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Articulation à la Cardan.
Les articulations à la Cardan ordinaires n'ont pas une marche uniforme : lorsqu'un des arbres tourne, l'un des arbres a de l'avance et l'autre du retard, alternative- ment au cours d'une rotation. C'est pourquoi, on a déjà cher- ché à créer des articulations universelles à marche uniforme.
Dans tous les cas.connus, on s'est écarté systématiquement de l'articulation à la Cardan du type ordinaire en employant des joints à rotule supplémentaires, à savoir des articulations à cuvettes emboîtées les unes dans les autres, des joints pré- sentant par conséquent au moins deux articulations à fotule concentriques. A divers points de vue, ces constructions ne
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satisfont pas aux conditions posées. D'une part, il est abso- lument impossible en pratique d'exécuter d'une façon précise plusieurs articulations à rotule concentriques et, lorsqu'on y parvient, le prix de revient est d'une grandeur inadmissible.
En outre, les diverses articulations sont constituées par un ne grand nombre de pièces et/sont d'ailleurs pas non plus formées de façon qu'elles puissent réellement entrer en ligne de compte pour la pratique.
Conformément à la présente invention, on conserve par contre de propos délibéré l'articulation à la Cardan pro- prement dite, sans que, pour assurer la marche uniforme, une articulation à rotule soit nécessaire. Dans l'un des cas par- ticuliers où, conformément à l'invention, on prévoit une arti- culation à rotule, il ne s'agit pas d'une construction à cuvet- tes emboîtées présentant au moins deux articulations à rotule concentriques. En outre, l'articulation à rotule suivant ce cas particulier de la présente invention ne doit pas supporter des forces de poussée, mais seulement des pressions de sépara- tion. Elle sert uniquement à guider up segment de commande.
Conformément à la présente invention, l'anneau qui em- brasse l'articulation à la Cardan de construction ordinaire est formé de façon à constituer un anneau intermédiaire pouvant pivoter sur un des arbres principaux autour d'un axe situé perpendiculairement à l'axe longitudinal de cet arbre, cet axe coïncidant avec celui d'un des pivots de l'articulation à la Cardan embrassée par l'anneau intermédiaire. Une caraaté- ristique essentielle de l'invention consiste en outre en ce qu'on prévoit un dispositif de commande qui maintient ou ramène chaque fois dans la position médiane entre les deux arbres l'anneau intermédiaire lors d'un déplacement angulaire d'un des arbres dans un plan.
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En outre, l'invention se rapporte à plusieurs genres de ces dispositifs de commande, qui sont décrits avec plus de détails dans ce qui suit.
Le dessin annexé représente à titre d'exemples, diverses formes d'exécution d'une articulation à la cardan suivant 1 invention. Sur ce dessin ,
La figure 1 est une articulation à la cardan vue en coupe suivant l'axe longitudinal des arbres principaux dispo- sés l'un dans le prolongement de l'autre.
La figure 2 est une coupe suivant la ligne A-B de la figure 1,
La figure 3 montre en élévation l'extrémité d'un des arbres principaux avec l'anneau intermédiaire ,
La figure 4 montre l'arbre principal vu en bout et l'anneau intermédiaire représentés sur la figure 3,
Les figures 4a, 4b et 4c représentent en élévation et en plan une pièce détachée,
Les figures Sa et 5b montrent une autre pièce détachée, en plan et en élévation avec coupe partielle,
La figure 6 montre l'articulation à la Cardan de la figure 1, avec l'enveloppe ou capsule seule an vue en coupe et disposée suivant un certain angle;
La figure 7 représente l'extrémité d'un des arbres prin- cipaux et la capsule, qui l'enveloppe, représentée en coupe longitudinale ,
La figure 8 est un autre mode d'exécution d'une articula- tion à la Cardan représentée en coupe suivant la ligne C-D de la figure 9;
La figure 8a est une vue oblique d'une pièce détachée,
La figure 9 est une coupe suivant la ligne E-F de la figure 8,
La figure 10 est une coupe suivant la ligne G-H de la figure 8,
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La figure 10a est une vue en plan dans le sens de la figure 8, de l'anneau intermédiaire représenté tout seul,
La figure 11 est une articulation à la Cardan, en coupe suivant la figure 8, avec les arbres principaux formant un angle entre eux,
La figure 12 est un autre mode d'exécution d'une arti- culation à la Cardan en coupe longitudinale et dans le plan de l'axe transversal de la capsule,
La figure 13 est une coupe analogue à travers un autre mode d'exécution de l'articulation à la Cardan,
La figure 14 est une coupe longitudinale, perpendicu- laire à la c oupe représentée par la figure 12,
La figure 15 est une coupe avec l'un des arbres formant un angle avecl'autre arbre.
La figure 16 montre l'autre arbre principal, représenté tout seul et en coupe correspondant à la figure 14 et
Les figures 17 et 18 sont des pièces détachées.
L'articulation à la Cardan sert à relier les deux ar- bres principaux 1 et 2. On a donné à l'extrémité libre de l'arbre principal 2 la forme d'une enveloppe ou capsule 3 embrassant et protégeant l'articulation à la Cardan propre- ment dite. Suivant les figures 1 à 7, cette capsule 3 présente une paroi intérieure ayant approximativement la forme d'une sphère creuse, mais cette sphère creuse ne constitue pas une partie essentielle d'une articulation à rotule. La paroi in- térieure de la capsule 3 est pourvue en outre, sur deux côtés opposés, de guides 4 (voir figures 7 et 10) dans lesquels tourne l'anneau intermédiaire 5 présentant deux surfaces de guidage, 6 en arc de cercle qui se trouvent l'une en face de l'autre (voir figures 4,10 et 10a).
Dans l'anneau intermédiaire 5 est monté à l'aide de manchons 7, de façon à pouvoir tour- ner, un pivot 8 à extrémités carrées qui traverse l'espace annulaire de l'anneau intermédiaire et dont l'axe longitudi- nal est perpendiculaire à l'axe de l'articulation 4,6. Dans
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l'espace annulaire de l'anneau intermédiaire 5, s'avance l'ex- trémité sphérique 9 d'un des arbres principaux, l'arbre 1.
La sphère ne constitue pas, ici non plus, une partiessentielle d'un joint à rotule. Elle présente un évidement 10, en forme de double coin, dont la partie la plus étroite se trouve au milieu et qui est traversée par le pivot 8 à extrémités car- rées. La distance entre les parois parallèles de l'évidement 10 correspond à la grosseur du pivot 8 à extrémités carrées. Per- pendiculairement au pivot 8 à extrémités carrées, la sphère 9 et ce pivot 8 sont traversés par un autre pivot 11 qui, sur toute sa longueur, se trouve à l'intérieur de la sphère 9, qui présente une tête 12 à l'une de ses extrémités et dont l'autre extrémité est en prise par un pas de vis avec cette sphère 9, de sorte que la sphère est ainsi empêchée par le pi- vot 11 de s'ouvrir.
L'arbre principal 1 peut donc d'abord pivo- ter autour du pivot 11, dans le plan de la figure 1. Le pivo- tement d'un des arbres est rendu possible par l'évidement 10 en double coin. L'axe longitudinal du pivot 11 est identique à l'axe de l'articulation 4,6 commune à l'anneau intermédiai- re 5 et à la capsule 3. Il s'ensuit que lorsqu'un des arbres principaux se déplace angulairement dans le plan de la figure 1, cet anneau et cette capsule tournent également autour de l'axe de l'articulation 4,6', Le déplacement angulaire de l'arbre principal 1 dans le plan de la figure 2 est rendu possible par les manchons 7 du pivot 8 qui sont montés à pivotement sur l'anneau intermédiaire 5.
Si l'on supposait que l'autre arbre principal, l'ar- bre 2, venait en prise directement et rigidement avec l'anneau intermédiaire 5, on se trouverait en présence d'une articula- tion à la Cardan ordinaire, dont la marche ne serait toutefois pas uniforme. La présente construction se distingue de l'arti- culation à la Cardan ordinaire en ce que l'anneau 5 qui porte l'articulation à la Cardan 8, 11 constitue un anneau intermé- diaire articulé de son côté sur la capsule 3 de l'autre arbre
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principal, désigné par 2. Grace à cette construction, la marche uniforme est garantie ; on doit veiller simplement à ce que l'anneau intermédiaire 5, soit toujours maintenu ou amené sur la bissectrice de l'angle que forment les deux arbres principaux 1 et 2, lorsque l'un d'eux exécute un déplacement angulaire dans le plan de la figure 1.
A cet effet, on a prévu un dispo- sitif de commande spécial qui agit sur l'anneau intermédiaire 5 de façon qu'à chaque déplacement angulaire d'un des deux arbres principaux 1 ou 2, il parcourre la moitié du trajet de ce dé- placement. On remarquera d'autre part que les axes longitudinaux de l'articulation 4,6, du pivot 8 et du pivot 11, se coupent en un point unique 12. pour commander l'anneau intermédiaire 5, on l'a pourvu d'un étrier 14 qui est articulé par ses branches parallèles 15, des deux côtés, sur l'anneau intermédiaire 5.
A cet effet, on a pratiqué,dans les deux côtés en bout de cet anneau 5, des échancrures cunéiformes 16 d'une profondeur correspondant à la grosseur des branches 15, de façon que celles-ci ne fas- sent pas saillie sur les deux côtés en bout de l'anneau inter- médiaire 5. Dans l'espace des échancrures 16, on a fixé à pi- votement les branches 15 au moyen de vis 17, sur l'anneau in- termédiaire 5. L'axe d'articulation de l'anneau intermédiaire est identique à l'axe du pivot 11 et à celui de l'articulation 4,6. L'étrier 14 est entouré d'une capsule que présente une fburchette 18, laquelle constitue un prolongement de l'extrémité sphérique 9 d'un des arbres principaux.
La capsule 3 est pourvue, sur deux côtés en bout oppo- sés, d'ouvertures circulaires 19 (voir figure 7) formées de fa- çon qu'on puisse y introduire des couvercles 20. Ces couvercles peuvent être fixés sur la capsule à l'aide de vis 21 (voir fi- gure 5a) . Chaque couvercle 20 présente excentriquement un ergot d'entraînement 22 qui, lorsque le couvercle 20 est appliqué, est dirigé vers l'intérieur. Les ergots 22 sont destinés à ve- nir en prise avec l'une des fentes 23 de plaques de commande 24
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(figures 2 et 4c). Chaaune de ces plaques de commande présente enc ore /une autre fente, 25, ces fentes venant en prise avec des pivots 26' qui sont reliés rigidement aux branches 15 de l'étrier 14.
Les deux fentes 23 et 25 se trouvent à la même distance du mi- lieu des plaques de guidage 24, qui est coupé par les axes des pivots 11 et 17,,
Comme les plaques de- commande 24 sont destinées à main- tenir ou à amener l'anneau intermédiaire 8 dans la position mé- diane, elles doivent être en prise avec l'anneau intermédiaire
5. A cet effet, on a pourvu les deux plaques de commande 24 d'ergots d'entraînement 27 qui viennent en prise avec des fen- tes 28 (dir figure 3) de l'anneau intermédiaire 5.
Le dispositif fonctionne de la fagon suivante :
Lorsqu'un des arbres principaux, l'arbre 1, se déplace d' un certain angle dans le plan de la figure 2, la fourchette
18 de la sphère glisse sur l'étrier 14, sans le déplacer. Il n'en résulte donc aucune influence sur la position de l'eanneau intermédiaire 5. Au cours de ce déplacement angulaire, l'arbre
1 tourne autour de l'axe longitudinal du pivot 8 à extrémités carrées.
Mais si un déplacement angulaire d'un des arbres princi- paux, l'arbre 1, se produit dans le plan de la figure 1, l'étrier
14 est entraîné par la fourchette 18. Par suite du déplacement précité, l'arbre 1 tourne autour de l'axe du pivot 11; comme l'étrier 14 est fixé suivant le même axe que le pivot 11 sur l'anneau intermédiaire 5, il exécute un déplacement suivant le même angle que l'arbre 1. Mais par l'étrier 14, les plaques de commande 24 sont influencées par l'intermédiaire des ergots
26. Comme les ergots 22 sont fixes, les plaques de commande 24 subissent un déplacement angulaire avec l'axe des ergots 22 comme axe de rotation. Les ergots d'extraînement 27 des plaques de commande 24 sont maintenant sur une ligne qui coupe le mi-
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lieu 29 (voir figure 4c) de le distance entre les fentes 23 et 25.
Il s'ensuit que les plaques de commande 24 entraînent l'anneau intermédiaire 5 au moyen des ergots d'entraînement 27, mais seu- lement sur la moitié de tout trajet angulaire de l'étrier 14 ou de l'arbre 1. Le fait que l'anneau intermédiaire 5 parcourt cette moitié de trajet angulaire est due à ce que les ergots d'entraînement 27 des plaques de commande 24 se trouvent exac- tement au milieu 29 entre les deux fentes 23 et 25. L'anneau intermédiaire est donc toujours maintenu ou amené au milieu en- tre les deux arbres 1 et 2. Au cours de ce déplacement angu- laire, l'anneau intermédiaire 5 tourne autour de l'axe de son articulation 4,6.
En d'autres termes, il se produit donc, lors d'un déplacement angulaire de l'arbre 1, dans le plan de la figure 1, une rotation de la sphère 9 autour de l'axe du pivot 11 et, en outre, une rotation de l'anneau intermédiaire 5 (au- tour de son articulation 4,6) égale à la moitié du trajet du déplacement angulaire. Ceci détermine la marche uniforme. Si l'an- neau intermédiaire 5 n'était pas toujours maintenu sur la bissec- trice des deux arbres principaux 1 et 2, il se prpduirait un blocage pour une position déterminée.
L'articulation à La Cardan suivant le mode d'exécution représenté par les figures 8 à 11 diffère de celui des figures décrits plus haut uniquement par le type du dispositif de com- mande .
Suivant les figures 8 à 11, les branches 15 de l'étrier 14 sont élargies à leurs extrémités et ont une étendue de plus d'un demi-cercle. Ces segments de cercle 30 sont gui- dés dans des échancrures 31 de forme correspondante, de plus d'un demi-cercle, pratiquées dans des patins 32 qui sont guides à coulissement, sur deux faces en bout intérieures de l'anneau intermédiaire 5, dans la direction des axes longitudinaux des deux arbres principaux 1 et 2 disposés l'un à l'alignement de l'autre. En outre, les segments de cercle 30 sont montés sur la capsule 3 de façon à pouvoir tourner. A cet effet, cette @
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capsule 3 est traversée par des tourillons 33 qui passent à travers l'anneau intermédiaire 5 (.voir figure 10a) par des fentes incurvées 34.
Ces fentes sont destinées à per - mettre une oscillation de l'anneau intermédiaire 5 malgré la présence des tourillons 33. Ceux-ci viennent en prise avec les segments 30, de façon que la distance des touril- Ions 33 du milieu 35 du segment soit,, au point de vue de la construction, dans un rapport déterminé avec la distance du milieu 13 de l'articulation à la Cardan.
Ce dispositif fonctionne de la façon suivante :
Lorsqu'il y a un déplacement angulaire dans le plan de la figure 8, l'étrier 14 est entraîné, comme il a été dit plus haut, Comme les axes des tourillons 33 de l'é- trier 14 sont disposés excentriquement par rapport à l'axe du tourillon 11 et qu'en outre les axes de ces tourillons 33 se trouvent à une distance déterminée du milieu 13 de l'articulation et du milieu des segments 30, l'anneau inter- médiaire 5 ne parcourra que la moitié du déplacement angulai- re de l'arbre 2 tout comme ci-dessus. Les segments 30 tournent dans les évidements 31, plus grands qu'un demi-cercle, des patins 32 qui glissent ainsi simultanément dans leurs guides.
Le mode d'exécution représenté par les figures 12 à 18 ne diffère. également des autres modes d'exécution que par le genre de commande, Dans ce cas, la face intérieure de la capsule 3 reçoit la forme d'une demi-sphère creuse. Entre la sphère 9 et la paroi intérieure sphérique creuse de la capsule 3 est disposée une calotte sphérique 36, qui s'ap- plique par- un prolongement annulaire 37, à surface aphéique, sur la paroi sphérique creuse de la capsule 3. Par une de ses faces, la calotte sphérique 36 prend appui, au moyen d'un roulement à billes 38, sur l'une des faces en bout de l'anneau intermédiaire 5. Comme le montre la figure 13, les roulements à billes 38 peuvent être remplacés par un prolongement an- nulaire 39 qui prend appui sur l'anneau intermédiaire 6.
La
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calotte 36 porte deux tourillons 40 et 41 qui, lorsque les ar- bres principaux sont alignés, se trouvent dans le plan déter- miné par les axes longitudinaux des deux arbres principaux 1 et 2 et l'axe du pivot 11. Le tourillon 40 fait saillie, dans la direction de la capsule 3, sur la surface de la calotte 36 et vient en prise, de manière àpouvoir tourner, avec une pièce coulissante 42 guidée dans une rainure longitudinale incurvée 43 de la paroi intérieure de la capsule 3. Cette rainure lon- gitudinale 43 se trouve dans le même plan que les tourillons 40 et 41 lorsque les arbres principaux sont alignés.
Le tourillon 41 fait saillie d'une façon analogue, dans le sens opposé, sur la surface de la calotte 36 et porte, de manière qu'elle puisse tourner, une pièce coulissante44 gui- dée dans une rainure incurvée 45 de la sphère 9. Cette rainure 45 se trouve aussi dans le plan des tourillons 40 et 41 lorsque les deux arbres sont alignés. Ces tourillons 40 et 41 se trou- vent tous deux à la même distance de l'axe médian longitudinal de l'articulation, c'est à dire des arbres 1 et 2 lorsqu'ils sont alignés.
Ce dispositif fonctionne comme suit :
Lorsque l'arbre 1 décrit un angle dans le plan de la figure 12, la calotte 36 ne subit aucune influence. La pièce coulissante 44 glisse alors simplement dans la rainure corres- pondante 45. Mais lorsque par contre cet arbre 1 décrit un angle dans le plan de la figure 14, la pièce coulissante 44 est entraînée par la rainure longitudinale 45, ce qui a pour effet que la calotte 36 tourne autour de son centre géométrique et que le tourillon 40 de la calotte est entratné par sa pièce coulissante 42 le long de la rainure 43.
Comme les tourillons 40 et 41 se trouvent à la même distance de l'axe longitudinal de l'arbre principal 1, la calotte 36 ne parcourt donc que la moitié du déplacement angulaire total des arbres 1 et 2 l'un par rapport à l'autre Ce déplacement de la calotte 36 est transmis, par le roulement à billes 38, ou par le prolongement
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annulaire 39, suivant la figure 13, sur l'anneau intermédiaire 5, qui est maintenu ainsi constamment sur la bisectrice de l'an- gle entre les deux arbres.
L'avantage du dispositif de commande suivant les figures 12 à 18 consiste en ce que ce dispositif permet une construction à diamètre plus faible de l'articulation à la Cardan. En outre, ce dispositif de. commande est extraordinairement simple. Bien qdil s'agisse d'un guidage de la calotte 36 sur la face sphérique creuse de la capsule 3, il n'y a pas, comme dans les articulations à la Cardan des genres connus, une articulation à rotule à cuvettes qui s'emboîtent, c'est à dire une articulation à rotule comportant au moins deux coussinets sphériques concentriques. La calotte 36 ne doit donc pas,résister- à des forces de glissement, mais à des pressions d'ouverture qui, du reste, sont supportées principalement par les pièces coulissantes 42 et 44.
On doit voir une disposition particulièrement favorable dans le fait que la calotte 36 n'est guidée que par l'anneau sphérique 37 sur la face intérieure de la capsule 3. Ceci, avant tout, assure la lubrification, simplifie la fabrication et diminue le frottement.
La calotte sphérique 36 se trouvant entre les deux ar- bres principaux 1 et 2, des mesures doivent aussi être prises pour- pouvoir assembler l'articulation à la Cardan. C'est pourquoi, on constitue la capsule 3, comme le montre la figure 16, par deux parties 46 et 47 qui peuvent être maintenues assemblées par des boulons pourlesquels des trous correspondants 48 ont été prévus.
La disposition suivant laquelle la capsule 3 est divisée permet de supp.orter d'une façon particulière, de manière qu'il puis- se tourner, l'anneau intermédiaire 5. Les deux pièces 46 et 47 présentent chacune en des endroits situés l'un en face de l'autre un évidement semi-circulaire 49, les évidements se complétant pour former des ouvertures circulaires complètes lorsqu'on assemble les pièces. Dans ces évidements, on loge des coussinets 50 qui sont
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maintenus par des nervures annulaires latérales 51 engagées dans des rainures correspondantes pratiquées dans la paroi des évidements 49. Les coussinets 50 constituent des paliers pour des tourillons 52 de l'anneau intermédiaire 5.
L'anneau intermédiaire 5 présente à la face en bout extérieure des évidements 53 s'élargissant vers l'extérieur en forme conique et permettant les déplacements angulaires de l'arbre 1. Comme, dans le déplacement angulaire de l'arbre 1 dans le plan de la figure 12, l'anneau intermédiaire n'est pas entraîné mais reste immobile,l'évidement 53 est plus profond dans ce plan et latéralement par rapport à ce plan que dans le plan du trajet du déplacement angulaire suivant la figure 14 parce que, dans le déplacement angulaire dans lplan de cette figure 14, l'anneau intermédiaire 5 est entraîné.
En outre, la construction répond en tous points aux exigences qu'on pose dans tous les sens pour une articulation à la Cardan vraiment parfaite, techniquement, pour la transmis- sion de la force.
Le mode de construction est simple, l'articulation est constituée par un petit nombre de pièces distinctes,faciles et peu coûeuses à exécuter en série, Le démontage et le réas- semblage de l'articulation et le remplacement de pièces diverses peuvent être exécutés en peu d'opérations et sans outils spéciaux.
L'amplitude du déplacement angulaire est de 45 de la ligne mé- diane ; la vitesse angulaire est à tout moment mathématiquement uniforme pour les deux arbres.