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Ce document a été en parti réalisé par des élèves de 3ième année de l’ISAT : FA

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 1 / - 67 - 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 2 / - 67 - 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 3 / - 67 - 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 4 / - 67 - I/ 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. Figure 1 : Implantation des joints homocinétiques sur une traction avant 5 / - 67 - 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. 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 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 6 / - 67 - II/ 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 : 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). 7 / - 67 - 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. Figure 4 - Schéma d’installation avec machine tractée Dans le cas où il y aurait impossibilité de réaliser un montage homocinétique (cas qui correspond, en général, à une machine tractée avec timon très long), une solution possible 8 / - 67 - consiste à utiliser un palier intermédiaire monté sur un support (de basculement ou non) placé sur le timon (figure 5). Figure 5 - Schéma d’installation avec machine tractée à timon long La question du coulissement a aussi été réexaminée sous l’angle de la simplicité. Généralement, on utilise deux tubes à profils plus ou moins spéciaux, mais symétriques, s’emboîtant librement l’un dans l’autre (figure 6) ; ces tubes autorisent le déboîtement complet par l’utilisateur, l’une des parties de la transmission pouvant rester solidaire du tracteur, l’autre de la machine tractée, et cela bien que les mâchoires d’extrémité de transmission soient, la plupart du temps, prévues avec une fixation dite rapide à la place de la fixation à pince (figure 7). Figure 6 - Schéma du coulissant et de la protection d’une transmission pour agriculture Figure 7 - Fixation uploads/Ingenierie_Lourd/ cm-3a-joints-homocinetiques.pdf