Le cardan est un élément essentiel de la transmission mécanique dans plusieurs domaines tels que l'automobile, l'industrie ou encore l'agriculture. Il permet de transmettre la puissance et le couple entre deux arbres en rotation non alignés. Dans cet article, nous allons expliquer qu'est-ce qu'un cardan, les différents types de cardans existants et comment ils fonctionnent.
Qu'est-ce qu'un cardan ?
Un cardan, également appelé joint homocinétique ou joint à rotule, est un mécanisme qui permet de transmettre une rotation continue entre deux arbres dont l'angle relatif varie au cours du temps.
Cela signifie qu'il est capable de maintenir une vitesse angulaire constante entre les deux arbres même s'ils ne sont pas parfaitement alignés.
Cette propriété est particulièrement utile pour les systèmes de transmission, notamment dans les véhicules, où il est nécessaire de conserver une vitesse de rotation stable entre les roues motrices et le moteur malgré les changements de position et d'angle dus à la suspension et aux mouvements de direction.
Les différents types de cardans
Il existe plusieurs types de cardans adaptés à diverses applications et niveaux de performance. Nous allons présenter ici les plus courants :
Cardan à croisillon
Le cardan à croisillon est probablement le type de cardan le plus connu et le plus utilisé dans l'industrie. Il est constitué de deux arbres perpendiculaires reliés par un croisillon, une pièce en forme de X ou de + dont les extrémités sont munies de roulements à aiguilles pour permettre la rotation du cardan tout en supportant des charges importantes.
Ce type de cardan offre une grande résistance et une bonne capacité de transmission de puissance, mais il nécessite un entretien régulier pour maintenir ses performances et éviter l'usure prématurée des roulements.
Cardan à joint homocinétique (CVJ)
Le cardan à joint homocinétique, également appelé CVJ (pour Constant Velocity Joint), est une version améliorée du cardan à croisillon.
Il utilise des billes ou des galets roulant dans des rainures circulaires pour assurer le maintien d'une vitesse angulaire constante entre les deux arbres connectés, ce qui permet de réduire les vibrations et le bruit engendrés par les irrégularités de rotation.
Ce type de cardan est plus complexe que le cardan à croisillon et peut être plus coûteux à produire, mais il offre généralement de meilleures performances, une meilleure longévité et moins d'entretien.
Cardan à soufflet
Le cardan à soufflet est un type de cardan souvent utilisé dans l'automobile pour la connexion entre la boîte de vitesse et les demi-arbres de transmission menant aux roues motrices.
Il comporte un soufflet en caoutchouc ou en plastique souple qui protège le joint de la saleté, de l'humidité et d'autres agressions extérieures.
Généralement, on remplit ce soufflet de graisse pour assurer une bonne lubrification et un fonctionnement optimal du cardan.
Comment fonctionne un cardan ?
Le principe de base d'un cardan est de convertir la rotation d'un arbre d'entrée (par exemple, l'arbre de transmission d'un véhicule ou celui d'un moteur) en rotation de l'arbre de sortie (comme l'arbre relié aux roues motrices), tout en absorbant les variations d'angle entre ces deux arbres.
Pour cela, le cardan utilise des éléments mécaniques tels que des pivots, des croisillons ou des billes permettant de transmettre le couple (c'est-à-dire la force rotative) d'un arbre à l'autre tout en autorisant des mouvements angulaires relatifs.
Chaque type de cardan possède des caractéristiques spécifiques liées à sa conception et à ses composants, mais ils fonctionnent tous selon ce même principe général.
Le choix d'un joint homocinétique adapté à une application donnée dépend donc des contraintes mécaniques, des performances attendues et du budget disponible pour cette partie de la chaîne de transmission.
Les avantages et inconvénients des cardans
L'utilisation de cardans présente plusieurs avantages, notamment :
- La capacité à transmettre une rotation constante entre deux arbres non alignés, facilitant la conception de systèmes mécaniques complexes;
- La robustesse et la durabilité, en particulier pour les cardans à croisillon qui sont capables de supporter de fortes charges et des contraintes importantes;
- La réduction des vibrations et du bruit, notamment avec les cardans à CVJ plus sophistiqués.
Cependant, il existe également des inconvénients liés à l'utilisation de cardans, tels que :
- Le besoin d'entretien, surtout pour les cardans à croisillon qui nécessitent un graissage régulier et le remplacement des roulements usés;
- Le coût potentiellement élevé de certains types de cardans, comme les CVJ, qui peuvent être plus onéreux à produire et à remplacer;
- L'encombrement, car un arbre de transmission peut prendre de la place dans un système mécanique et restreindre les possibilités d'intégration et de miniaturisation.
En somme, les cardans représentent une solution performante pour assurer la transmission de puissance et de couple entre deux arbres non alignés. Ils offrent plusieurs avantages mais présentent aussi certaines limites, ce qui nécessite une sélection adaptée en fonction des besoins et des contraintes de l'application concernée.
