Qu’est-ce qu’un joint universel ?
Un joint universel est un joint qui relie deux arbres ou tuyaux en rotation, même si les arbres ne sont pas concentriques (les centres des arbres ne sont pas les mêmes dans le sens longitudinal) et sont coudés, de manière à ce qu’ils puissent tourner librement.
Par exemple, les arbres d’entraînement qui transmettent la puissance sont installés dans un espace limité, de sorte que dans certains cas, les arbres ne peuvent pas être alignés de manière concentrique l’un par rapport à l’autre. L’utilisation d’un joint universel permet de relier l’arbre moteur et l’arbre entraîné.
Utilisations des joints universels
Les joints universels sont utilisés dans les situations où deux arbres ou tubes rotatifs ne peuvent pas être joints concentriquement en raison de contraintes structurelles ou d’espace d’installation.
Parmi les exemples d’applications, citons les arbres d’hélice et les arbres de transmission dans les automobiles, les volants, les arbres de direction et les boîtiers de direction.
Les raccords de tuyauterie à joints universels peuvent également être utilisés lorsque les tuyaux ne sont pas concentriques l’un par rapport à l’autre, mais forment un angle.
Principe des joints universels
Les joints universels sont reliés par un seul joint où les centres des arbres mutuels sont inclinés d’un angle α. Si l’arbre 1 (côté entraînement) tourne à une vitesse angulaire constante ω1, l’arbre 2 (côté entraîné) tourne à une vitesse angulaire ω2, calculée par la formule suivante. (θ = angle de rotation de l’arbre 1)
ω2 = (COS α / (1-SIN2 θ x SIN2 α)) x ω1
Entre les arbres 1 et 2 d’un seul joint universel, l’augmentation et la diminution de la vitesse se répètent tous les demi-tours et une rotation à vitesse constante n’est pas possible. Par conséquent, lorsqu’il est utilisé seul, il n’est utilisé que dans des applications où cette inégalité de vitesse n’est pas très importante.
Si trois arbres, l’arbre 1, l’arbre 2 et l’arbre 3, sont disposés en phase dans une rangée avec deux joints universels, cette vitesse inégale est annulée entre l’arbre 1 et l’arbre 3, ce qui permet d’obtenir une vitesse constante.
Les types typiques de joints universels sont les suivants :
1. Joint de cardan
Ce type de joint se compose de deux arbres dont l’une des extrémités présente une configuration bilatérale (en forme de U) et d’un raccord dont les goupilles sont disposées en croix dans la partie bilatérale des arbres.
2. Accouplement d’arbres de type Barfield
Un arbre comporte une “bague extérieure” et l’autre une “bague intérieure”, et des rainures sont usinées sur la surface intérieure de la bague extérieure et sur la surface extérieure de la bague intérieure, qui sont reliées par les deux bagues, afin d’y placer des billes d’acier.
Le mouvement des billes d’acier permet la transmission des vitesses de rotation même si les arbres sont inclinés l’un par rapport à l’autre. Les arbres 1 et 2 d’un accouplement d’arbres de type Barfield tournent à vitesse constante, même lorsqu’ils sont utilisés séparément.