FR2840375A1 - Joint homocinetique tripode - Google Patents
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Abstract
Joint homocinétique tripode comportant un élément extérieur 10 ayant trois gorges axiales 12 formant des chemins avec des surfaces périphériques intérieures et des surfaces de guidage de galet dans les parois latérales opposées de la gorge; le tripode 20 trois éléments d'axe 22 formant des paliers portant à rotation, des galets 30 par l'intermédiaire d'un ensemble d'aiguilles de roulement 32; ces galets 30 sont logés dans les gorges 12 formant des chemins de roulement de l'élément extérieur 10; chaque galet est guidé dans la surface périphérique extérieure, es surfaces de guidage 14; le contact entre le galet 30 et les surfaces de guidage 14 est un contact circulaire dont le rapport des contacts est égal à 1, 01 ou plus; la largeur du galet 30 est réduite pour que l'ellipse de contact produite au niveau du galet pendant l'application d'un couple déterminé ne dévie pas de la surface d'extrémité de ce galet.
Description
empeche. Domaine de ['invention La presente invention concerne un joint
homocinetique tripod-e du type plongeant, destine a la transmission de puissance dans les vehicules automobiles, les machines industrielles ou des applica
s tions de ce type.
Etat de la technique Un joint homocinetique tripode, comme celui represente dans la moitie gauche de la fgure 4 se compose d'un element exterieur ' ayant trots gorges axiales 12' formant des chemins dans sa periphe o rie interieure et des surfaces de guidage de galets 14' dans les parois laterales opposees de chaque gorge 12' ainsi qu'un tripode 20' ayant un corps 21' en forme de manchon destine a etre monte sur l'arbre de transmission de couple et des embouts d 'exe 22' venant radialement en saillie entre trots positions equi-angulaires a la peripherie du corps 21'; s des galets 30' vent montes a rotation chacun sur un element d'axe 22' par des roulements a aiguilles 32'; ces galets vent loges dans les gorges 12' de ['element exterieur 10' du joint homocinetique; les galets 30' vent guides dans la surface peripherique exterieure par les surfaces de gui
dage de galets 14'.
Il y a deux types de contacts entre le gales 30' et sa sur face de guidage 14': le contact angulaire et le contact circulaire. Le contact angulaire correspond a un certain angle de contact et se produit en deux points (fgure 5A). Le contact circulaire se produit en un point et le rapport des contacts se situe en general entre 1,002 et 1,008 (fi
2s gure 5B).
Dans le cas du contact angulaire, lorsqu'il y a une ellipse de contact en deux points dans la direction de ['angle de contact et qu'un certain couple est applique, il faut que ['ellipse de contact se situe dans la largeur du gales 30'. Pour cette raison, actuellement, la propor tion entre la largeur du gales 30' et le diametre exterieur est comprise entre 32 % et 36 %. De plus meme si ['angle de contact et le rapport des contacts vent reconsideres, la longueur de contact totale en largeur de passe la largeur du gales 30'. Le phenomene des deux extremites du gales 30' qui coupent dans la surface de guidage 14' du gales ou le phe 3s nomene des deux ellipses de contact qui se chevauchent au milieu du gales 30' ont ete un obstacle a ['amelioration de la duree d'utilisation et a la reduction des vibrations. Mais de tels obstacles n'ont pu etre contournes. Dans le cas d'un contact circulaire classique, comme le rapport des contacts est compris entre 1,002 jusqu'a 1,008, lorsqu'un couple predetermine est applique, la longueur de ['ellipse de contact, dans le sens de la largeur depasse parfois la largeur du gales 30'. Pour cette raison, il y a une limite a la reduction de la largeur du gales 30' comme dans le cas du contact angulaire. Dans les circonstances ac o tuelles, la proportion entre la largeur du gales 30' et le diametre exte rieur varie de 32 % a 36 %. De plus si la largeur du gales 30' diminuait, la longueur de contact totale dans le sens de la largeur depasse de beaucoup la largeur du gales 30', ce qui bloque ['amelioration de la du
ree d'utilisation et la reduction des vibrations.
i5 De plus dans le contact angulaire et dans le contact cir culaire, les surfaces de guidage de gales 14' ont un rayon de courbure avec un certain rapport des contacts; le diametre interieur principal et auxiliaire en tent que tels vent lies a R (sans bossage). Lorsque le joint tripode tourne tout en prenant un angle de travail, on a un deplacement angulaire entre le gales 30' et les surfaces de guidage 14' du gales. Cela se traduit par de l'usure des surfaces de guidage du gales. Sur les deux cotes de diametre principal et auxiliaire, on rencontre le phenomene des deux extremites du gales 30' qui coupent dans les surfaces de guidage
de gales 14' et augmentant les vibrations.
La presente invention a pour but de resoudre ce pro bleme pour diminuer les vibrations et le poids et permettre la realisation d'un joint tripode, plus compact sans risquer d'aggraver le probleme des vibrations. Dans un joint tripode classique, les joux (jou radial, jou peripherique) entre ['element d 'exe formant palier 22' et les roulements a aiguilles 32' et le gales 30' n'ont pas tenu compte de ['angle d'inclinaison. L'angle d'inclinaison d'un gales comme le montre la figure 6 signifie que l'axe du gales est incline d'un certain angle faible () et
non suivant un angle droit par rapport a la direction de deplacement.
On a trouve que la caracteristique NVH des joints tripo
des depend de ['angle d'inclinaison effectif des aiguilles du roulement.
Cet angle d'inclinaison est determine par le jou radial et le jou periphe rique mais n'a pas ete pris en compte jusqu'alors. C'est pourquoi, la ca s racteristique NVH est differente en fonction des differences de proportion et de taille d'un joint tripode et cette situation n'a pas ete
optimisee jusqu'a present.
L'invention a egalement pour but de reduire les vibrations d'un joint homocinetique tripode en supprimant l'inclinaison des ai
o guilles de roulement.
De maniere generale, les joints a tripode tiennent tout
particulierement compte de la resistance ou solidite (solidite en torsion) .
La resistance est uniquement determinee generalement par le diametre exterieur minimum de l'axe et ainsi la resistance de ['element tripode ou celle du gales est prise en compte. La resistance est evaluee principale ment de deux manieres. La resistance statique en torsion (essai) et la resistance a la fatigue impulsionnelle (essai). Generalement dans les deux essais, on s'arrange pour que l 'exe casse en premier lieu. C'est pourquoi, ['element tripode ou le gales ont une force qui n'est pas infe
rieure a celle de ['axe.
La resistance statique a la torsion s'evalue par un essai de torsion statique en appliquant un couple a un joint tripode; ce cou ple correspond a une region dans laquelle on casse par torsion. La re sistance a la fatigue de pulsation s'evalue en fonction du nombre de cycles par lesquels une region ou une autre casse lorsqu'un couple pul
se, predetermine est applique au joint tripode.
La resistance du tripode depend de celle de la base du palier et de celle du gales du palier. Si l'on augmente le diametre du pa lier, on augmente la resistance de la base de ['element d 'exe et on aug mente le diametre exterieur du corps en forme de barillet, ce qui
augmente la resistance de ['element d'axe.
Toutefois en augmentant le diametre de ['element d 'exe formant palier, il faut necessairement augmenter le diametre exterieur du gales alors que ['augmentation du diametre exterieur du corps en forme de manchon se traduit par ['augmentation du diametre interieur auxiliaire de ['element exterieur du joint. C'est pourquoi pour reduire le poids et rendre le joint tripode plus compact, il ne suffit pas simplement de reduire la dimension de l'enveloppe de ['element exterieur (bol) du joint puisque une limitation est imposee a la region active (limite geo metrique) du joint tripode. C'est pourquoi, il est important de faire une
conception equilibree des differentes parties.
De plus, la fatigue liee au roulement (ecaillage de la sec tion de roulement en particulier entre les roulements a aiguilles et ltelement d'axe formant palier doit egalement etre pris en compte). Des o essais de fiabilite consistent a entrainer le joint tripode a une vitesse de rotation predeterminee tout en lui appliquant un certain couple ont permis d'evaluer la fiabilite pour un nombre de cycles ou une duree pour ltecaillage. Usuellement, cette fiabilite peut etre amelioree en aug mentant le diametre exterieur ou la longueur des aiguilles ou leur nom bre comme cela est connu. Toutefois, cela se traduirait necessairement par une augmentation de taille de l'enveloppe de ['element exterieur du joint. C'est pourquoi en recherchant l'equilibre entre la resis tance et la fiabilite, la presente invention a pour de reduire la taille de o l'enveloppe de ['element exterieur (bol) du joint, au maximum pour re
duire le poids et rendre le joint a tripode plus compact.
Resume de ['invention A cet effet, ['invention concerne un joint homocinetique, a tripode comportant un element exterieur (bol) ayant trots gorges axiales :5 formant des chemins avec des surfaces peripheriques interieures et des surfaces de guidage de gales dans les parois laterales opposees de la gorge, un tripode ayant trots elements d'axe formant paliers venant radiale ment en saillie et portent a rotation des galets par l'intermediaire d'un so ensemble d'aiguilles de roulement, ces galets etant loges dans les gorges formant les chemins de roulement de ['element exterieur, chaque gales etant guide dans la surface peripherique exterieure des surfaces de guidage de gales, ., caracterse en ce que le contact entre le gales et les surfaces de guidage de gales est un contact circulaire dont le rapport des contacts est egale a 1,01 ou plus et la largeur du gales et reduite pour que ['ellipse de contact produite au niveau du gales pendant ['application d'un couple determine ne devie
s pas de la surface d'extremite de ce gales.
En garantissant que la forme du contact entre le gales et ses surfaces de guidage donne un contact circulaire et en reglant le rapport de contact pour que la longueur de ['ellipse de contact prise dans le sens de la largeur sous une charge en couple predeterminee ne io depasse pas la largeur du gales, il est possible de reduire le poids, de
rendre ['ensemble plus compact et d'arriver a une bonne fiabilite.
Ainsi, le rapport des contacts du gales et de la surface de guidage du gales est fixe pour que la pression de contact produite sur le gales pendant ['application d'un couple predetermine ne depasse pas la pression de contact produite entre ['element d'axe formant palier et les
aiguilles de roulement.
En particulier, le rapport des contacts entre le gales et la
surface de guidage du gales est egal a 1,02 - 1,2.
Le rapport Ls/do de la largeur (Ls) au diametre exterieur
o (do) du gales est egal ou inferieur a 0,32.
En particulier, le rapport Ls/do de la largeur (Ls) au dia
metre exterieur (do) du gales est compris entre 0,24 - 0,27.
Le resultat du reglage du rapport des contacts pour que la longueur de ['ellipse de contact soit egale ou inferieure a la largeur du s gales permet de reduire cette largeur de gales et participe a la compacite de ltelement exterieur du joint, c'est-a-dire globalement du joint a tri pode. La partie de la surface de guidage de gales qui correspond
a l'extremite du gales comporte une partie degagee.
L'existence de telles parties en relief evite que le gales ne se coupe dans ses surfaces de guidage et permet d'obtenir de bonnes
caracteristiques en vibrations.
Comme la partie de coin (qui est une surface forgee a froid et ne presente pas de bord) relic le rayon de courbure des surfaces ss de guidage du gales de la partie en relief, elle realise le contact dans la plage de la surface de diametre exterieur R du gales sans provoquees d'entailles. De maniere preferentielle, la partie degagee se presente
sous la forme d'un arc relic en doucour a la surface de guidage du gales.
s L'angle suivant loquel, une aiguille de roulement peut se mettre en biais, c'est-a-dire le degre de liberte pour ['angle de biais est limite par le jou diametral (jou radial) et par le jou entre les galets du cercle primitif (jou peripherique) et le plus petit des deux joux a la plus grande influence. Dans le cas d'une inclinaison due au jeu peripheri o que, cette inclinaison est autorisee jusqu'a ce que les aiguilles de rou lement se touchent l'une l'autre. On peut ainsi exprimer ['angle de biais (O l) par la formule l suivante: 1 = cos-{d/(D-d)} sin (/Z)} (l) Dans la formule (1), D represente le diametre interieur
des galets; (d) est le diametre d'une aiguille; Z est le nombre de galets.
Dans le cas d'une inclinaison reposant sur le jou radial, comme l'inclinaison peut se poursuivre jusqu'a ce que les deux extre mites du gales touchent le diametre interieur du gales, ['angle (3 2 est donne dans ce cas par la formule (2): (32= sin-1 (2/ / 1) (2) s Dans cette formule, gr represente le jou radial et (l) est la
longueur effective du gales.
Les angles de biais l, 0 2 se determinant ainsi et le plus petit des deux est ['angle de biais qui peut effectivement s'etablir (Voir a ce sujet le document À< BEARINGS ?' Norimune Soda, Iwanami Shoten, o Editeurs). Si le jou radial est fixe de faOcon que la relation entre les deux angles d'inclinaison 0 1 et (3 2 soit telle que 1 > 2 et qu'ainsi ['angle d'inclinaison 2 soit compris entre 4,0 et 4,5 , on a trouve que la force engendrant des vibrations sur le joint a tripode etait reduite au minimum. En tenant compte, il est possible d'optimiser la reduction des
vibrations engendrer dans le point a tripode.
L'invention concerne egalement un joint homocinetique tripode comportant un element exterieur ayant des gorges formant des chemins, s'etendant axialement, en trots positions equidistantes dans la direction peripherique de la peripherie interieure, un tripode avec un corps en forme de manchon destine a etre monte sur l'arbre d'une transmission de couple et des elements d'axe formant les paliers venant radialement en saillie entre trots positions equidistantes de maniere pe o ripherique portes par le corps en forme de manchon et les galets vent respectivement fxes aux elements d 'exe formant paliers pour tourner par l'intermediaire d'un ensemble d'aiguilles de roulement, les galets etant loges dans les gorges et chaque gales est guide par sa surface pe ripherique exterieure par les surfaces de guidage a gales, realisees dans s les parois laterales opposees de la gorge formant le chemin, caracterise en ce que ['angle d'inclinaison des aiguilles de roulement est commande pour se
situer a l'interieur d'une valeur determinee.
L'angle d'inclinaison des aiguilles de roulement est pro o voque par le jou radial des aiguilles de roulement dans l'espace annu laire entre le gales et ['element d'axe et cet angle est commandee pour
qu'il se situe dans une valeur specifique predeterminee.
L'angle d'inclinaison (0 2) peut se determiner en combi nant de maniere appropriee la valeur du diametre interieur de gales D, le jou radial gr, la longueur effective (1) de l'aiguille de roulement en ap
pliquant la formule 2 comme indique ci-dessus.
L'angle d'inclinaison (D 2) est de l'ordre de 4,0 - 4,5 .
Cette relation repose sur le fait que la force de poussee
est minimale lorsque ['angle d'inclinaison (0 2) est de l'ordre 4,0 - 4, 5 .
o Si ['angle d'inclinaison (0 2) depasse 4,5 , la force de poussee augmente jusquta saturation a un certain niveau; inversement si ['angle d'inclinaison (O 1) est inferieur a 4,0 , la force de poussee tend egale
ment a augmenter.
L'angle d'inclinaison (O) des aiguilles de roulement pro s dun' par les joux peripheriques est superieur a ['angle d'inclinaison (O 2) des aiguilles de roulement, produit par les joux radiaux dans un espace
annulaire entre le gales et ['element d'axe.
Comme decrit ci-dessus, le plus petit des deux angles d'inclinaison, a savoir ['angle d'inclinaison (O 1) qui se produit, a cause du jou peripherique et ['angle d'inclinaison (O 2) lie au jou radial, et peut se produire effectivement. C'est pourquoi, on peut agir contre la mise en biais des aiguilles de roulement en reduisant senlement cet angle
d'inclinaison (3 2).
Le rapport des contacts entre le gales et les surfaces de o guidage de gales est de 1,02 - 1,2 et la largeur du gales est reduite jus qu'a un degre tel que ['ellipse de contact produite dans le gales ne devie pas de la surface d'extremite du gales pendant ['application d'un couple predetermine. La raison est que si le rapport des contacts est petit pen dant ['application de couple, ['ellipse de contact augmente et depasse la largeur du gales, ce qui entraine une reduction de la duree d'utilisation; inversement, si le rapport des contacts est important, ltellipse de contact diminue mais la pression augmente, ce qui accelere l'usure des
parties de contact et reduit la duree d'utilisation.
o De plus en reduisant la largeur du gales, on rend plus compact ['element exterieur du joint et ainsi globalement le joint tri pode.
De maniere particuliere, le rapport (Ls/do) entre la lar-
geur Ls et le diametre exterieur (do) du gales est de l'ordre de 0,24
0,27.
Plus ce rapport (Ls/do) est petit et plus petite sera la lar geur (Ls) du gales pour son diametre exterieur (do), ce qui participe de maniere tres importante a la reduction des dimensions. Toutefois une reduction excessive du rapport augmenterait la pression de surface conduisant a une diminution de la resistance et de la duree d'utilisation. Ainsi on determine la limite inferieure pour tenir compte
de cet aspect.
La largeur des galets et la longueur des aiguilles de rou lement vent fxces pour que la pression de contact entre le gales et ses surfaces de guidage soit pratiquement egale a la pression de contact entre ['element d'axe formant palier et les aiguilles de roulement La raison est qu'en egalisant les pressions de contact, on evite l'usure prematuree tout en augmentant la fiabilite du joint a tri pode pris globalement. La resistance et la fiabilite du joint a tripode dependent principalement des parametres de conception suivants: Parametres de resistance: diametre de l'arbre, diametre des elements d 'exe formant paliers, diametre du corps en forme de o manchon, largeur du corps en forme de manchon, longueur des dents,
epaisseur de paroi des galets, largeur des galets.
Parametres de fiabilite: PCD, diametre du palier de ['element d'axe, longueur d'une aiguille de roulement (diametre effectifJ
= largeur du gales, diametre d'une aiguille de roulement.
Pour l'equilibre entre la resistance et fiabilite d'un produit classique, une importance trop grande est donnee a la fiabilite, ce qui rend difficile la garantie de la resistance en torsion lorsqu'on cherche a reduire le poids et a rendre le produit compact. De plus dans la plage de fonctionnement (geometric) si le diametre de l'arbre reste inchange et si une conception analogue est faite avec un rapport de diametres entre le petit diametre interieur et le grand diametre interieur de ['element exte
rieur du joint en tent que tel. la plage de fonctionnement diminuera.
1) Diametre de l'arbre/diametre du cercle primitif de la surface de gui dage des galets (óds/PCD), 2) Diametre du corps formant manchon/diametre exterieur du man chon (ódr/SDj), 3) Petit diametre interieur /grand diametre interieur de ['element exte rieur (óD2 / D 1), 4) Largeur du galet/diametre exterieur du gales (Ls/óDs), 5) Diametre du palier de ['element d'axe/diametre exterieur du gales (óDj / Ds), 6) Diametre du palier de ['element d'axe/diametre de l 'exe (óDj/ods), 7) Longueur d'une aiguille de roulement/ diametre du palier de
['element d'axe (Ln/óDj).
En prenant en compte les proportions dimensionnelles pour les sept points evoques ci-dessus, on obtient des joints a tripode avec un equilibre entre la solidite et la fiabilite; un tel tripode est leger et compact. De plus, il est possible de fixer le degre de glissement sans s diminuer la plage de fonctionnement (geometric). La reduction de la difference de l'epaisseur de paroi entre le grand diametre interieur et le petit diametre interieur de ['element de joint exterieur et la reduction de la longueur du palier de ['element d'axe permettent d'ameliorer les ca
racteristiques de forgeage.
to L'invention concerne egalement un joint homocinetique tripode comportant un element exterieur (bol) ayant trots gorges axiales formant des chemins avec des surfaces peripheriques interieures et des surfaces de guidage de gales dans les parois laterales opposees de la gorge, s un tripode ayant trots elements d 'exe formant paliers venant radiale ment en saillie et portent a rotation des galets par l'intermediaire d'un ensemble d'aiguilles de roulement, ces galets etant loges dans les gorges formant les chemins de roulement de ['element exterieur, chaque gales etant guide dans la surface peripherique exterieure des o surfaces de guidage de gales, caracterise en ce que la resistance en torsion du tripode et la resistance en torsion de la par tie du plus petit diametre exterieur, le plus petit de l'arbre vent sensi blement egales et la pression des elements d 'exe formant paliers en s contact de roulement avec les aiguilles de roulement peut atteindre jus
quta une valeur predeterminee.
Le rapport dr/ SDj du diametre exterieur de ['element d 'exe formant palier au diametre exterieur Sdj de ['element formant axe
est compris entre 0,65 - 0,70.
Le rapport ds/PCD du diametre ds de l'arbre et du dia metre de cercle primitif PCD des surfaces de guidage de gales est egal a
O,50-0,55.
Le rapport D 1/ D2 du petit diametre interieur D2 au grand diametre interieur D1 de ['element exterieur du joint est compris
3s entre 0,66 et 0,72.
Le rapport Ls/Ds de la largeur Ls au diametre exterieur a
un diametre exterieur Ds des galets est compris entre 0,24-0,27.
Le rapport (Ln/ Dj) de la longueur Ln des aiguilles de roulement au diametre de ['element d'axe formant palier D j est compris
s entre 0,47 et 0,50.
Le rapport Dj/Ds du diametre Dj de ['element d'axe for mant palier au diametre exterieur Ds du gales compris entre 0,54 et 0,57. Le rapport Dj/d du diametre Dj de ltelement d 'exe for
o mant palier et le diametre (d) de l'axe est compris entre 0,83-0,86.
La base de ['element d'axe formant palier et le palier vent etages a deux gradins et le coin du palier est une surface R s'etendant
en continu avec un rayon de courbure predetermine Ra.
Description des dessins
s La presente invention sera decrite ci-apres de maniere plus detaillee a ['aide d'exemples de realisation representes schemati quement dans les dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe a echelle agrandie de la region de contact entre un gales et une surface de guidage de gales d'un joint o homocinetique tripode selon un mode de realisation de ['invention, - la figure 2A est une coupe transversale du joint a tripode, - la figure 2B est une coupe longitudinale du joint a tripode, - la figure 3A est une vue de bout de ['element exterieur du joint, - la figure 3B est une vue en coupe du palier de ['element d 'exe et de la s region environnante, - la figure 3C est une vue partielle a echelle agrandie de la figure 3B, - la figure 4 est une vue en coupe d'un joint a tripode avec un mode de realisation de ['invention et un exemple classique, presentes cote a cote pour permettre la comparaison, o - les figures 5A, 5B vent des vues en coupe a echelle agrandie de la region de contact entre le gales et sa surface de guidage montrant respectivement le contact angulaire et le contact circulaire, - la figure 6 est une vue explicative de l'inclinaison d'une aiguille de roulement, - la figure 7 est un graphique montrant la relation entre ['angle d'inclinaison (O 2) et la poussee induite, - la figure 8A est une vue en coupe a echelle agrandie de la base de ['element de palier, s - la figure 8B est une vue en coupe a echelle agrandie d'une partie correspondent a la figure 8A pour un joint a tripode classique, - les figures 9A, 9B vent respectivement une vue en coupe transver sale et une vue en coupe longitudinale d'un tripode montrant toutes
les deux les dimensions des differentes parties du joint a tripode.
o Description des modes de realisation preferentiels
Un premier mode de realisation de ['invention sera decrit
ci-apres en reference aux figures 1-3C.
Selon les figures 2A, 2B, un joint homocinetique tripode comporte comme composants principaux, un element exterieur ou bol is 10 relic a l'un des deux arbres en rotation et un tripode (2O, 3O, 32) re
lie a l'autre arbre rotatif.
L'element exterieur 10 du joint se presente sous la forme d'un bol a trots gorges axiales 12 formant des chemins repartis de ma niere equidistante dans la direction peripherique. Chaque gorge 12 comporte des surfaces de guidage de gales 14 formees dans les parois laterales opposees. Une surface de guidage de gales 14 fait partie d'une surface cylindrique; il s'agit d'une partie de surface cylindrique paral lele a l'axe de ['element exterieur 10. La section de ['element exterieure est. comme montre a la figure 3A, sous la forme d'une cloche dans 2s laquelle apparaissent des parties 16 de petit diametre interieures D1 et des parties 18 de grand diametre interieures D2; ces parties vent re
liees par les surfaces de guidage de gales 14.
Le joint comporte un tripode 2O, un gales 30 et un en
semble d'aiguilles de roulement 32.
Le tripode 20 est muni de trots elements d'axe formant des paliers venant radialement en saillie de facon equidistante dans la direction peripherique. Selon la figure 3B, chaque element d'axe for mant palier presente une surface exterieure 24 cylindrique et une gorge annulaire 26 formee au voisinage de l'extremite de ['axe. L'element d 'exe 3s formant palier 22 porte a rotation un gales 30 par l'intermediaire d'aiguilles de roulement 32. La surface peripherique cylindrique exte: rieure 24 de ['element d'arbre formant palier 22 constitue une surface de roulement interieure pour les aiguilles de roulement 32. La surface peripherique interieure du gales 30 est cylindrique et constitue une surface de circulation exterieure pour les aiguilles de roulement 32. Les aiguilles de roulement 32 vent en contact avec une rondelle exterieure 34 par leur surface d'extremite; cette rondelle est a l'exterieur lorsqu'on regarde radialement ['element d 'exe 20; une ron delle interieure 38 est prevue pour les surfaces opposees. Le mouve o ment axial de la rondelle exterieure 34 est limite par un anneau elastique 36 monte dans la gorge 26, limitant egalement le mouvement axial des aiguilles 32. Selon la figure 3C, la rondelle exterieure 34 est une partie de disque 34a dirigee radialement par rapport a ['element d 'exe 22 et une partie cylindrique 34b s'etendant axialement par rap port a ['element d'axe formant palier 22. La partie cylindrique 34a de la rondelle exterieure 34 presente un diametre exterieur plus petit que le diametre interieur du gales 30 et son extremite 34c est situee a l'exterieur lorsqu'on regarde radialement le tripode 20; son diametre est augmente pour etre superieur au diametre interieur du gales 30. Cela o permet au gales 30 de se deplacer axialement par rapport a ['element
d 'exe formant palier 22.
La surface peripherique exterieure du gales 30 fait partie d'une surface spherique, ctest-a-dire qu'il s'agit d'une partie de surface spherique dont le centre de courbure se trouve dans une partie radia :5 lement espacee de ['axe; sa courbure est legerement inferieure a celle des surfaces de guidage de gales 14 (voir figure 1). La forme du contact entre le gales 30 et les surfaces de guidage de gales 14 est un contact
d'arc comme le montre la coupe. Il s'agit d'un contact circulaire.
Si le rapport des contacts entre le gales 30 et les surfaces de guidage de gales 14 est plus faible, pendant ['application du couple, ['ellipse de contact augmentera jusqu'a depasser la largeur du gales 30, ce qui en reduit la duree de fonctionnement. Inversement, si le rapport de contact est grand, ['ellipse de contact sera petite et la pression de surface augmentera, accelerant l'usure des parties de contact et en re duisant la duree de vie. Toutefois sur le plan de la structure, la pression dans le joint homocinetique tripode est la plus elevee dans la zone com prise entre ['element d'axe formant palier 22 et les aiguilles de roule ment 32. C'est pourquoi, il convient de fixer le rapport des contacts pour que la pression dans cette region ne depasse pas la limite. De ma s niere precise, ce rapport de contact est de preference de l'ordre de 1,02
1,2 et notamment de 1,05 - 1,18.
En fixant le rapport des contacts pour que la longueur de ['ellipse decontact ne depasse pas la largeur Ls (figure 3B) du gales 3O, il est possible de reduire la largeur du gales 30. De plus en procedant o ainsi, on rend ['element exterieur 10 plus compact, si bien que globale ment, le joint homocinetique tripode est plus compact. Concretement, le rapport Ls/do de la largeur Ls au diametre exterieur do du gales 30 est
egal a 0,32 ou moins et notamment il est compris entre 0,24 et 0,27.
L'ellipse de contact est representee en traits mixtes a la figure 1.
Lorsque le joint homocinetique tripode tourne avec un angle de fonctionnement, on a egalement un deplacement angulaire entre le gales 30 et les surfaces de guidage 14. Comme deja decrit, a ce moment, il se produit un phenomene aux deux extremites du gales 30 qui coupe les deux extremites de ses surfaces de guidage 14, c'est-a o dire la partie interieure de petit diametre 16 et la partie interieurede grand diametre 18 de ['element exterieur 1O, ce qui aggrave finalement les vibrations. Pour eviter cette situation, comme represente a la figure 1, on a forme des parties degagees 15a, 15b aux deux extremites des
surfaces de guidage de gales 14.
Si (d) est le diametre des parties degagees 15a, 15b et (all) le diametre de la surface d'extremite du gales 3O, le degre de degage ment est donne par la formule (d - di) / 2. Si ce degre de degagement est trop faible, on ne pourra pratiquement pas eviter que le gales 30 coupe dans la surface de guidage de gales 14. Inversement, si le dega o gement est trop grand, le gales 30 s'ecarte de la zone de contact entre le gales 30 et les surfaces de guidage 14, alors reduites, aggravant plutot les caracteristiques de vibrations et reduisant la duree de fonctionne ment. C'est pourquoi, ['optimum de degagement est tel que ['ellipse de contact se trouve dans la largeur du gales 30 au moins pendant
:5 ['application d'un couple predetermine pour eviter qutelle ne coupe.
Pour cela, le diametre (d) des parties degagees 15a, 15b ne doit pas etre
inferieur au diametre (all) de la surface d'extremite du gales.
Les parties degagees 15a, 15b vues en coupe' a la figure 1 vent constituees par une courbe qui relic en douceur les deux extremi s tes des surfaces de guidage de gales 14 a la partie de petit diametre et celle de grand diametre 16, 18 de ['element exterieur 10. Dans ce mode de realisation represente a titre d'exemple a la figure 1, la longueur de ['ellipse de contact representee en traits mixtes est egale a la distance entre les points de connexion des surfaces de guidage 14 du gales et les
o parties degagees 1 5a, 1 5b.
Comme decrit, dans le premier mode de realisation de ['invention, la forme du contact entre le gales et les surfaces de guidage est un contact circulaire et le rapport des contacts est fixe pour que la longueur de ['ellipse de contact, dans le sens transversal ne depasse pas s la largeur du gales pendant ['application d'un couple predetermine; cela permet de reduire le poids, d'aboutir a un joint plus compact et offrant une bonne fiabilite. La figure 4 montre cette situation. Dans cette meme figure, on a represente dans la moitie gauche un joint homocinetique tripode classique; dans la moitie droite, on a represente un joint homo
cinetique tripode selon ['invention pour permettre la comparaison.
L'existence de parties degagees dans les surfaces de gui dage du gales elimine le risque que le gales n'entaille ses surfaces de guidage lorsque le joint homocinetique tripode tourne avec un angle. On ameliore ain si le s caracteristique s de vibration s et on reduit le s vibra
s tions du joint homocinetique tripode.
Les figures 6 et 7 montrent un second mode de realisa tion de ['invention. Le premier et le second mode de realisation vent les memes pour les elements de base du joint homocinetique tripode et comme cela a deja ete decrit ci-dessus en relation aux figures 2A, 2B, o 3A, 3B, 3C. La surface peripherique exterieure du gales 30 peut etre une partie de surface spherique dont le centre de courbure est situe sur ['axe; de plus, il peut s'agir d'une surface a courbure convexe utilisee comme generatrice a un arc dont le centre de courbure se trouve place dans une position radiale espacee de ['axe. La forme du contact entre le ss gales 30 et les surfaces de guidage 14 peut etre un contact angulaire comme celui de la figure 5A ou un contact circulaire comme celui de la figure 5B. Le contact angulaire correspond a un certain angle de contact et se produit en deux points, si bien que ['ellipse de contact se
produit en deux points dans la direction de ['angle de contact.
Le contact circulaire se produit entre les surfaces spheri ques et un point. Dans les deux cas, il est necessaire de fixer la largeur Ls du gales 30 pour que ['ellipse de contact ne devie pas de la surface d'extremite du gales 30 mais vienne dans la largeur du gales lorsqu'un couple predetermine est applique. Si le rapport des contacts est faible, o ['ellipse de contact augmente pendant ['application du couple et depasse la largeur Ls du gales 30, ce qui raccourcit la duree de vie. Inversement, si le rapport des contacts est trop grand, ['ellipse de contact diminue, mais la pression augmente, accelerant l'usure des parties de contact et reduisant la duree de vie. Structurellement, toutefois la pression de s contact du joint homocinetique tripode est la plus importante dans la region entre ['element d 'exe formant palier 22 et les aiguilles de roule ment 32. C'est pourquoi, il faut fixer le rapport des contacts pour que la pression dans cette zone ne depasse pas la limite. Pratiquement le rap port des contacts doit etre situe dans une plage comprise entre 1,02 et o 1,2 et notamment dans une plage comprise entre 1,05 et 1,18. De plus, le rapport Ls/do de la largeur Ls par rapport au diametre exterieur do
du gales 30 doit etre compris entre 0,24 et 0,27.
Il est de plus souhaitable que la largeur Ls du gales 30 et la longueur effective (l) des aiguilles de roulement 32 soient choisies pour que la pression de contact entre le gales 30 et les surfaces de gui dage 40 du gales soit pratiquement egale a la pression de contact entre
['element d 'exe formant palier 22 et les aiguilles de roulement 36.
Dans le second mode de realisation, pour ['ensemble des joints homocinetiques tripode, ccux-ci different l'un de l'autre unique ment par ['angle d'inclinaison 2 des aiguilles de roulement 32 du fait du jou radial et lorsqu'on mesure les poussees induites, on obtient le resultat represente a la figure 7. Les conditions d'essai ont ete les sui vantes: couple: 294 N. m angle de fonctionnement: 7 T/min: 150 La figure 7 trace les donnees de mesure de la force de poussee par rapport a l'axe vertical representant la force de poussee in duite dans le joint homocinetique tripode et l'axe horizontal represente s ['angle d'inclinaison calcule 2 (en degree). Cette fgure montre que la force de poussee est au minimum lorsque ['angle d'inclinaison 0 2 est de l'ordre de 4,0 a 4,5 . Si ['angle d'inclinaison 2 depasse 4,5 , la force de poussee augmente jusqu'a saturer un certain niveau. Si ['angle d'inclinaison 0 2 devient inferieur a 4,0, la force de poussee tend egale o ment a augmenter. C'est pourquoi pour l'inclinaison des aiguilles de roulement 32, on fixe ['angle 0 2 dans la plage comprise entre 4,0 et 4,5 , ce qui permet de reduire la poussee induite dans le joint homoci
netique tripode et les vibrations.
Comme decrit ci-dessus, le joint homocinetique tripode selon le second mode de realisation comprend un element exterieur avec des gorges formant des pistes s'etendant axialement et occupant trots positions equidistantes dans la direction peripherique de la peri pherie interieure, un tripode forme d'un corps en forme de manchon monte sur l'arbre pour la transmission du couple et des elements d 'exe formant paliers, radialement en saillie dans trots positions equidistan tes peripheriques du corps en forme de manchon portent des galets montes en rotation par l'intermediaire d'aiguilles de roulement; ces ga lets vent loges dans les gorges formant les chemins et chaque gales est guide par sa surface peripherique exterieure cooperant avec la surface de guidage des parois laterales opposees de la gorge en forme de che min. Ainsi, il est possible de reduire les vibrations dans le joint homoci netique tripode en reglant ['angle d'inclinaison des aiguilles de
roulement pour que cet angle reste a une valeur determinee.
Comme le plus petit deux angles dtinclinaison a savoir ['angle dtinclinaison 0 1 produit par le jou peripherique et ['angle d'inclinaison 2 produit par le jou radial est ['angle possible en prati quement, on peut prendre des mesures pour eviter l'inclinaison des ai guilles de roulement en commandant soit cet angle d'inclinaison (3 2 pour que ['angle d'inclinaison (3 1 des aiguilles produit par les joux pe ripheriques soit superieur a ['angle d'inclinaison (3 2 des aiguilles pro dun' par les joux radiaux dans l'espace annulaire entre le gales et ['element d 'exe formant palier (O 1 > 0 2). Ce troisieme mode de realisa tion de ['invention sera decrit ci-apres a ['aide des figures 8A, 8B, 9A, 9B. s Le premier, le second et le troisieme mode de realisation vent les memes pour la construction de base du joint homocinetique tripode et correspondent a ce qui a ete decrit en liaison avec les figures 2A, 2B, 3A, 3B, 3C. La base de ['element d'axe formant palier 22 telle representee a la figure 8 a une forme en gradin. Le gradin qui part de o ['element d 'exe formant palier 21 a une surface peripherique cylindrique 24 partant de ce gradin. Le coin a la base de la surface peripherique exterieure cylindrique 24 est une surface continue R avec un rayon de courbure predetermine Rb. Dans le cas de l'art anterieur selon la figure 8B, ['element d 'exe formant palier 21' est directement relic a la surface peripherique exterieure cylindrique 24' par la surface R de rayon de courbure Ra. La comparaison entre les deux figures montre que l'on a
les relations Ra > Rb et tw1 > tw2.
Le tableau 1 ci-apres donne des exemples en tenant compte des proportions dimensionnelles de differentes parties du mode
o de realisation des figures 2A et 2B.
TABLEAU 1
Comparaison des Effets resultants ITEM proport ions (%) Art an- Exem- a b C d terieur pies <:)ds/PCD 45 - 49 50 - 55 O O 4>dr/SDj 60 - 63 65 - 70 O O
4:)D2/0D1 59 - 64 66 - 72 O O
LS/0Ds 32 - 36 24 - 27 O O ODj/0Ds 46 - 57 54 - 57 O Dj/0ds 73 - 86 83 86 O Ln/0Dj 58 - 76 47 - 50 O O
Dans les exemples du tableau 1, les dimensions des diffe-
rentes parties (figures 9A, 9B) du montage des figures 2A et 2B vent fixces comme suit: La proportion 100 (óds/PCD) entre le diametre de l'arbre et PCD a ete fixce a 50 % - 55 %. Le diametre de l'arbre ds a ete de termine a partir de la capacite de charge autorisee; le diametre du cer cle primitif PCD de la surface de guidage de gales 14 a ete determine a partir du rapport de la largeur Ls du gales 30 au diametre exterieur lDs. La proportion 100 (ó dr/SDj) de ['element d'axe formant palier/diametre exterieur de ['element d'axe a ete fixce a 65 % - 70 %. Le diametre dr de ['element d'axe formant palier a ete determine a partir o de la resistance en torsion pendant ['application d'un couple predeter mine; le diametre exterieur Sdj de ['element d 'exe a ete determine a partir de la largeur Ls du gales 30, la hauteur de la rondelle et du grand
diametre interieur D1 de ['element exterieur 10 du joint.
La proportion 100 (ó D2/ D1) du petit diametre inte s rieur/grand diametre interieur de ['element exterieur 10 a ete fixe 66 72 %. Le petit diametre interieur D2 de ['element exterieur 10 a ete fixe a une valeur autorisant la fixation de la region active du diametre d 'exe ds et du diametre de ['element d 'exe formant palier dr; le grand diametre interieur D1 a ete determine a partir du diametre du o cercle primitif PCD de la gorge 12 formant le chemin de roulement et le
diametre exterieur Sdj de ['element d'axe.
La proportion 100 (Ls/ó Ds) entre largeur/diametre exte rieur du gales 30 a ete fixce a 24 % - 27 %. La largeur Ls et le diametre exterieur Ds du gales 30 ont ete fixes a des valeurs optimales en te :5 nant compte de la longueur de ['ellipse de contact et de la pression de contact entre le gales 30 et la surface de guidage de gales 14 lorsqu'un
couple predetermine est applique.
La proportion 100 (ó Dj/ó Ds) du diametre de ['element d 'exe formant palier/diametre exterieur du gales a ete fixce a 54 % - 57 %. Le diametre de ['element de palier Dj a ete rendu egal a la dimen sion courante pour garantir la tenue en torsion; le diametre exterieur
du gales Ds a ete choisi sur la base de la pression de contact.
La proportion 100 (ó Dj/+ ds) du diametre de ['element d'axe formant palier/diametre de l'axe a ete fixce a 83 % - 86 %. On a fixe la meme dimension que la proportion courante pour garantir la re
sistance en torsion et la fiabilite.
La proportion lOO (Ln/ó Dj) de la longueur de l'aiguille de roulement/diametre de ['element d 'exe formant palier a ete fixce a 47 % 50 %. La longueur Ln de l'aiguille de roulement a ete choisie en tenant compte de la pression de contact maximale du palier. De plus en redui sant la taille de la base R de ['element d'axe formant palier 22 et en amincissant la rondelle interieure pour augmenter de maniere corres pondante le diametre de la base, on a obtenu une forme en gradin et o l'epaisseur de paroi entre la base et les dents augmente, ce qui
d'augmenter la resistance en torsion.
Dans le Tableau 1, les colonnes a-d sous les en-fetes donnent les resultats suivants: a: leger, compact, t5 b: equilibre entre la resistance et la fiabilite, c: facilite d'usinage
d: garantie de la plage de fonctionnement.
Le troisieme mode de realisation de ['invention tient compte du fait que les joints homocinetiques tripode, classiques vent concus en tenant tout particulierement compte de ['aspect de resistanGe en particulier de la resistance de l'arbre et de la fiabilite, on considere le compromis entre la resistance et la fiabilite et on reduit la taille de l'enveloppe de ['element exterieur du joint au maximum pour une re duction du poids et rendre le joint plus compact. Du point de vue de la resistance, l'arbre et le tripode vent pratiquement identiques et du point de vue de la fiabilite, on tient compte de la pression de contact entre les aiguilles de roulement et ['element d'axe formant palier; cette pression de contact est autorisee jusqu'a un niveau determine pour realiser une
conception radicalement compacte de ['element exterieur du joint.
o Du point de vue de la fiabilite, on tient compte de la pres sion de contact de ['element d'axe forrnant palier et du fait que cette pression de contact dans ['element d 'exe peut atteindre jusqu'a 1,15 fois la valeur habituelle (voir le Tableau 2) par rapport a ce qui est possible dans un joint homocinetique tripode classique. Comme le joint homoci netique tripode classique a une duree de vie double de celle d'un joint a double decalage DOJ, le joint homocinetique tripode scion le troisieme mode de realization de ['invention dolt avoir une fiabilite egale ou supe
rieure a celle du joint DOJ.
Tableau 2
axe de Cercle ['ellipse veritable Art anterieur 259,2 343,7 Exemples 292, 9 398,1 Proportion 1, 13 1, 16 s Unite: kgf/mm2
Claims (5)
1 ) Joint homocinetique tripode comportant un element exterieur (bol) ayant trots gorge s axiale s formant de s chemins avec de s surface s peri pheriques interieure s et de s surface s de guidage de gales dans le s parois s laterales opposees de la gorge, un tripode ayant trots elements d'axe formant paliers venant radiale ment en saillie et portent a rotation des galets par l'intermediaire d'un ensemble d'aiguilles de roulement, ces galets etant loges dans les gorges formant les chemins de roulement de ['element exterieur, o chaque gales etant guide dans la surface peripherique exterieure des surfaces de guidage de gales, caracterse en ce que la resistance en torsion du tripode et la resistance en torsion de la par tie du plus petit diametre exterieur, le plus petit de l'arbre vent sensi s blement egales et la pression des elements d'axe formant paliers en contact de roulement avec les aiguilles de roulement peut atteindre jus
qu'a une valeur predeterminee.
2 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, caracterise en ce que le rapport dr/SDj du diametre exterieur de ['element d'axe formant pa lier au diametre exterieur Sdj de ['element formant axe est compris en
tre 0,65 - 0,70.
2s 3 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, .. caracterse en ce que le rapport ds/PCD du diametre ds de l'arbre et du diametre de cercle
primitif PCD des surfaces de guidage de gales est egal a 0,50-0,55.
o 4 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, . caracterse en ce que le rapport D1/D2 du petit diametre interieur D2 au grand diametre in
terieur D 1 de ['element exterieur du joint est compris entre 0,66 et 0, 72.
ss 5 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, caracterise en ce que le rapport Ls/Ds de la largeur Ls au diametre exterieur a un diametre
exterieur Ds des galets est compris entre 0,24-0,27.
6 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, caracterise en ce que le rapport (Ln/Dj) de la longueur Ln des aiguilles de roulement au dia metre de ['element d'axe formant palier D j est compris entre 0,47 et O,50. 7 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, caracterise en ce que le rapport Dj/Ds du diametre Dj de ['element d'axe formant palier au
diametre exterieur Ds du gales compris entre O,54 et O,57.
8 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, caracterise en ce que le rapport Dj/d du diametre Dj de ltelement d'axe formant palier et le
diametre (d) de l'axe est compris entre O,83-O,86.
9 ) Joint homocinetique tripode selon la revendication 1, caracterise en ce que la base de ['element d 'exe formant palier et le palier vent etages a deux gradins et le coin du palier est une surface R s'etendant en continu avec
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