Cardan (Mécanique)

Cardan (Mécanique)

Joint de Cardan

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Le cardan (ou plus précisément le joint de Cardan) est un dispositif mécanique qui permet la transmission d'une rotation angulaire entre deux arbres dont les axes géométriques concourent en un même point.

Cette technique (à ne pas confondre avec la suspension par cardan) est utilisée sur les véhicules pour accoupler deux arbres tournants non alignés, ou dont les positions angulaires de l'un par rapport à l'autre peuvent varier ; par exemple l'axe du volant et le boîtier de direction, surtout dans le cas d'un volant réglable en hauteur par rapport au conducteur.

Principe de fonctionnement du cardan

Sommaire

Propriétés mécaniques

Détail des pièces composant un joint de Cardan

L'angle formé par les « fourchettes » d'un joint de Cardan provoque une non-linéarité de la vitesse angulaire d'un arbre par rapport à l'autre. On peut y remédier en ajoutant un second joint d'angle identique dans la transmission, les deux fourchettes de l'arbre médian étant alignées dans le cas particulier le plus courant, où tous les arbres sont dans le même plan. On passe ainsi de l'arbre d'entrée à l'arbre de sortie par deux demi-angles identiques, les variations angulaires entraînées par chacun des cardans étant égales et opposées.

La 2CV Citroën n'avait qu'un cardan par roue, ce qui provoquait son déhanchement caractéristique lors de virages à très faible vitesse.

En effet, le cardan unique présente l'inconvénient de ne pas être homocinétique, c'est-à-dire que la vitesse de rotation transmise n'est pas constante au cours de la rotation lorsque les axes ne sont plus alignés[1]. En revanche, l'ensemble de deux cardans enchaînés l'est, si toutefois leurs angles sont égaux et leur "fourchettes" d'entrées (menantes) sont déphasées de 90° par rapport à leurs plans respectifs (plan formé par l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie de chacun des cardans - quand la fourchette d'entrée du premier cardan est dans son plan, la fourchette d'entrée du second cardan doit être perpendiculaire à son propre plan).

Par exemple, pour les roues motrices d'un véhicule automobile, afin de les doter d'une suspension, il faut pouvoir modifier la position de l'axe des roues par rapport à l'axe du différentiel. On le réalise par des joints de cardan doublés de chaque côté du véhicule (avec souvent un dispositif coulissant additionnel).

Un double cardan permet aussi d'entraîner des roues directrices et motrices, la fameuse traction avant. Comme l'axe des roues directrices est par définition en position angulaire variable, les conditions permettant d'annuler les variations de vitesse ne peuvent être réalisées exactement avec un double cardan, entraînant la généralisation de joints homocinétiques vrais (tripodes ou Rzeppa par exemple).

Histoire

Compas de navigation maritime à l'origine du joint de Cardan

L'invention de ce joint en 1545 est attribuée au mathématicien Gerolamo Cardano (1501-1576). Ce célèbre savant italien se serait inspiré d'un compas de marine fixé sur deux cercles articulés. Il a décrit l'articulation portant son nom dans un traité de physique intitulé De subtilitate rerum.

Abus de langage

Dans le monde motocycliste, on parle souvent abusivement de transmission à cardan pour des modèles qui n'en sont pas équipés, du fait de la confusion entre arbre et cardan. Par exemple, les machines qui ne sont pas équipées de suspension arrière ont un arbre sans cardan. De la même manière dans le monde automobile on parle souvent abusivement de cardan alors que la transmission par cardan est très souvent remplacée avantageusement par un joint tripode.

Voir aussi

Références

  1. voir la courbe de vitesse (bleu)  : http://mecfunnet.faii.etsii.upm.es/Xitami/webpages/a9.html (es)
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