Joint de cardan

Le joint de cardan, aussi appelé joint universel, est un accouplement mécanique qui transmet le mouvement de rotation entre deux arbres dont les axes se rencontrent selon un angle. Il permet d'acheminer l'entraînement au-delà d'un coude de la transmission, en s'accommodant des variations de cet angle au gré des mouvements des organes. Sa forme classique, le joint de Cardan ou de Hooke, se compose de deux fourches disposées à angle droit et reliées par une pièce centrale en croix appelée croisillon, dont les quatre bras tournent dans des roulements à aiguilles.

En fonctionnement, une fourche est solidaire de l'arbre d'entrée et l'autre de l'arbre de sortie, le croisillon faisant la liaison entre les deux. À mesure que l'entrée tourne, le croisillon pivote dans ses roulements et permet à l'arbre de sortie de suivre, bien qu'il pointe dans une direction légèrement différente. C'est aux extrémités de l'arbre de transmission d'un véhicule que ce joint est le plus familier : il autorise un décalage de hauteur et d'angle entre la sortie de boîte de vitesses et le pont arrière, et permet à ces organes de se déplacer l'un par rapport à l'autre lorsque la suspension travaille sur les irrégularités.

La caractéristique qui définit ce joint, et qui constitue son principal défaut, est qu'il ne transmet pas la rotation à vitesse parfaitement constante lorsqu'il travaille selon un angle. À chaque tour, l'arbre de sortie accélère et ralentit deux fois par rapport à l'entrée, fluctuation d'autant plus marquée que l'angle de travail augmente. Ce mouvement irrégulier engendre une vibration de torsion que l'on perçoit et entend, et impose une contrainte cyclique à la transmission.

Les ingénieurs maîtrisent ce phénomène d'une manière bien connue : en utilisant deux joints de cardan sur un arbre de transmission, leurs fourches étant disposées en phase avec des angles de travail égaux à chaque extrémité, de sorte que l'accélération du premier joint soit annulée par le ralentissement du second, les roues tournant alors à vitesse régulière. C'est pourquoi un arbre de transmission classique de propulsion comporte un joint à chaque extrémité. Là où une sortie régulière est nécessaire à travers des angles importants et variables, en particulier sur les roues avant motrices d'une voiture qui sont aussi directrices, on emploie plutôt le joint homocinétique, qui transmet le couple à vitesse uniforme quel que soit l'angle.

Les joints de cardan sont simples, robustes et capables d'encaisser un couple élevé, ce qui maintient leur large usage sur les arbres de transmission et les demi-arbres des camions et des voitures à propulsion. Ils réclament toutefois de l'attention : beaucoup possèdent des graisseurs nécessitant une lubrification périodique, et des roulements à aiguilles usés se signalent par un claquement à la prise de couple ou par une vibration qui s'aggrave avec la vitesse. Le joint de cardan travaille de concert avec l'arbre de transmission qu'il relie, le différentiel qu'il alimente et le joint homocinétique qui le complète au niveau des roues.