FR2595429A1 - Capuchon protecteur pour joint de cardan, et joint le comportant - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES CAPUCHONS PROTECTEURS DES JOINTS DE CARDAN. ELLE SE RAPPORTE A UN CAPUCHON PROTECTEUR DANS LEQUEL UNE PREMIERE PARTIE EST MONTEE DE MANIERE ETANCHE SUR UN ORGANE EXTERNE 22 DU JOINT DE CARDAN, SUR LEQUEL ELLE PEUT COULISSER DE MANIERE ETANCHE. UNE SECONDE PARTIE DU JOINT EST PORTEE PAR L'ARBRE 13 DE L'ORGANE INTERNE DU JOINT UNIVERSEL. SELON L'INVENTION, LA PREMIERE PARTIE DU CAPUCHON PROTECTEUR COMPREND DEUX ELEMENTS, UN ELEMENT INTERNE 25A ET UN ELEMENT EXTERNE 25C QUI DELIMITENT ENTRE EUX UNE GORGE 27 DE FORME PARTIELLEMENT SPHERIQUE, DANS LAQUELLE PEUT SE DEPLACER UNE LEVRE DE L'ELEMENT INTERNE 28 DU CAPUCHON PROTECTEUR. LES DEUX ELEMENTS DE LA PREMIERE PARTIE DU CAPUCHON PROTECTEUR SONT FORMES D'UN POLYURETHANNE SEMI-RIGIDE. APPLICATION AUX JOINTS DE CARDAN DES AUTOMOBILES.

Description

La présente invention concerne un capuchon protec-

teur d'étanchéité destiné à un joint universel qui trans-

met un couple. L'invention a été mise au point en réfé-

rence à un capuchon protecteur d'un joint homocinétique, du type couramment utilisé dans la transmission d'un

véhicule à moteur à traction avant.

Les joints universels homocinétiques sont très

utilisés dans l'industrie automobile pour la transmis-

sion d'énergie aux roues avant des véhicules à moteur

à traction avant. Chaque roue menée nécessite un ou plu-

sieurs joints et chaque joint doit être enfermé de manière étanche de manière que du lubrifiant reste dans le joint et de manière que ce dernier ne soit pas contaminé par

les saletés et les autres matières contaminantes externes.

Jusqu'à présent, cette fonction d'étanchéité a été réalisée par disposition, pour chaque joint, d'un dispositif connu

sous le nom de "capuchon protecteur", ayant une construc-

tion souple, habituellement formé d'un matériau élasto-

mère et ayant une configuration ondulée ou plissée. Ceci donne au capuchon la possibilité de se déformer afin qu'il permette l'articulation du joint, c'est-à-dire un déplacement angulaire des arbres d'entrée et de sortie du joint à partir de l'état sans articulation dans lequel

les arbres sont alignés l'un sur l'autre. Une telle arti-

culation existe lors du fonctionnement de la suspension

et lorsque le véhicule est dans un virage.

De tels capuchons protecteurs souples ont été

utilisés en très grand nombre, mais ils présentent cer-

tains inconvénients. Ils sont relativement coûteux et doivent être mis en place à la main. Comme les capuchons protecteurs souples sont formés de matériaux élastomères,

ils sont vulnérables à la perforation lors de l'utilisa-

tion, sous les chocs dus aux risques de la conduite sur route, et ils sont soumis à une dégradation lorsqu'ils

sont exposés à des températures faibles ou à des tempéra-

tures élevées, qui peuvent être rencontrées pendant la

durée normale de vie d'une automobile. En outre, la con-

figuration plissée ou ondulée de ces capuchons protec-

teurs souples indique que leur volume interne est relati-

vement grand si bien qu'il faut une quantité importante de lubrifiant (habituellement d'une graisse) pour que le joint universel soit convenablement lubrifié. En outre, de nombreux matériaux élastomères sont soumis à une dégradation lorsqu'ils sont exposés à de tels lubrifiants, si bien que la durée d'utilisation de ces

capuchons souples est encore limitée.

La demande de brevet britannique n 2 171 173 (publiée après la date de priorité de la présente demande) décrit un capuchon protecteur de joint universel qui comprend une première partie de capuchon formée d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple et qui est destinée à s'ajuster autour de l'organe externe d'un joint universel et qui coopère de façon étanche avec une surface externe partiellement sphérique de

l'organe externe du joint afin qu'il permette une arti-

culation relative. Le capuchon protecteur comporte en outre une seconde partie qui se loge de façon étanche afin qu'elle permette une articulation, dans une fente en forme de partie de sphère, formée dans la première partie de capuchon, la seconde partie étant disposée afin qu'elle coopère de façon étanche avec un arbre associé à un organe interne du joint universel. Un tel capuchon protecteur, étant donné les matériaux utilisés

et sa construction, remédie en grande partie aux inconvé-

nients indiqués précédemment et présentés par les capu-

chons protecteurs souples utilisés de façon générale

jusqu'à présent.

Néanmoins, on sait qu'un capuchon protecteur tel que décrit dans cette demande de brevet peut être

perfectionné et l'invention concerne ainsi des perfec-

tionnements d'un tel capuchon protecteur.

L'invention concerne un capuchon destiné à enfermer de manière étanche un joint universel de transmission d'un couple, le joint comportant un arbre d'entrée, un arbre de sortie, un organe externe de joint raccordé à l'un des arbres, un organe interne de joint raccordé

à l'autre des arbres, et un dispositif destiné à trans-

mettre un couple entre les organes du joint tout en per-

mettant une articulation relative, l'organe externe ayant une surface externe partiellement sphérique, le capuchon protecteur comprenant

une première partie de capuchon formée d'un maté-

riau qui n'est pratiquement pas souple et destinée à s'ajuster autour de l'organe externe du joint, avec une surface interne de la partie du capuchon qui coopère de façon étanche avec la surface externe partiellement

sphérique de l'organe externe du joint et qui peut présen-

ter une articulation par rapport à celui-ci, et une seconde partie de capuchon partant de la première partie et destinée à coopérer de façon étanche avec l'arbre associé à l'organe interne du- joint, la première et la seconde partie de capuchon formant ensemble un joint étanche de retenue et d'exclusion de saletés, pour le joint universel, la première partie de capuchon comprenant un élément interne destiné à s'ajuster sur la surface externe de l'organe externe du joint et à coopérer de façon étanche

avec elle, et un élément externe s'ajustant concentri-

quement sur l'élément interne et délimitant avec lui une gorge partiellement sphérique destinée à être tournée vers l'arbre associé à l'organe interne du joint, la seconde partie de capuchon étant formée d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple et se logeant dans la gorge partiellement sphérique afin qu'elle présente une articulation par rapport à la première partie, avec conservation de leur relation d'étanchéité, l'arrangement étant tel que l'articulation du joint universel est permise d'abord par articulation de la seconde partie de capuchon par rapport à la première partie de capuchon puis par articulation de la première partie de capuchon par rapport

à l'organe externe du joint.

Dans un capuchon protecteur selon la présente

invention, la construction de la première partie de capu-

chon avec des éléments interne et externe séparés permet

l'utilisation de matériaux différents pour ces éléments.

Les propriétés des matériaux peuvent être optimisées

afin que la résistance aux détériorations et les possi-

bilités d'étanchéité des éléments soient optimisées.

L'élément externe de la première partie de capu-

chon est de préférence formé d'un premier matériau qui n'est pratiquement pas souple et son élément interne est formé d'un second matériau qui n'est pratiquement pas souple, le premier matériau ayant une dureté supérieure à celle du second matériau. L'élément externe peut alors donner une résistance optimale à la détérioration, et

l'élément interne des possibilités optimales d'étanchéité.

De préférence, chacun des premier et second maté-

riaux est un polyuréthanne. Il faut noter que, lorsqu'on indique que ces matériaux ne sont pratiquement pas souples,

ils sont en pratique semi-rigides et possèdent une sou-

plesse suffisante pour qu'ils puissent être montés l'un sur l'autre et sur l'organe externe du joint, comme décrit dans la suite. De préférence, l'élément interne de la première partie de capuchon est enclenché élastiquement sur la surface partiellement sphérique de l'organe externe

du joint.

Dans un capuchon protecteur selon l'invention, de faibles articulations du joint universel, jusqu'à par rapport à la position sans articulation, sont permises sans déplacement de la seconde partie de capuchon dans la gorge partiellement sphérique délimitée par la première partie de capuchon, sans déplacement de cette première partie sur l'organe externe du joint. Des angles plus grands d'articulation provoquent la mise en appui de la seconde partie du capuchon dans la gorge formée dans la première partie du capuchon, et la première partie du capuchon se déplace alors sur l'organe externe du joint. L'invention concerne aussi la combinaison d'un

joint universel et d'un capuchon protecteur selon l'inven-

tion tel que défini précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en réfé-

rence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une élévation en coupe partielle d'un joint universel homocinétique ayant un capuchon protecteur 1 et étanche selon l'invention; et la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1, représentant une partie d'un autre mode de réalisation

de capuchon protecteur selon l'invention.

On considère d'abord la figure 1 des dessins; la référence 11 désigne un joint universel homocinétique ayant un capuchon protecteur selon l'invention. Le joint qui est du type axialement fixe (non plongeant), comporte un organe interne 19 monté sur une extrémité cannelée d'un arbre 13 et un organe externe 22 solidaire d'un arbre 14. L'arbre 13 peut être l'arbre d'entrée du joint et l'arbre 14 son arbre de sortie, ou inversement. Un couple est transmis entre les organes interne et externe

du joint par plusieurs billes 16 disposées à la circonfé-

rence et logées chacune dans une paire de gorges 18, 21 placées en regard et formées sur les organes interne et externe respectivement. Chaque bille 16 se loge en outre dans une ouverture respective formée dans une cage 17 qui a une forme annulaire et a des surfaces interne et externe partiellement sphériques, qui coopèrent avec des surfaces partiellement sphériques correspondantes placées entre les gorges formées dans les organes interne et externe du joint. La configuration de la cage et/ou des gorges 18, 21, dans les organes interne et externe du joint, est telle que, lorsque le joint est articulé,

les centres des billes 16 occupent un plan commun bissec-

teur de l'angle des axes de rotation des organes interne et externe, si bien que le joint a des propriétés de transmission avec un rapport constant des vitesses (joint

homocinétique), de manière connue de façon générale.

L'organe externe 22 du joint, formé en une seule pièce avec l'arbre 14, par exemple par une opération de forgeage, a une surface externe partiellement sphérique 24. Lors de l'utilisation, lorsque le joint est utilisé dans la transmission d'une roue avant d'un véhicule à moteur à traction avant, les arbres 13 et 14 peuvent devoir subir une articulation de l'ordre de 45 l'un par rapport à l'autre par rapport à leur position alignée représentée. Cette articulation est due au mouvement de la suspension et au déplacement du véhicule dans des virages. De manière générale, des articulations pouvant

atteindre 20 environ par rapport à la position d'ali-

gnement peuvent être atteintes lors d'une conduite normale, et des articulations plus grandes pendant des conditions rencontrées moins fréquemment, par exemple dans des virages serrés et/ou lors d'un mouvement maximal de rebond ou

de cahot de la suspension. Le joint universel doit évi-

demment. être lubrifié et protégé contre la pénétra-

tion de saletés, dans toutes ces conditions.

Ainsi, le joint universel a un capuchon protecteur

portant la référence générale 23. Ce capuchon a une pre-

mière partie 25 qui est elle-même formée d'un élément interne 25a et d'un élément externe 25c. L'élément interne

a a de façon générale la forme d'une enveloppe partiel-

lement sphérique et a des nervures circonférentielles b dirigées radialement vers l'intérieur, coopérant de façon étanche avec la surface externe partiellement sphérique 24 de l'organe externe 22 du joint. L'élément interne 25a a une partie 25d, à son extrémité tournée vers l'arbre 13, cette partie 25d ayant une épaisseur radiale réduite. L'élément externe 25c de la première

partie 25 de capuchon a aussi de façon générale la confi-

guration d'une enveloppe partiellement sphérique, et s'ajuste concentriquement sur l'élément interne 25a afin qu'une gorge partiellement sphérique 27 soit délimitée entre la partie 25d d'épaisseur réduite de l'élément

interne et la partie en regard de l'élément externe 25c.

Le capuchon protecteur comprend en outre une seconde partie 28 qui a de façon générale la configuration d'un entonnoir partiellement sphérique, s'ajustant dans la gorge partiellement sphérique 27 et coopérant de façon étanche avec elle. La seconde partie de capuchon comporte en outre un collier cylindrique 29 qui entoure l'arbre

13 et coopère de façon étanche avec lui.

Les dimensions de la seconde partie 28 de capuchon et de la gorge 27 délimitée par la première partie 25 de capuchon sont telles que les deux parties de capuchon peuvent présenter une certaine articulation l'une par rapport à l'autre. De préférence, l'importance de cette articulation peut atteindre 20 environ, comme indiqué précédemment, qui risque d'être présentée pendant la

plupart des conditions d'utilisation du joint- universel.

Au-delà de cet angle d'articulation, la seconde partie 28 de capuchon vient au fond de la gorge 27, au contact de la partie de l'élément interne 25a qui est adjacente à sa partie 25d d'épaisseur réduite. Une articulation supplémentaire du joint provoque alors un déplacement angulaire de l'élément interne 25a autour de la surface externe partiellement sphérique 24 de l'organe externe

du joint, permettant une articulation d'un angle supplé-

mentaire pouvant atteindre 30 environ, dans chaque sens.

Le capuchon peut alors facilement permettre toutes les articulations qui risquent d'être rencontrées en cours d'utilisation, y compris dans les cas rares de virage serré et/ou de mouvements importants de la suspension

par rebond ou cahot.

Tous les éléments de la première partie 25 de capuchon sont formés d'un matériau polymère semi-rigide, tenace et résistant à la perforation. Un matériau à base d'un polyuréthanne convient très bien à la fabrication de chacun de ces éléments, comme on l'a constaté. De préférence, l'élément externe est formé d'un matériau qui est un peu plus dur que celui qui est utilisé popur la formation de l'élément interne afin que la résistance maximale à la perforation soit obtenue dans l'élément

externe 25c et que l'élément interne 25a possède d'excel-

lentes propriétés d'étanchéité. Lorsqu'il est ainsi réalisé, le capuchon 23 résiste bien plus à la perforation ou à la détérioration que les capuchons élastomères souples connus jusqu'à présent, et ils possèdent des dimensions qui correspondent à des tolérances précises, se prêtant aux techniques de manipulation mécanique et de montage automatique. Les coûts dus au montage manuel peuvent ainsi être réduits. En outre, le capuchon résiste mieux aux températures extrêmes qui risquent d'être rencontrées en cours d'utilisation, et résistent aussi mieux à la dégradation par contact avec des lubrifiants tels que la graisse contenue à l'intérieur. En outre, les mouvements de glissement des deux parties de capuchon l'une par rapport à l'autre et de la première partie par rapport à l'organe externe du joint, assurent une lubrification automatique du fait de la présence du lubrifiant contenu dans le capuchon et de son maintien au contact des parties

coulissantes de celui-ci, sous l'action de la force centri-

fuge.

L'élément interne de la première partie de capu-

chon a de préférence des dimensions telles qu'il s'enclen-

che élastiquement sir la surface externe partiellement sphérique 24 de l'organe externe du joint, l'élément étant légèrement dilaté afin que les nervures 25b puissent s'ajuster sur l'organe externe du joint, et étant ensuite

retenu lorsqu'il reprend ses dimensions non dilatées.

Il faut noter qu'un matériau à base de polyuréthanne, utilisé avantageusement pour la formation du capuchon,

permet l'obtention d'un tel enclenchement élastique.

De même, l'élément externe 25c s'enclenche élastiquement sur l'élément interne 25a. Le collier 29 a des dimensions telles qu'il forme un joint étanche ou lubrifiant sur l'arbre 13, sans qu'une bague de serrage ou analogue

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soit nécessaire ou sans qu'une gorge soit formée dans

l'arbre 13.

La figure 2 des dessins représente une variante de capuchon protecteur dans laquelle la seconde partie repérée par la référence 128, comporte une partie 128a d'extrémité qui coopère avec un organe cylindrique séparé

129 lui-même destiné à coopérer avec l'arbre 13. L'extré-

mité 128a peut être collée ou fixée de toute autre manière

à l'organe cylindrique 129.

Bien qu'on ait décrit le capuchon protecteur selon l'invention dans son application à un joint universel

de type homocinétique du type dans lequel la force d'en-

traînement est transmise par des billes, il faut noter que l'invention s'applique à des joints universels d'autres types, par exemple aux joints tripodes, et même à des joints non homocinétiques tels que les joints normaux de cardans, pourvu qu'un organe du joint ait une surface externe partiellement sphérique avec laquelle une partie du capuchon protecteur puisse coopérer. En outre, il faut noter que la surface partiellement sphérique avec laquelle la première partie du capuchon coopère, ne doit pas obligatoirement être formée sur l'organe externe

du joint lui-même mais peut l'être sur un élément supplé-

mentaire fixé à l'organe du joint. Par exemple, un tel élément supplémentaire peut être formé d'une matière plastique. Bien entendu, diverses modifications peuvent

être apportées par l'homme de l'art aux capuchons protec-

teurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre

d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'inven-

tion.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Capuchon protecteur (23) destiné à enfermer de manière étanche un joint universel lui-même destiné à transmettre un couple, le joint comprenant un arbre d'entrée, un arbre de sortie, un organe externe (22) du joint raccordé à l'un des arbres (14), un organe interne (19) du joint raccordé à l'autre des arbres (13), et un dispositif (16) destiné à transmettre un couple entre les organes (19,22) du joint, tout en permettant une articulation relative entre eux, l'organe externe (22)

du joint formant une surface externe partiellement sphéri-

que (24), le capuchon protecteur comprenant une première partie (25) de capuchon formée d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple et destinée à s'ajuster autour de l'organe externe (22) du joint,

la surface interne (25b) de la partie du capuchon coopé-

rant de façon étanche avec la surface externe partiellement sphérique (24) de l'organe externe du joint et pouvant présenter une certaine articulation par rapport à elle, et une seconde partie (28) de capuchon, partant de la première partie (25) et destinée à coopérer de façon étanche avec l'arbre (13) associé à l'organe interne du joint, la première et la seconde partie de capuchon

protecteur formant ensemble un joint de retenue de lubri-

fiant et excluant les saletés, dans le joint universel, caractérisé en ce que la première partie (25) de capuchon comprend un élément interne (25a) destiné à s'ajuster sur la surface externe de l'organe externe du joint et à coopérer de manière étanche avec elle, et un élément externe (25c) s'ajustant concentriquement sur l'élément interne (25a) et délimitant avec lui une gorge partiellement sphérique (25) destinée à être tournée vers l'arbre (13) associé à l'organe interne du joint, et la seconde partie (28) de capuchon est formée d'un matériau qui n'est pratiquement pas souple et se loge dans la gorge partiellement sphérique (27) afin qu'elle permette une articulation par rapport à la première partie tout en maintenant l'étanchéité par rapport à elle, l'arrangement étant tel que l'articulation du joint universel est permise d'abord par articulation de la seconde partie de capuchon par rapport à la première puis par articulation de la première partie de capuchon

par rapport à l'organe externe du joint.

2. Capuchon protecteur selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'élément externe (25c) de la première partie (25) de capuchon est formée d'un premier matériau qui n'est pratiquement pas souple, et l'élément interne (25a) de la première partie de capuchon est formée d'un second matériau qui n'est pratiquement pas souple, le premier matériau ayant une dureté supérieure

à celle du second matériau.

3. Capuchon protecteur selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que chacun des premier

et second matériaux est un polyuréthanne.

4. Capuchon protecteur selon l'une quelconque

des revendications précédentes, caractérisé en outre

en ce que l'élément interne (25a) de la première partie (25) de capuchon a une partie (25d) d'épaisseur radiale réduite ayant une surface externe partiellement sphérique, et l'élément externe (25c) a une surface partiellement sphérique tournée vers la surface externe partiellement sphérique de la partie d'épaisseur réduite afin que la gorge partiellement réduite soit délimitée entre les

surfaces en regard.

5. Capuchon protecteur selon l'une quelconque

des revendications précédentes, caractérisé -en outre

en ce que la seconde partie (28) de capuchon a une partie qui a de façon générale la configuration d'un tunnel partiellement sphérique destinée à coopérer avec la gorge partiellement sphérique (27), et a, sous forme solidaire

ou raccordée, un collier (29,129) de forme générale cylin-

drique qui peut coopérer de façon étanche avec l'arbre

associé à l'organe interne du joint.

6. Capuchon protecteur selon l'une quelconque

des revendications précédentes, caractérisé en outre

en outre en ce que l'élément interne (25a) de la première partie (25) du capuchon est destiné à être enclenché

élastiquement sur l'organe externe du joint.

7. Joint universel, comprenant des arbres d'entrée et de sortie (13,14), un organe externe (22) du joint raccordé à l'un des arbres, un organe interne (19) du joint raccordé à l'autre des arbres, et un dispositif (16) de transmission d'un couple entre les organes du joint tout en permettant une articulation relative entre eux, l'organe externe (22) du joint formant une surface externe partiellement sphérique (24), le joint universel

étant caractérisé en ce qu'il comporte un capuchon protec-

teur selon l'une quelconque des revendications précédentes,

l'élément interne (25a) de la première partie (25) du capuchon s'ajustant sur l'organe externe (22) du joint, une surface interne (25b) de cet élément coopérant de

façon étanche avec la surface externe partiellement sphé-

rique (24) de l'organe externe (22) du joint et permettant une articulation par rapport à lui, la seconde partie (28) du capuchon coopérant de façon étanche avec l'arbre

(13) associé à l'organe interne (19) du joint.

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