Brevet FR2489915A1 — publié le 19820312

Dans le brevet des E.U.A. n0 3 706 239 délivré à la Demanderesse, on revendique un mécanisme différentiel du type à pignons hélico.daux soumis à un couple antagoniste interne, quand un mouvement relatif se produit du fait de l'action de différentiation du mécanisme. Le carter porteur du différentiel comprend deux parties qui sont chacune pour- vues de logements de pignons se présentant sous la forme de cavités cylindriques intérieures qui sont parallèles aux axes des arbres entraînés. En conséquence, les cavités d'une partie du carter coïncident et sont alignées avec les cavi- tés de l'autre partie du carter de sorte que, lorsque les- dites parties sont assemblées l'une avec l'autre, on obtient une seule cavité cylindrique pour chaque pignon de différen- tiel. Les cavités de logement de pignons sont réparties par paires distinctes, une cavité de chaque paire coupant l'autre cavité de la paire correspondante. Quand les pignons sont montés à l'intérieur de leurs cavités respectives, les pignons de chaque paire distincte engrènent l'un avec l'au- tre. Un pignon de chaque paire engrène à son tour avec un engrenage latéral tandis que l'autre engrène avec l'engre- nage latéral adjacent. Les pignons de chaque paire sont déca- lés axialement l'un par rapport à l'autre. Les engrenages latéraux sont montés à rotation dans un alésage central du carter porteur du différentiel. La présente invention a été mise au point pour obtenir un différentiel perfectionné d'une conception simpli- fiée, moins coûteuse et plus légère tout en étant plus robuste et d'une plus grande durabilité, ce différentiel permettant de maintenir efficacement les arbres esortie et les engrena- ges latéraux dans une relation d'espacement désirée et per- mettant en outre de supporter efficacement les composants en opposition aux forces de poussée axiale qui leur sont appliquées pendant le fonctionnement du différentiel. En conséquence, l'invention a pour but principal de réaliser un différentiel perfectionné du type comprenant des paires de pignons hélicoïdaux destinés à transmettre un couple entre le carter porteur du différentiel qui est entraîné en rotation et les engrenages latéraux qui sont montés par cannelures sur les arbres de sortie, ce diffé- rentiel étant caractérisé en ce que les pignons sont montés dans des alésages-correspondants ménagés dans des extrémi- tés opposées d'un corps central du carter qui est placé entre deux couvercles extrêmes dudit carter. Les engrena- ges latéraux sont montés de façon semblable dans des alé- sages ménagés dans des extrémités opposées du corps central, ledit corps comportant une ouverture centrale d'accès trans- versal permettant d'introduire un ensemble de palier de butée à blocs en forme de coins -lorsqu'il se trouve dans sa position de rétraction- entre les arbres de sortie et les engrenages latéraux fixés par cannelures sur ceux-ci. L'ensemble de palier de butée à blocs en forme de coins est actionné jusque dans la condition d'expansion de manière à entrer en contact porteur avec les extrémités adjacentes des arbres de sortie. Conformément à un autre objet de la présente invention, le corps central de carter est formé de façon à définir, à chaque extrémité, des premières parties évi- dées qui sont placées en regard des alésages des pignons ménagés dans l'autre extrémité du corps central et égale- ment à définir des secondes parties évidées qui s'étendent longitudinalement dans la périphérie extérieure du corps entre des paires coopérantes d'alésages de pignons, en vue de réduire ainsi les dimensions, le poids et le coût du différentiel sans diminution de la résistance et de la durabilité. Le différentiel perfectionné conformément à la présente invention maintient une force de traction quand une roue commence à patiner, il permet un fonctionnement positif des engrenages sans utilisation de plateaux de friction et il ne nécessite aucun lubrifiant ou réglage spécial. Le nouveau différentiel à proportionnemment de couple (à patinage limité) est conçu pour des applications de moyenne puissance. D'un fonctionnement uniforme et doux, il agit à la façon d'un différentiel standard ou "ouvert" dans une condition normale d'entraînement lorsque la trac- tion ne cause pas de problèmes -sans produire de "flotte- ment" et sans avoir aucune influence sur la direction même lorsqu'il est utilisé dans un essieu avant directeur et moteur d'un véhicule léger. Lorsque une roue perd sa trac- tion, le nouvel agencement géométrique du différentiel permet la génération automatique d'une résistance contrô- lée en vrille entre les engrenages à pignon et le carter et cela si doucement que le conducteur ne détecte pas une résistance à la direction, même quand le différentiel est installé dans l'essieu avant. Le couple est transmis avec effet antagoniste à la roue en garantissant la meilleure tenue de route possible. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale du différentiel selon l'invention; la figure 2 est une vue de l'extrémité de droite du différentiel de la figure 1, le simple couvercle étant enlevé; la figure 3 est une vue en coupe faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2; les figures 4 et 5 sont des vues en bout des éléments de blocage en forme de C et des rondelles de butée de la figure 3; les figures 6 et 7 sont des vues en bout et en élévation respectivement du corps central du carter des figures 1 à 3; la figure 8 est une vue en coupe faite suivant la ligne 8-8 de la figure 6; la figure 9 est une vue en coupe faite suivant la ligne 9-9 de la figure 7; la figure 10 est une vue en coupe longitudi- nale de l'ensemble d'espacement à blocs en forme de coins de la figure 3; 5. les figures 11 et 12 sont respectivement une vue en élévation en bout et une vue de dessous d'un des blocs en forme de coins de la figure 10; les figures 13 et 14 sont respectivement une vue en coupe et une vue en bout d'un des pignons hélicoi- daux de la figure 3; les figures 15 à 17 sont respectivement une vue en élévation latérale, une vue en plan et une vue en bout de la pièce coulée à partir de laquelle le corps cen- tral de carter des figures 6 à 8 est fabriqué; 15. la figure 18 est une vue en coupe faite sui- vant la ligne 18-18 de la figure 15; et les figures 19 et 20 sont des vues en coupe faite respectivement suivant les lignes 19-19 et 20-20 de la figure 17. En se référant d'abord plus particulièrement aux figures 1 à 3, on voit que le carter porteur de diffé- rentiel 10 comprend un corps central lOa, un couvercle à bride lOb et un couvercle simple lOc, ces éléments étant reliés rigidement ensemble par des boulons 12. Conformément à une première caractéristique de l'invention, des rondelles de butée 13 (figure 5) sont interposées respectivement entre le corps central lOa du carter et les couvercles lOb et lOc, lesdites rondelles de butée servant à supporter les pignons hélicoïdaux de différentiel 24 et 26 ainsi que les surfaces extrêmes annulaires correspondantes 28a et 30a des engre- nages latéraux 28 et 30, comme cela sera décrit de façon plus détaillée dans la suite. Le carter porteur de différentiel 10 est entraîné en rotation par l'arbre menant 14 (figure 3) par l'intermé- diaire d'un pignon d'attaque 16 et d'une couronne à dentures intérieures 18 qui est boulonnée sur le carter à l'aide de boulons 19, en vue d'assurer ainsi normalement l'entraîne- ment d'arbres de roues 20 et 22 par respectivement l'inter- médiaire de paires de pignons coopérants à pas à droite et à gauche 24, 26 et d'engrenages latéraux 28 et 30, montés sans possibilité de rotation relative à l'aide de cannelu- res sur les arbres de sortie 20 et 22. Conformément à une autre caractéristique de l'in- vention, un déplacement des arbres de sortie 20 et 22 vers l'extérieur par rapport aux engrenages latéraux 28 et 30 est empêché par des éléments de blocage en forme de C 34 (figure 4) qui sont retenus élastiquement dans des rainures correspondantes 36 ménagées dans les parties extrêmes canne- lées des arbres de roues. Les pignons 24 et 26 sont montés de manière à tourner librement dans des alésages longitudinaux corres- pondants 40 et 42 qui sont ménagés respectivement dans les extrémités opposées du corps central lOb, lesdits trous étant en communication par leurs extrémités adjacentes, comme indiquées sur la figure 9, afin de permettre un engré- nement des parties extrêmes adjacentes des pignons hélicol- daux 24 et 26 du différentiel. Les engrenages latéraux 28 et 30 sont montés à rotation dans des alésages 46 et 48 (figure 8) qui sont ménagés dans des extrémités opposées du corps central. Conformément à une caractéristique de la présente invention, le corps central lOa du carter comprend une ouverture de traversée 50 disposée au centre, s'étendant transversalement, de section droite rectangulaire et qui est en communication avec les alésages 46 et 48, comme indiqués sur la figure 8. Dans cette ouverture 50 est monté un ensemble d'espacements à blocs en forme de coins 54, lesdits blocs pouvant être amenés dans des conditions d'ex- pansion et de rétraction (figure 10) et comprenant deux blocs en forme de coins 56 et 58 qui comportent respective- ment des surfaces inclinées adjacentes et coopérantes 60 et 62 en forme de coins et des alésages alignés 64 et 66. L'alésage 64 est fileté de-manière à recevoir l'extrémité libre d'un boulon 70 dont la tête 70a est appliquée contre une rondelle Belleville 72 disposée concentriquement, ladite rondelle maintenant une charge sur le boulon et permettant de compenser des variations thermiques du métal. L'alésage 66 est sur-dimensionné et il a un diamètre supé- rieur à celui de la partie filetée du boulon 70. Les faces opposées des blocs en forme de coins comportent respective- ment des évidements elliptiques 80 et 82 qui reçoivent les parties extrêmes adjacentes de section réduite 20a et 22a des arbres de roues 20 et 22, comme le montre la figure 3. En conséquence, lors du serrage du boulon 70, les blocs 56 et 58 sont tirés longitudinalement ensemble et, du fait de la coopération entre les surfaces inclinées 60 et 62, ils produisent une séparation des faces opposées des blocs qui comportent les évidements 80 et 82, en entrant ainsi en contact de soutien avec les faces extrêmes adjacentes des arbres de sortie. Dans le mode de réalisation représenté, les pignons 24 et 26 du différentiel comportent des dents héli- coldales respectivement à pas à droite et à pas à gauche, respectivement, chaque pignon comportant normalement huit dents hélicoïdales (figure 14) présentant un angle de pres- sion d'environ 300 et un angle d'hélice d'environ 40 . Comme le montrent les figures 2, 3, 6 et 8, au lieu d'avoir une configuration cylindrique uniforme, le corps central iQa du carter est profilé à chaque extrémité de manière à définir des parties de section réduite ou évi- dements lOd placés à l'opposé des extrémités fermées des trous de logement de pignons 40 et 42. De même, le corps central iQa comporte, sur sa périphérie extérieure, deux évidements longitudinaux 10e, placés dans des positions diamétralement opposées comme indiquées sur les figures 2 et 6. Les rondelles de butée 13 sont pourvues d'évide- ments correspondants 13a, comme le montre la figure 5. Cette configuration profilée du corps central (et des rondelles de butée) diminue le poids total du différentiel, réduit les frais de fabrication et permet d'améliorer la dissipation de chaleur pendant le fonctionnement normal du différentiel, sans aucune réduction de sa résistance et de sa durabilité. Les figures,15 à 20 montrent la pièce moulée à partir de laquelle le corps central iQa du carter des figures 6 à 8 est formé. On va maintenant décrire le fonctionnement du différentiel selon l'invention. En référence à la figure 3, on va admettre que les engrenages latéraux 28 et 30 sont fixés par cannelures sur les arbres ou axes de sortie 20 et 22 et que les éléments de blocage en forme de C 34 sont engagés brusquement dans les rainures circonférentielles 36 ménagées dans les arbres de roues. Après que la couronne dentée 18 a été boulonnée à l'aide des boulons 19 sur la bride du couvercle 10b, l'ensemble de blocs en forme de coins 54, quand il se trouve dans sa condition rétractée ou de desserrage, est introduit dans le corps central 10a du carter par l'intermédiaire de l'ouverture d'accès 50 puis le boulon 70 est serré pour tirer ensemble longitudi- nalement les blocs en forme de coins 56 et 58. Du fait de l'action de coincement produite par les surfaces inclinées et 62, l'ensemble d'espacements est expansé de façon à produire une séparation des surfaces éloignées comportant les évidements 80 et 82, en entrant ainsi en contact avec les parties extrêmes réduites des arbres de roues de manière à les supporter. Outre qu'il est possible de monter l'ensemble d'espacements à blocs de coincement 54 dans le corps du carter après que la couronne dentée a été montée sur le différentiel, ledit ensemble d'espacements à blocs en forme de coins sert de moyen de réaction permettant d'absorber les forces de poussée qui sont engendrées par les engrenages latéraux pendant le fonctionnement du diffé- rentiel et à empêcher les arbres de sortie de se déplacer vers le centre du différentiel. Lors de la rotation de l'arbre moteur 14, les arbres de sortie 20 et 22 sont normalement entraînés à la même vitesse par l'intermédiaire du pignon d'attaque 16, de la couronne dentée 18, du carter 10, des engrenages hélicoïdaux 24 et 26 et des engrenages latéraux 28 et 30. En conséquence, le couple d'entraînement appliqué à la couronne dentée 18 est réparti par l'intermédiaire de deux trajets parallèles de transmission de couple qui compren- nent les paires de pignons 24 et 26 de différentiel engre- nant l'un avec l'autre, en appliquant ainsi aux dents des pignons une force radiale qui provoque la génération d'une résistance de frottement du fait de la rotation, en créant ainsi un couple antagoniste. Du fait de l'angle d'hélice sur les pignons 24 et 26 et sur les engrenages latéraux associés, une force de poussée est exercée sur les pignons en engendrant une résistance de frottement du fait de l'en- gagement des pignons dans les extrémités de leurs cavités respectives. Des forces de poussée sont également exercées sur l'ensemble d'espacement -à blocs de coincement 54 sous l'effet de la charge axiale exercée sur les dents des deux engrenages latéraux. Enfin une autre force de poussée est exercée sur le pignon par les charges axiales s'exerçant sur les dents, ladite force de poussée étant transmise aux ron- delles de butée 13 (figures 3 et 5) qui sont placées respec- tivement entre le corps central lOa du carter et les couver- cles 10b et 10c. On voit que les rondelles de butée reçoi- vent les forces axiales de poussée des deux pignons 24 et 26 et des surfaces extrêmes 28a et 30a des engrenages laté- raux 28 et 30, suivant un mode inverse. Dans des conditions normales o les forces de traction exercées sur chaque pneumatique sont égales, un effort résistant égal est appliqué par chaque engrenage latéral de sorte que les pignons n'exercent pas une action différentielle. Cependant, lorsqu'un engrenage latéral exerce une résistance supérieure au couple entraînant le pignon (sous l'effet d'une différence entre les coeffi- cients de frottement sur le sol), les pignons coopérants ont tendance à s'écarter de l'engrenage latéral correspon- dant et à se coincer dans les poches ménagées dans le carter. A mesure que le couple moteur augmente, le coince- ment de pignons dans le carter augmente également. Lorsque le coefficient de frottement sur le sol de chacune des roues motrices varie, les valeurs des couples répartis entre les roues sont automatiquement proportionnées de sorte qu'on contrôle ainsi le patinage pouvant s'exercer sur la roue équipée du pneumatique soumis à la plus fai- ble traction. Avec le différentiel selon l'invention, le cou- ple antagoniste engendré augmente à mesure que le couple d'entrée croît. Cela constitue une caractéristique avanta- geuse du fait que, aux vitesses élevées, le différentiel reçoit un faible couple et fonctionne à la façon d'un diffé- rentiel classique. Cependant, aux basses vitesses et dans des conditions de couples élevés, le différentiel exerce automatiquement un couple antagoniste supérieur sur la roue motrice qui rencontre le plus de résistance. Le différentiel nécessite un certain degré de résistance sur le sol pour commencer l'action "antagoniste" approximativement le frottement engendré par un pneumatique de camion léger sur de la neige. Un différentiel n'exerce pas de couples antagonistes si la roue filante est écartée du sol. Si le coefficient de frottement est inférieur à 0,1 ou même nul (ce qui correspond à une roue écartée du sol), le conducteur serre simplement les freins légèrement jusqu'à ce qu'un couple résistant suffisant soit engendré pour amorcer l'action antagoniste du différentiel et faire dépla- cer le véhicule. Une huile de lubrification appropriée pour créer un fil normal de lubrification peut être introduite dans les cavités de pignons et d'engrenages par l'intermédiaire d'un conduit 18 ménagé dans le couvercle lOc. Le différentiel fait partie de la classe des différentiels de traction sensibles à un couple et à une génération de couples antagonistes. Il se compose de deux trains planétaires distincts. Les engrenages latéraux sont les pignons centraux tandis que les pignons constituent les satellites. Ils sont tous du type hélicoïdal et ils sont montés sur des axes parallèles. Chaque engrenage latéral est en prise avec un pignon correspondant du train planétaire opposé. Tous les engrenages sont logés dans des poches du carter. Le carter du différentiel est prévu avec les mêmes dimensions extérieures que le carter standard de sorte qu'on peut utiliser des procédés identiques d'instal- lation pour absorber le jeu entre couronne dentée et pignons et pour charger les paliers du différentiel. En faisant varier l'angle d'hélice des dents d'engrenage, on peut augmenter ou réduire la force de pous- sée exercée par les pignons sur le carter. En faisant varier l'angle de pression des dents d'engrenages, on peut augmenter ou réduire la force de séparation des pignons par rapport aux engrenages latéraux. En faisant varier le nom- bre des trains de pignons, on peut augmenter ou réduire la capacité de couple du différentiel. En faisant varier l'angle d'hélice et l'angle de pression des dents d'engre- nages, on peut obtenir une distribution de couple désiré ou la génération d'un couple antagoniste désiré. REVENDICATIONS 1. Différentiel pour transmettre un couple d'en- traînement entre un arbre menant et deux arbres de sortie alignés, caractérisé en ce qu'il comprend: a. un carter porteur (10) en plusieurs éléments, agencé pour être entraîné en rotation par ledit arbre menant et comprenant un corps central (lOa) et deux cou- vercles extrêmes (lOb) et (10c) qui sont reliés à des côtés opposés dudit corps central, ce dernier comportant une ouverture centrale d'accès transversal (50) de section droite rectangulaire; b. deux engrenages latéraux hélicoïdaux annu- laires (28,30) montés à rotation dans des alésages alignés correspondants qui sont ménagés dans des extrémités opposées dudit corps central, lesdits engrenages latéraux comportant des périphéries intérieures cannelées pour être reliés sans possibilité de rotation relative avec les arbres de sortie lorsque les extrémités adjacentes desdits arbres sont enga- gées, en étant espacées axialement, dans des alésages ali- gnés ménagés dans lesdits couvercles extrêmes, les surfaces latérales de ladite ouverture d'accès étant parallèle et étant perpendiculaire aux axes desdits engrenages latéraux, respectivement; c. des moyens de blocage (34) empêchant un déplacement axial vers l'extérieur des arbres de sortie par rapport aux engrenages latéraux; d. plusieurs paires de pignons hélicoïdaux de différentiel (24,26) qui comportent des pas opposés, les pignons de chaque paire étant montés par leur périphérie extérieure avec ajustage libre dans des trous ou forages (40,42) ménagés dans des extrémités opposées dudit corps central du carter, les extrémités adjacentes desdits fora- ges étant en communication et les extrémités adjacentes des pignons hélicoïdaux du différentiel étant en condition de chevauchement et d'engrènement l'une par rapport à l'autre, lesdits pignons comportant des axes parallèles aux axes des engrenages latéraux et étant en prise avec ces derniers de façon que le couple transmis par le différentiel exerce sur les dentures des pignons des charges qui provo- quent la génération d'un couple résistant de frottement quand les pignons tournent à-l'intérieur de leurs cavités respectives, en engendrant ainsi un couple antagoniste dans le différentiel; e. un ensemble d'espacement pouvant être amené en condition d'expansion et de rétraction (54) est placé entre lesdits engrenages latéraux pour maintenir les arbres de sortie dans une relation d'espacement axiale, ledit ensemble d'espacement comprenant deux blocs en forme de coins (56, 58) qui sont chacun disposésperpendiculairement à l'axe commun des engrenages latéraux, lesdits blocs com- portant des surfaces de coin inclinées et coopérantes ainsi qu'un boulon (70)- pour déplacer axialement lesdits blocs entre des conditions de rétraction et d'expansion-l'un par rapport à l'autre, ledit ensemble d'espacement, quand il se trouve dans la condition rétractée, pouvant être engagé dans ledit carter du différentiel par l'intermédiaire de ladite ouverture centrale d'accès transversal, alors que, quand il se trouve dans la condition expansée, il est appli- qué contre les extrémités adjacentes des arbres de sortie pour absorber la poussée axiale dirigée vers l'intérieur et s'exerçant sur lesdits engrenages latéraux et lesdits arbres; et f. ledit corps central du carter comportant, à ses extrémités opposées, des premières parties évidées (10d) qui sont placées à l'opposé des alésages (40,42) de réception de pignons hélicoïdaux, qui sont ménagés, dans les autres extrémités dudit corps central, en vue de réduire ainsi les dimensions et le poids de ce corps central. 2. Différentiel selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit corps central de carter comprend en outre, sur sa périphérie extérieure, des secondes parties évidées (10e) s'étendant longidutinalement et disposées respectivement entre les paires coopérantes de forage de pignons hélicoïdaux (40,42) en vue de réduire encore les dimensions et le poids du corps central. 3. Différentiel selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre une paire de rondelles de butée (13) qui sont placées entre ledit corps central du carter et lesdits couvercles extrêmes, lesdits engrena- ges latéraux comportant, à leurs extrémités éloignées, des surfaces annulaires d'épaulement (28a, 30a) qui viennent s'appliquer respectivement contre lesdites rondelles de butée, ces rondelles de butée comportant, dans des posi- tions adjacentes à leur périphérie extérieure, des évide- ments (13a) placés en face des premières parties évidées ménagées dans le corps central du carter. 4. Différentiel pour transmettre un couple d'en- traînement entre un arbre moteur et deux arbres de sortie alignés, caractérisé en ce qu'il comprend: a. un carter porteur de différentiel (10) en plusieurs parties qui est agencé pour être entraîné en rotation par l'arbre moteur, ledit carter comprenant un corps central (10a) et deux couvercles extrêmes (10b,10c) qui sont reliés à des côtés opposés dudit corps central; b. deux engrenages latéraux hélicoïdaux annulai- res (28,30) montés à rotation dans ces forages alignés cor- respondants ménagés dans des extrémités opposées dudit corps central, ces engrenages latéraux comportant des périphéries intérieures cannelées de façon à être reliés sans possibi- lité de rotation relative avec les arbres de sortie quand les extrémités adjacentes des arbres sont engagées, dans une relation axialement espacée, dans des alésages alignés ménagés dans lesdits couvercles extrêmes; c. des moyens de blocage (44) empêchant un dépla- cement axial vers l'extérieur des arbres de sortie par rap- port aux engrenages latéraux; d. plusieurs paires de pignons hélicoïdaux de différentiel (24,26) comportant des pas opposés, les 2 489915 pignons de chaque paire étant montés par leur périphérie extérieuredans des forages (40,42) ménagés dans des extré- mités opposées dudit corps central de carter, les extrémi- tés adjacentes desdits forages étant en communication et les extrémités adjacentes des pignons hélicoïdaux du diffé- rentiel étant en condition de chevauchement et d'engrène- ment mutuel, lesdits pignons comportant des axes parallè- les aux axes desdits engrenages latéraux et étant en prise avec ceux-ci de façon que le couple transmis par l'intermé- diaire du différentiel exerce sur les dentures des pignons des charges qui engendrent un couple résistant de frotte- ment quand les pignons tournent dans leur cavité respective, en introduisant ainsi dans le différentiel un couple antago- niste; e. un moyen d'espacement (54) disposé entre les engrenages latéraux pour maintenir les arbres de sortie dans une relation espacée; f. ledit corps central de carter comportant, à chaque extrémité, des premières parties évidées (10d) qui sont placées en face des trous de réception des pignons hélicoidaux (40,42) ménagés dans les extrémités opposées du corps central, ainsi que des secondes parties évidées (10e) s'étendant longitudinalement dans le corps central entre chaque paire de forages de réception de pignons héli- coidaux.