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La présente invention concerne les joints universels de transmission de couple moteur du type à rapport constant de vitesses, dans lesquels le couple moteur est transmis par une série de sphères ou billes s'engageant dans des rainures méridiennes de roulement formées dans un élément interne sphérique ou p&rtiellement sphérique disposé sur l'un des éléments moteurs et dans un élément externe creux sphérique ou partiellement sphérique disposé sur l'autre élément moteur du joint, et dans lesquels une ca- ge pour loger les sphères ou billes est disposée entre les deux éléments.
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Dans des joints du type décrit ci-dessus, il est essentiel quelles contacts des sphères avec leurs voies ou -pistes de roulement se trouvent sous toutes les conditions. dans un plan critique contenant le point nodal du joint et bissectant également l'angle entre les éléments ou arbres moteurs. Dans des joints déjà connus du type mentionné, cette condition a été remplie par la prévision de moyens servant à contrôler la position de la cage à sphères selon l'angle variable des éléments ou arbres moteurs.
Dans une forme bien connue de joint, le contrôle requis se fait par une cheville ou levier guidé dans l'un des éléments moteurs et ayant un siège sphérique dans l'extrémité de l'autre élément moteur, la dite cheville ou levier ayant à un point intermédiaire de sa longueur un engagement par siège sphérique avec une continuation de la cage à sphères pour mettre celle-ci en place selon l'angle compris entre les éléments moteurs. Il a été également proposé de prévoir un joint du type mentionné ci-dessus dans lequel les voies de roulement des billes sont constituées par des rainures ayant le même rayon de courbure que la bille et les courbures longitudinales des rainures de roulement internes et externes sont respectivement concentriques avec des points espacés se trouvant sur l'axe de l'arbre du joint.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir un joint perfeotionné du type mentionné ci-dessus, dans lequel la mise en position exacte requise du plan contenant les billes est effectuée de manière satisfaisante sans la nécessité de prévoir des dispositifs de contrôle ou de pilotage pour la cage à billes.
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L'invention comprend un joint du type mentionné ci-dessus ayant des rainures méridiennes de roulement d'une section telle qu'il se forme des suri'aces de contact lacalisées avec les billes se trouvant sur un trejet à l'interieur des bords des rainures méridiennes de roulement pour fournir un angle de pression approprié, les racines des dites rainures se trouvant hors contact avec la bille ou étant absentes, dans lequel joint la confort-dation des rainures est telle que les trajets primitifs qui correspondent ou les lignes de contact des voies de roulement internes et externes,se croisent lorsque les éléments moteurs du joint se trouvent en alignement,
selon un angle qui est plus grand que l'angle de friction pour les'billes et les voies de roulement afin de créer un effort dérivant du couple moteur de transmission pour mettre les billes dans la relation requise par rapport à l'angle compris entre les éléments ou arbres moteurs.
L'invention comprend également un joint tel que défini dans l'alinéa précédent dans lequel les voies de roulement quise correspondent des rainures internes et externes sont formées respectivement depuis deux centres symétriquement situés à des distances égales depuis le centre du joint et déplacées de telle manière que les lignes de contact des billes avec les voies de roulement correspondantes se trouvent sur la projection de la surface d'un cône dont l'angle du sommet est égal à deux fois l'angle de pression choisi, et les lieux géométriques des voies se trouvent sur le cercle de base du dit cône.
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Dans un arrangement possible selon la présente invention, la forme des rainures de la voie de roulement est telle que les c'eux lignes de contact des voies qui se correspondent se croisent à un angle un peu plus grand que 11 lorsque les éléments ou arbres moteursse trouvent en alignement.
La forme de le section droite des rainures des voies de roulement peut avantageusement être telle que lorsqu'une bille ayant les dimensions correctes est introduite dans les voies de roulement qui se correspondent, la ligne de contact passant par les voies et la bille fait un angle de pression de 45 avec la normale, mais cet angle de pression peut varier pour s'adapter aux diverses conditions particulières.- L'expression "angle de pression" peut avantageusement être définie comme étant l'angle compris entre la ligne de pression passant par la bille et les voies et une ligne passant par le centre de la sphère et radialepar rapport au cercle primitif de la bille lorsque celui-ci est projeté dans le plan critique qui renferme l'intersection des axes des éléments ou arbres moteurs (par- exemple le point nodal du joint)
et bissectant également l'angle compris, entre les dits axes.
La section droite des rainures de piste peut prendre diverses formes pour fournir le contact requis entre les billes et leurs voies de roulement sur lesquelles ces billes avancent. Ainsi par exemple ces voies peuvent comprendre des parties plates qui sont normales à la ligne de pression et s'étendent sur une distance suffisante sur ses deux côtés.
En général cependant, on préfère prévoir des voies de roulement qui en section droite sont arquées, le rayon de
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courbure étant plus grand que celui de la bille, mais pouvunt avoir autrement n'importe quelle courbure. Ainsi, les arcs peuvent avoir une forme circulaire si on le désire, mais dans la pratique on préfère en général employer des voies de roulement qui en section droite sont des parties d'un ellipse, et selon un mode de construction approprié les rainures ont en coupe une forme mi-elliptique,avec le grand axe de l'ellipse disposé radialement par rapport au joint.
Le rapport de conformité des voies de roulement par rapport au rayon de la bille peut aven- tageusement être de l'ordre de 1,02, Avec un tel arrangement, les surfaces de contact des billes sur les voies latérales prennent la forme de petites ellipses et le trajet de ces contacts se trouve toujours à l'intérieur des bords des rainures de la piste.
Dans les dessins ci-joints,
Figure 1 est une coupe longitudinale d'un joint universel construit selon la présente invention.
Figure 2 est une coupe du joint le long de la ligne X-X.de la figure 1.
Figure 3 est une vue schématique d'extrémité des rainures internes et externes des voies de roulement, les billes étant montrées dans ces voies, et montrant la géométrie des ellipses des voies, la conformité et le contact.
Les figures 4,5 et 6 'sont des schémas montrant de quelle manière les centres d'où les voies qui se correspondent des rainures internes et externes sont conformées.
En réalisant l'invention dans la pratique selon un mode approprié tel que montré dans les figures 1 et 2, on prévoit un joint de transmission de couple moteur du type à vitesse
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stante comprenant des éléments de piste internes et externes 1 et 2 formés sur, ou fixés respectivement aux arbres 3 et 4. L'élément interne 2 a une surface 5 en partie sphérique, les faces d'extrémité 6 et 7 étant perpendiculaires à son axe d'arbre. L'élément externe 1 est creux et possède une surface interne 8 de.forme partiellement sphérique centrée au point nodal 9 contenant les rainures externes méridiennes 10 et est solidaire de son arbre 3.
L'intersection 9 des deux axes d'arbre est le centre ou point nodal du joint. Les rainures externes 10 se terminent de préférence vers l'une des extrémités dans des poches 11 formant un jeu, qui facilitent le rôdage des rainures et facilitent également le montage des billes dans les rainures. Dans un jeu 12 entre les surface sphériques des éléments internes et externes du joint se trouve placée une cage 13 ayant des encoches ou ouvertures pour recevoir et loger des billes 14 qui transmettant le couple et qui d'un côté s'engagent dans les rainures internes 15 et d'un autre côté s'engagent dans les rainures externes 10.
La cage présente des surfaces externes et internes, en partie sphériques, concentriques l'une avec l'autre et coopérant avec une surface annulaire 16 ayant une forme en partie sphérique sur l'élément externe 1 et une surface 17 en partie sphérique sur l'élément interne 2, le centre sphérique de la cage étant le centre ou point nodal 9 du joint.
Les sections droites des rainures méridiennes sont découpées ou rôdées pour former un peu moins qu'une demi-ellipse avec son grand axe commun se trouvant radialement par rapport au joint. Cela se voit dans la figure 3 dans laquelle la voie externe 10 et la voie interne 15 sont
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montrées séparées en direction radiale pour plus de clarté.
Le grand axe commun est montré en 18, le centre spherique étant en 19. Le petit axe 20 pour la rainure interne 15 se trouve au-dessus du centre de la sphère, tandis que le petit axe pour la rainure externe 10 se trouve en-dessous de ce centre. La courbe développée de l'ellipse externe est montrée'en 22 et la courbe développée de l'ellipse interne est montrée en 23, Un angle de pression approprié (Pa dans les figures des dessins) pour les billes est déterminé d'avance et dans le présent exemple cet angle'est supposé être de 45 .
Les grands arcs de l'ellipse, au point de contact avec la bille, sont tracés respectivement depuis des centres 24 et 25 (figure 3)se trouvant sur la ligne de pression 26 à 45 en un point où la ligne de pression est tangente à la courbe développée de l'ellipse. Le rayon de l'arc (r c o ou r c est plus grand que le rayon d de la bille de la valeur de
2 conformité désirée. La formation de ces rainures de section droite est telle que les grands arcs constituent des voies de flancs à l'intérieur desquelles se trouvent les contacts de billes, tandis que les petits arcs de l'ellipse sont disposés aux racines des rainures des voies de roulement et n'ont pas de contact avec les billes. Dans certaines constructions, ces portions de racine des rainures peuvent être supprimées.
Le rapport de conformité des voies de roulement au rayon de la bille peut avantageusement être de 1,02, c'est-à-dire au point de contact le rayon de la voie est 1,02 fois celui du rayon de la bille. Ce chiffre peut être modifié dans la pratique pour maintenir la condition que les petites surfaces de contact des billes ne viennent pas trop près pour recouvrir les bords des rainures de piste. Les billes et les rainures sont proportionnées de telle manière qu'un petit jeu existe
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sur les côtés éloignés des contacts des billes lorsque le join 'est soumis au couple moteur.
Les surfaces de contact des billet sur les flancs des voies lorsqu'elles sont sous pression prennen la forme de petites ellipses 27 (montrée à une échelle exagérée dans la figure 3) et le trajet de ces contacts setrouve @ toujours à l'intérieur des bords des rainures de la voie de roulement de telle sorte que la pression développée n'agit pas pour déplacer la matière aux bords de la rainure. Au lieu d'être elliptique, les voies peuvent avoir d'autres formes, par exemple elles peuvent comprendre des portions platef en coupe, pour fournir de petites surfaces de contact disposées comme décrit ci-dessus.
Afin de prévoir un effort de contrôle et de guidage sur les billes et sur la cage à billes, qui les mettront en place de manière précise par rapport à l'angle compris entre les arbres lorsque ceux-ci sont soit alignés soit inclinés d'un petit angle, il est nécessaire que les trajets primitifs qui se correspondent ou les lignes de contact internes et externes des voies de roulement se croisent lorsque les arbres sont en alignement, d'un angle plus grand que l'angle de frictic des billes avec les voies. L'angle de friction est déterminé par l'expérience, et dépend de la nature des matières dont sont faites les' billes et la voie de roulement.
L'on supposera dans cet exemple que l'angle de friction est de 5 , et dans ce cas l'effort de guidage requis pour mettre les billes en place sera fourni lorsque l'angle de croisement des trajets primitifs (ou convergence) est de 11 28'. Afin de remplir les conditions de croisement des voies primitives.
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en correspondance, mentionnées ci-dessus, il est nécessaire de déterminer les centres particuliers d'où les 'voies qui se correspondent des rainures internes et externes sont respectivement formées, et cela pourra être expliqué graphiquement de manière appropriée de la manière suivante en se reportant aux figures 4, 5 et 6.
ayant déterminé un angle de pression approprié, par exemple de 45 , un cône 28 est dessiné avec le centre 19 de la.bille comme sommet du cône et avec un angle au sommet égal à deux fois l'angle de pression, la base 29 (ac ) du cône étant horizontale et ayant à mi-chemin le centre ou point nodal 9 du joint. Ce cône 28 sera mentionné comme étant le cône de l'angle de pression.
Le cône est ensuite projeté dans la direction de la flèche E d'un angle égal à l'angle de pression c'est-à-dire de 45 , de sorte que sa base apparait comme une ellipse 30 passant par le oentre,de la bille, le centre du joint apparaissant centralement dans l'ellipse 30. Pour obtenir le contrôle ou guidage requis des billes, leurs contacts avec les voies internes et externes doivent se trouver sur les lignes droites inclinées'31 et 32 passant par le centre de la bille comme montré dans le diagramme projeté comme expliqué ci-dessus.
Egalement l'effort de contrôle sur la bille et sur la structure-de la cage doit bujours être plus grand que la charge passant par le centre de la bille multipliée par le coefficient de friction. Si l'angle de friction est de 5 comme supposé précédemment, l'angle 5 44' sera l'angle w qui est la moitié de l'angle requis (angle de convergence) entre les lignes inclinées mentionnées ci-dessus passant par les deux points de contact des voies de la bille qui
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intersectent le cercle de base de la projection 30 du cône aux deux points montrés en a.. et ao Il est alors nécessaire pour la génération des voies de déterminer la coordannée polaire des points ai et ao dans le plan contenant le cercle de base du cône de l'angle de pression et un plan qui lui est perpendiculaire contenant le centre du joint et de la bille.
Une méthode appropriée est de déterminer un angle auxiliaire dont le lieu géométrique du trajet primitif doit tourner autour du cercle de base du cône de l'angle de pression comme suit : sin @ = kd sec pA sinw
Kd Tan PA
Si l'on suppose que l'angle de pression P = 45 , d = 1, K = 1,65, et W- 5 44', cela donne un angle auxiliaire Ò égal à 8 7'. De cette manière, le décalage des voies et par conséquent des deux points ai et ao sur le cercle de base peut être déterminé comme montré dans la figure 4, ces points étant les génératrices des voies internes et externes pour donner la convergence de voie requise.
@
En se reportant à la figure 5, une partie du cercle de base, est montrée en 30 avec les points ai et ao sur cette partie de cercle dont les trajets primitifs respectifs 33 et 34 des voies internes et externes sont tracés, ces trajets se croisant comme montré. Le vrai angle de convergence des voies, qui est égal à 2 w est indiqué en 35 dans la figure 4.
La figure 6 est une vue en plan du cône de l'angle de pression de la figure 4 et montre une fenêtre de cage 36 dans laquelle la bille se trouve insérée. Le diamètre de la bille
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est indiqué en 37 et le cercle de contact de la bille est montré en 38. Le flanc interne de la voie de roulement est montré en 39, et le flanc externe de la voie de roulement est montré en 40. Il est à noter qu'à cause de la convergence des voies de roulement, un couple moteur dans la direction de la flèche T produira une composante de force Tc sur la cage et guidera ainsi de manière positive les billes et la cage dans la position correcte, qui est la position bissectant l'angle compris entre les arbres du joint.
L'on verra de ce qui précède que la distance entre les lieux générateurs ai et ao et le centre de la bille sera égale pour tous angles d'arbre et que les arcs (33, 34) tracés de ces centres par le centre de la bille représenteront les trajets primitifs des voies de roulement internes et cernes respectivement et seront intersectés à l'angle requis comme défini ci-dessus. L'on comprendra que les chiffres donnés ci- dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemple et peuvent être modifiés selon les circonstances. Cependant, l'angle de convergence d'intersection 2w des lignes de contact des voies de roulement qui se correspondent ne doit pas trop dépasser celui qui est nécessaire pour fournir l'effort de contrôle requis sur les billes et sur la cage lorsque les arbres se trouvent en alignement.
L'expérience conduit à une valeur limite de 2,4 fois l'angle de friction, en se rappelant le fait que l'effort de contrôle augmente avec l'augmenta ion de l'angle des arbres; et que pour des inclinaisons d'arbres plus grandes qu'environ 11 , un effort de contrôle
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supplémentaire n'est pas théoriquement nécessaire.
Par la présente invention, on prévoit un joint transmettant un couple moteur à vitesse constante dans lequel la structure bille et cage est contrôlée de manière positive ou guidée par un effort dérivant du couple moteur dans l'angle qui est requis à tous moments, et plus particulièrement lorsque les arbres sont alignés ou inclinés d'un petit angle. Egalement par l'emploi de rainures de roulements à billes de la conformation en section droite décrite, la surface de contact de la bille avec ses voies de roulement peut être contrôlée, et par une construction appropriée la pression moyenne dans la surface de contact des billes peut être réglée à toute valeur désirée.
Tandis que l'angle de pression des billes et voies peut être varié, un autre avantage est obtenu en employant un angle de pression dans le voisinage de 45 par le fait que la voie interne se centre automatiquement endéans certaines limites, de sorte que la charge est répartie de manière uniforme sur les billes. Dans un mode de réalisation avantageux, six billes sont prévues. On se rendra également compte que le rapport entre le roulement et le glissement des biiles peut être déterminé par la sélection de l'angle de pression.