FR2823815A1 - Joint universel homocinetique - Google Patents
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Abstract
Joint universel homocinétique comportant un bol externe (1) ayant huit gorges formant des pistes, s'étendant axialement le long d'une surface périphérique intérieure ayant une forme sphérique,- une noix centrale (2) ayant huit gorges formant piste courbée, s'étendant axialement le long de la surface périphérique extérieure avec une forme sphérique,- huit billes reparties respectivement dans les huit pistes à billes formées par les paires de gorges de piste du bol externe (1) et celles de la noix centrale (2), et- une cage (4) ayant des poches pour recevoir respectivement les billes,- le centre de chaque gorge formant piste du bol externe (1) étant axialement déplacé d'une distance prédéterminée par rapport au centre sphérique de la surface circonférentielle intérieure, un centre de chaque gorge formant piste de la noix centrale (2) étant décalé axialement de la même distance par rapport au centre sphérique de la surface périphérique extérieure, dans la direction opposée de celle du bol externe,- un intervalle (PDC) dans la piste à billes est de l'ordre de 5 m jusqu'à 50 m.
Description
Domaine de l' invention La présente invention concerne un joint universel
homoci nétique destiné à des systèmes de transmission de puissance de véhicules automobiles et à différents types de machines industrielles permettant s seulement un déplacement suivant un angle de travail entre l'arbre du
côté de la transmission de puissance et celui du côté entrané.
Description de l'art antérieur
Les joints universels homocinétiques de type fIxe tels que les joints Rzeppa sont connus de méme que les joints universels Birfield: o BJ; ces joints ont été utilisés pour la liaison entre les arbres moteurs ou les équipements analogues de véhicules automobiles. De façon caractéris tique, le joint universel homocinétique de type fixe (appelé ci-après sim plement joint universel classique) comporte un bol externe avec des gorges formant des pistes courbes, sans réaliser axialement sur la surface péri phérique interne du bol, cette surface étant sphérique; la noix centrale comporte des gorges formant des pistes courbes, réalisées axialement sur
sa surface périphér que externe qui est également une surface sphérique.
Un ensemble de billes réparties respectivement dans les pistes à billes formées par des paires de gorges du bol externe et de la noix centrale; o une cage à poches reçoit respectivement les billes. De manière plus parti culière, l'ensemble des billes est réparti dans les poches respectives de la
cage à intervalles réguliers dans la direction périphérique du joint.
Le centre de la gorge formant piste du bol externe est décalé d'une distance prédéterminée par rapport au centre de la surface sphéri s que intérieure. En d'autres termes le centre de la gorge de la noix centrale est décalé de la méme distance par rapport au centre de la sphère de la
surface sphérique externe dans la direction opposée à celle du bol externe.
Ainsi on a un déplacement appelé décalage de piste. C'est pourquoi la piste à billes formée entre le bol externe et la noix centrale a une forme de coin ouvert vers une extrémité du joint dans la direction axiale. De plus le centre de la surface sphérique intérieure du bol externe et le centre de la surface sphérique extérieure de la noix centrale se trouve dans un plan commun. Ce plan et le plan central du joint passant par le centre de cha
cune des billes.
Dans le joint universel classique, on assure la vitesse constante du joint parce que chaque bille est tenue dans la poche de la case et peut touj ours se trouver dans un plan qui coupe tout angle opéra tionnel s'il y a un déplacement angulaire entre le bol externe et la noix centrale. Ici l'angle opérationnel est un angle formé par un axe de rotation
du bol externe et un axe de rotation de la noix centrale.
Récemment, il y a eu de nombreux cas dans lesquels on a allongé la base d'une roue du point de vue de l'amélioration de la sécurité s dans l'industrie automobile, en cas de collision. Toutefois dans ce cas, il
est également nécessaire d' augmenter l'angle de direction des roues direc-
trices par un joint universel offrant un meilleur angle de fonctionnement.
Pour répondre aux besoins d'un tel angle plus grand, il existe un autre joint universel classique c'est-à-dire: le joint universel à contredépouille o UJ. Dans ce joint, les gorges à piste du côté d'ouverture du bol externe sont formoes de façon à étre parallèles à la direction axiale du joint. Dans ce type de joint universel, il n'y a pas de contredépouille formée ni sur le bol externe ni sur la noix centrale ce qui permet un plus grand angle de fonctionnement. s Dans chaque type de joint universel classique (BJ, UJ) il est très important de définir comment remplir l'intervalle entre le diamètre du cercle primitif de la gorge formant piste du bol externe et le diamètre du cercle primitif de la gorge formant piste de la noix centrale (si après cet intervalle sera appelé intervalle PCD). Si l'intervalle PCD est trop petit il o est difficile d'introduire les billes dans les pistes respectives et chaque bille
aura des difficultés à rouler en douceur puisque la force de liaison appli-
quée à la bille augmente. Pendant la rotation du joint universel, le mou-
vement de roulement de la bille se fait avec un contact de glissement entre la bille et la piste. Il en résulte un dégagement de chaleur par friction,
s l'augmentation de la température du joint et ainsi la diminution de la du-
rée de vie du joint. Si l'intervalle est trop grand, les caractéristiques du joint (telles que NVH, fabilité) seront affectées par des bruits de flottement
entre la poche et la bille et de plus cela augmentera les vibrations du joint.
En particulier dans des conditions de charge importantes,
l'ellipse de contact entre la bille et la gorge de la piste sort de la gorge.
Dans ces circonstances, le déplacement peut se traduire par des batte-
ments. Si l'intervalle PCD est petit, on peut éviter efficacement que l'ellipse de contact ne sorte de la gorge formant piste. D'un autre côté, si l'intervalle est beaucoup plus grand que l'intervalle habituel, le point de
3s contact de la bille sera pro che de l'intervalle PCD et ainsi l' ellipse de con-
tact risque de sortir facilement de la gorge formant la piste.
Dans chacun des joints universels classiques BJ, UJ, il est également important de déterminer le rapport (F/PCR) entre le degré de décalage de piste F et la longueur PCR du segment de ligne droite entre le centre de la gorge formant la piste dans le bol externe ou dans la noix et le centre de la bille. Dans la publication de brevet japonais HEI, 9-317784 (1997), il est par exemple décrit une plage appropriée telle que F/PCR (c'est-à-dire 0,069<F/PCR<0,121). La profondeur de la gorge formant piste est dans ce cas faible si le degré de décalage de piste F est trop grand. Ainsi l'ellipse de contact entre la bille et la gorge formant piste tend à sortir de la gorge ce qui diminue le couple de charge autorisé pour la ré gion des grands angles de fonctionnement. De plus, les colonnes de la o cage deviennent étroites si bien que sa résistance diminue également. Au contraire si le degré de décalage de piste F est trop petit, la charge de la piste augmente. Cela diminuera la fiabilité du joint tout en abaissant
l'angle de travail maximum.
De façon caractéristique, le joint universel classique com porte six billes (ci-après ce joint sera appelé joint à six billes). Toutefois il existe une variante de joint universel ayant huit billes pour réaliser une version plus légère et plus petite du joint tout en retenant au moins les mêmes caractéristiques (en général résistance, capacité de charge et fiabi lité) que les joints à six billes. C'est pourquoi le joint universel à huit billes o sera appelé ci-après joint à huit billes. Le joint à huit billes correspond à une configuration de base différente de celle du joint à six billes. Le jeu de valeur de l'intervalle PCD peut être particulier à cette configuration. Le degré de décalage F et la longueur PCD du segment de ligne droite entre le centre de la gorge formant piste du bol externe ou de la noix centrale et le centre de la bille sont également réglés de façon à pouvoir définir le rap port F/PCR dans la plage adéquate ci-dessus. On remarque que la pro fondeur de la gorge du joint à huit billes est inférieure à celle du joint à six billes puisque le diamètre de chacune des huit billes est plus petit que celui des six billes. Dans le joint à huit billes, l'intervalle PCD exerce une o influence très grande sur la fiabilité du joint. En conséquence, il y a une limite pour améliorer la fiabilité du joint à huit billes par le réglage du
rapport F/PCR dans la plage appropriée.
Résumé de l' invention La présente invention a pour but de développer un joint à huit billes offrant une plus grande flabilité dans des conditions de charges
importantes et réduisant les variations de durée de vie des joints.
A cet effet l'invention concerne un joint universel homoci nétique du type défini ci-dessus comportant: - un bol externe ayant huit gorges formant des pistes, s'étendant axiale ment le long d'une surface périphérique intérieure ayant une forme sphérique, - une noix centrale ayant huit gorges formant piste courbée, s'étendant s axialement le long de la surface périphérique extérieure avec une forme sphérique, - huit billes reparties respectivement dans les huit pistes à billes formées par les paires de gorges de piste du bol externe et celles de la noix cen trale, et o - une cage ayant des poches pour recevoir respectivement les billes, - le centre de chaque gorge formant piste du bol externe étant axialement déplacé d'une distance prédéterminée par rapport au centre sphérique de la surface circonférentielle intérieure, un centre de chaque gorge formant piste de la noix centrale étant décalé axialement de la même distance par rapport au centre sphérique de la surface périphérique extérieure, dans la direction opposée de celle du bol externe, un inter
valle dans la piste à billes est de l'ordre de 5 n jusqu'à 50 m.
Ici l'intervalle PCD se réfère à la différence entre un diamè tre de cercle primitif de la gorge formant piste du bol externe et le diamètre o du cercle primitif de la gorge de la piste dans l'élément de joint interne. Ia présente invention peut également s'appliquer à un joint universel homo cinétique avec chacune des gorges du bol externe et de la noix centrale,
ayant un fond linéaire comme partie droite.
Selon une première caractéristique de l'invention, s l'intervalle PCD dans la piste à billes est fixé à une plage de 5 m jusqu'à m de sorte que dans des conditions de charges élevées, l'ellipse de contact entre la bille et la gorge formant piste ne peut que difficilement sortir de la gorge formant piste. C'est pourquoi il est possible d'éviter faci lement le déplacement ou autre en permettant une augmentation de la so durabilité et en stabilisant également les variations de durée de vie des joints universels. En particulier dans le cas du joint à huit billes, on peut améliorer de manière significative la durabilité par l'intervalle PCD car les billes ont un diamètre plus faible permettant des gorges formant piste
ayant une profondeur relativement faible.
ss Selon la première caractéristique de l'invention, il est préfé rable que l'intervalle entre les poches de cage et la bille dans la direction axIale soit de l'ordre de -30 m jusqu'à +10 m. C'est pourquoi il y a une usure de la paroi de la poche de la cage dans la direction axiale à cause
du contact entre la bille et la paroi si bien que l'intervalle augmente exces-
sivement dans la direction axiale aussi longtemps que l'usage est continu
sauf dans les premières étapes. De plus la dimension de chaque compo-
sant structurel du joint universel présente des variations de dimension
s inavouable avec des tolérances de fabrication.
Dans le joint à huit billes selon le premier mode de réalisa-
tion de l'invention, la perte par abrasion dans la poche est comparative-
ment aussi faible que la charge à appliquer sur la poche par rapport à une bille qui est plus petite que celle d'un joint à six billes. C'est pourquoi on o garantit le roulement en douceur des billes avec réduction de la force de
liaison de la bille dans la poche. Cela signifie que l'intervalle dans la di-
rection axiale est décalé positivement par rapport à un joint à six billes
(un intervalle qui dans la direction axiale est de -50!lm jusqu'à -10 llm) .
Ainsi l'intervalle dans la direction axiale selon la présente invention peut
s étre de l'ordre de -30 m jusqu'à +10 m et de préférence de l'ordre de -
m jusqu'à +10 m pour éviter l'augmentation de température à l'intérieur du joint par l'abaissement de la quantité de chaleur dégagée par le contact entre la bille et la poche. I1 en résulte une augmentation de la
fiabilité du joint.
o Dans la configuration ci-dessus du joint universel, l'intervalle entre la cage et le bol externe ou entre la cage et la noix cen trale, dans la direction radiale du joint peut étre de l'ordre de 20 m jus qu'à 100 m. C'est pourquoi les caractéristiques de fonctionnement entre la cage et le bol externe ou entre la cage et la noix centrale peuvent étre améliorces. De plus on évite la formation de bruit de battements entre la
cage et le bol externe ou entre la cage et la noix centrale. On évite égale-
ment d'augmenter les vibrations dégagées par le joint.
Selon une seconde caractéristique l'invention concerne un joint universel homocinétique du type défini ci-dessus caractérisé en ce
que le rapport du degré de déplacement et la longueur d'un segment com-
pris entre le centre de la gorge formant piste du bol externe ou le centre de la gorge formant piste de la noix centrale et le centre de la bille est de
l'ordre de 0,069<F/PCR<0,121, l'angle de contact de chacune des gor-
ges formant piste du bol externe et la noix centrale et la bille correspon
3s dante est de 37 au moins.
L'invention est également applicable à un joint universel homocinétique dans lequel chaque gorge à piste du bol externe et de la noix centrale comporte un fond avec une forme linéaire réalisée comme
une partie droite.
La seconde caractéristique de l'invention est prévue pour le joint universel destiné à voir un rapport approprié (F/PCR) du degré F de s déplacement (c'est- à- dire le degré de décalage de piste) et la longueur PCR d'un segment de ligne passant par le centre de la gorge formant piste du bol externe ou le centre de la gorge formant piste de la noix centrale et le centre de la bille est dans une plage de 0,069<F/PCR<0,121 comme cela est décrit dans le brevet japonais publié HEI 9-317784 (1997). Ainsi
o la présente invention est telle qu'un angle de contact de chacune des gor-
ges formant piste du bol externe et l'élément de joint intérieur avec la bille
correspondant est de 37 au moins et le rapport F/PCR est approximati-
vement défini dans la plage ci-dessus. C'est pourquoi l'ellipse de contact entre la bille et la gorge formant piste peut difficilement se dégager de la s gorge formant piste. De plus il n'y a pas de jeu au niveau de la bille dans la piste pour un angle de fonctionnement inférieur à un angle normal tel
que ceux que l'on rencontre dans l'industrie automobile ou dans des si-
tuations analogues ce qui évite la formation de bruit de battement.
En réduisant l'angle de contact entre la gorge de la piste et o l'angle, on augmente la pression de la surface de contact entre la gorge formant piste et la bille. Toutefois si l'angle de contact devient trop petit,
cela diminue la flabilité du joint. Pour toutes ces raisons, la limite infé-
rieure de l'angle de contact entre la gorge formant piste et la bille peut être définie de façon que la pression de la surface de contact au moment de la :5 mise en charge du couple de base devient égale à 2,7 GPa au moins. En conséquence, la fiabilité du joint universel selon l'invention est égale ou meilleure que celle d'un joint classique. Ainsi l'expression couple de base signifie un couple permettant une durée de fonctionnement de 1500 heures à la vitesse de 100 t/m avec une valeur de couple définie par so la contrainte de contact (contraire de Herz) entre la gorge de la piste et la bille (le couple de base est utilisé pour calculer la durée de vie d'un joint universel). Ainsi il est préférable de définir l'angle de contact entre la gorge formant la piste et la bille dans une plage de 29 jusqu'à 37 . C'est ss pourquoi l'angle de contact entre la gorge de la piste de 29 au plus; la pression de la surface de contact entre la gorge formant la piste et la bille peut ainsi rester sous contrôle. En conséquence la fiabilité du joint uni versel de l'invention est égale ou meilleure à celle du joint universel classi que. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 2 et la ligne B-B de la figure 3 montrant un joint universel homocinétique selon un mode de réalisation de l'invention, o la figure 2 est une coupe transversale du joint universel à homocinéti que Rzeppa (BJ) correspondant à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une coupe transversale du joint universel à homocinéti que (UJ) à contre dépouille libre correspondant à un autre mode de réalisation de la présente invention, s - la figure 4 est un graphique illustrant les résultats de tests d'endurance dans des conditions de charge élevée pour l'intervalle PCD, - la figure 5 est un graphique montrant les résultats de tests d'endurance par rapport à l'intervalle dans la poche de la cage dans la direction axiale, - la figure 6 est une coupe à échelle agrandie de la partie principale du joint universel à homocinétique représenté à la figure 3 pour expliquer l'angle de décalage de piste, - la figure 7 est une vue en coupe agrandie de la partie principale du 2s joint universel à homocinétique représentée à la figure 3 pour expliquer l'angle de contact entre la gorge de la piste et la bille, - la figure 8 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie de la partie principale du joint universel à homocinétique de la figure 3 pour
expliquer l'angle de coin.
so Description détaillée des modes de réalisation
La figure 2 montre un joint universel à homocinétique du type fixe Rzeppa (BJ); la figure 3 montre un joint universel à homocinéti que du type fixe à contre-dépouille (UJ). La vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 2 et la vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 3 sont 3s identiques l'une à l'autre de sorte que la figure 1 représente une coupe commune. Le joint universel (BJ) de la figure 2 comme premier exem ple de réalisation de l'invention, se compose d'un élément de joint exté rieur ou bol externe l ayant huit gorges formant des chemins courbes lb
s'étendant axialement le long d'une surface périphérique intérieure la sui-
vant une forme sphérique. Il comporte également un élément de joint inté-
rieur 2 ou noix centrale ayant huit gorges formant des chemins courbes s 2b s'étendant axialement le long d'une surface périphérique extérieure 2a avec une forme sphérique et des parties d'ajustage, dentées 2c entre l' extrémité de la partie centrale 5 d'un arbre d' entrâînement et la surface périphérique intérieure la on a huit billes 3 réparties respectivement dans huit chemins à bille formées comme paires de gorges lb du bol externe l o et de gorges formant des chemins 2b de la noix centrale 2 ainsi qu'une
cage 4 avec des poches 4c pour tenir respectivement les billes 3 à des in-
tervalles réguliers dans la direction périphérique.
Le centre O de chaque gorge formant une piste lb du bol externe l est déplacé axialement d'une distance prédéterminée F par rap s port au centre de la surface sphérique intérieure la; le centre Oa de la gorge formant un chemin 2b de la noix centrale 2 est déplacé axialement et de façon opposée, (c'est-à-dire selon la figure le centre O est le côté d'ouverture f du joint et le centre Oa est le côté cavité du joint) déplacé de la même distance F par rapport au centre de la sphère de la surface péri o phérique extérieure 2a (c'est-à-dire le décalage de piste). C'est pourquoi la piste à billes formée entre l'élément de joint extérieur l et l'élément de joint intérieur 2 est comme un coin, ouvert d'un côté dans la direction
axiale (c'est-à-dire dans la fgure le côté d'ouverture du joint).
A la fois le centre sphérique d'une surface périphérique ex s térieure 4a de la cage 4 et le centre sphérique de la surface périphérique intérieure la de l'élément de joint extérieur l constituant une surface de guidage de la surface périphérique extérieure 4a de la cage 4 sont situés dans un plan central O du joint passant par le centre Os de la bille 3. En plus, à la fois le centre sphérique de la surface périphérique intérieure 4b de la cage 4 et le centre sphérique de la surface périphérique extérieure 2a de l'élément de joint intérieur 2 constitue une surface de guidage pour la surface périphérique intérieure 4b de la cage 4 et sont situés dans le plan central O. C'est pourquoi, le degré de décalage de piste F au centre O de la gorge formant piste lb du bol externe l correspond à la distance du 3s centre O au plan O du joint dans la direction axiale. D'autre part le degré de décalage de piste F du centre Oa de la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 correspond à la distance du centre Oa au plan central O du joint et est égal au degré de décalage de piste F au centre Ol de la gorge de piste lb. Dans ce mode de réalisation, les centres sphériques de la surface périphérique extérieure 4a et de la surface périphérique intérieure s 4b de la cage 4 et le centre 0s de la bille 3 sont répartis suivant une ligne dans un plan commun perpendiculaire à la direction axiale. En variante ces centres peuvent être décalés de manière opposée de la même distance
dans la direction axiale par rapport au centre 0a de la bille 3.
Le joint universel (UJ) représenté à la figure 3 correspond à
o un autre mode de réalisation de l'invention; il comprend les mêmes élé-
ments de structure sauf les parties droites U1, U2. La partie droite U1 est formée d'un fond droit dans la section transversale de la gorge formant piste lb du bol externe 1; la partie droite U2 est formée comme partie de
fond linéaire de la section de la gorge de piste 2b de la noix centrale 2.
c'est pourquoi les explications des mêmes éléments structurels que ceux
de la figure 2 ne seront pas reprises ci-après.
Les parties droites U1, U2 formées dans les gorges de pistes lb, 2b du bol externe 1 et de la noix centrale 2 dans le joint universel (UJ) selon le présent mode de réalisation pel-llet un angle de travail maximum
o plus grand que le joint universel BJ de la figure 2. Dans chaque joint uni-
versel (BJ, UJ) représenté aux figures 2 et 3, lorsque le bol externe 1 et la noix centrale 2 subissent des déplacements angulaires l'un par rapport à l'autre, la homocinétique du joint est assurée puisque chaque bille tenue dans la poche 4c de la cage 4 peut toujours venir dans un plan qui coupe
:5 tout angle opérationnel.
Dans chaque joint universel (BJ, UJ) représenté aux flgures
2 et 3, on a de plus un intervalle PCD par rapport au chemin de billes re-
présenté à la figure 1; cela signifie que la différence entre le diamètre du cercle primitif PCDe de la gorge formant piste lb de l'élément de joint externe 1 et le diamètre du cercle primitif PCDN de la gorge de piste 2b de la noix centrale 2 est défini dans une plage allant de 5 m à 50 m. Si l'intervalle PCD devient inférieur à 5 m, il est difficile d'introduire les
billes 3 dans les paires de gorges de pistes lb, 2b et d'assurer un fonc-
tionnement stable au joint. Si l'intervalle PCD devient supérieur à 50 m,
3s le perfectionnement de la fiabilité du joint est délicat car l'ellipse de con-
tact entre la bille 3 et les gorges de pistes lb, 2b tend à sortir des gorges
de piste lb, 2b.
Comme représenté aux figures 2 et 3, l'intervalle entre la poche 4c de la cage 4 et la bille 3 dans la direction axiale c'est-à-dire la différence entre la dimension axiale DF, la poche 3 et le diamètre DE de la bille 3 est définie dans une plage de -30 m jusqu'à +lO m et de préfé s rence entre -lO!lm et +lO n. Si l'interférence (intervalle négatif) entre la
poche 4c de la cage 4 et la bille 3 est inférieure à -30 m, la force de liai-
son de la bille 3 augmente et ne permet pas un mouvement de roulement doux de la bille 3. Pendant la rotation du joint universel, le mouvement de roulement de la bille 3 se traduit par un contact de glissement entre la o bille 3 et les gorges formant pistes lb, 2b. Il en résulte un chauffage par frottement, une augmentation de la température du joint et par suite une
diminution de sa durée de vie. D'autre part si le jeu (intervalle positif) en-
tre la poche 4c de la cage 4 et la bille 3 est supérieur à +10 m, on a de mauvaises caractéristiques pour le joint. Par exemple il y aura des bruits de claquement entre la poche 4c et la bille 3 et plus de vibrations générées
dans le joint.
De plus, comme représenté à la figure l, l'intervalle entre la
cage 4 et l'élément de joint extérieur l dans la direction radiale (c'està-
dire la différence entre les diamètres intérieurs Do du bol externe l et le
o diamètre externe Dk de la cage 4 est défini dans une plage de 20 m jus-
qu'à lOO m. D'autre part, l'intervalle entre la cage 4 et l'élément de joint
intérieur 2 dans la direction radiale (c'est- à- dire la différence entre le dia-
mètre intérieur Dk de la cage 4 et le diamètre extérieur D de la noix cen-
trale 2 est défini dans la plage de 20 à lOO m). Si chacun des intervalles s dans la direction radiale est inférieur à 20 m, les caractéristiques de fonctionnement entre la cage 4 et le bol externe l ou entre la cage 4 et la noix centrale 2 se détériore. D'autre part si chacun des intervalles dans la direction radiale est supérieur à lOO m on a des effets gênants sur les caractéristiques du joint. Par exemple des bruits de flottement peuvent étre générés entre la cage 4 et le bol externe l ou entre la cage l et la noix
centrale 2 ou encore le joint peut émettre des vibrations plus fortes.
Pour évaluer l'intervalle PCd ci-dessus, on a effectué des
tests d'endurance dans des conditions de charge élevée sur le joint univer-
sel à homocinétique Rzeppa, BJ à huit billes comme représenté à la figure 3s 2. Les résultats de cet essai sont considérés dans la figure 4. Les essais ont été effectués en utilisant deux joints universels A et B comme produit d'essai pour évaluer chacun des intervalles PCD différents. Chacun des joints testé A, B a été entraîné dans des conditions de couple en charge T = 726 N. m avec une vitesse de rotation N = 230 t/m et un angle de travail = 6 . On a mesuré le temps de fonctionnement jusqu'à ce que le produit
ait créé une difficulté.
I1 apparaît clairement des résultats de la figure 4 que cha s cun des joints universels avec des intervalles PCD de 30 m et 50!lm donnent une grande fiabilité. D'autre part chacun de ceux avec des inter valles PCD de 70 m et 100 m répond aux spécifications souhaitées mais se traduit par des durées de vies différentes. De plus le joint universel avec un intervalle PCD de 120 m était la limite pour répondre aux spéci o fications voulues. De plus, il était difficile de répondre aux spécifications précises lorsqu'on a essayé un joint universel avec l'intervalle PCD m. Pour évaluer l'intervalle entre la poche 4c de la cage 4 et la bille 3 dans la direction axiale, on a effectué un test d'endurance sur le lS joint universel Rzeppa (BJ) de la figure 2. Les résultats obtenus pour ce test sont donnés à la figure 5. Le test a été effectué en utilisant deux joints universels A et B comme produis d'essai pour évaluer chacun des joints ayant un angle différent dans la direction axiale. Cela signifie que chacun des joints de test A, B a été entrâîné dans les conditions suivantes: couple de charge T = 186 N m, vitesse de rotation N = 1700 t/met angle de fonc tionnement = 6 . On a ensuite mesuré le temps écoulé jusqu'à
l'apparition des difficultés dans les produits essayés.
I1 découle de manière évidente des résultats de la figure 5 que chacun des joints universels ayant un intervalle de -20 m et 30 m 2s dans la direction a une fiabilité stable. D'autre part le joint universel ayant un intervalle de 45!lm dans la direction radiale présentait une mauvaise
fiabilité et des variations de temps d'utilisation.
Dans chacun des joints universel des figures 2 et 3, la lon gueur (PCR) du segment entre le centre O et la gorge formant piste lb du bol externe 1 et le centre 03 de la bille 3 est égale à la longueur PCR du segment entre le centre 02 de la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 et le centre 03 de la bille 3. Dans le cas du joint universel de la flgure 3, l'angle de décalage formé par le segment entre le centre O de la gorge formant piste lb du bol externe 1 et le centre 03 de la bille 3 avec un seg 3s ment entre le centre haut du joint et le centre 03 de la bille 3 est défini par la référence,. De même l'angle de décalage que fait le segment reliant le centre 02 de la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 et le centre 03 de la bille 3 forment avec le segment red oignant le centre O du joint et le centre Os de la bille 3 est également l'angle,. Ainsi les deux angles de dé
calage sont égaux.
Le degré de décalage de piste F de chacune des gorges for mant piste lb, 2b du bol externe 1 et de la noix centrale 2 est défini de
s façon que le rapport F/PCR soit de l'ordre de 0,069<F/PCR<0,121.
Dans cette relation, PCR est la longueur du segment reliant le centre O de la gorge formant piste lb du bol externe 1 ou le centre O de la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 et le centre Os de la bille 3. En con séquence, le couple de charge autorisé, la fiabilité, l'angle de fonctionne o ment maximum et la résistance de la cage sont assurés; de même la charge de la piste peut être diminuée. Dans ce mode de réulisation, le rap port R/PCR est défini comme suit: F/PCR = 0,104 (ou 0, 1038); ce rap port est très inférieur à la valeur caractéristique F/ PCR (c' est-à-dire
F/PCR = O. 14) d'un joint classique à six billes.
Comme décrit ci-dessus le joint universel selon le présent mode de réalisation comporte huit billes. En comparant avec le joint à six billes, on voit que la charge appliquée à l'une des billes du joint universel selon le présent mode de réalisation représente une faible partie du total de la charge. Cela signifle que le diamètre de chaque bille 3 selon le pré o sent mode de réalisation peut être plus petit que celui des billes d'un joint
classique à six billes.
La figure 7 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie du joint universel composé du bol externe 1, de la noix centrale 2 et des billes 3. Comme le montre cette flgure, la gorge formant piste lb est réali sce axialement dans la surface périphérique intérieure la du joint exté rieur 1 alors que la gorge formant piste 2b est réalisée axialement dans la surface périphérique extérieure 2a de la noix centrale 2. Chacune de ces gorges formant piste lb, 2b a la forme une arche gothique en coupe trans versale. so Ainsi la bille 3 touche la gorge lb du bol externe 1 en deux points C, C; la bille touche également la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 en deux points C, Css. On a ainsi défini un angle de contact comme angle cc formé par un premier segment passant par le cen tre Os de la bille 3 et le centre O du joint et un second segment passant s5 par l'un des points de contact C, C, C, Cz, de la bille 3 et le centre 0. Comme le montre cette figure, les angles de contact oc formés par les segments entre les points de contact C, C, Cs, C et le centre Os de la bille 3 sont égaux entre eux. En d'autres termes les angles de contact oc des points de contact C, C2, C2, C22 sont égaux et correspondent à une plage de l'ordre de 29 à 37 . I1 est à remarquer que l'angle de contact oc (29 jusqu'à 37 ) du présent joint à huit billes est comparativement plus petit que l'angle de contact (compris entre 37 et 45 ) d'un joint à six billes classique. La figure 8 illustre un angle de coin 2 du joint universel selon la présente invention. L'angle de coin 2 est un angle destiné à commencer le basculement du coin dans le joint universel selon l'invention. En d'autres termes, l'angle de coin est formé par la normale o commune H au point de contact C entre la bille 3 et la gorge formant piste lb du bol externe 1 et la normale commune H2 au point de contact
C entre la bille 3 et la gorge formant piste 2b.
Comme représenté à la figure 8, le point de contact C entre la gorge formant piste lb du bol externe 1 et la bille 3 est positionné par s l'inclinaison de la gorge formant piste courbe lb d'un angle par rapport au centre O du joint, passant par le centre 03 de la bille 3. De même, le point de contact C2 entre la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 et la bille 3 est placé avec une inclinaison selon la gorge formant piste courbe 2b selon un angle par rapport au centre O du joint passant par le centre Os de la bille 3. C'est pourquoi l'angle de coin 2T s'obtient en additionnant les deux angles. Si l'angle opérationnel du joint augmente, l'angle de coin 2n diminue avec une certaine phase et finalement on peut passer le coin. Si le degré de décalage de piste diminue, l'angle de coin 2 2s diminue. Toutefois dans ce cas, la bille 3 peut se déplacer librement dans la piste au moment du basculement du coin ce qui peut engendrer un
bruit de flottement. Pour éviter ce risque, l'angle de contact oc entre cha-
cune des gorges formant piste lb, 2b et la bille 3 peut être fixé égal à 37 au moins comme décrit ci-dessus pour fixer l'angle de coin 2 au moins à un angle normal (en général à 9 ) ou plus pour l'appliquer à l'industrie automobile. Le tableau l donné ci-après est un résumé des relations entre le rapport F/PCR, l'angle de contact oc et l'angle de coin 2. Comme décrit ci-dessus, F est le degré de décalage de piste et PCR est la longueur 3s du segment reliant le centre O de la gorge formant piste lb du bol externe 1 ou le centre O2 de la gorge formant piste 2b de la noix centrale 2 et le
centre 03 de la bille 3.
Tableau 1
Rapport de degré de décalage pour PCR Angle de Angle de F/PCR contact a coin 2x
0,069 45 1 10
0,121 350 18
I1 découle de manière évidente du tableau ci-dessus que l'angle de coin 2 augmente avec la diminution de l'angle de contact oc. De méme l' angle de coin 2 augmente avec l'augmentation du décalage F. s C'est pourquoi le rapport (F/PCR) du degré de décalage de piste F et la longueur du segment entre le centre O de la gorge formant piste lb du
bol externe 1 ou le centre 0' de la gorge formant piste 2b de la noix cen-
trale 2 et le centre 0: de la bille 3 doivent étre fixés dans une plage telle que: 0,069 < F/PCR< 0,121, en plus pour avoir un angle de contact a de o 37 au moins formé par la bille 3 et chacune des gorges de piste lb, 2b. I1 en résulte que l'ellipse de contact entre la bille 3 et la gorge formant piste lb ou 2b peut difficilement sortir de la gorge formant piste lb ou 2b et pratiquement il n'y a pas de jeu entre la bille 3 et la piste de bille pour un angle de contact oc égal ou inférieur à l'angle normal utilisé dans
s l'automobile. C'est pourquoi on évite la formation de bruit de flottement.
Si l'angle de contact oc formé par la bille 3 et chacune des gorges formant lb, 2b diminue, simultanément la distance du point de contact au coin (c'est-à-dire jusqu'à la partie de connexion de la gorge formant piste et le diamètre intérieur augmente. I1 en résulte que le couple o de charge autorisé peut étre augmenté. Toutefois, dans ce cas, la pression de la surface de contact entre la gorge formant piste lb ou 2b et la bille 3
augmente. Si l'angle de contact a est trop faible, le joint aura une trop fai-
ble fiabilité. C'est pourquoi l'angle de contact o entre la bille 3 et chacune des gorges lb, 2b doit étre défini de façon que la pression sur la surface s de contact au moment du chargement du couple de base soit égale à 2,7 GPa au moins. Une telle configuration du joint universel permet une fiabilité égale ou supérieure à celle du joint classique. Selon le présent mode de réalisation, l'angle de contact o: entre la bille 3 et chacune des gorges formant piste lb, 2b du bol externe 1 et de la noix centrale 2 est fixé à 29 et plus de sorte que la pression sur la surface de contact entre la gorge formant piste lb ou 2b et la bille 3 peut étre supprimée ce qui permet la même excellente fiabilité ou une fiabilité supérieure à celle des
solutions connues.
R E V E N D C AT 1 O N S
1 ) Joint universel homocinétique comportant un bol externe (1) ayant huit gorges formant des pistes, s'étendant axialement le long d'une surface périphérique intérieure ayant une forme sphérique, - une noix centrale (2) ayant huit gorges formant piste courbée, s'étendant asialement le long de la surface périphérique extérieure avec une forme sphérique, - huit billes reparties respectivement dans les huit pistes à billes formées par les paires de gorges de piste du bol externe (1) et celles de la noix o centrale (2), et - une cage (4) ayant des poches pour recevoir respectivement les billes, - le centre de chaque gorge formant piste du bol externe (1) étant axiale ment déplacé d'une distance prédéterminée par rapport au centre sphérique de la surface circonférentielle intérieure, un centre de cha S que gorge formant piste de la noix centrale (2) étant décalé axialement de la même distance par rapport au centre sphérique de la surface pé riphérique extérieure, dans la direction opposée de celle du bol externe, - un intervalle (PDC) dans la piste à billes est de l'ordre de 5,um jusqu'à ,um. 2 ) Joint universel homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des gorges formant piste du bol externe (1) et de la noix centrale
(2) comporte un fond avec une forme linéaire prévue comme partie droite.
3 ) Joint universel homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle entre la poche de la cage (4) et la bille (3) dans la direction
asiale est de l'ordre de - 30,um jusqu'à +10 um.
4 ) Joint universel homocinétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle entre la cage (4) et le bol externe (1) ou la noix centrale (2) dans
la direction radiale est de l'ordre de 20,um jusqu'à 100,uM.
) Joint universel homocinétique comportant un bol externe (1) ayant huit gorges formant des pistes, s'étendant axialement le long d'une surface périphérique intérieure ayant une forme sphérique, - une noix centrale (2) ayant huit gorges formant piste courbée, s'étendant asialement le long de la surface périphérique extérieure avec une forme sphérique, - huit billes reparties respectivement dans les huit pistes à billes formoes s par les paires de gorges de piste du bol externe (1) et celles de la noix centrale (2), et - une cage (4) ayant des poches pour recevoir respectivement les billes, - le centre de chaque gorge formant piste du bol externe (1) étant axiale ment déplacé d'une distance prédéterminée par rapport au centre o sphérique de la surface circonférentielle intérieure, un centre de cha que gorge formant piste de la noix centrale (2) étant décalé axialement de la même distance par rapport au centre sphérique de la surface pé
riphérique extérieure, dans la direction opposée de celle du bol externe.
caractérisé en ce que s le rapport (F/PCR) du dogré (F) de déplacement et la longueur (PCR) d'un segment compris entre le centre de la gorge formant piste du bol externe (1) ou le centre de la gorge formant piste de la noix centrale (2) et le centre de la bille est de l'ordre de 0,069 < F/PCR < 0,121, l'angle de contact de chacune des gorges formant piste du bol externe (1)
o et la noix centrale (2) et la bille correspondante est de 37 au moins.
6 ) Joint universel homocinétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune des gorges formant piste du bol externe (1) et de la noix centrale
:5 (1) font avec une forme linéaire prévue comme partie droite.
7 ) Joint universel homocinétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la limite inférieure de l'angle de contact de chaque gorge formant piste du bol externe (1) et de la noix centrale (2) et la bille (3) correspondante est définie de facon que la pression de la surface de contact au moment de la
mise en charge du couple de base devient égale à 2,7 GPa ou moins.
8 ) Joint universel homocinétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle de contact des gorges de piste de l'élément de joint extérieur et de l'élément de joint intérieur et la bille correspondante est de l'ordre de 29 à
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