Joint de cardan

Le point
Histoire

Le joint de Cardan est destiné à la transmission d'un couple sans élasticité torsionnelle entre deux arbres dont les axes sont sécants. Il réalise une liaision de type "sphérique à doigt". Le défaut d'alignement angulaire appelé "angle de brisure" peut être important.

Du point de vue de la structure, le joint de Cardan est constitué :
- d'un croisillon monobloc porteur de surfaces réalisant une double articulation à axes perpendiculaires,
-
de deux fourchettes liées aux arbres et portant les pivots,
- et éventuellement, en fonction de la puissance transmise, de composants assurant par roulement la liaison entre les fourchettes et le croisillon.

La représentation

Animation 

Schéma cinématique équivalent

 

 

Caractéristiques cinématiques                                                                                                                   

 

La transmission par cardan simple se caractérise par une différence de vitesse entre arbre d'entrée et arbre de sortie au cours d'un tour. Les courbes ci-dessous des vitesses de l'arbre d'entrée  (vitesse constante 6,28 rad/s ) et de l'arbre de sortie (en vert) en fonction de l'angle de brisure a entre les deux axes permet de constater le non homocinétisme du joint à la Cardan

Pour a = 0,1 rad

Pour a = 0,5 rad

Pour a = 1 rad

On observe que l'amplitude de l'écart de vitesse de l'arbre de sortie est d'autant plus importante que l'angle de brisure est grand. Il va de soi que pour un demi tour de l'arbre d'entrée, l'arbre de sortie tourne également d'un demi-tour.   

                     

Le non homocinétisme des joints de Cardan a conduit à des dispositions constructives associant deux joints. Pour garantir l'homocinétisme deux dispositions géométriques sont possibles (dessin ci-contre).

A partir de cette exigence de position angulaire, des joints doubles ont été conçus. Dans la solution ci-dessous, la rotule centrale coulisse sur l'axe central au cours du fonctionnement.

Les joints de Cardan sont principalement utilisés dans l'automobile, en machinisme agricole, en traction ferroviaire et dans l'industrie lourde.

Exemple de joint double quasi homocinétique (d'après document Glaënzer-Spicer)
Pour atteindre un homocinétisme parfait d'autres solutions techniques contraignant les fourchettes à occuper une position symétrique par rapport au plan médian ont été imaginées. Un exemple de disposition est présenté ci-contre (soucre Walter Scheid)
Dérivés des joints de cardan se sont développés d'autres types de transmissions parmi lesquelles ont trouve le joint tripode très fréquent en automobile. Ce joint se compose d'une tulipe, d'une noix triaxe et de trois galets sphériques. Le joint tripode n'est pas parfaitement homocinétique (le défaut reste faible) mais en association avec d'autre joint la performance la cinématique devient excellente.
Pour accéder à des exemples de joints de cardan industriels cliquer sur l'image ci-contre.