FR2841306A1 - Arbre de transmission articule comportant un joint a chemins de roulement en opposition - Google Patents
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Abstract
Un arbre de transmission articulé, notamment en tant qu'arbre de roue dans un véhicule automobile, comporte au moins un joint homocinétique à billes, fixe, sous la forme d'un joint à chemins de roulement en opposition, comprenant une partie de joint extérieure 11 avec des chemins de roulement extérieurs, une partie de joint intérieure 21 avec des chemins de roulement intérieurs, des billes 36 et une cage à billes 31. Des premières paires de chemins de roulement dont les chemins de roulement s'éloignent mutuellement, dans une première direction axiale, sont respectivement radialement opposées à des premières paires de chemins de roulement, et des secondes paires de chemins de roulement dont les chemins de roulement s'éloignent mutuellement, dans une seconde direction axiale, sont respectivement radialement opposées à des secondes paires de chemins de roulement.
Description
(76). L' invention concerne un arbre de transmission articule, notamment
destine a etre utilise en tent qutarbre de roue dans un vehicule automobile, et comportant au moins un joint homocinetique a billes, fixe, sous la forme d'un joint a chemins de roulement en opposition. Ce lo joint a chemins de roulement en opposition comprend une partie de joint exterieure avec des chemins de roulement exterieurs, une partie de joint interieure avec des chemins de roulement interieurs, des billes de transmission du couple, qui vent recues dans des padres 1S de chemins de roulement constituees de chemins de roulement exterieurs et de chemins de roulement interieurs, et une cage a billes avec des fenetres de cage dans lesquelles les billes vent maintenues dans un plan commun et vent menees vers le plan bissecteur lors dune flexion du joint, des -premiers chemins de roulement exterieurs formant avec des premiers chemins de roulement interieurs, des premieres padres de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'eloignent mutuellement, dans une premiere direction axiale en direction du cote de raccordement de la partie de joint interieure, et dans lesquelles vent maintenues des premieres billes, et des seconds chemins de roulement exterieurs formant avec des seconds chemins de roulement interieurs, des secondes padres de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'eloignent mutuellement, dans une seconde direction axiale en direction du cOte de raccordement de la partie de joint exterieure, et
dans lesquelles vent maintenues des secondes billes.
Des joints a chemins de roulement en opposition du type de celui mentionne en introduction, presentent l'avantage suivant, a savoir que sur les billes disposees, de maniere alternee dans la direction peripherique, dans des premieres padres de chemins de roulement et des secondes padres de chemins de roulement, vent exercees par les chemins de roulement, des forces dirigees respectivement de maniere alternee dans une premiere direction et dans une seconde direction. Ces forces vent reprises par des forces antagonistes de la cage a billes, qui en tent que forces interieures vent en equilibre, de sorte qu'aucune force axiale exterieure n'est exercee sur la cage. La cage se deplace ainsi de maniere relativement libre de
frottement par rapport a la partie de joint exterieure.
Jusqu'a present il est usuel pour les joints selon l'etat de la technique, pour des raisons de fabrication et de montage et en rapport avec les grandeurs de billes preferees, que respectivement a une premiere padre de chemins de roulement s'ouvrant dans une premiere direction, soit opposee radialement une seconde padre de chemins de roulement s'ouvrant dans une seconde direction, et que soient prevus notamment six padres de chemins de roulement. Cela presente des inconvenients graves pour la commande du joint, a savoir les
conditions d' effort de commande au niveau de la cage.
2s une commande parfaite de la cage est toutefois necessaire pour, a chaque instant, lors d'une flexion du joint, mener l' ensemble des billes sur le plan bissecteur qui divise de maniere symetrique ['angle entre les axes de la partie de joint exterieure et de la partie de joint interieure. Les raisons entra1nant cette commande problematique dans les joints selon lietat de la technique, seront explicitees plus tard, au regard
des dessins.
A partir de la, le but de la presente invention consiste a fournir un arbre de transmission articule du type de celui decrit en introduction, et qui comporte un joint a chemins de roulement en opposition presentant des proprietes de commande ameliorees. Conformement a ['invention, ce but est atteint grace au fait que dans le joint considere, des premieres padres de chemins de roulement vent respectivement radialement opposees a des premieres padres de chemins de roulement, et des secondes padres de chemins de roulement vent respectivement radialement opposees a des secondes padres de chemins de roulement. Il est en particulier propose que dans ledit joint, des premieres padres de chemins de roulement et des secondes padres de chemins de roulement soient disposees de maniere alternee dans la direction peripherique. De preference, on prevoit un joint comportant huit padres de chemins de roulement, reparties de maniere uniforme dans la direction peripherique. D'autres possibilites resident dans le
choix de douze ou seize padres de chemins de roulement.
Selon une configuration de ['invention, la partie de joint exterieure audit joint possede, sur le cOte de raccordement de la partie de joint exterieure, un fond de joint qui y est forme d'un seul tenant. Par ailleurs, la partie de joint interieure audit joint est reliee a l'arbre intermediaire de l'arbre de transmission 2s articule. Un arbre de transmission articule conforme a ['invention, comportant un tel joint se caracterise par une duree de vie nettement amelioree du joint qui est notamment mis en uvre en tent que joint cote boite de vitesse ou de transmission, dans un arbre de transmission articule constitue deux joints homocinetiques a billes, fixes, et d'un arbre intermediaire presentant une unite de coulissement axial integree. La partie de joint exterieure est entralnee par le differential et la partie de joint interieure est reliee a l'arbre intermediaire. La duree de vie amelioree est essentiellement due a des forces de commande exercees par des padres de chemins de roulement respectivement sur des padres de billes opposees, qui vent en permanence differentes de zero, de sorte que la
commande de la cage est globalement nettement amelioree.
Les raisons de ces conditions d' efforts de commande
ameliorees seront explicitees au regard des dessins.
Un arbre de transmission articule conforme a ['invention et un joint caracteristique pour celui-ci, compare a un joint selon l'etat de la technique, vent representes sur les dessins annexes et vont etre explicites plus en detail dans la suite. Les dessins montrent: Fig. 1 un arbre de transmission articule conforme a ['invention, en coupe longitudinale partielle; Fig. 2 un joint a chemins de roulement en opposition, selon l'etat de la technique: a) en vue axiale vers l'ouverture de joint, b) en coupe longitudinale selon le plan de coupe AA, c) en coupe longitudinale selon le plan de coupe B-s; Fig. 3 un joint selon la figure 2 avec indication 2s des forces axiales: a) en coupe longitudinale, b) selon une projection developpee de la cage; Fig. 4 un joint selon la figure 2, en rotation dans une position de flexion: a) en vue axiale, b) en coupe longitudinale, c) selon un detail avec cage et billes, d) selon une representation de ['angle de 3s commande pour deux billes opposees; Fig. 5 un joint a chemins de roulement en opposition d'un arbre de transmission articule selon l' invention: a) en vue axiale sur l'ouverture de joint, b) en coupe longitudinale selon le plan de coupe A-A, c) en coupe longitudinale selon le plan de coupe B-B; Fig. 6 un joint selon la figure 5 avec indication des forces axiales: a) en coupe longitudinale, b) selon une projection developpee de la cage; Fig. 7 un joint selon la figure 5, en rotation dans une position de flexion: a) en vue axiale, b) en coupe longitudinale, c) selon un detail avec cage et billes, d) selon une representation de ['angle de commande pour deux billes opposees; Fig. 8 la duree de vie de joints a chemins de roulement en opposition dans des arbres de transmission articules selon ['invention,
comparee a l'etat de la technique.
2s La figure 1 montre un arbre de transmission conforme a ['invention, comprenant un premier joint homocinetique a billes, fixe, 41 realise en tent que joint a chemins de roulement en opposition, un second joint homocinetique a billes, fixe, 42, et un arbre intermediaire 43. Dans l'arbre intermediaire est integree une unite de coulissement axial 44, qui comprend essentiellement un tourillon 45, un manchon 46 et des billes 47 de transmission du couple, qui vent maintenues regroupees par une cage 48. Le premier joint homocinetique a billes, fixe, 41 comprend une partie de joint exterieure 11 avec un fond 14 et forme sur celui-ci, un tourillon , par ailleurs, une partie de joint interieure 21 qui est reliee au tourillon 45, une cage a billes 31 ainsi que des billes 36 de transmission du couple. Le joint, S et ainsi tout l'arbre de transmission articule, est entra1ne par l'intermediaire de la partie de joint exterieure 11, par le tourillon 15. Le tourillon 15 est engage dans un differential. Le second joint homocinetique a billes, fixe, 42 est dispose de facon a ce que la sortie de la transmission d'entralnement se fasse par un tourillon 50 relic a sa partie de joint
exterieure 49 et que l'on relic a un moyeu de roue.
Les representations de la figure 2 vont etre decrites en commun dans la suite. Une partie de joint exterieure 11 comprend une cavite interieure 12 avec une ouverture 13 et un fond 14 a l' oppose. Sur le fond 14 est forme un tourillon de raccordement 15. Dans la cavite 12 est logee une partie de joint interieure 21 avec une ouverture interieure 22 pour engager un tourillon d'arbre. Entre la partie de joint exterieure 11 et la partie de joint interieure 21 est placee une cage a billes 31. Le joint comprend des premiers chemins de roulement exterieurs 161 et des premiers chemins de 2s roulement interieurs 261, qui s'eloignent mutuellement dans une premiere direction R1, qui est orientee du centre du joint vers le c8te d'ouverture de la partie de joint exterieure. Le joint comprend, par ailleurs, des seconds chemins de roulement exterieurs 162 et des seconds chemins de roulement interieurs 262, qui s'eloignent mutuellement dans une seconde direction R2, qui est orientee a partir du centre du joint vers le cote du tourillon de la partie de joint exterieure. Des premiers chemins de roulement exterieurs 161 et des premiers chemins de roulement interieurs 261 forment ensemble, des premieres padres de chemins de roulement; des seconds chemins de roulement exterieurs 162 et des seconds chemins de roulement. interieurs 262 forment
ensemble des secondes padres de chemins de roulement.
Dans les padres de chemins de roulement formees de chemins de roulement exterieurs et de chemins de roulement interieurs vent logees des billes 361, 362 transmettant le couple. La cage a billes 31 presente une surface exterieure spherique 32 qui est maintenue dans une surface interieure spherique 18 de la partie de joint exterieure. Les billes vent maintenues dans des fenetres 34 de la cage 31. Dans chaque coupe radiale passant par des chemins de roulement et traversant tout le joint, des premieres padres de chemins de roulement 161, 261 vent respectivement opposees a des secondes padres de chemins de roulement 162, 262, comme le laissent entrevoir aussi bien la.coupe A-A que la coupe B-B. Sur les billes 361 dans les premieres padres de chemins de roulement, les chemins de roulement exercent des forces qui vent dirigees dans la premiere direction R1. Sur les billes 362 dans les secondes padres de chemins de roulement, les chemins de roulement exercent des forces qui vent dirigees dans la seconde direction R2. Cela est respectivement valable dans le cas d'une transmission de couple et conduit a une sollicitation 2s interieure de la cage. Mais comme les forces s'equilibrent par padres, la cage est. toutefois maintenue globalement libre de forces axiales par rapport a la partie de joint exterieure 11 et a la partie de joint interieure 21. En consequence, les forces de frottement entre la cage et la partie de joint exterieure vent faibles pour un joint monte, en rotation. Sur la figure 3 vent representees une nouvelle fois, pour quatre billes, les forces exercees par les padres de chemins de roulement 161, 261, 162, 262 sur les billes 361, 362, ainsi que dans une projection developpee de la cage 31, les forces antagonistes respectivement correspondantes sur les billes, qui doivent etre fournies par la cage. Pour au total six forces qui agissent alternativement dans une direction opposee, la cage 31 est libre de forces axiales par rapport a la partie de joint exterieure 11 et a la partie de joint
interieure 21.
lo Les representations individuelles de la figure 4 vont etre decrites en commun dans la suite. Un joint selon la figure 2 est represente dans une position de flexion, un angle de flexion etant regle entre l'axe A1l de la partie de joint exterieure 11 et l'axe A2' de la partie de joint interieure 21. L'angle entre les axes A1l et A21 est divise de maniere symetrique par le plan bissecteur E. La representation b) montre une coupe longitudinale
dans le plan dit de flexion defini par les axes A1l, A21.
Les billes vent numerotees de 1 a 6 dans la direction peripherique, les billes 1 et 4 etant situees dans le plan de flexion. Aux points de contact des billes 1 et 4 avec les chemins de roulement, on a represente les tangentes respectives aux billes. Les tangentes relatives a la bille 1 forment un angle de commande a1, et les tangentes relatives a la bille 4 forment un angle de commande 4, qui pour des raisons de symetrie est de meme valeur que le precedent. Des angles de commande differents de zero vent necessaires pour que, dans le cas d'une flexion a savoir d'un angle entre les axes A1l, A21, les chemins de roulement exercent des forces sur les billes pour que celles-ci puissent mener la cage sur le plan bissecteur E. Il est possible d'admettre que sur certaines billes individuelles, les forces de commande prennent une valeur nulle, loreque sur d'autres
billes les forces de commande vent relativement elevees.
Sur la representation d), on a reporte, pour les billes 1 et 4, de maniere quantitative, lesdits angles de commande al, a4 sur un tour de rotation du joint et pour des axes All, A21 en position relative fixe. La representation laisse entrevoir que par deux fois sur un s tour, notamment pour un angle de rotation de 210 et un angle de rotation de 330 , les angles de commande des billes 1 et 4 prennent simultanement la valeur zero. En consequence, conformement a la representation c), les forces F1 et F4, qui en-dehors de ces positions lo angulaires forment une padre de forces qui engendre un couple de basculement, prennent egalement une valeur nulle. M8me en tenant compte du fait que deux autres padres de billes agissent de maniere dephasee avec des padres de forces differentes de zero, la commande de la
1S cage est ici relativement mauvaise.
Les representations de la figure 5 vont 8tre decrites en commun dans la suite. Une partie de joint exterieure 11 comprend une cavite interieure 12 avec une ouverture 13 et un fond 14 a l' oppose. Sur le fond 14 est forme un tourillon de raccordement 15. Dans la cavite 12 est logee une partie de joint interieure 21 avec une ouverture interieure 22 pour engager un tourillon d'arbre. Entre la partie de joint exterieure 11 et la partie de joint interieure 21 est placee une cage a billes 31. Le joint comprend des premiers chemins de roulement exterieurs 161 et des premiers chemins de roulement interieurs 261, qui s'eloignent mutuellement dans une premiere direction R1, qui est orientee du centre du joint vers le cate d'ouverture de la partie de joint exterieure. Le joint comprend, par ailleurs, des seconds chemins de roulement exterieurs 162 et des seconds chemins de roulement interieurs 262, qui s'eloignent mutuellement dans une seconde direction R2, qui est orientee a partir du centre du joint vers le cSte du tourillon de la partie de joint exterieure. Des premiers chemins de roulement exterieurs 16i et des premiers chemins de roulement interieurs 261 forment ensemble, des premieres padres de chemins de roulement; des seconds chemins de roulement exterieurs 162 et des seconds chemins de roulement interieurs 262 forment
ensemble des secondes padres de chemins de roulement.
Dans les padres de chemins de roulement formees de chemins de roulement exterieurs et de chemins de roulement interieurs vent logees des billes 361, 362 transmettant le couple. La cage a billes 31 presente une surface exterieure spherique 32 qui est maintenue dans une surface interieure spherique 18 de la partie de joint exterieure. Les billes vent maintenues dans des fenetres 34 de la cage 31. Dans des coupes radiales passant par les chemins de roulement et traversant tout le joint, des premieres padres de chemins de roulement vent respectivement opposees a des premieres padres de chemins de roulement, tel que le montre la coupe B-B, ou bien des secondes padres de chemins de roulement vent respectivement opposees a des secondes padres de chemins de roulement, tel que le montre la coupe A-A. Sur les billes 361 dans les premieres padres de chemins de roulement 161, 261, les chemins de roulement exercent des forces qui vent dirigees dans la premiere direction 2s R1. Sur les billes 362 dans les secondes padres de chemins de roulement 162, 262, les chemins de roulement exercent des forces qui vent dirigees dans la seconde direction R2. Cela est valable dans le cas d'une transmission de couple pour un joint etendu, et conduit a une sollicitation interieure de la cage. Mais comme les forces s'equilibrent par padres, la cage est toutefois maintenue globalement libre de forces axiales par rapport a la partie de joint exterieure 11 et a la partie de joint interieure 21. En consequence, les forces de frottement entre la cage et la partie de joint
exterieure vent faibles pour un joint monte en rotation.
Sur la figure 6 vent representees, pour cinq billes, les forces exercees par les padres de chemins de roulement sur les billes, ainsi que dans une projection developpee s de la cage, les forces antagonistes respectivement correspondantes sur les billes, qui doivent etre fournies par la cage. Pour au total huit forces qui agissent alternativement dans une direction opposee, la cage est libre de forces axiales par rapport a
lo l'exterieur.
Les representations individuelles de la figure 7 vont etre decrites en commun dans la suite. Un joint selon la figure 6 est represente dans une position de flexion, 1S un angle de flexion etant regle entre l'axe A1l de la partie de joint exterieure 11 et l'axe A21 de la partie de joint interieure 21. L'angle entre les axes A1l et A
est divise de maniere symetrique par le plan bissecteur.
La representation b) montre une coupe longitudinale dans le plan dit de flexion defini par les axes. Les billes vent numerotees de 1 a 8 dans la direction peripherique,
les billes 1 et 5 etant situees dans le plan de flexion.
Aux points de contact des billes 1 et 5 avec les chemins de roulement, on a represente les tangentes respectives aux billes. Les tangentes relatives a la bille 1 forment un angle de commande a1, et les tangentes relatives a la bille 5 forment un angle de commande a5, qui, conformement a l' invention est d'une valeur differente de celle du precedent. Des angles de commande differents de zero vent necessaires pour que, dans le cas d'une flexion, a savoir diun angle entre les axes A1l, A21, les chemins de roulement exercent des forces sur les billes pour que celles- ci puissent mener la cage sur le plan bissecteur E. Il est possible d'admettre que sur certaines billes individuelles, les forces de commande prennent une valeur nulle, loreque sur d'autres billes les forces de commande vent relativement elevees. Sur la representation d), on a reporte, pour les billes 1 et 5, de maniere quantitative, lesdits angles de commande a1, a5 sur un tour de rotation du joint et pour des axes All, S A21 en position relative fixe. La representation laisse entrevoir que pour chacune des billes 1 et 5, par deux fois sur un tour, a savoir pour un angle de rotation de et de 150 , ['angle de commande a1 pour la bille 1, et pour un angle de rotation de 210 et de 330 , ['angle de commande a5 pour la bille 5, prennent une valeur nulle. L' angle de commande de la bille respectivement opposee radialement est toutefois touj ours different de zero. Ainsi, la padre de forces constituees des forces F1 et F5, qui engendre un couple de basculement, reste touj ours differente de zero. La commande de la cage est ainsi exceptionnellement bonne pour tous les angles de rotation. Sur la figure 8 on a represente pour quatre essais de chaque type, la duree de vie d'un arbre de transmission articule selon ['invention avec un joint homocinetique a billes, fixe, comprenant huit billes dans huit padres de chemins de roulement, comparativement a la duree de vie d'un arbre de transmission articule avec un joint 2s homocinetique a billes, fixe, a six billes dans six padres de chemins de roulement. Comme on peut le constater, tous les arbres de transmission articules conformes a ['invention, avec des joints a huit billes, ont atteint la duree de vie de consigne de 100%, tandis que pour les arbres de transmission articules avec des joints a six billes, la duree de vie atteinte n'a ete que de moins de 50% de la duree de vie de consigne. Les joints a huit billes cites correspondent a ceux selon les figures 5 a 7, tandis que les joints a six billes
3s cites correspondent a ccux selon les figures 2 a 4.
Claims (6)
1. Arbre de transmission articule, notamment destine a etre utilise en tent qu'arbre de roue dans un vehicule automobile, et comportant au moins un joint homocinetique a billes, fixe, sous la forme d'un joint a chemins de roulement en opposition, ce joint comprenant une partie de joint exterieure (11) avec des chemins de roulement exterieurs (16), une partie de joint interieure (21) avec des chemins de -roulement interieurs (26), des billes (36) de transmission du couple, qui vent recues dans des padres de chemins de roulement constituees de chemins de roulement exterieurs et de chemins de roulement interieurs, et une cage a billes (31) avec des fenetres de cage (34) dans lesquelles les billes vent maintenues dans un plan commun et vent menees vers le plan bissecteur lors d'une flexion du joint, des premiers chemins de roulement exterieurs (161) formant avec des premiers chemins de roulement interieurs (261), des premieres padres de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'eloignent mutuellement, dans une premiere direction axiale (R1) en direction du cote de raccordement de la partie de joint 2s interieure (21), et dans lesquelles vent maintenues des premieres billes (361), des seconds chemins de roulement exterieurs (162) formant avec des seconds chemins de roulement interieurs (262), des secondes padres de chemins de roulement, dont les chemins de roulement s'eloignent mutuellement, dans une seconde direction axiale (R2) en direction du cote de raccordement de la partie de joint exterieure (11), et dans lesquelles vent maintenues des secondes billes
(362),
caracterise en ce que des premieres padres de chemins de roulement (161, 261) vent respectivement radialement opposees a des premieres padres de chemins de roulement (161, 261), et des secondes padres de chemins de roulement (162, 262) vent respectivement radialement opposees a des secondes padres de chemins de roulement
(162, 262).
2. Arbre de transmission articule selon la revendication 1, caracterise en ce que dans ledit joint des premlieres padres de chemins de roulement (161, 261) et des secondes padres de chemins de roulement (162, 262) vent disposees de maniere alternee dans la direction peripherique.
3. Arbre de transmission articule selon la revendication 2, caracterise en ce que dans ledit joint vent prevues huit padres de chemins de roulement (161, 261; 162, 262)
4. Arbre de transmission articule selon l'une des
revendications 1 a 3, caracterise en ce que la partie de
joint exterieure (11) audit joint possede, sur le cote de raccordement de la partie de joint exterieure, un
fond de joint (14) qui y est forme d'un seul tenant.
5. Arbre de transmission articule selon l'une des
revendications 1 a 4, caracterise en ce que la partie de
joint interieure (21) audit joint est reliee a l'arbre
intermediaire (43) de l'arbre de transmission articule.
6. Arbre de -transmission articule selon l'une des
revendications 1 a 5, caracterise en ce qu'il comprend
deux joints homocinetiques a billes, fixes, et un arbre intermediaire presentant une unite de coulissement axial
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