FR2742196A1

FR2742196A1 - Sealing connection between motor vehicle transmission shafts

Info

Publication number: FR2742196A1
Application number: FR9514711A
Authority: FR
Inventors: Francois Verbrugge
Original assignee: GKN Glaenzer Spicer SA
Current assignee: GKN Driveline SA
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1997-06-13
Anticipated expiration: 2015-12-12
Also published as: FR2742196B1

Abstract

The sealing connection between two shafts (10,20), which are free to rotate or move axially relative to each other, comprises a membrane (40) in the shape of a bellows. The bellows has helicoidal folds and is fixed at its two ends (41,42) to one or other of the shafts. The helicoidal fold has a variable diameter. At its smallest diameter end (41), the membrane has a mounting sleeve (43) which extends partly inside it. The two shafts are connected by an articulated joint (30) comprising two bearings (33) on one shaft (10) which engage in a bearing track (34) on the other shaft. The piece (35) delimiting the bearing track is extended by a cover (36) which surrounds one part (11) of the shaft.

Description

La présente invention est relative aux dispositifs de liaison et d'étanchéité adaptés pour relier de façon étanche deux arbres possédant l'un par rapport à l'autre une liberté de mouvement axial ou en rotation. The present invention relates to connecting and sealing devices suitable for sealingly connecting two shafts having, with respect to each other, freedom of axial or rotational movement.

Une telle situation se rencontre par exemple dans des transmissions dans lesquelles deux arbres rendus solidaires en rotation au moyen d'un joint homocinétique notamment de type à tripode, peuvent présenter une certaine liberté de coulissement axial. Such a situation is encountered for example in transmissions in which two shafts made integral in rotation by means of a constant velocity joint, in particular of the tripod type, can have a certain freedom of axial sliding.

On est alors amené, pour limiter le débattement axial, à prévoir des moyens de retenue qui peuvent être relativement complexes et qui en tout état de cause compliquent la fabrication et le montage du joint. Dans le cas de joints dits "semi-libres" on peut aussi disposer entre les deux arbres une membrane de liaison en élastomère, d'épaisseur suffisamment importante pour présenter la raideur souhaitée suivant la direction axiale. Cependant, dans ce cas, la membrane offre aussi une raideur importante à l'égard des déplacements angulaires correspondant à la mise sous angle du joint, ce qui présente un inconvénient notable. It is then necessary, in order to limit the axial movement, to provide retaining means which can be relatively complex and which in any event complicate the manufacture and assembly of the seal. In the case of so-called "semi-free" joints, it is also possible to have an elastomeric connecting membrane between the two shafts, of sufficient thickness to present the desired stiffness in the axial direction. However, in this case, the membrane also offers significant stiffness with respect to the angular displacements corresponding to the setting at an angle of the joint, which has a significant drawback.

On sait par ailleurs qu'il existe des soufflets d'étanchéité disposés entre deux arbres, par exemple reliés par une articulation ou un joint homocinétique mais ces soufflets qui possèdent des plis concentriques ou hélicoïdaux ne sont utilisés que comme organes de confinement du lubrifiant dans lequel baigne l'articulation ou le joint et n'ont donc qu'une fonction de protection et d'étanchéité. It is also known that there are sealing bellows arranged between two shafts, for example connected by a joint or a constant velocity joint, but these bellows which have concentric or helical folds are only used as bodies for confining the lubricant in which bathes the joint or the joint and therefore have only a protective and sealing function.

Le but de cette invention est de proposer un dispositif qui tout en étant simple à fabriquer et à monter remplisse plusieurs fonctions notamment de liaison et d'étanchéité, entre deux arbres adjacents. On entend ici par "arbres" des arbres proprement dits ou des pièces fixées à de tels arbres. The object of this invention is to propose a device which, while being simple to manufacture and to assemble, fulfills several functions, in particular of connection and sealing, between two adjacent shafts. The term “trees” is understood here to mean trees themselves or parts attached to such trees.

L'invention a ainsi pour objet un dispositif de liaison et d'étanchéité entre deux arbres possédant l'un par rapport à l'autre une liberté de mouvement axial ou en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend une membrane en forme de soufflet, comportant au moins un pli de forme hélicoïdale, cette membrane étant fixée à ses deux extrémités, respectivement, à l'un et à l'autre des deux arbres. The subject of the invention is therefore a connection and sealing device between two shafts having, relative to each other, freedom of axial or rotational movement, characterized in that it comprises a bellows-shaped membrane , comprising at least one fold of helical shape, this membrane being fixed at its two ends, respectively, to one and to the other of the two shafts.

Elle a aussi pour objet un agencement de deux arbres possédant l'un par rapport à l'autre une liberté de mouvement axial, reliés par un joint homocinétique comprenant des éléments de roulement associés à l'un des arbres et coopérant avec des chemins de roulement associés à l'autre arbre, caractérisé en ce que la pièce délimitant les chemins de roulement est prolongée par un capot qui entoure une partie de l'arbre auxquels sont associés les éléments de roulement, et une membrane en forme de soufflet, comportant au moins un pli hélicoïdal et dont le diamètre varie d'une extrémité à l'autre, est fixée entre le premier arbre et le capot, son extrémité de plus petit diamètre étant fixée sur le premier arbre et son extrémité de plus grand diamètre sur le capot. It also relates to an arrangement of two shafts having one relative to the other a freedom of axial movement, connected by a constant velocity joint comprising rolling elements associated with one of the shafts and cooperating with raceways associated with the other shaft, characterized in that the part delimiting the raceways is extended by a cover which surrounds a part of the shaft with which the bearing elements are associated, and a bellows-shaped membrane, comprising at least a helical fold, the diameter of which varies from one end to the other, is fixed between the first shaft and the cover, its end of smaller diameter being fixed on the first shaft and its end of larger diameter on the cover.

Elle a également pour objet un agencement de deux arbres possédant l'un par rapport à l'autre une liberté de mouvement en rotation, reliés par un joint rotatif comprenant un manchon associé à l'un des arbres et muni d'un passage axial dans lequel est montée libre en rotation une extrémité de l'autre arbre, caractérisé en ce qu'une membrane en forme de soufflet, comportant au moins un pli hélicoïdal est fixée à ses deux extrémités entre le manchon et le second arbre. It also relates to an arrangement of two shafts having one with respect to the other a freedom of movement in rotation, connected by a rotary joint comprising a sleeve associated with one of the shafts and provided with an axial passage in which is freely rotatably mounted one end of the other shaft, characterized in that a bellows-shaped membrane, comprising at least one helical fold is fixed at its two ends between the sleeve and the second shaft.

En outre, elle a pour objet un agencement de deux arbres possédant l'un par rapport à l'autre une liberté de mouvement en rotation reliés par un joint à rotule comprenant une rotule associée à l'un des arbres et coopérant avec les parois d'une cage de réception délimitée par un manchon associé à l'autre arbre, caractérisé en ce qu'une membrane en forme de soufflet, comportant au moins un pli hélicoïdal, est fixée à ses deux extrémités entre le manchon et le premier arbre. In addition, it relates to an arrangement of two shafts having one with respect to the other a freedom of movement in rotation connected by a ball joint comprising a ball joint associated with one of the shafts and cooperating with the walls of 'a receiving cage delimited by a sleeve associated with the other shaft, characterized in that a bellows-shaped membrane, comprising at least one helical fold, is fixed at its two ends between the sleeve and the first shaft.

L'invention va etre décrite plus en détail ci-après à propos de trois modes de réalisation et en se référant aux dessins sur lesquels
- les figures 1 à 3 sont des vues en coupe longitudinale d'un dispositif d'articulation incorporant l'invention, respectivement selon trois modes de réalisation différents.The invention will be described in more detail below with regard to three embodiments and with reference to the drawings in which
- Figures 1 to 3 are views in longitudinal section of a hinge device incorporating the invention, respectively according to three different embodiments.

On a représenté à la figure 1 deux arbres 10, 20 reliés par un joint homocinétique 30 du type à tripode. FIG. 1 shows two shafts 10, 20 connected by a constant velocity joint 30 of the tripod type.

Ce joint comprend, comme connu en soi, un tripode 31 délimitant trois tourillons 32 espacés angulairement à 1200 et sur chacun desquels est monté rotatif et coulissant un galet sphérique 33. Les galets 33 sont reçus dans des chemins de roulement cylindriques 34 délimités dans une tulipe 35 solidaire du deuxième arbre 20. This seal comprises, as known per se, a tripod 31 delimiting three pins 32 angularly spaced at 1200 and on each of which is rotatably mounted and sliding a spherical roller 33. The rollers 33 are received in cylindrical raceways 34 delimited in a tulip 35 secured to the second shaft 20.

Un capot 36 est fixé sur la tulipe 35 et s'étend le long et au-delà de cette dernière en entourant l'extrémité adjacente 11 de l'arbre 10, sur laquelle est fixé le tripode 31. A cover 36 is fixed to the tulip 35 and extends along and beyond the latter by surrounding the adjacent end 11 of the shaft 10, on which the tripod 31 is fixed.

Une membrane 40 en matériau élastomère, de forme générale tronconique, comportant au moins un pli de forme hélicoïdale est fixée par son extrémité 41 de plus petit diamètre sur l'arbre 11 et par son extrémité 42 de plus grand diamètre sur le capot 36. A cet effet, l'extrémité 41 comporte un manchon axial 43 qui s'étend en partie vers l'extrémité opposée de la membrane, à l'intérieur de cette dernière, et qui est adhérisé ou autrement fixé sur une douille métallique 44, elle-même fixée sur une portée 12 de l'arbre 11. L'autre extrémité 42 de la membrane 40 comporte un rebord 45 qui est adhérisé ou fixé de tout autre façon appropriée sur l'extrémité du capot 36. A membrane 40 of elastomeric material, of generally frustoconical shape, comprising at least one fold of helical shape is fixed by its end 41 of smaller diameter on the shaft 11 and by its end 42 of larger diameter on the cover 36. A for this purpose, the end 41 comprises an axial sleeve 43 which extends in part towards the opposite end of the membrane, inside the latter, and which is adhered to or otherwise fixed to a metal sleeve 44, itself even fixed on a bearing surface 12 of the shaft 11. The other end 42 of the membrane 40 has a flange 45 which is adhered or fixed in any other appropriate manner to the end of the cover 36.

Le joint décrit ci-dessus peut être du type dit "semi-fixe", c'est-à-dire possédant une certaine latitude de débattement axial, sans pour autant constituer un joint coulissant. Du fait de la présence de la membrane 40, une retenue axiale est réalisée entre les deux parties du joint et donc entre les deux arbres 10, 20. De façon surprenante, la forme hélicoïdale du pli, associée à la variation de diamètre, procure à cette membrane une raideur importante suivant la direction axiale, dès lors que les deux extrémités de cette membrane sont respectivement solidaires de deux pièces qui sont elles-mémes liées en rotation. The joint described above can be of the so-called "semi-fixed" type, that is to say having a certain latitude of axial movement, without however constituting a sliding joint. Due to the presence of the membrane 40, an axial retention is produced between the two parts of the joint and therefore between the two shafts 10, 20. Surprisingly, the helical shape of the fold, associated with the variation in diameter, provides this membrane a significant stiffness in the axial direction, since the two ends of this membrane are respectively secured to two parts which are themselves linked in rotation.

Par contre, la même membrane offre une flexibilité élevée à l'égard des débattements angulaires entre les axes des deux arbres, ce qui constitue un avantage important dans l'agencement considéré. On the other hand, the same membrane offers high flexibility with regard to the angular deflections between the axes of the two shafts, which constitutes an important advantage in the arrangement considered.

La membrane joue par ailleurs son rôle habituel d'élément de confinement du lubrifiant et de protection des éléments constitutifs du joint, comme un soufflet normal. The membrane also plays its usual role as an element for confining the lubricant and protecting the components of the seal, like a normal bellows.

Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation. Dans celle-ci, deux arbres 50,52 sont reliés par un joint rotatif 54 assurant la fixité axiale des arbres l'un par rapport à l'autre, mais permettant leur débattement libre relatif en rotation. In Figure 2, an alternative embodiment is shown. In the latter, two shafts 50, 52 are connected by a rotary joint 54 ensuring the axial fixity of the shafts relative to one another, but allowing their relative free movement in rotation.

Ce joint comprend un manchon 56 muni à l'une de ses extrémités d'un rebord périphérique extérieur 58. This seal comprises a sleeve 56 provided at one of its ends with an external peripheral rim 58.

Ce dernier comporte des perçages taraudés 59 de réception de vis 60 de fixation axiale du manchon sur une extrémité évasée 62 de l'arbre 52. Une gorge 63 est ménagée sur le pourtour du rebord 58.The latter comprises tapped holes 59 for receiving screws 60 for axially fixing the sleeve on a flared end 62 of the shaft 52. A groove 63 is formed on the periphery of the rim 58.

L'arbre 50 présente à son extrémité un tronçon 64 de diamètre réduit monté libre en rotation à l'intérieur d'un conduit axial 66 du manchon 56. Un jonc élastique 68, reçu dans une gorge ménagée sur le tronçon 64 de diamètre réduit, assure la retenue axiale de celuici dans le manchon 56. The shaft 50 has at its end a section 64 of reduced diameter mounted free to rotate inside an axial duct 66 of the sleeve 56. An elastic ring 68, received in a groove formed on the section 64 of reduced diameter, ensures the axial retention of this in the sleeve 56.

Une membrane 70, en matériau élastomère de forme générale tronconique et comportant au moins un pli de forme hélicoïdale, est fixée par une extrémité 72 de plus petit diamètre sur l'arbre 50 et par son autre extrémité 74 de plus grand diamètre sur la surface latérale du rebord 58. A cet effet, l'extrémité 72 comporte une portion tubulaire 76 qui est maintenue serrée sur l'arbre 50 par un collier 78 ou tout autre moyen approprié. De même, l'extrémité de plus grand diamètre 74 comporte une portion tubulaire 80 maintenue serrée dans la gorge périphérique 63 par un collier 82. A membrane 70, made of elastomeric material of generally frustoconical shape and comprising at least one fold of helical shape, is fixed by one end 72 of smaller diameter on the shaft 50 and by its other end 74 of larger diameter on the lateral surface. rim 58. For this purpose, the end 72 comprises a tubular portion 76 which is held tight on the shaft 50 by a collar 78 or any other suitable means. Likewise, the larger diameter end 74 comprises a tubular portion 80 held tight in the peripheral groove 63 by a collar 82.

Dans ce mode de réalisation, l'arbre 50 est susceptible de subir un faible débattement relatif en rotation par rapport à l'arbre 52. La membrane 70 ayant une raideur relativement importante tend à s'opposer à ce débattement. Par ailleurs, la membrane joue dans cet agencement son rôle habituel de soufflet de protection. In this embodiment, the shaft 50 is liable to undergo a small relative deflection in rotation relative to the shaft 52. The membrane 70 having a relatively large stiffness tends to oppose this deflection. Furthermore, the membrane plays in this arrangement its usual role of protective bellows.

Sur la figure 3, on a représenté un troisième mode de réalisation, dans lequel deux arbres 90,92 sont reliés par un joint à rotule 94. In FIG. 3, a third embodiment is shown, in which two shafts 90, 92 are connected by a ball joint 94.

Ce joint comprend une rotule 96 fixée à l'extrémité du premier arbre 90. La rotule 96 est reçue à l'intérieur d'un passage axial 97 d'un manchon de liaison 98 qui présente extérieurement une collerette périphérique 100. Une extrémité cannelée 102 du second arbre 92 présentant un diamètre superieur au diamètre moyen de l'arbre est reçue à l'intérieur du passage 97 et coopère avec une portion cannelée complémentaire de celui-ci. Cette extrémité présente une face d'extrémité 103 en creux. La rotule 96 est maintenue en contact avec cette face 103 par une bague 104 emmanchée dans le passage 97. Les extrémités des deux arbres 90 et 92 sont retenues dans le passage 97 du manchon 98 par deux joncs élastiques 106,108 en appui respectivement sur la bague 104 et sur l'extrémité cannelée 102 de l'arbre 92.La rotule 96 est ainsi maintenue dans une cage 109 dans laquelle elle est libre à l'égard de tout débattement angulaire. This seal comprises a ball joint 96 fixed to the end of the first shaft 90. The ball joint 96 is received inside an axial passage 97 of a connecting sleeve 98 which has an external peripheral flange 100. A grooved end 102 of the second shaft 92 having a diameter greater than the average diameter of the shaft is received inside the passage 97 and cooperates with a grooved portion complementary to the latter. This end has a hollow end face 103. The ball 96 is held in contact with this face 103 by a ring 104 fitted into the passage 97. The ends of the two shafts 90 and 92 are retained in the passage 97 of the sleeve 98 by two elastic rods 106,108 bearing respectively on the ring 104 and on the grooved end 102 of the shaft 92. The ball joint 96 is thus held in a cage 109 in which it is free with respect to any angular movement.

Une membrane 110 analogue à la membrane 70 est fixée par une extrémité 112 de plus petit diamètre sur l'arbre 90 par collage par exemple et par son autre extrémité 114 de plus grand diamètre dans une gorge 116 de la paroi latérale de la collerette 100 par l'intermédiaire d'un collier de fixation 118. A membrane 110 similar to the membrane 70 is fixed by one end 112 of smaller diameter to the shaft 90 by gluing for example and by its other end 114 of larger diameter in a groove 116 of the side wall of the flange 100 by via a fixing collar 118.

Dans ce dernier mode de réalisation, la membrane, grâce à la forme hélicoïdale du pli et à la variation de son diamètre, offre une flexibilité élevée à l'égard des débattements angulaires entre les axes des deux arbres. Par contre, cette membrane s'oppose avec une raideur relativement importante aux débattements relatifs en rotation d'un arbre par rapport à l'autre. In this latter embodiment, the membrane, thanks to the helical shape of the fold and the variation in its diameter, offers high flexibility with regard to the angular deflections between the axes of the two shafts. On the other hand, this membrane opposes, with relatively great stiffness, the relative deflections in rotation of one shaft with respect to the other.

D'une façon générale une telle membrane peut être utilisée avec divers types d'articulations et de joints de transmission pour procurer une rigidification axiale ou en rotation, entre les deux pièces qu'elle relie. In general, such a membrane can be used with various types of joints and transmission joints to provide axial stiffening or rotation between the two parts it connects.

Claims

1. Connection and sealing device between two shafts (10, 20) having, relative to each other, freedom of axial or rotational movement, characterized in that it comprises a shaped membrane (40) bellows, comprising at least one fold of helical shape, this membrane being fixed at its two ends (41, 42), respectively, to one and to the other of the two shafts.

2. Device according to claim 1, characterized in that the fold of helical shape has a variable diameter.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane (40) has a substantially frustoconical shape.

4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the membrane (40) has at its end (41) of smaller diameter a mounting sleeve (43), which extends at least partially to the inside the membrane (40).

5. Arrangement of two shafts (10, 20) having a relative freedom of axial movement relative to each other, connected by an articulated joint (30) comprising rolling elements (33) associated with one (10 ) shafts and cooperating with raceways (34) associated with the other shaft (20), characterized in that the part (35) delimiting the raceways (34) is extended by a cover (36) which surrounds a part (11) of the shaft (10) with which the rolling elements (33) are associated, and a membrane (40) in the form of a bellows, comprising at least one helical fold and of variable diameter, is fixed between the first shaft (10) and the cover (36), its end (41) of smaller diameter being fixed on the first shaft and its end (42) of larger diameter on the cover.

6. Arrangement of two shafts (50,52) having, relative to each other, freedom of movement in rotation connected by a rotary joint (54) comprising a sleeve (56) associated with one (52) of shafts and provided with an axial passage (66) in which is freely rotatably mounted one end (64) of the other shaft (50), characterized in that a bellows-shaped membrane (70), comprising at least a helical fold is fixed at its two ends (72,74) between the sleeve (56) and the second shaft (50).

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the sleeve (56) has an outer peripheral flange (58) and the or each fold of the membrane (70) has a variable diameter, the end (74) of the membrane of larger diameter being fixed on the peripheral rim (58) and the end (72) of the membrane of smaller diameter being fixed on the shaft (50).

8. Arrangement of two shafts (90, 92) having a relative freedom of movement in relation to each other connected by a ball joint (94) comprising a ball joint (96) associated with one (90) shafts and cooperating with the walls of a receiving cage (109) delimited by a sleeve (98) associated with the other shaft (92), characterized in that a bellows-shaped membrane (110), comprising at at least one helical fold, is fixed at its two ends (112,114) between the sleeve (98) and the first shaft (90).

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the sleeve (98) comprises an external peripheral flange (100) and the or each ply of the membrane (110) has a variable diameter, the end (114) of the larger diameter membrane being attached to the flange (100) and the end (112) of the smaller diameter membrane being attached to the shaft (90).