Joint de Cardan

L'utilisation la plus connue du cardan est dans l'automobile, en tant que transmission de la puissance entre le moteur et les roues motrices : la présence d'une suspension sans essieu modifie la position des axes des roues par rapport à l'axe du différentiel. Dans le cas des roues directrices et motrices (cas des véhicules à traction), l'emploi d'un joint de transmission devient incontournable.

Le fait que le joint de Cardan ne soit pas homocinétique n'a pas empêché son utilisation : la Citroën 2 CV n'avait qu'un cardan par roue sur les premiers modèles, ce qui provoquait son déhanchement caractéristique lors de virages ou de démarrages roues braquées.

On améliore considérablement l'absence d'homocinétisme du joint de Cardan en le montant en double, de chaque côté du véhicule (avec souvent une allonge coulissante additionnelle) comme ce fut le cas sur la 2 CV à partir des années 1970, puisque l'axe des roues reste approximativement parallèle à celui de l'arbre moteur. L'absence d'un parallélisme strict est due :

• dans le cas d'une suspension de type MacPherson, au roulis du véhicule qui modifie l'angle entre la roue et le moteur
• dans le cas de la traction avant, au changement de la position angulaire de l'axe des roues directrices, par définition variable vis-à-vis des arbres de sortie du différentiel.

Un double cardan ne permettant pas d'annuler complètement les variations de vitesse dans ces conditions, l'industrie automobile a généralisé l'emploi de véritables joints homocinétiques (tripodes ou Rzeppa par exemple).

On utilise également les joints de cardans pour :

• éviter la flexion d'un arbre de transmission lorsqu'une pièce monobloc ne pourrait pas bénéficier d'un guidage de qualité suffisante ;
• transmettre une position angulaire lorsque les angles de battement et de rotation sont faibles ;
• articulation à 2 degrés de liberté dans divers mécanismes complexes tels que des robots parallèles. Ce qui compte est davantage les grands débattements et aussi la capacité de charge longitudinale, plutôt que la transmission d'un couple puisqu'ils ne sont pas montés sur un axe en rotation.

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

Il faut veiller à respecter quelques règles pour assurer la fiabilité d'un cardan :

• l'angle ne doit pas dépasser 45°, sauf si le joint est spécialement conçu pour fonctionner au-delà de cette valeur
• il est recommandé de donner un angle minimum de quelques degrés (1,5 à 2) afin de « faire travailler » la transmission. L'angle idéal se situe à environ 15 degrés. Au-delà, l'usure s'accentue et le cardan doit être surdimensionné. L'angle de fonctionnement maximum est 45 degrés. Valeur à partir de laquelle le cardan se bloque et casse.
• la protection du joint est difficile de par l'amplitude des mouvements qu'il autorise. Un soufflet en caoutchouc est généralement utilisé mais constitue un point faible.
• le couple de torsion efficace transmis est accompagné d'un couple de flexion tournant deux fois plus vite que les arbres, lequel est une source de vibrations même quand l'homocinétisme est respecté[2].