Brevet FR2051768A1 — publié le 19710409

3194Ô 1 2051768 la présente invention se rapporte à un mécanisme de différentiel à glissement limité. Plus particulièrement, elle se rapporte à un mécanisme de différentiel à glissement limité, utilisant des éléments d'embrayage conique pour fournir une résistance 5 à une action de différentiel et qui comprend, en outre, des moyens sensibles au couple d'entrée, pour fai^e varier le degré de résistance à la friction des éléments d'embrayage. la présente invention est particulièrement adaptée, à .l'application dans la transmission d'entraînement d'un véhicule utilisant au moins deux 10 roues d'entraînement qui reçoivent de la puissance de deux arbres de sortie ou essieux d'entraînement rotatifs l'un par rapport à l'autre, coaxialement alignés. On a conçu de nombreux agencements qui réduisent ou éliminent totalement l'action de différentiel entre des arbres de sortie 15 rotatifs l'un par rapport à l'autre dans des conditions de chargement d'arbres inégal. Classiquement, ces mécanismes comprennent une résistance inhérente ou initiale à l'action de différentiel. Cette résistance a été,d'ordinaire fournie par un agencement d'embrayage préchargé, qui fournissait un chemin d'entraînement entre 20 le carter du mécanisme et au moins un arbre de. sortie. Typiquement, ces mécanismes de différentiel comprenaient des moyens pour augmenter la résistance à l'action de différentiel en réponse à l'augmentation du couple d'entrée. Cet agencement a été couramment réalisé par l'utilisation d'une poussée latérale 25 d'engrenages latéraux pour augmenter la -force d'engagement par friction sur les éléments d'embrayage lorsque le couple est diminué. l'expérience a montré que le mécanisme de différentiel, du type qu'on vient de décrire, ne fournissait pas, dans toutes les 30 conditions, la solution finale aux nombreux problèmes associés". à la transmission de puissance aux essieux d'entraînement, rotatifs l'un par rapport à l'autre, d'un véhicule. Spécifiquement, la résistance à l'action de différentiel était au maximum lorsque la transmission de couples et, en conséquence, la traction disponi-35 ble sur les deux roues était la plus grande. Cependant, la rotation relative des arbres de sortie ou d'essieux est nécessaire lorsqu'on prend un virage et lorsqu'on négocie des courbes, même dans des conditions de sortie élevées de couples, et, en conséquence, le mouvement relatif entre les éléments d'embrayage doit avoir 4-0 lieu. En outre, si le couple d'entrée devait augmenter jusqu'au 31948 2 2051768 point où la force de friction sur les éléments d'embrayage ne peut pas être surmonté, il pourrait exister une condition d'essieu bloqué. On a fait des essais pour fournir un mécanisme de différen-5 tiel à glissement limité qui surmonte les caractéristiques de la construction indiquée ci-dessus. Cependant, avant la présente invention, on n'a pas mis au point.d'agencement satisfaisant. A cet égard, on a mis au point divers types de mécanismes de différentiel qui réduisent plutôt que d'augmenter la résistance à la 10 différeritiation dans des conditions de chargement égal d'arbres de sortie» Cependant, ces dispositifs comprennent des blocs ou "paquets d'embrayages à disques volumineux-, montés à 1^extérieur du carter de différentiel ou à l'intérieur d'un carter de différentiel anormalement allongé. En outre, dans de* nombreux dis-15 positifs connus, des-cames et des rouleaux ou autre type.coûteux et compliqué de dispositif surentraîné est nécessaire pour réduire la résistance à l'action de différentiel. • " • La présente invention fournit une forme perfectionnée de mécanisme de différentiel, qui comprend des éléments de friction 20 coniques, en contact constant, qui retardent l'action de différentiel et qui comprend, èn outre, des moyens pour-" diminuer la force de contact de friction sur lès éléments de friction en réponse au couple d'entrée croissant. v Très généralement', la présente invention fournit un mécanis-25 mè de différentiel à glissement limité, qui comprend' une résistance initiale à l'action dë différentiel et qui renferme des moyens pour réduire proportionnellement cette résistance en réponse à une augmentation du couple d'entrée, le mécanisme de différentiel de la présente invention com-30 prend au moins une surface de formé-conique associée au carter du mécanisme, et au moins un élément d'embrayage de forme conique associé aux arbres de sortie,'Des moyens de poussée poussent le contact par friction des éléments, avec une-force prédéterminée, afin d'établir une résistance à l'action de différentiel. Des mo-35 yens comprenant une transmission différentielle" fonctionne pour réduire cette force prédéterminée en réponse à l'augmentation de couple d'entrée, • ' les objets et avantages particuliers de la présente invention apparaîtront en se référant à la description suivante et 40 aux dessins ci-joints dans lesquels : 31940 j 2051768 la figure 1 est une vue en coups d'un mécanisme de différentiel selon la présente invention. la figure 2 est une vue d'extrémité en élévation du mécanisme de différentiel, des parties étant brisées pour présenter 5 la structure intérieure. la figure 3 est une vue en perspective d'une partie du dispositif de la figure 1, et la figure 4 est une vue semblahle à la figure 1, représentant un autre exemple de réalisation de la présente invention. 10 En se référant maintenant aux dessins ét, en particulier, à l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, on représente un mécanisme de différentiel, généralement désigné par D, agencé en étant associé à deux arbres de sortie S tournant l'un par rapport à l'autre, coaxialement alignés, représentés en 15 pointillés. Ces arbres peuvent former l'essieu d1 entraînement d'une automobile ou d'un véhicule du commerce, d'un tracteur de ferme ou d'autres dispositifs gui exigent la distribution de couples à deux points d'utilisation où. un mouvement de rotation relatif entre les arbres se produisent dans certaines conditions. 20 Très généralement j le mécanisme D comprend un carter C en tourant les extrémités adjacentes des arbres de sortie S, ce carter étant adapté pour recevoir le couple d'entrée provenant d'un système de transmission d'entraînement (non représenté). Une transmission à engrenages coniques, généralement désignée par 25 G, est montée entre le carter C et les arbres S et transmet l'effort de rotation aux arbres, tout en permettant simultanément la rotation relative entre eux lorsqu'on l'exige, par exemple lorsque le véhicule automobile négocie un virage ou une courbe. Deux embrayages à fric-tijon 3? fournissent la résiatance dé-30 sirée à l'action de différentiel. Chaque embrayage comprend une surface de friction associée au carter C et une surface de friction associée à un des arbres de sortie S. le contact par friction de ces surfaces fournit un chemin direct pour la transmission ou l'effort de rotation du carter aux arbres de sortie, in-35 dépendamment de la transmission à engrenages coniques G. les embrayages modifient ainsi les caractéristiques normales de différentiel du mécanisme et, ainsi, le couple est transmis aux deux arbres, mêmes s'il peuvent subir un chargement inégal ou une traction inégale. 40 le mécanisme de différentiel à glissement limité comprend, 3194 ô 4 2051768 en général» au moins un embrayage associé au carter de différentiel et à on des arbres de sortie, pour fournir la résistance prédéterminée à l'action de différentiel. Certains de ces embrayages comprennent un élément de forme conique,, associé aux arbres de sortie 5 qui entrent en contact avec un élément complémentaire associé au carter de différentiel pour fournir une liaison à entraînement direct entre le carter et l'arbre de sortie. Dans l'exemple de réalisation illustré, on prévoit deux séries d'embrayages, une pour chaque arbre de sortie, bien qu'un élément d'embrayage associé à 10 un arbre de sortie puisse être efficacement utilisé dans la plupart des cas. Les surfaces de friction des embrayages F sont maintenues en contact par des ensembles de ressorts P avec une force prédéterminée pour fournir une charge préalable, afin d'assurer une %3 résistance initiale prédéterminée à l'action de différentiel. Chacun des embrayages F dans l'exemple de réalisation illustré comprend une pièce encastrée amovible I qui est reliée au carter C pour tourner avec lui et qui forme la surface de friction des embrayages F associés au carter C. 20 Le carter C comprend deux parois généralement parallèles et espacées 11, transversales par rapport à la ligne centrale des arbres S, dont chacune renferme un moyeu longitudinalement allongé 13, adapté pour recevoir un des arbres de sortie. Les arbres ne sont pas tourillonnés dans les moyeu 13, mais plutôt 25 les moyeux supportent les paliers (non représentés) qui placent le mécanisme à l'intérieur de l'ensemble d'essieux. Il est évident qu'on pourrait fournir d'autres agencements qui ne s'écarteraient en aucune manière du domaine de la présente invention. Une des parois transversales 11 est pourvue d'une bride 30 dirigée radialement 14 à laquelle est fixée une couronne (non représentée), adaptée pour recevoir le couple d'entrée provenant du système associé de transmission d'entraînement (non représenté). Les parois transversales sont reliées par une paroi généralement cylindrique 15» s'étendant longidutinalement, qui défi-35 fl.it, avec les parois 1.1, une cavité interne 17 entourant les extrémités adjacentes des arbres de sortie. En se référant maintenant à la transmission à engrenages coniques G-., qu'on voit bien sur la figure 1, on fournit un agencement qui transmet le couple de sortie aux arbres S et, simulta-40 nément, permet la rotation relative entre les arbres, lorsque cela 69 31948 5 2051768 est nécessaire, par exemple lorsqu'un véhicule prend un virage» La transmission à engrenages coniques comprend deux engrenages latéraux 27, chacun d'entre eux étant relié à un des arbres S en vue d'un mouvement de rotation. Pour-effectuer cette rela-5 tion entre les arbres et les engrenages" latéraux, les extrémités adjacentes des arbres S et l'alésage interne des engrenages sont cannelés comme en 28 et, de ce fait, le mouvement axial des arbres S par rapport aux engrenages est permis. Les engrenages latéraux s'engrènent constamment avec des 10 pignons d'engrenage 29, supportés par des axes 31 s'étendant depuis un bloc central 33 disposé entre les extrémités adjacentes des arbres S et fixé au carter C pour tourner avec lui. On préfère que les dents des pignons d'engrenage et des engrenages latéraux soient d'une configuration telle que la trans-15 mission du couple depuis le carter au moyen des "pignons d'engrenage et des tiges des pignons vers les engrenages latéraux entraîne une composante de force sensiblement axiale sur ces engrenages latéraux, dans une direction parallèle aux arbres de sortie et vers l'extérieur à partir du centre de l'unité de différentiel. Le but 20 de cette relation apparaîtra ci-après. Comme on peut l'apprécier, la rotation du carter de différentiel C par le système de transmission-d'entraînement amène les tiges des pignons 31 à tourner autour de la ligne centrale des arbres S, En conséquence, les pignons d'engrenage" décrivent une 25 orbite ou un chemin généralement cylindrique autour de' la ligne centrale des arbres et, lorsqu'ils s'engrènent avec les engrenages latéraux 27, ceux ci sont amenés à tourner et transmettent ainsi un.effort de torsion aux arbres de sortie S, Si un des arbres de sortie doit tourner à une vitesse dif-30- férente ^.e l'autre, par exemple lorsqu'on prend un Virage, les pignons d'engrenage 29 non seulement tournent autour âe la ligne centrale des arbres de sortie mais aussi tournent autour des axes, des pignons 31 permettant ainsi un mouvement de rotation relative entre -les engrenages latéraux 27, En conséquence, les ar-35 bres de sortie S tournent- les uns par rapport aux autres ainsi que par rapport au- carter C. • La di-fférentiation, c'est-à-dire la rotation relative entre les arbres, possible d'une-manière inhérente par" suite de la structure décrite ci-dessus, est soumise à une résistance de 4-0 la part- des embrayages F. Chacun de "ces embrayages comprend un 31948 6 2051768 élément d'embrayage tronconique 35 et une pièce parmi les pièces encastrées à siège conique I que contacte par friction l'élément 35 .le long d'une surface complémentaire conique. Une rainure à progression en spirale 37 est prévue dans 5 la surface conique de l'élément d'embrayage 35 pour distribuer de l'huile ou un autre lubrifiant aux surfaces de friction. Chaque élément d'embrayage 35 comprend un alésage cannelé intérieurement 4-1, connecté à un des arbres S et il est, en conséquence, rotatif avec l'arbre. Chacun des éléments d'embrayage 10 35 est disposé entre une des parois transversales 11 du carter C et un des engrenages latéraux 27,' 1 ' engrenage latéral respectif 27 et l'élément d'embrayage 35 de chacun des arbres S sont en contact radial le long de la surface 4-3 et sont* ainsi en relation de transmission de forces. 15 La force axiale sur chaque élément d'embrayage 35 est; four nie par un paquet de ressorts séparés P. Chaque paquet de ressorts P se compose de rondelles Belleville 46, du type ressort agissant entre les parois latérales 11 du carter et les éléments d'embrayage 35» Les ressorts 46 maintiennent ainsi les éléments d'em-20 btayage 35 en contact constant avec les pièces encastrées I avec une force prédéterminée. La dimension et le nombre des rondelles Belleville utilisées dans toute l'application particulière dépend de la force de ressort préchargée, nécessaire à cette application particulière. 25 Comme on le voit bien sûr les figures 1 et 3, les surfaces de sièges et/ou. de tambours coniques mises en contact sont fournies par les pièces encastrées amovibles I sui forment les surfaces de frictop, des embrayages S associés au carter C. On apparéciera que les surfaces coniques pourraient être 30 formées solidairement du carter, sans s'écarter du domaine de la présente invention» L'usinage dès surfaces coniques pourrait être alors réalisé en fournissant des calottes d1extrémité amovibles séparées, qui définiraient les parois d'extrémité. On doit apprécier également que le type préféré de moyens de ressort est un 35 paquet de rondelles Belleville ; cependant, d'autres moyens de ressort tels que, par exemple, dés ressorts à boudin, à lames et analogues peuvent "être utilisés' dans certaines circonstances. Les pièces encastrées I,"comme on le voit bien-sur la figure 3, comprennent une partie de paroi généralement cylindrique 53 40 qui se monte à l'intérieur de la paroi cylindrique 15 du carter C. 69 3194Ô 7 2051768 la pièce encastrée I est maintenu® contre toute rotation par rapport au carter C par des entailles semi-circulaires 70, s*engageant autour des axes de pignons 31» la pièce encastrée I a aussi des surfaces à conformation sphérique 72 qui serrent de sièges pour 5 les pignons 29, Une surface de friction en forme de cône 54 est formée à l'intérieur de la pièce encastrée I.."les fentes 55 correspondant à des ouvertures dans le carter C pour permettre à du lubrifiant de pénétrer dans le mécanisme, 10 la pièce encastrée peut être formée par toute matière conve nable telle que, par exemple, de l'acier et peut être fabriquée par n'importe lequel de nombreux procédés de fabrication tels que l'estampage, le décolletage, le repoussage au tour, le meulage, etc. 15 Cette surface 54 en forme de cône est telle qu'elle diverge vers les bords extérieurs du mécanisme. Cela revient à dire que la grande extrémité du cône est dirigée vers les moyeux 13 du carter, l'élément d'embrayage,35 se monte à l'intérieur de la pièce encastrée, ses surfaces coniques étant en contact par fric-20 tion avec la surface 54. Un tel agencement constitue un embrayage compact contenu complètement à l'intérieur du carter de différentiel et en position intimement adjacente aux engrenages latéraux 29, d'où la forûe s'opposant à la force de ressort est obtenue ou dérivée. 25 FONCTIONNEMENT le mécanisme de différentiel étant au repos, le ressort 46 pousse l'élément d'embrayage 35 en contact avec la pièce encastrée I qui est maintenue fermement sur le carter C. Ce contact par friction fournit la résistance initiale de torsion ou pré-30 charge prédominante. Cette action d'embrayage tendrait à entraîner les arbres S à l'unisson avec le carter C. lors du déplacement du véhicule, le carter C sera mis en rotation et, en même temps, les pignons 29 qui entraînent les engrenages latéraux 28 feront tourner les arbres S. Cependant, lorsqu'un couple d'entrée est 35 appliqué, une force entre les dents en engrènement des pignons et les engrenages latéraux agissant en opposition à la force de ressort fournit la résistance initiale de torsion, la force produite par les dents en engrènement. est directement proportionnelle à la traction disponible sur les roues, la force transmise 40 contre les cônes par les engrenages latéraux 28 entraîne une ré 69 31940 8 2051768 duction proportionnelle de la foree totale maintenant les éléments d'embrayage en contact. La force transmise par les engrenages latéraux 28 réduisant la force de contact des éléments d'embrayage 35 facilite, en conséquence, l'action différentielle 5 nécessaire qui a lieu. L'action de différentiation est, en conséquence, disponible pour toutes les conditions d'entraînement normales, afin de ne pas influencer défavorablement l'aptitude à la manoeuvre du véhicule. On doit comprendre que la forme des dents utilisée sur les 10 engrenages coniques 27 et 29 et la charge des ressorts P sont telles que, pour n'importe quel véhicule particulier, la force des ressorts P dépassera toujours la force axiale transmise par des engrenages coniques, même dans les conditions de couple d'entrée maximum sur le différentiel. Ainsi, les embrayages F four-15 nissent une résistance de torsion proportionnée pour toutes les conditions de fonctionnement de différentiel. Puisque la charge imposée par les ressorts P sur les éléments d'embrayages 35 dépasse toujours la force axiale produite sur les engrenages coniques 27 par les dents en engrènement, il apparaîtra clairement 20 que les engrenages latéraux 27 ne se déplacent pas axialement durant le fonctionnement de l'unité. Le principe de fonctionnement du différentiel est tel que les engrenages latéraux 27 imposent une force variable aux éléments d'embrayage 35 en opposition aux ressorts P et, en conséquence, réduisent la force totale maintenant 25 les embrayages F en contact, proportionnellement au couple transmis par le différentiel. Les engrenages latéraux 27 constituent ainsi un moyen imposant une force variable pour les embrayages F mais ne se déplacent pas axialement. Puisque l'unité est telle que, dans des conditions de transmission de couple, la force to-30 taie maintenant les embrayages en contact est réduite, on verra qu'il y a une résistance à l'action de différentiel lorsqu'on prend un virage (le couple étant appliqué au différentiel), moindre que dans certains dispositifs de la technique antérieure qui, dans les mêmes conditions, augmenteraient la résistance de tor-35 sion à l'action de différentiel à un moment où on ne le désire pas. En se référant maintenant à la figure 4, on représente un exemple de réalisation ayant un agencement modifié. Dans cet exemple de réalisation, les éléments d'embrayage 35a sont pour-40 vus d'une surface cannelée 50 s'étendant axialement, pour s'en 69 31948 9 2051768 gager avec les arbres de sortie S» A leur tour, les engrenages latéraux 27a sont réunis par cannelures sur l'élément d'embrayage 35a en 51 pour tourner avec eux et pour transmettre la rotation aux arbres de sortie S par l'intermédiaire des éléments d'em-5 brayage 35» Le contact des engrenages latéraux et des éléments d'embrayage en 43 reste le même et on fournit ainsi une relation de transmission de forces. D'après ce qui précède, il sera évident qu'on peut déplacer un véhicule à partir d'une position de repos, même si une roue 10 d'entraînement ou les deux ont une mauvaise traction, puisque les embrayages F sont en contact et resteront en contact avec une force inversement proportionnelle au couple d'entrée. Ainsi, le différentiel réagira automatiquement convenablement à toute condition de traction. 15 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réa lisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 3194Ô 10 2051768 REVENDICATIONS 1 - Mécanisme de différentiel à glissement limité comprenant un carter de différentiel pouvant recevoir un couple d'entrée pour la transmission à des arbres de sortie coaxiaux rotatifs et 5 comprenant un dispositif.ou transmission à engrenages coniques, réunis de manière à pouvoir tourner aux arbres de sortie et ayant des éléments d'embrayage associés à des surfaces coniques engagées entre elles, les pignons coniques de la transmission à engrenages coniques étant montés sur un axe perpendiculaire à l'axe des ar-bres de sortie, lequel mécanisme est caractérisé en ce que les dents des engrenages coniques engagées entre elles, en relation avec lés surfaces coniques engagées entre elles des éléments d'embrayage, sont formées et agencées pour pouvoir répondre au couple appliqué afin de diminuer la force maintenant ces éléments 15 d'embrayage en engagement, proportionnellement à l'augmentation de couple d'entrée. 2 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces engagées entre ellesr des embrayages coniques, sont inclinées à partir des axes des arbres de sortie lorsque l'in- 20 cl'inaison est considérée comme provenant des axes des pignons dans une direction à l'extérieur à partir des axes des arbres de sortie,, 3 - Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chacune des surfaces coniques associées au carter est défi-25 nie par une pièce encastrée amovible, disposée à l'intérieur du carter et fixée en vue de tourner avec lui. 4 - Mécanisme selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la transmission de différentiel comprend deux engrenages latéraux, disposés entre les éléments d'embrayage conique, dont 30 chacun est agencé pour être relié à un des arbres de sortie et pour tourner avec lui, au moins un arbre pour les pignons s'é-tendant généralement transversalement par rapport au carter, entre les engrenages latéraux, et au moins deux pignons d'engrenage supportés pour pouvoir tourner par leur arbre et engrenés avec 35 les engrenages latéraux, chacun de ces engrenages latéraux entrant en contact avec un des éléments d'embrayage de formé conique, 1*engrènement des engrenages latéraux et des pignons d'engrenage amenant les engrenages latéraux à imposer une force à l'élément d'embrayage, afin de réduire la force prédéterminée proportionnel-40 lement en réponse à l'augmentation de couple d'entrée. 3194â 11 2051768 5 - Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce encastrée a des entailles entourant une partie d'un axe des pignons pour fournir une relation d'entraînement entre elle et cet axe.