes (42), des billes (33) transmettant le couple, qui sont guidées par des paires de chemins de roulement externes et internes (38, 42), et une cage à billes (34) qui reçoit les billes (33) dans des ouvertures (43) réparties sur la périphérie en les maintenant dans un plan commun et en les amenant dans le plan bisecteur de l'angle d'inclinaison, dans lequel les lignes médianes des chemins de roulement externes et internes (38, 42) sont constituées chacune par au moins deux sections de courbures différentes qui se succèdent, caractérisé en ce que la distance entre les lignes médianes S des chemins de roulement (38) dans la partie extérieure (31) du joint et l'axe AA du joint est augmentée dans les sections terminales S2 en direction de l'ouverture de la partie
extérieure (31) du joint.
2. Joint cinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sections terminales S2 s'étendent de manière rectiligne en faisant un angle avec
l'axe longitudinal AA.
3. Joint homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
sections terminales S2 présentent une courbure vers l'extérieur.
4. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 1 et 3,
caractérisé en que les lignes médianes S des chemins de roulement (38) de la partie extérieure (31) du joint comportent des sections internes Sl à courbure convexe et, en direction de l'ouverture (37), des sections terminales S2 à courbure concave opposée.
5. Joint homocinétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les sections internes Si présentent une courbure autour d'un centre Zi situé à l'intérieur
de la partie extérieure (31) du joint.
6. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à
, caractérisé en ce que les sections terminales S2 présentent une courbure autour
d'un centre Z2 situé à l'extérieur de la partie extérieure (31) du joint.
7. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6,
caractérisé en ce que les sections terminales S2 des lignes médianes se raccordent de manière continue aux sections internes SI des lignes médianes S.
8. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 4 à 7,
caractérisé en ce que les sections terminales S2 des lignes médianes se raccordent
aux sections internes SI des lignes médianes en un point d'inflexion.
9. Joint homocinétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tangentes aux lignes médianes S au point d'inflexion sont parallèles à l'axe.
10. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 4 à 9,
caractérisé en ce que les sections terminales S2 et les sections internes Si des lignes
médianes sont des arcs de cercle.
11. Joint homocinétique selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rayon de courbure R2 des sections terminales S2 est inférieur au rayon de courbure
Rl des sections internes SI des lignes médianes.
12. Joint homocinétique selon l'une quelconque des revendications 4 à 11,
caractérisé en ce que les sections internes SI des chemins de roulement (38) des billes dans la partie extérieure (31) du joint s'étendent sur 10 au-delà du plan
médian E du joint en direction de l'ouverture (37) de la partie extérieure du joint.
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