Joints homocinétiques - Construction Mécanique : Cours - TD

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Ce document a été en parti réalisé par des élèves de 3ième année de
l'ISAT : |FARCIS Alexandre |NAVARRO Sylvain |
|GOSSELIN Nicolas |PERRET Emmanuel |
|GRANGE Pierre |PERRET Sébastien |
|LAFFONT Mickael |SAUDRAIS Benoit |
|MÉCHIN Philippe |SURMONT Guillaume |
Sous la supervision de Lilian FAURE
SOMMAIRE
I/ Fonctions II/ Domaines d'emploi A) Industries minière, sidérurgique, chimique, textile, agro-
alimentaire et mécanique générale B) Agriculture C) Matériel et engins de travaux publics D) Transports ferroviaires E) Modélisme F) Cycles
1) Bicyclettes
2) Motos G) Quads H) Transports maritimes et fluviaux I) Transports routiers J) Voitures particulières
1) Transmission latérale
2) Transmission longitudinale III/ Principes et contraintes de fonctionnement A) Problèmes techniques B) Etude cinématique
1) Rotation
2) Vitesses angulaires
3) Accélération angulaire C) Statique d'un joint D) Aptitude à la rotation
1) Hyperstaticité intrinsèque
2) Obtention de l'isostaticité E) Géométrie : théorie du plan bissecteur F) Lubrification G) Systèmes d'étanchéité IV/ Différentes technologies A) Squelettes des joints
1) Les différentes familles des joints
2) Les technologies B) Les joints fixes
1) Les joints doubles
2) Les joints à élément de liaison dans le plan bissecteur
3) Le joint tripode, dit joint GE
4) Angles d'utilisation C) Les joints coulissants
1) Joints à élément de liaison dans le plan bissecteur
2) Joint tripode, dit joint GI (Glaenzer Intérieur)
3) Comportement comparé pour la fonction coulissement
4) Développements récents V/ Démarche de calcul A) Dynamique d'un joint
1) Force dite « centrifuge »
2) Effets de l'inertie
3) Homocinétie d'un ensemble demi-transmission et
transmission
4) La technologie
5) Les contraintes VI/ Documentation et prix VII/ Documentations utilisées A) Sites utilisés et constructeurs B) Références bibliographiques
Fonctions
L'histoire de cette évolution technique majeure commence en 1925. Jean-
Albert GREGOIRE fonde sa société "Société des garages des chantiers" et est
poussée avec l'aide de son ami Pierre FENAILLE à concevoir une voiture avec
les roues avant motrices (chose inconcevable à l'époque pour les autres
constructeurs). Le prototype est commencé en novembre 1925 et roule en
juillet 1926. Le polytechnicien (plus connu sous le nom Ingénieur Grégoire)
va déposé un brevet sur l'invention rendant possible ce nouveau mode de
propulsion: le joint homocinétique (brevet déposé le 8/12/1926). Il fonde
une nouvelle société: TRACTA, et lance son premier modèle: La Tracta GEPHI
(moteur Scap 4 cyl.).
Ensuite quelques modèles veront le jour (Tracta A et B descendant de
la GEPHI, puis le type D (construit à plus de 100 ex.), E (premier 6
cylindre) et enfin F et G ( à moteurs Hotchkiss)) avant l'arrêt de la
production automobile en 1933. La société se borna ensuite à gérer le
brevet du joint homocinétique, et à faire de nouvelles découvertes
(carcasse coulée en aluminium, etc...).
De nombreuses marques reprennent le principe (Adler, D.K.W. ,
Rosengart, Alvis, Donnet (en 1932) et Chenard & Walker(en 1933)
construisent des voitures sous license Grégoire...) avant que Citroën ne
lance ensuite sa traction 7A le 3 mai 1934. On appelle joint homocinétique un système permettant de transmettre
un mouvement de rotation, d'un arbre menant à un arbre mené, sans décalage
angulaire quel que soit l'angle de brisure entre ces deux arbres et quelle
que soit la variation de celui-ci. En général, l'équipement d'une traction
avant consiste à placer (figure 1 et 2) de part et d'autre du pont
différentiel, une transmission comportant, côté roue, un joint
homocinétique fixe (axialement s'entend) possédant une grande possibilité
angulaire et, côté pont, un joint homocinétique coulissant autorisant un
angle de brisure, d'ailleurs limité, et une translation. [pic]
Figure 1 : Implantation des joints homocinétiques sur une traction avant [pic] Figure 2 : Exemple d'équipement pour une traction avant Le joint universel est un raccord flexible de transmission du
mouvement à double articulation composé de deux fourches (une sur l'arbre
entraîné et une sur l'arbre moteur) et d'une pièce cruciforme appelée
croisillon. Ces joints, toujours utilisés en paire, transmettent le
mouvement du moteur au différentiel arrière, typiquement utilisé aux
extrémités des arbres de transmission sur des véhicules à propulsion
arrière ou à 4 roues motrices. Le joint universel peut pivoter et se plier
alors que l'arbre de transmission suit les mouvements du différentiel et de
l'essieu lors du rebondissement de la suspension. [pic] Un raccord flexible est un composant mécanique destiné à relier en
dynamique ou en statique des arbres de transmission non alignés en
conservant l'homocinétisme. Arbres de transmission d'une opel vectra/calibra 4*4
[pic] 1. Articulation homocinétique à l'avant
2. Denture coulissante avec écrou de serrage à l'avant et à l'arrière
3. Roulement central à l'avant et à l'arrière
4. Joints universels
5. Articulation à un disque à l'arrière
Domaines d'emploi
Si l'angle de brisure et/ou si la vitesse de rotation sont faibles
(2° à 2500 tr/min par exemple), l'utilisation en solo d'un joint de cardan
est tout à fait possible. En général, les arbres menant et mené sont du
type pivot, tout en se référant à un bâti non commun. Des applications ont
été réalisées et utilisées pendant des années dans l'industrie automobile.
Deux exemples sont fort connus : [pic]
Figure 3 - Utilisation d'un joint de cardan en solo Joint non centré placé dans une rotule. Cette dernière est située en
sortie de boîte de vitesses sur laquelle prend appui et s'articule le tube
de poussée et de réaction de l'essieu arrière moteur des véhicules Peugeot
203 et successeurs. Le joint (figure 3) entraîne, par cannelures
coulissantes, un arbre centré dans le tube qui attaque le pignon du pont
arrière moteur.
Joints placés de part et d'autre du pont différentiel d'un groupe
motopropulseur arrière, dans des rotules servant d'articulation en
suspension des roues motrices. Les joints entraînent par cannelures
coulissantes les arbres de roue (exemple : les 4 CV, Dauphine, etc., chez
Renault). Pour des raisons diverses, un joint de cardan centré en solo pose
toujours des problèmes d'hyperstaticité qu'il est obligatoire de résoudre.
Les solutions sont diverses mais toutes sont complexes. Le marché de la transmission à joints de cardan est beaucoup plus
vaste que celui du joint de cardan utilisé en solo ; en concurrence
cependant avec l'hydraulique et l'électricité, il englobe toutes les
activités où l'on a besoin d'une simple chaîne de puissance, avec certaines
particularités propres à chacune d'elles ; nous citerons, à l'occasion,
quelques applications typiques.
A) Industries minière, sidérurgique, chimique, textile, agro-alimentaire
et mécanique générale Pour les commandes de laminoirs, les joints de cardan peuvent
présenter un diamètre d'encombrement supérieur à 1 m. Dans l'industrie
alimentaire, des matériaux spéciaux sont requis. En machine-outil, les
transmissions à joint de cardan disparaissent au profit de l'entraînement
direct par des moteurs pas à pas.
B) Agriculture Elle constitue à elle seule, un domaine bien particulier tout du
moins pour la liaison entre prise de force de tracteur et prise de force
sur machine tractée ; pour des raisons de standardisation, toutes les
mâchoires utilisées (en fonte généralement) sont conçues pour permettre un
angle de 90° par rapport au pivot correspondant.
Il n'y a, en principe, aucune difficulté particulière de montage
quand il s'agit d'entraîner une machine portée ou semi-portée, car les
positions extrêmes prises par la transmission dépendent directement de la
conception du relevage.
Quand il s'agit d'une machine tractée, pouvant prendre, à
l'utilisation ou en marche à vide, les positions les plus diverses par
rapport au tracteur, un soin particulier doit être apporté au tracé du
timon de la machine et quant au choix du point d'articulation sur la barre
d'attelage (figure 4). On doit vérifier que les angles en chacun des joints
ne dépassent pas 45°. Entre 45° et 60°, le couple à transmettre devrait
être nul, la transmission pouvant, cependant, encore tourner (lors du
déplacement en bout de champ, par exemple) : au-dessus de 60°, les
mâchoires des joints viennent en contact ; il faut imposer le débrayage de
la prise de force.