Joint universel La présente invention a pour objet un joint uni versel à vitesse .constante comprenant un organe intérieur et un organe extérieur présentant chacun des gorges correspondantes dans lesquelles sont logées des billes destinées à transmettre le couple, dans lequel au moins l'organe intérieur est sphérique et comprenant en outre une cage sphérique, con centrique à l'organe intérieur et présentant des ouver tures pour les billes. Habituellement dans les joints :de ce type, l'organe intérieur présente une extrémité renflée dans laquelle les gorges sont pratiquées et qui est engagée direc tement ou indirectement dans un siège sphérique que forme l'organe extérieur.
Ce siège et la tête renflée -de l'organe intérieur sont concentriques et le centre commun de ces deux organes :définit le centre du joint. En variante, l'organe extérieur peut présenter une surface interne de forme généralement cylindrique pourvue de gorges rectilignes permettant un déplacement axial des deux organes l'un par rapport à l'autre, ce déplacement s'ajoutant aux mou vements .d'articulation @du joint. Dans certains cas, le joint comprend une cage formée d'une enveloppe en forme de portion sphérique s'étendant entre les surfaces de l'organe intérieur et de l'organe extérieur. Cette cage présente des ouvertures dans lesquelles les billes sont engagées.
Ces ouvertures guident les billes de façon qu'elles restent sensiblement dans le plan médian du joint, c'est-à-dire dans un plan pas sant par le centre du joint et subdivisant en deux l'angle formé .par les axes des organes intérieur et extérieur. Cette dernière condition est essentielle si l'on désire obtenir une caractéristique d e vitesse constante. En vue du montage, il peut être nécessaire de fendre la cage en deux parties, ce qui permet de l'assembler autour de la tête d'extrémité de l'organe intérieur. Cette nécessité se présente surtout lorsque ladite .tête d'extrémité est en une .pièce avec un arbre.
Si la cage est faite en deux parties, .ces ;parties sont tenues ensemble avec un certain jeu par !l'organe extérieur mais pour réduire au maximum les jeux des billes il est nécessaire de ,prévoir des organes de fixation des parties de la cage. Une telle fixa tion réduit le bruit .du joint en fonctionnement. Il est évidemment important que les dimensions -de la cage respectent .des tolérances précises, afin :d'assu rer la précision du positionnement des billes.
Le joint universel selon l'invention est caracté risé en ce que @la cage est formée d'au moins deux parties réunies par soudage d e façon à former une structure rigide et unitaire.
Le brevet comprend également un procédé de fabrication du joint universel à vitesse constante, qui est caractérisé en ce qu'on met les deux parties de la cage en position sur l'organe intérieur, et en ce qu'on les réunit par soudage dans cette position.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du joint universel selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe latérale de la première forme d'exécution ; la fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne X-X de la fig. 1 ; la fig. 3 est une vue en élévation montrant la cage du joint des fig. 1 et 2 ; la fig. 4 est une vue en perspective d'une autre forme d'exécution de la cage mise en position sur un organe intérieur sphérique ;
la fig. 5 est une vue en coupe partielle de la cage de la fig. 4 montrant l'emplacement de la soudure; les fig. 6, 7 et 8 sont des vues en perspective partielles correspondant à la fig. 4, de différentes variantes de la cage représentée à la fig. 4, les bords des parties de la cage étant respectivement enco chés, chanfreinés, ou rainurés ; la fig. 9 est une vue en coupe partielle de la cage de la fig. 8 montrant la formation de la soudure ;
la fig. 10 est une vue en coupe partielle de la liaison entre deux éléments de cage dans une forme d'exécution différente, et la fig. 11 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution du joint universel, comprenant des moyens de contrôle -de la position de la cage et des moyens permettant le déplacement axial entre les deux organes du joint.
Le joint représenté aux fig. 1, 2 et 3 comprend des organes extérieur et intérieur 1 @et 2 solidaires chacun d'un des arbres 3 et 4. L'organe intérieur 2 présente une surface externe sphérique 5, alors que l'organe extérieur 1 présente une surface interne sphérique 8 concentrique à la surface 5 et au centre 9 du joint. L'organe .extérieur présente des gorges 15 et l'organe intérieur des gorges 10 qui forment six chemins de roulement dans lesquels sont logés des billes 14 destinées à transmettre le couple de l'arbre 3 à l'arbre 4.
Les centres des arcs décrits par les gorges 10 et 15 sont décalés axialement dans des directions opposées par rapport au centre 9, de sorte .que les gorges s'étendent en divergeant vers l'extrémité ouverte du joint. L'angle de cette diver gence est calculé de façon que les billes prennent automatiquement position dans le plan médian du joint, c'est-à-dire dans le plan qui divise en deux parties égales l'angle compris entre les axes des arbres 3 et 4.
Le joint comprend également une cage sphéri que 13 à paroi mince, présentant six ouvertures 16 (fig. 3) pour les billes. Ces ouvertures sont de forme allongée et leur largeur Y est ajustée exactement au diamètre des billes. Un ajustage sans jeu est essentiel pour un fonctionnement correct<B>de</B> la cage, car il assure la localisation des billes dans le plan médian du joint. La largeur Y présente donc une importance vitale.
La cage 13 est formée à partir de deux élé ments 17 et 18 présentant chacun un plan de con tact passant par le centre du joint et subdivisant chaque ouverture 16 en deux. Les deux éléments de la cage sont reliés par des points de soudure 19 s'étendant entre les ouvertures. La cage peut donc être mise en place sur l'organe intérieur 2 solidaire de l'arbre 4 et les deux parties d e la :cage peuvent être jointes par soudure après cette opération de mise en place. Les billes 14, ou des cales d'espa- cement de même dimension, peuvent être placées dans les ouvertures 16 .pendant l'opération de sou dage de façon à assurer la dimension correcte de la largeur des ouvertures.
Dans une autre forme d'exécution, représentée à la fig. 4, la cage est formée de deux éléments 20 et 21 qui, une fois réunis, délimitent quatre ouver tures destinées à recevoir chacune une bille. Par ailleurs, -le joint est identique à celui de la fig. 1.
Les .deux éléments 20 et 21 sont en acier trempé et traités -superficiellement pour conférer à ces sur faces des qualités de frottement suffisantes au contact des organes intérieur et extérieur du joint. Ce trai tement -de surface est défavorable pour le soudage. D'autre part, une autre difficulté de soudage résulte de la forme sphérique .des deux éléments à assem bler qui ne permettent pas le maintien du métal d'apport .fondu dans le joint.
Comme on le voit aux fig. 4 et 5, les deux éléments de la cage sont creu sés de façon à former de petites :dépressions 22 qui s'étendent sous la surface de la cage de façon à permettre<B>le</B> soudage sur le métal de base et de façon également à ce que le métal fondu soit main tenu dans ces logements. Comme on le voit à la fig. 5, la surface du cordon de soudure formé dans le logement 22 s'étend au-dessous de la surface sphé rique de la cage, de sorte qu'elle n'interfère pas avec l'organe extérieur du joint.
La fig. 6 illustre une variante selon laquelle les deux éléments 14 présentent des encoches 23 et 24 destinées à recevoir le métal d'apport de la soudure. Dans la fig. 7 les deux éléments de la cage sont chanfreinés le long de leurs bords en contact de façon à former un chanfrein en V destiné à rece voir le métal d'apport.
Une autre forme d'exécution encore, représentée aux fig. 8 et 9, permet .d'effectuer le soudage par résistance, électriquement. Dans ce but, les bords adjacents des deux éléments de la cage présentent des gorges peu profondes 25 -et 26 qui produisent une diminution @de l'épaisseur de la cage dans le sens radial et laissent subsister une nervure margi nale. Ces nervures marginales sont placées en con tact sous pression avec l'électrode de soudage et fondent de façon à former .le cordon de soudure représenté à la fig. 9.
Comme indiqué ci-dessus, la largeur de chaque ouverture de la cage présente une valeur critique. Pour respecter cette valeur critique, les deux éléments de la cage peuvent être formés tout d'abord à des dimensions légèrement inférieures à celles nécessaires et peuvent "être assemblés sur les billes, ou sur des cales de même dimension. Dans ce cas, il se produit un léger jeu entre les deux éléments de la cage, comme on le voit à la fig. 10. Les deux éléments sont soudés ensemble selon l'un des procédés décrits ci-dessus, de façon que le métal d'apport recouvre le jeu qui subsiste entre les éléments 27 et 28.
Ces deux éléments sont alors placés dans des positions déter minées avec grande précision, de telle sorte que la largeur des ouvertures :est respectée. La largeur du jeu 29 peut être déterminée de telle façon que le métal d'apport 30 ne coule pas par ce jeu sur l'organe intérieur.
Au lieu d'utiliser directement les billes, comme organes d'espacement, on peut aussi utiliser des organes d'espacement différents, ceux-ci peuvent d'ailleurs avoir des dimensions microscopi- quement supérieures à celles des billes, de façon à assurer l'ajustage glissant des billes dans les ouvertures.
Dans le joint représenté à la fig. 11, l'élément interne sphérique 40 est solidaire d'un arbre 41 alors que l'élément extérieur 42 est :de forme générale cylindrique et est fixé à un autre arbre (non repré senté). Les billes 43 destinées à transmettre le couple sont engagées dans les chemins de roulement ,définis par des gorges correspondantes pratiquées dans l'organe intérieur 40 et dans la surface interne de l'organe extérieur 42.
Les gorges 44 pratiquées dans l'organe extérieur sont rectilignes et leurs axes sont parallèles et situés sur une surface cylindrique imagi naire de telle façon que les billes puissent se déplacer axialement et que l'arbre 41 puisse également être susceptible d'un mouvement axial .par rapport à l'organe 42. La cage :est constituée de deux parties soudées ensemble pour former un élément unitaire entourant l'organe interne 40. Pour effectuer ce sou dage, on peut utiliser l'une ou l'autre des méthodes décrites ci-.dessus.
Un support 46 présente une surface interne sphé rique 47 à :l'une de ses extrémités et à l'autre, il forme un anneau présentant une autre surface interne sphérique 49 destinée à entrer en contact avec la surface extérieure de la cage. L'anneau 48 est main tenu en position par un anneau de blocage 50. Les deux anneaux 48 et 50 définissent ensemble une hambre annulaire dans laquelle glisse une bride 51 solidaire d'un élément de guidage 52 ,présentant une surface externe sphérique 53. Cette dernière coopère avec une ouverture cylindrique 54 pratiquée à l'une des extrémités de la cage.
L'organe de guidage 52 présente un manchon 55 qui s'engage sur une sur face sphérique 56 que présente un tenon 57 fixé à l'intérieur de l'extrémité de l'arbre 41. Ce tenon 57 présente, en outre, une autre portion de surface sphé rique 58 qui est en contact et qui tourne sur une burface plane 59 que présente un organe de butée 60 fixe.
En service, lorsque l'arbre 41 subit un mouve ment d'articulation par rapport à l'organe 42, comme on le voit à la fig. 11, le contact entre le tenon 57 et l'organe de guidage 52, provoque un déplacement de ce dernier dans le sens transversal, c'est-à-dire iadialement par rapport à l'organe extérieur cylin drique 42. Ce mouvement radial provoque, de son côté, un mouvement de pivotement de la cage. Cette dernière est agencée de façon à maintenir les billes 43 dans le plan médian du joint.
Universal joint The present invention relates to a universal joint at constant speed comprising an inner member and an outer member each having corresponding grooves in which are housed balls intended to transmit the torque, in which at least the inner member is spherical and further comprising a spherical cage, con centric to the internal member and having openings for the balls. Usually in joints: of this type, the inner member has a swollen end in which the grooves are made and which is engaged directly or indirectly in a spherical seat formed by the outer member.
This seat and the swollen head -of the inner member are concentric and the common center of these two members: defines the center of the joint. As a variant, the outer member may have an internal surface of generally cylindrical shape provided with rectilinear grooves allowing axial displacement of the two members with respect to one another, this displacement being added to the movements of articulation @. of the seal. In certain cases, the seal comprises a cage formed of a casing in the form of a spherical portion extending between the surfaces of the inner member and the outer member. This cage has openings in which the balls are engaged.
These openings guide the balls so that they remain substantially in the median plane of the seal, that is to say in a plane not sant through the center of the seal and subdividing into two the angle formed by the axes of the members. inside and outside. This last condition is essential if one wishes to obtain a constant speed characteristic. For assembly, it may be necessary to split the cage into two parts, which allows it to be assembled around the end head of the inner member. This need arises above all when said end head is in one piece with a shaft.
If the cage is made in two parts, these parts are held together with a certain play by the outer member but to reduce the ball play as much as possible it is necessary to provide fixing members for the parts of the cage . Such an attachment reduces the noise of the seal in operation. It is obviously important that the dimensions of the cage respect precise tolerances, in order to: ensure the precision of the positioning of the balls.
The universal joint according to the invention is characterized in that @la cage is formed of at least two parts joined by welding so as to form a rigid and unitary structure.
The patent also includes a method of manufacturing the universal joint at constant speed, which is characterized in that the two parts of the cage are placed in position on the internal member, and in that they are joined by welding in this position.
The appended drawing shows, by way of example, several embodiments of the universal joint according to the invention.
Fig. 1 is a side sectional view of the first embodiment; fig. 2 is a sectional view along the line X-X of FIG. 1; fig. 3 is an elevational view showing the cage of the seal of FIGS. 1 and 2 ; fig. 4 is a perspective view of another embodiment of the cage positioned on a spherical interior member;
fig. 5 is a partial sectional view of the cage of FIG. 4 showing the location of the weld; figs. 6, 7 and 8 are partial perspective views corresponding to FIG. 4, of different variants of the cage shown in FIG. 4, the edges of the parts of the cage being respectively notched, chamfered, or grooved; fig. 9 is a partial sectional view of the cage of FIG. 8 showing the formation of the weld;
fig. 10 is a partial sectional view of the connection between two cage elements in a different embodiment, and FIG. 11 is a sectional view of another embodiment of the universal joint, comprising means for controlling the position of the cage and means allowing axial displacement between the two members of the joint.
The seal shown in fig. 1, 2 and 3 comprises outer and inner members 1 @and 2 each secured to one of the shafts 3 and 4. The inner member 2 has a spherical outer surface 5, while the outer member 1 has a spherical inner surface. 8 concentric with the surface 5 and at the center 9 of the seal. The outer member has grooves 15 and the inner member has grooves 10 which form six raceways in which are housed balls 14 intended to transmit the torque from the shaft 3 to the shaft 4.
The centers of the arcs described by the grooves 10 and 15 are axially offset in opposite directions with respect to the center 9, so that the grooves extend diverging towards the open end of the seal. The angle of this divergence is calculated so that the balls automatically take a position in the median plane of the joint, that is to say in the plane which divides into two equal parts the angle between the axes of the shafts 3 and 4.
The seal also comprises a spherical cage 13 with a thin wall, having six openings 16 (Fig. 3) for the balls. These openings are of elongated shape and their width Y is adjusted exactly to the diameter of the balls. A clearance-free fit is essential for correct <B> </B> cage operation, as it ensures that the balls are located in the median plane of the seal. The width Y is therefore of vital importance.
The cage 13 is formed from two elements 17 and 18 each having a contact plane passing through the center of the seal and subdividing each opening 16 into two. The two elements of the cage are connected by welding points 19 extending between the openings. The cage can therefore be placed on the internal member 2 integral with the shaft 4 and the two parts of the cage can be joined by welding after this installation operation. The balls 14, or spacers of the same size, may be placed in the openings 16 during the welding operation to ensure the correct dimension of the width of the openings.
In another embodiment, shown in FIG. 4, the cage is formed of two elements 20 and 21 which, when joined together, define four openings each intended to receive a ball. Furthermore, -the seal is identical to that of FIG. 1.
The two elements 20 and 21 are made of hardened steel and treated -superficially to give these surfaces sufficient friction qualities in contact with the internal and external members of the seal. This surface treatment is unfavorable for welding. On the other hand, another welding difficulty results from the spherical shape .des two elements to be assembled which do not allow the maintenance of the filler metal .melted in the joint.
As seen in Figs. 4 and 5, the two elements of the cage are hollowed out so as to form small: depressions 22 which extend under the surface of the cage so as to allow <B> </B> welding to the base metal and also so that the molten metal is hand held in these housings. As seen in fig. 5, the surface of the weld bead formed in the housing 22 extends below the spherical surface of the cage, so that it does not interfere with the outer member of the seal.
Fig. 6 illustrates a variant according to which the two elements 14 have notches 23 and 24 intended to receive the filler metal for the weld. In fig. 7 the two elements of the cage are chamfered along their edges in contact so as to form a V-shaped chamfer intended to receive the filler metal.
Yet another embodiment, shown in FIGS. 8 and 9, allows resistance welding to be carried out electrically. For this purpose, the adjacent edges of the two elements of the cage have shallow grooves 25 and 26 which produce a reduction in the thickness of the cage in the radial direction and leave a marginal rib. These marginal ribs are placed in pressurized contact with the welding electrode and melt to form the weld bead shown in FIG. 9.
As noted above, the width of each cage opening is critical. To respect this critical value, the two elements of the cage can be formed first of all to dimensions slightly smaller than those necessary and can be "assembled on the balls, or on wedges of the same dimension. In this case, it is necessary to produces a slight clearance between the two elements of the cage, as seen in Fig. 10. The two elements are welded together according to one of the methods described above, so that the filler metal covers the clearance which remains between elements 27 and 28.
These two elements are then placed in positions determined with great precision, so that the width of the openings: is respected. The width of the clearance 29 can be determined such that the filler metal 30 does not flow through this clearance on the inner member.
Instead of using the balls directly as spacers, it is also possible to use different spacers, these can moreover have dimensions that are microscopically greater than those of the balls, so as to ensure the 'sliding adjustment of the balls in the openings.
In the seal shown in fig. 11, the spherical internal element 40 is integral with a shaft 41 while the external element 42 is: of generally cylindrical shape and is fixed to another shaft (not shown). The balls 43 intended to transmit the torque are engaged in the raceways, defined by corresponding grooves made in the inner member 40 and in the inner surface of the outer member 42.
The grooves 44 made in the outer member are rectilinear and their axes are parallel and located on an imaginary cylindrical surface so that the balls can move axially and the shaft 41 can also be capable of axial movement. relative to the member 42. The cage: consists of two parts welded together to form a unitary element surrounding the internal member 40. To perform this welding, one or the other of the methods described herein can be used. -.above.
A support 46 has a spherical internal surface 47 at: one of its ends and at the other, it forms a ring having another spherical internal surface 49 intended to come into contact with the external surface of the cage. The ring 48 is hand held in position by a locking ring 50. The two rings 48 and 50 together define an annular chamber in which slides a flange 51 integral with a guide element 52, having a spherical outer surface 53. This the latter cooperates with a cylindrical opening 54 made at one of the ends of the cage.
The guide member 52 has a sleeve 55 which engages on a spherical surface 56 which has a tenon 57 fixed inside the end of the shaft 41. This tenon 57 has, in addition, another portion of spherical surface 58 which is in contact and which rotates on a flat surface 59 which has a fixed stop member 60.
In service, when the shaft 41 undergoes an articulation movement with respect to the member 42, as seen in FIG. 11, the contact between the tenon 57 and the guide member 52, causes a displacement of the latter in the transverse direction, that is to say iadially with respect to the external cylindrical member 42. This radial movement causes , for its part, a pivoting movement of the cage. The latter is arranged so as to maintain the balls 43 in the median plane of the seal.