FR2804734A1 - Ensemble d'un arbre et d'une piece femelle, joint de transmission homocinetique a billes correspondant et piece femelle correspondante - Google Patents

Ensemble d'un arbre et d'une piece femelle, joint de transmission homocinetique a billes correspondant et piece femelle correspondante Download PDF

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Abstract

Cet ensemble comporte un arbre (14) et une pièce femelle (6) fixée sur cet arbre sans jeu axial. La pièce femelle (6) comporte des moyens de butée axiale (54) qui coopèrent avec des moyens de butée associés de l'arbre (14), ces moyens de butée agissant dans le sens du montage. La pièce femelle (6) comprend en outre des surfaces de retenue axiale (60) coopérant avec des surfaces de retenue axiale associées de l'arbre (14), et ces surfaces de retenue agissent dans le sens inverse du montage. Les surfaces de retenue sont disposées au-delà desdits moyens de butée associés dans le sens du montage, et coopèrent par complémentarité de formes.L'invention s'applique notamment aux joints de transmission homocinétiques à billes pour véhicules automobiles.

Description

La présente invention concerne un ensemble d'un arbre et d'une pièce
femelle fixée sur cet arbre, la pièce femelle comportant des moyens de butée axiale qui coopèrent avec des moyens de butée associés de l'arbre, ces moyens de butée agissant dans le sens du montage, la pièce femelle comprenant en outre des surfaces de retenue axiale coopérant avec des surfaces de retenue axiale associées de l'arbre, ces surfaces de retenue agissant dans le sens
inverse du montage.
L'invention s'applique notamment aux joints de transmission
homocinétiques à billes.
Les joints à billes sont largement utilisés par exemple dans le domaine des arbres de roues de véhicules automobiles. Un tel joint comprend généralement une cloche reliée solidairement à un premier arbre et une noix qui
est rendue solidaire d'un second arbre et qui est reçue dans la cloche.
La cloche et la noix portent chacune six pistes de roulement régulièrement réparties angulairement, respectivement sur leurs surfaces intérieure et extérieure. Une bille est reçue dans chaque paire de pistes afin de transmettre un couple de la noix à la cloche et afin de permettre la brisure du joint
pendant le fonctionnement.
Une cage disposée entre la cloche et la noix empêche les billes de s'échapper. La noix est fixée solidairement en rotation sur l'arbre par des profils cannelés associés. La fixation axiale de la noix est faite dans un premier sens par des surfaces de butée, par exemple par un épaulement de l'arbre contre lequel bute la noix. Dans le deuxième sens, la noix est retenue par une bague fendue
qui est prise dans une gorge ménagée dans l'arbre.
Cet état de la technique présente les inconvénients suivants: - Entre la bague fendue et la noix ou entre la noix et les surfaces de butée existe un jeu qui permet un petit mouvement axial de la noix. Ceci mène à une génération de bruit pendant le fonctionnement du joint. Afin de garder ce jeu le plus faible possible, des tolérances étroites sont nécessaires, ce qui est
coûteux du point de vue de fabrication.
- Le montage des bagues fendues est relativement compliqué et difficile à automatiser à cause de la précision requise pour le positionnement de la bague. De plus, dans les cas o la bague est recouverte par la noix, il existe
au montage et/ou au démontage un problème d'accessibilité à la gorge.
- Du fait que la bague fendue est située à l'intérieur du joint, il existe un
problème d'accessibilité à cette bague lorsque la noix doit être démontée.
L'invention a pour but de proposer une technique éliminant de façon
simple et fiable tout jeu axial, notamment dans l'application précitée.
s A cet effet, I'invention a pour objet un ensemble d'un arbre et d'une pièce femelle du type précité, caractérisé en ce que les surfaces de retenue sont disposées au-delà desdits moyens de butée associés dans le sens du montage,
et coopèrent par complémentarité de formes.
L'ensemble suivant l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les surfaces de retenue de la pièce femelle sont formées par des zones à faible épaisseur déformées localement de façon plastique radialement vers l'intérieur; - la zone à faible épaisseur est formée par une patte qui, avant déformation, fait saillie sensiblement axialement dans le sens du montage; - la zone à faible épaisseur est formée par une patte qui, avant déformation, fait saillie sensiblement circonférentiellement sur une nervure s'étendant sensiblement axialement dans le sens du montage - la zone à faible épaisseur est formée par un évidement ménagé dans la pièce femelle et ouvert sensiblement radialement vers l'extérieur; - un organe de verrouillage qui transmet la force de retenue axiale est intercalé entre chaque surface de retenue de l'arbre et chaque surface de retenue de la pièce femelle; - I'organe de verrouillage est constitué par de la matière fluide solidifiée injectée à l'état fluide dans l'espace entre les deux surfaces de retenue coopérantes, notamment un matériau thermodurci; - I'organe de verrouillage est une pièce rapportée, notamment un coin; - I'ensemble comporte plusieurs paires de surfaces de retenue séparées par des évidements, et un organe de verrouillage est intercalé entre chaque surface de retenue et la surface de retenue associée, les organes de verrouillage étant reliés entre eux par une bague, notamment fendue, de façon à permettre l'immobilisation simultanée des paires de surfaces de retenue par un déplacement axial puis rotatif de la bague; - la pièce femelle est une noix de joint de transmission homocinétique à billes; - les pattes sont situées angulairement entre des pistes de roulement de billes; - les nervures sont situées angulairement entre des pistes de roulement de billes; et - la zone à faible épaisseur est située au fond d'une piste de roulement
de bille, à l'extrémité côté arbre de cette piste.
L'invention a également pour objets un joint à billes qui comporte un ensemble comme défini ci-dessus, et une pièce femelle destinée à être utilisée
en tant que pièce femelle d'un ensemble comme défini ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- la Figure 1 est une vue en-coupe longitudinale, suivant deux demi-
plans axiaux qui correspondent à la ligne 1-1 de la Figure 3, d'un joint à billes comprenant un ensemble selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la Figure 2 représente le détail Il de la Figure 1 à plus grande échelle; - la Figure 3 est une vue de droite de la noix du joint de la Figure 1; - la Figure 4 représente un détail, vu en coupe transversale, d'un ensemble selon une première variante du mode de réalisation de la Figure 1;
- la Figure 5 est une vue en coupe longitudinale suivant deux demi-
plans axiaux qui correspondent à la ligne I-I de la Figure 3, d'une partie d'un joint à billes comprenant un ensemble selon une deuxième variante du premier mode de réalisation; - la Figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la Figure 5; - la Figure 7 représente un détail d'un ensemble selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la vue correspondant à la Figure 2 du premier mode de réalisation; - la Figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la Figure 7; - la Figure 9 représente un détail d'un ensemble selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention, la vue correspondant à la Figure 2 du premier mode de réalisation; - la Figure 10 est une vue d'une bague de verrouillage correspondante. Le joint homocinétique 2 représenté sur la Figure 1 est constitué de deux pièces principales, à savoir une cloche extérieure 4 et une noix intérieure 6, de six billes 8 (dont une est visible sur la Figure 1) et d'une cage 10 de maintien des billes dans le plan bissecteur du joint. Lorsque le joint 2 est monté, la cloche 4 est solidaire d'un premier arbre 12 d'axe X-X, et la noix 6 est solidaire d'un second arbre 14 d'axe Y-Y. Ces deux axes sont confondues sur la Figure 1, o le
joint 2 est en ligne.
L'expression " sens du montage " fera référence dans ce qui suit au
sens de déplacement de la noix 6 sur le deuxième arbre 14 lors du montage.
De façon typique, la cloche 4 est venue de matière avec le premier arbre 12, qui est une fusée de roue motrice. La noix 6 est fixée solidairement en rotation sur le second arbre 14, qui est un arbre moteur, au moyen de cannelures 16 axiales prévues dans son ouverture centrale 18 (voir Figure 3). Le deuxième
arbre 14 comporte des cannelures 20 associées.
La cloche 4 présente une cavité sphérique 22 de centre O située sur l'axe X-X. Cette cavité 22 est ouverte vers ledit second arbre 14, et dans sa paroi sont réalisées six premières gorges 24, régulièrement réparties angulairement et dont chacune est contenue dans un demi-plan axial de la cloche 4. Chaque gorge 24 s'étend de part et d'autre du plan diamétral P de la cloche 4 perpendiculaire à l'axe X-X et débouche sur un chanfrein d'entrée 30 de la cloche 4. La noix 6 présente une surface extérieure sphérique 32 de centre O dans laquelle sont ménagées six secondes gorges 34 régulièrement réparties angulairement et contenues chacune dans un demi-plan axial de la noix 6. Ces gorges 34 s'étendent de part et d'autre du plan diamétral de la noix 6 qui est confondu avec le plan P lorsque le joint 2 est en ligne, et elles débouchent sur les
deux faces d'extrémité de la noix, côté cloche 36 et côté arbre 38.
La cage 10 comporte des surfaces sphériques extérieure et intérieure de centre 0 qui coopèrent respectivement avec les surfaces sphériques 22, 32 précitées de la noix 6 et de la cloche 4. Elle comporte de plus six lumières 40 dans chacune desquelles est guidée une bille 8, de façon classique. Chaque bille
8 coopère avec une paire de gorges 24, 34, qui forment des pistes de roulement.
En se référant notamment à la Figure 2, on voit qu'un bourrelet 42 se raccorde aux cannelures 20 du deuxième arbre 14, côté arbre et forme des surfaces de butée obliques. Ces surfaces de butée sont constituées, côté cannelures, par des surfaces 44 de fond des cannelures 20 et par la surface tronconique 46 du bourrelet 42 qui dépasse des cannelures 20. Le bourrelet 42 forme, côté arbre, des surfaces de retenue axiale 50,
obliques, situées au-delà des surfaces de butée 44, 46 dans le sens du montage.
Comme représenté, les surfaces de retenue peuvent être formées par
une gorge annulaire ménagée dans le deuxième arbre 14.
Les cannelures 16 de la noix comportent, sur le côté dirigé vers le sens du montage, des chanfreins 52 auxquels se raccorde une surface tronconique 54, formant ainsi des surfaces de butée complémentaires de celles
du deuxième arbre 14, et agissant dans le sens du montage.
Six pattes de fixation 56 font saillie sur la face d'extrémité côté arbre 38 de la noix. Elles sont régulièrement réparties angulairement entre les secondes gorges 34 (voir Figure 3) et s'étendent dans le sens du montage. La longueur des pattes de fixation 56 est choisie de façon telle que leurs extrémités dépassent le bourrelet 42 du deuxième arbre 14 lorsque les surfaces de butée de
la noix et de l'arbre sont en coopération.
La surface radialement intérieure 60 de chaque patte 56 s'étend, à l'état non monté, parallèlement à l'axe Y-Y du deuxième arbre 14 et à une distance de cet axe qui correspond au rayon maximal du bourrelet 42, comme
indiqué en traits interrompus sur la Figure 2.
Le montage de la noix 6 sur le deuxième arbre 14 s'effectue de la façon suivante: La noix 6 est enfilée sur l'extrémité du deuxième l'arbre 14 de telle façon que les cannelures 16, 20 de l'arbre 14 et de la noix 6 coopèrent. Le mouvement d'enfilement est poursuivi jusqu'à ce que les surfaces de butée 52,
54 de la noix viennent s'appliquer contre les surfaces de butée 44, 46 de l'arbre.
Dans cette position, les extrémités des pattes de fixation 56 de la noix 6 font
saillie au-delà du bourrelet 42 du deuxième arbre 14.
Ensuite, les extrémités des pattes de fixation 56 sont déformées localement de façon plastique radialement vers l'intérieur, par une opération de sertissage, jusqu'à ce qu'elles s'appliquent contre les surfaces de retenue 50 du
deuxième arbre 14.
La déformation peut être effectuée par tout moyen connu, à chaud ou
à froid.
A l'état monté, la surface radialement intérieure 60 de chaque extrémité de patte, après rabattement vers l'axe Y-Y comme décrit plus haut, forme une surface de retenue s'appliquant avec complémentarité de formes et sans jeu axial contre la surface de retenue 50 du deuxième arbre 14, formant
ainsi des moyens de retenue agissant dans le sens inverse du montage.
Pour qu'une déformation plastique des pattes 56 puisse être effectuée, elles ne doivent pas être durcies. Toutefois, pour éviter une usure, les pistes de roulement 34 doivent être durcies. Ceci peut être atteint par exemple par traitement thermique local des pistes 34 ou par masquage des pattes 56 lors de
l'utilisation d'un procédé de cémentation global.
Enfin, de façon connue, un soufflet de protection 70 est serré, d'une part, dans une gorge 72 de la cloche 4 et, d'autre part, dans une gorge 74 ménagée dans le deuxième arbre 14, par deux colliers de serrage 76, 78, afin
d'éviter l'encrassement du joint 2 et d'assurer la retenue de lubrifiant.
On constate qu'une déformation locale de zones de faible épaisseur 56 de la noix permet d'établir une fixation axiale sans jeu de la noix 6 sur l'arbre
14 supprimant ainsi la génération de bruits pendant le fonctionnement.
De plus, ce mode de réalisation a comme avantage que le nombre de pièces est réduit, de même en conséquence que le coût de fabrication. Le fait que la coopération des surfaces de retenue est établie par déformation plastique
évite la nécessité de tolérances de fabrication étroites.
Il est à noter que, en variante, la noix 6 peut comporter moins de six pattes de fixation 56, ou bien seulement certaines des six pattes de fixation 56,
par exemple deux pattes, sont déformées.
Sur la Figure 4, on a représenté une première variante de la fixation de la noix sur l'arbre. Dans cette variante de réalisation de l'invention, des nervures agencées sur la noix 6 et s'étendant sensiblement axialement dans le sens du montage comportent chacune deux pattes de fixation 82, 84 en saillie sensiblement circonférentielle sur leurs deux côtés opposés. Afin de fixer la noix 6 sur l'arbre 14, les pattes 82, 84 sont déformées plastiquement radialement vers
l'intérieur jusqu'à s'appliquer sur les surfaces 50 de l'arbre 14.
Sur les Figures 5 et 6, on a représenté une deuxième variante de la
fixation de la noix 6 sur l'arbre 14 du mode de réalisation de la Figure 1.
Il existe au fond de chaque piste de roulement 34 de la noix une zone , située à l'extrémité côté arbre de cette piste, qui n'est pas sollicitée par la bille
8 pendant le fonctionnement, même lorsque le joint 2 est brisé au maximum.
Cette zone 90 a une épaisseur faible qui est comparable à l'épaisseur de l'extrémité de la patte de fixation 56 de la noix 6 sur la Figure 1, grâce à un
contre-alésage 91.
En conséquence, la noix 6 ne comporte pas de pattes de fixation, mais les zones 90 sont déformées de façon plastique radialement vers l'intérieur et
assurent la fixation axiale de la noix 6 par leur sertissage contre les surfaces 50.
Afin de prendre en compte le fait que la zone 90 déformée se trouve déplacée axialement dans le sens opposé au sens de montage par rapport à la variante de la Figure 1, le bourrelet 42 de l'arbre est déplacé et modifié de façon correspondante. Les étapes de montage restent analogues à celles de la variante de
réalisation de la Figure 1.
Il est à noter que les pistes de roulement 34 ne sont pas durcies dans
la zone 90 (non sollicitée par les billes) à déformer.
Sur les Figures 7 et 8, on a représenté un deuxième mode de réalisation de l'invention. La Figure 7 correspond à la Figure 2 du premier mode de réalisation de l'invention. Les éléments effectuant des fonctions analogues à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références augmentées
de 100.
Chaque patte de fixation 156 de la noix 106 comporte sur sa surface radialement intérieure un évidement 157 s'étendant sensiblement de façon circonférentielle par rapport à l'axe du deuxième arbre 114, à l'état monté. La surface de retenue axiale 160 est formée par la surface en contre-dépouille qui
délimite l'évidement 157 du côté de l'extrémité de la patte de fixation 156.
Contrairement au premier mode de réalisation, la patte de fixation 156
n'est pas destinée à être déformée.
L'arbre 114 comporte comme précédemment une gorge annulaire, référencée 161. Cette gorge se trouve directement en face des évidements 157 lorsque les surfaces de butée 144, 152 de l'arbre et de la noix sont en coopération. La surface de retenue axiale 150 de l'arbre délimite la gorge annulaire 161 du côté des cannelures 120 de l'arbre. La coopération avec la complémentarité de formes de la surface de retenue axiale 160 de chaque patte de fixation 156 et de la surface de retenue axiale 150 de l'arbre est obtenue de façon indirecte par l'intermédiaire d'un organe de verrouillage 162 qui transmet la force de retenue axiale. L'organe de verrouillage 162 est constitué par de la matière fluide solidifiée, notamment un matériau thermodurci, injectée à l'état fluide dans l'espace libre présent entre les
deux surfaces de retenue 150, 160.
En variante, tout autre matériau approprié, par exemple un matériau
de brasage, peut être utilisé.
Le montage de la noix 106 sur le deuxième arbre 114 s'effectue de façon analogue à celui du premier mode de réalisation. Cependant, après avoir enfilé la noix 106 sur l'arbre 114, on injecte la matière fluide par au moins une
des deux ouvertures latérales 164,166 de l'espace libre précité.
On constate que ce mode de réalisation permet également une fixation
axiale facile de la noix sur l'arbre sans jeu axial.
Sur la Figure 9, on voit une variante du deuxième mode de réalisation
de l'invention. La Figure 9 correspond à la Figure 7 de la variante précédente.
Les références des éléments analogues à celles de cette variante précédente
sont augmentées de 200.
La noix 306 comporte des pattes de fixation 356 ayant des évidements 357 et l'arbre 314 comporte une gorge annulaire 361 analogues à ceux de la
variante précédente.
Cependant, I'organe de verrouillage est une pièce rapportée. Cette pièce rapportée est une barrette 362 de section radiale sensiblement rectangulaire à coins arrondis, complémentaire de la forme de l'espace libre entre l'évidement 357 et la gorge annulaire 361. La dimension circonférentielle de la barrette 362 est sensiblement égale à celle dudit espace libre et à celle séparant les pattes 356, et sa longueur axiale est légèrement croissante dans un sens circonférentiel, de façon à former une surface de coin 363 agissant dans la
direction axiale à l'état monté.
Six barrettes 362 sont reliées, d'un seul tenant par la partie médiane de leur surface d'extrémité côté arbre, à une bague 365, comme représenté sur la figure 10. Les barrettes 362 sont réparties angulairement sur la bague de façon
correspondant aux pattes de fixation 356 de la noix 306.
En outre, la bague 365 comporte une fente 367 afin de rendre possible
son montage sur l'arbre.
Le montage de la noix 306 sur l'arbre 314 selon cette variante de
réalisation s'effectue de la façon suivante.
Premièrement, on enfile la noix 306 sur l'extrémité de l'arbre 314
comme décrit plus haut, jusqu'à sa butée axiale.
Puis, on enfile la bague 365 sur l'arbre 314 par un déplacement axial de façon telle que les pattes 356 de la noix 306 se trouvent intercalées entre les barrettes 362 de la bague 365, jusqu'à ce que les barrettes 362 s'encliquettent dans la gorge 361 de l'arbre. Grâce à la fente 367 ménagée dans la bague 365, celle-ci peut franchir facilement des sections de l'arbre 306 de diamètre plus
important que son diamètre intérieur au repos, par déformation élastique.
Ensuite, on tourne la bague 365 par rapport à l'axe longitudinal de I'arbre 314 jusqu'à ce que les barrettes 362 soient alignés avec les pattes de fixation 356 de la noix, immobilisant ainsi simultanément par effet de coin toutes les paires de surfaces de retenue 350/360. La bague 365 est verrouillée contre la rotation par le frottement des barrettes 362. Elle peut être verrouillée de façon
supplémentaire par soudage ou collage.
On constate que la retenue de la noix sur l'arbre par des surfaces de retenue qui se trouvent au-delà des surfaces de butée permet une fixation sans
jeu axial en utilisant un espace disponible à cet endroit du joint.

Claims (15)

REVENDICATIONS
1. Ensemble d'un arbre (14; 114;314) et d'une pièce femelle (6; 106;306) fixée sur cet arbre (14; 114; 314), la pièce femelle (6; 106; 306) comportant des moyens de butée axiale (52, 54; 152) qui coopèrent avec des moyens de butée associés (44, 46; 144) de l'arbre, ces moyens de butée (44, 46, 52, 54; 144, 152) agissant dans le sens du montage, la pièce femelle (6; 106; 306) comprenant en outre des surfaces de retenue axiale (60; 160; 360) coopérant avec des surfaces de retenue axiale associées (50; 150; 350) de l'arbre, ces surfaces de retenue (50, 60; 150, 160; 350, 360) agissant dans le sens inverse du montage, caractérisé en ce que les surfaces de retenue (50, 60; , 160; 350, 360) sont disposées au-delà desdits moyens de butée associés (44, 46, 52, 54; 144, 152) dans le sens du montage, et coopèrent par
complémentarité de formes.
2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de retenue (60) de la pièce femelle (6) sont formées par des zones à faible épaisseur (56; 82, 84; 90) déformées localement de façon plastique
radialement vers l'intérieur.
3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone à faible épaisseur est formée par une patte (56) qui, avant déformation, fait saillie
sensiblement axialement dans le sens du montage.
4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone à faible épaisseur est formée par une patte (82, 84) qui, avant déformation, fait saillie sensiblement circonférentiellement sur une nervure (80) s'étendant
sensiblement axialement dans le sens du montage.
5. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone à faible épaisseur (90) est formée par un évidement (34) ménagé dans la pièce
femelle (6) et ouvert sensiblement radialement vers l'extérieur.
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce qu'un organe de verrouillage (162; 362) qui transmet la force de retenue axiale est intercalé entre chaque surface de retenue (150; 350) de
l'arbre et chaque surface de retenue (160; 360) de la pièce femelle.
7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de verrouillage est constitué par de la matière fluide solidifiée (162) injectée à l'état fluide dans l'espace entre les deux surfaces de retenue (150, 160)
coopérantes, notamment un matériau thermodurci.
8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe
de verrouillage est une pièce rapportée (362), notamment un coin.
9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'ensemble comporte plusieurs paires de surfaces de retenue (350, 360) séparées par des évidements, et en ce qu'un organe de verrouillage (362) est intercalé entre chaque surface de retenue (360) et la surface de retenue associée (350), les organes de verrouillage (362) étant reliés entre eux par une bague (365), notamment fendue, de façon à permettre l'immobilisation simultanée des paires de surfaces de retenue (350, 360) par un déplacement axial puis rotatif de
la bague (365).
10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la pièce femelle est une noix (6; 106; 306) de joint de
transmission homocinétique à billes.
11. Ensemble selon les revendications 3 et 10 prises ensemble,
caractérisé en ce que les pattes (56) sont situées angulairement entre des pistes
de roulement (34) de billes.
12. Ensemble selon les revendications 4 et 10 prises ensemble,
caractérisé en ce que les nervures (80) sont situées angulairement entre des
pistes de roulement (34) de billes.
13. Ensemble selon les revendications 5 et 10 prises ensemble,
caractérisé en ce que la zone à faible épaisseur (90) est située au fond d'une
piste de roulement (34) de bille, à l'extrémité côté arbre de cette piste.
14. Joint de transmission homocinétique à billes, caractérisé en ce
qu'il comporte un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15. Pièce femelle destinée à être utilisée en tant que pièce femelle (6;
106; 306) d'un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
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