FR2515756A1 - Constant velocity ball joint between shafts - has balls in meridional grooves in inner and intermediate shells and spring keys - Google Patents

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Abstract

The ball-joint comprises an outer shell coupled to the driven shaft and with balls between it and the inner shell inside it coupled to the driving shaft to transmit the torque. The inner shell (3) contains meridional grooves (5) at regular intervals round the periphery and accommodating balls (6). Part-spherical intermediate shells (7) mounted on the inner one have meridional ball grooves (8) in their side towards it and above the grooves in it, while on the outside they have spherical humps (9). The latter fit in sockets in keys (10) working in grooves (11) in the cylindrical outer shell. Springs (12) on an end wall (13) act against the keys.

Description

La présente invention se rapporte au domaine des constructions mécaniques et a notamment pour objet une articulation sphérique. The present invention relates to the field of mechanical constructions and in particular relates to a spherical joint.

L'invention peut btre utilisée avec le plus de succès dans la production de pieces laminées dans l'industrie automobile et des -tracteurs, en vue de transmettre des couples moteurs importants entre des arbres disposés sous un angle l'un par rapport à l'autre.  The invention can be used most successfully in the production of rolled parts in the automotive industry and -tractors, in order to transmit high engine torques between shafts arranged at an angle to one another. other.

On connaît une articulation sphérique (voir l'ouvrage "Kardannye peredachi" rédigé par S.NOKozhevnikov et P.D.Perfilev, Kiev, "Tekhnika", 1978, pp.68-73), laquelle articulation comporte des pièces sphériques intérieure et extérieure qui sont reliées cinématiquement l'une à l'autre par l'intermédiaire de billeslogées dans des cannelures méridiennes pratiquées régulièrement sur la surface intérieure de la pièce sphérique exté rieur et sur la surface extérieure de la pièce sphérique intérieure. Chacune des cannelures méridiennes reçoit une seule bille et il n'y a aucun rattrapage des jeux.Cette conception ne permet de transmettre que de faibles couples moteurs allant jusqu'à 9,8.1Ok'0m0
On arrive à transmettre des couples moteurs plus importants, de l'ordre de 14,71.103 N.m, à l'aide d'une autre articulation sphérique connue (voir le brevet d'invention français N 745827). Cette articulation sphérique comprend des pièces sphériques intérieure et extérieure reliées chacune 9 un arbre et disposées 1 'une dans 1 'autre, une bague intermédiaire sphérique intercalée entre lesdites pièces sphériques, des paliers sphériques à disposition méridienne entre la pièce intérieure et la bague intermédiaire sphérique et entre la pièce extérieure et ladite bague intermédiaire sphérique0
Les paliers sphériques montés entre la pièce intérieure et la bague intermédiaire sphérique sont décalés suivant une circonférence par rapport à leurs homologues montés entre la bague intermédiaire sphérique et la pièce extérieure.
A spherical joint is known (see the work "Kardannye peredachi" written by S.NOKozhevnikov and PDPerfilev, Kiev, "Tekhnika", 1978, pp.68-73), which joint comprises inner and outer spherical parts which are kinematically connected to each other by means of balls locked in meridian grooves made regularly on the inner surface of the outer spherical part and on the outer surface of the inner spherical part. Each of the meridian grooves receives a single ball and there is no backlash. This design only allows to transmit low engine torques up to 9.8.1Ok'0m0
We manage to transmit higher engine torques, of the order of 14.71.103 Nm, using another known spherical joint (see French patent N 745827). This spherical articulation comprises interior and exterior spherical parts each connected to a shaft and arranged one inside the other, a spherical intermediate ring interposed between said spherical parts, spherical bearings with meridian arrangement between the interior part and the spherical intermediate ring. and between the outer part and said spherical intermediate ring 0
The spherical bearings mounted between the inner part and the spherical intermediate ring are offset along a circumference with respect to their counterparts mounted between the spherical intermediate ring and the outer part.

Chacun des paliers sphériques comporte une rangée de billes. Ce sont les paliers sphériques disposés entre les pièces sphériques extérieure et intérieure qui assurent la transmission du couple moteur de l'arbre de commande à 1 'arbre commandé. Each of the spherical bearings has a row of balls. These are the spherical bearings arranged between the outer and inner spherical parts which ensure the transmission of the motor torque from the control shaft to the driven shaft.

Dans une articulation sphérique de ce type, les paliers sphériques sont emmanchés suivant un ajustement cylindrique sur les pièces sphériques et la bague intermédiaire sphérique, ce qui entrain une répartition non uniforme des pressions et une augmentation de la charge de choc lors du rattrapage des jeux et oonduit à une concentration plus importante des contraintes aux endroits d'ajustement des paliers sphériques. Lors de la transmission de couples moteurs élevés, cela se traduit par une diminution de la tenue en service de l'articulation et une complication des réparations et de l'entretien de celle-ci. In a spherical joint of this type, the spherical bearings are fitted in a cylindrical fit on the spherical parts and the spherical intermediate ring, which results in a non-uniform distribution of the pressures and an increase in the shock load when the play is taken up and leads to a greater concentration of stresses at the adjustment points of the spherical bearings. When transmitting high engine torques, this results in a reduction in the service life of the joint and a complication of repairs and maintenance thereof.

L'invention vise donc une articulation sphérique de conception plus simple dont les pièces intérieure et extérieure seraient mises en contact avec les billes d'une manière contribuant à la fiabilité et à la tenue en service de cette articulation lors de la transmission de couples moteurs importants entre des arbres disposés sous un angle l'un par rapport à llautre.  The invention therefore relates to a spherical joint of simpler design, the inner and outer parts of which would be brought into contact with the balls in a manner contributing to the reliability and the service life of this joint during the transmission of high engine torques. between trees arranged at an angle to each other.

Le problème ainsi posé est résolu à laide d'une articulation sphérique, du type comportant une pièce extérieure reliée à un arbre commandé, une pièce sphérique intérieure reliée à un arbre de commande et disposée dans la pièce extérieure, des billes logées entre la pièce extérieure et la pièce sphérique intérieure pour la transmission d'un couple moteur de l'arbre de commande à l'arbre commandé, laquelle articulation est caractérisée, selon l'invention, en ce que des cannelures méridiennes recevant les billes sont réalisées régulièrement suivant une circonférence sur la pièce sphérique intérieure sur laquelle sont montés des coussinetssphériques dont chacun présente, du c8té de la pièce sphérique intérietire, une cannelure méridienne disposée au-dessus de la cannelure méridienne de la pièce sphérique intérieure dans laquelle sont logées lesdites billes, et du c8té de la pièce extérieure, un talon sphérique sur lequel prend appui une clavette munie d'un logement recevant ledit talon sphérique et disposée dans la pièce extérieure qui présente des rainures pour lesdi clavettes, a une forme cylindrique et est mie d'un couvercle en bout recevant des éléments élastiques agissant sur lesdites clavettes. The problem thus posed is solved using a spherical joint, of the type comprising an external part connected to a controlled shaft, an internal spherical part connected to a control shaft and arranged in the external part, balls housed between the external part and the inner spherical part for the transmission of a driving torque from the control shaft to the controlled shaft, which articulation is characterized, according to the invention, in that meridian grooves receiving the balls are produced regularly along a circumference on the inner spherical piece on which are mounted spherical bearings, each of which has, on the side of the inner spherical piece, a meridian groove disposed above the meridian groove of the inner spherical piece in which said balls are housed, and on the side of the outer part, a spherical heel on which bears a key provided with a housing receiving said heel sp heric and arranged in the outer part which has grooves for said keys, has a cylindrical shape and is fitted with an end cover receiving elastic elements acting on said keys.

Le fait de disposer les billes directement sur la pièce sphérique intérieure, dans les cannelures méridiennes, et d'assurer le contact des pièces, lors de la transmission du couple moteur, à l'aide de clavettes sollicitées élastiquement par des éléments appropriés, permet de simplifier considérablement la conception de l'articulation sphérique et d'augmenter l'angle d'inclinaison de l'arbre de commande par rapport à l'arbre commandé lors de la transmission d'un couple moteur important. D'autre part, on arrive à obtenir la capacité de charge indispensable de l'articulation sphérique grâce à la répartition uniforme de la charge entre les billes après le rattrapage des jeux radiaux entre celles-ci, les coussinets sphériques et la pièce sphérique intérieure.Les opérations d'assemblage et de désassemblage de l'articulation deviennent plus simples, les éléments constituant cette articulation se caractérisent par une tenue en service prolongée. The fact of placing the balls directly on the inner spherical part, in the meridian grooves, and of ensuring the contact of the parts, during the transmission of the engine torque, using keys elastically stressed by suitable elements, makes it possible to considerably simplify the design of the ball joint and increase the angle of inclination of the control shaft relative to the controlled shaft when transmitting a large engine torque. On the other hand, we obtain the essential load capacity of the spherical joint thanks to the uniform distribution of the load between the balls after taking up the radial clearances between them, the spherical bearings and the inner spherical part. The assembly and disassembly operations of the joint become simpler, the elements constituting this joint are characterized by being held in prolonged service.

Une telle articulation sphérique peut transmettre des couples moteurs allant jusqu'à 588,42 . 103-N.m. Such a spherical joint can transmit engine torques of up to 588.42. 103-N.m.

Il est rationnel que l'angle d'inclinaison des clavettes soit de 1,1 à 1,3 fois inférieur à l'angle de frottement. It is rational that the angle of inclination of the keys is 1.1 to 1.3 times less than the friction angle.

Ceci assure une fixation stable des éléments constituant l'articulation et un contact constant de ces éléments lors du fonctionnement de l'articulation > ainsi qu'un choix optimal des dimensions de l'articulation en conformité avec le couple moteur à transmettre. This ensures stable fixing of the elements constituting the joint and constant contact of these elements during the operation of the joint> as well as an optimal choice of the dimensions of the joint in accordance with the engine torque to be transmitted.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références au dessin unique annexé dans lequel
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une articulation conforme à l'invention, l'angle OL étant égal à O
- la figure 2 est une vue en coupe suivant I - I de la figure 1
- la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'articulation sphérique, l'angle Cd étant supérieure à 00.
The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which follows of an embodiment given solely by way of nonlimiting example with references to the drawing single annexed in which
- Figure 1 is an axial sectional view of a joint according to the invention, the angle OL being equal to O
- Figure 2 is a sectional view along I - I of Figure 1
- Figure 3 is an axial sectional view of the spherical joint, the angle Cd being greater than 00.

L'articulation sphérique conforme à l'invention comporte une pièce cylindrique extérieure 1 reliée d'un côté à un arbre commandé 2, et une pièce sphérique intérieure 3 qui est reliée à un arbre de commande 4 et est disposée dans la pièce cylindrique extérieure 1. The spherical joint according to the invention comprises an external cylindrical part 1 connected on one side to a controlled shaft 2, and an internal spherical part 3 which is connected to a control shaft 4 and is arranged in the external cylindrical part 1 .

Sur la surface extérieure de la pièce sphérique intérieure 3 sont réalisées, régulièrement suivant une circonférence, des cannelures méridiennes 5 dans lesquelles sont logées trois billes 6. Sur la surface extérieure de la pièce sphérique intérieure 3 sont montés des coussinets sphériques 7 dont chacun présente, du côté de la pièce sphérique intérieure 3, une cannelure méridienne 8 recevant les billes 6,et du c8té de la pièce cylindrique extérieure, un talon ou pivot sphérique 9. Sur chaque coussinet sphérique 7, plus précisément sur son talon sphérique 9, est montée une clavette 10 disposée dans une rainure Il de la pièce cylindrique extérieure 1 et sur laquelle agit axialement un élément élastique tel qu'un ressort 12.On the outer surface of the inner spherical part 3 are made, regularly along a circumference, meridian grooves 5 in which are housed three balls 6. On the outer surface of the inner spherical part 3 are mounted spherical bearings 7 each of which has, on the side of the inner spherical part 3, a meridian groove 8 receiving the balls 6, and on the side of the outer cylindrical part, a spherical heel or pivot 9. On each spherical bearing 7, more precisely on its spherical heel 9, is mounted a key 10 disposed in a groove II of the external cylindrical part 1 and on which an elastic element such as a spring 12 acts axially.

La pièce cylindrique extérieure 1 est munie d'un cauvercle en bout 13 contenant les ressorts 12 associés aux clavettes 10.  The outer cylindrical part 1 is provided with an end cap 13 containing the springs 12 associated with the keys 10.

L'articulation sphérique conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. The ball joint according to the invention operates as follows.

Lors de la transmission du couple moteur entre l'arbre de commande 4 et l'arbre commandé 2 disposés, l'un par rapport à l'autre, sous un certain angle (sur la figure 1, 0(= 00), les ressorts 12 agissent sur les clavettes 10 en les déplaçant dans les rainures Il de la pièce cylindrique extérieure 1. Les clavettes 10, en se déplaçant dans les rainures 11, font pivoter les coussinets sphériques 7 autour de leurs talons ou pivots sphériques 9 et les serrent contre les billes 6 et la pièce sphérique intérieure 3o Ceci assure le rattrapage des jeux radiaux entre la pièce sphérique intérieure 3, les coussinets sphériques 7, les billes 6 et les clavettes 10, et par conséquent, un contact str entre tous ces éléments.Le couple moteur est transmis de l'arbre de commande 4 à l'arbre commandé 2 par l'intermédiaire des billes 6 logées dans les cannelures méridiennes 8 et 5, respectivement, du coussinet 7 et de la pièce 3o
Lorsque l'angle d'inclinaison de l'arbre 4 change (figure 3), la pièce sphérique intérieure 3 change de position par rapport aux coussinets sphériques 7. Les billes 6 roulent alors dans les cannelures 5 t 8, les clavettes 10, sollicitées par les ressorts 12, agissent sur les coussinets sphériques 7 de ânière à les serrer contre les billes 6 et la pièce sphérique intérieure 3 Ceci assure le rattrapage des jeux radiaux entre la pièce sphérique intérieure 3, les billes 6 et les coussinets sphériques 7 et rétablit un contact sflr entre les éléments mentionnés0 Le couple moteur est, dans ce cas aussi, transmis de l'arbre de commande 4 à l'arbre commandé 2 par l'intermédiaire des billes 6 logées dans les cannelures méridienne 5 et 8 de la pièce intérieure 3 et des coussinets sphériques 70
During the transmission of the engine torque between the control shaft 4 and the controlled shaft 2 arranged, with respect to each other, at a certain angle (in FIG. 1, 0 (= 00), the springs 12 act on the keys 10 by moving them in the grooves II of the external cylindrical part 1. The keys 10, by moving in the grooves 11, rotate the spherical bearings 7 around their heels or spherical pivots 9 and tighten them against the balls 6 and the inner spherical part 3o This ensures that the radial clearances between the inner spherical part 3, the spherical bearings 7, the balls 6 and the keys 10 are taken up, and therefore a str contact between all of these elements. motor is transmitted from the control shaft 4 to the controlled shaft 2 via the balls 6 housed in the meridian grooves 8 and 5, respectively, of the bearing 7 and of the part 3o
When the angle of inclination of the shaft 4 changes (FIG. 3), the inner spherical part 3 changes position relative to the spherical bearings 7. The balls 6 then roll in the grooves 5 t 8, the keys 10, stressed by the springs 12, act on the spherical bearings 7 so as to tighten them against the balls 6 and the inner spherical part 3 This ensures that the radial clearances between the inner spherical part 3, the balls 6 and the spherical bearings are taken up and restores a sflr contact between the elements mentioned 0 The engine torque is, in this case also, transmitted from the control shaft 4 to the controlled shaft 2 by means of the balls 6 housed in the meridian grooves 5 and 8 of the interior part 3 and spherical bearings 70

Claims (1)

REVENDICATIONS 1o Articulation sphérique, du type comportant une pièce extérieure (1) reliée à un arbre commandé (2), une pièce sphérique intérieure (3) reliée à un arbre de commande (4) et disposée dans la pièce extérieure (1), des billes (6) logées entre la pièce extérieure (1) et la pièce sphérique intérieure (3) pour la transmission du couple moteur de 1 'arbre de commande (4) à 1 'arbre commandé (2), caractérisée en ce que sur la pièce sphérique intérieure (3) sont réalisées des cannelures méridiennes (5) recevant les billes 6 et réparties sur cette pièce régulièrement suivant une circonférence, et sont montés des coussinets sphériques (7) dont chacun présente, du côté de la pièce sphérique intérieure (3), une cannelure méridienne (8) disposée au-dessus de la cannelure méridienne (5) dans laquelle sont logées les billes (6), et du c8té de la pièce extérieure (1), un talon ou pivot sphérique (9) sur lequel vient appuyer une clavette (10) munie d'un logement recevant le talon sphérique (9) et logée dans la pièce extérieure (1), laquelle présente des rainures (11) recevant les clavettes (10), ladite pièce extérieure (1) ayant une forme cylindrique et étant munie d'un couvercle en bout (13) dans lequel sont disposés des éléments élastiques (12) agissant sur les clavettes (10). 1o Spherical joint, of the type comprising an external part (1) connected to a controlled shaft (2), an internal spherical part (3) connected to a control shaft (4) and arranged in the external part (1), balls (6) housed between the external part (1) and the internal spherical part (3) for the transmission of the motor torque from the control shaft (4) to the controlled shaft (2), characterized in that on the part inner spherical (3) are made of meridian grooves (5) receiving the balls 6 and distributed on this piece regularly along a circumference, and are mounted spherical bearings (7) each of which has, on the side of the inner spherical piece (3) , a meridian groove (8) disposed above the meridian groove (5) in which the balls (6) are housed, and on the side of the external part (1), a spherical heel or pivot (9) on which comes support a key (10) provided with a housing receiving the spherical heel (9) and housed e in the outer part (1), which has grooves (11) receiving the keys (10), said outer part (1) having a cylindrical shape and being provided with an end cover (13) in which are arranged elastic elements (12) acting on the keys (10). 2. Articulation sphérique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle d'inclinaison des clavettes (10) est de 1,1 à 1,3 fois inférieur à l'angle de frottement0  2. Spherical joint according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the keys (10) is 1.1 to 1.3 times less than the friction angle0
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